광섬유의 방사선 영향

Radiation effects on optical fibers

광섬유는 에너지 전자, 양성자, 중성자, X선, δ선 등 이온화 방사선에 노출되면 '손상'[1]을 입는다.'손상'이라는 용어는 주로 출력단에서의 전력 감소로 이어지는 전파 광학 신호의 추가 손실을 의미하며, 이는 구성 요소 및/또는 시스템의 조기 고장을 초래할 수 있습니다.

묘사

전문가용 문헌에서 이 효과는 종종 방사선 유도 감쇠(RIA)라고 불린다.광섬유 코어를 형성하는 화학 결합이 충돌하는 높은 에너지로 인해 교란되어 관심 파장 영역에서 추가적인 흡수를 발생시키는 새로운 전자 전이 상태가 나타나기 때문에 전력 손실 또는 '암화'가 발생합니다.방사선원이 제거되면 섬유는 어느 정도 원래 상태로 돌아갑니다(회복이라고 하는 프로세스).

손상 정도는 결함 발생(과도한 감쇠)과 결함 소멸(복구) 사이의 균형에 의해 좌우됩니다.선량률이 낮으면 어느 정도 어두워지면 (감쇠와 회복 사이의) 평형 상태에 도달한다.반대로, 선량률이 높은 경우, 섬유소의 효용은 전체적인 유도 감쇠와 회복 시간에 따라 달라진다.이러한 방사선에 의한 영향을 이해하는 것은 특히 광섬유가 증가하는 [2]어플리케이션의 사용을 고려하는 공간 기반 어플리케이션에서 중요하다.

결함들

순수 실리카와 같은 단일 구성 요소 유리 재료의 매트릭스에 내재적 결함이 있습니다.여기에는 산소 간극물인 POL('Si-O-O-Si') 및 산소 [2]결핍 센터인 ODC('Si-Si')가 포함됩니다.이들 부위는 이온화 방사선에 노출되면 홀을 가둬 산소 단위 라디칼인 POR(siSi-O-O.)과 E' 중심(siSi)을 형성한다.또한 급속 냉각 실리카는 【Si-O-Si】결합을 변형시켜 방사선에 의해 분해되어 [3]【Si-O】, 【E】의 중심을 형성한다.유리에 게르마늄과 같은 실리콘과 같은 원자가의 제2의 네트워크 포머가 포함되어 있는 경우, 전기음성도의 차이는 홀 트랩으로서 도판트에 유리합니다.

더 큰 손해

따라서 도프된 실리카 유리에서 더 큰 방사선 손상이 발생합니다.순수 실리카 코어 파이버의 방사선 저항성을 개선하기 위해서는 이러한 고유 결함의 수 밀도를 최소화할 필요가 있다.유리 내 불순물 혼입 저감뿐만 아니라 입력 가스 조성 제어, 섬유 제조 전 단계에서 유리 열 이력 최적화 및 섬유 코어 내 응력 최적화로 결함 최소화를 실현한다.다른 전략으로는 위에서 [4]설명한 결함 센터 형성을 최소화하는 도판트(예: 불소)의 코어 내 도입이 있습니다.

광섬유

모든 광섬유는 이온화 타입, 광섬유 코어 유리 조성, 동작 파장, 선량률, 총 누적 선량, 온도 및 코어를 통과하는 전력 등 다양한 요인에 따라 어느 정도 어두워집니다.감쇠는 조성에 따라 달라지기 때문에 순수 실리카 코어와 불소 다운 도프 클래딩을 가진 섬유는 방사선 경질 섬유 중 가장 많은 것으로 관찰된다.코어 게르마늄, , 붕소, 알루미늄, 엘비움, 이터비움, 툴륨, 홀뮴 등의 도판트가 있으면 광섬유의 방사선 경도가 저하됩니다.손상 결과를 최소화하려면 더 높은 작동 파장, 더 낮은 선량률, 더 낮은 총 누적 선량, 더 높은 온도(복구 가속화) 및 더 높은 신호 전력(광 표백)에서 순수 실리카 코어 파이버를 사용하는 것이 좋습니다.이러한 고유 단계와 더불어 방사선의 [5]영향으로부터 섬유를 보호하기 위해 외부 엔지니어링이 필요할 수 있습니다.

코어 파이버

게르마늄 도프 심섬유는 고농도의 게르마늄에서도 방사선이 강할 수 있습니다.이러한 섬유는 포화 상태에 도달하여 고온에서 잘 풀리고 광 표백에도 반응합니다.인 도프 심섬유의 경우 인 함량이 증가함에 따라 감쇠가 선형적으로 증가하여 포화상태에 이르지 않는다.고온에서도 복구는 매우 어렵습니다.붕소, 알루미늄 및 모든 희토류 도판트는 섬유 손실에 [6]큰 영향을 미칩니다.

다양한 방사선 환경에서 테스트된 다양한 공급업체에 의해 제조된 다양한 SM, MM 및 PM 섬유의 방사선 성능을 [6]집계했다.

레퍼런스

  1. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2013-02-18. Retrieved 2013-04-17.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  2. ^ a b "Specialty Optical Fibers Coherent".
  3. ^ E.J. 프리벨과 D.L. 그리콤:유리의 방사선 영향, NY, 1979년 학술 출판사
  4. ^ Deparis, O.; Griscom, D.L.; Mégret, P.; Decréton, M.; Blondel, M. (1997). "Influence of the cladding thickness on the evolution of the NBOHC band in optical fibers exposed to gamma radiations". Journal of Non-Crystalline Solids. Elsevier BV. 216: 124–128. Bibcode:1997JNCS..216..124D. doi:10.1016/s0022-3093(97)00123-3. ISSN 0022-3093.
  5. ^ "Specialty Optical Fibers Coherent".
  6. ^ a b Arai, Kazuo; Imai, Hiroaki; Isoya, Junichi; Hosono, Hideo; Abe, Yoshihiro; Imagawa, Hiroshi (1992-05-01). "Evidence for pair generation of an E' center and a nonbridging oxygen-hole center in γ-ray-irradiated fluorine-doped low-OH synthetic silica glasses". Physical Review B. American Physical Society (APS). 45 (18): 10818–10821. Bibcode:1992PhRvB..4510818A. doi:10.1103/physrevb.45.10818. ISSN 0163-1829. PMID 10000998.