“熊貓”型石英保偏光纖空間輻照效應(yīng)與機(jī)理研究.pdf

1、本論文以光纖陀螺儀的空間應(yīng)用為背景，利用地面模擬設(shè)備，研究了在電子和質(zhì)子輻照條件下國產(chǎn)“熊貓”型石英保偏光纖誘導(dǎo)損耗的變化規(guī)律，并利用多種分析方法對石英光纖的輻照誘導(dǎo)損耗機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　在一定能量電子和質(zhì)子輻照作用下，“熊貓”型石英保偏光纖誘導(dǎo)損耗均隨輻照注量的增加呈指數(shù)規(guī)律上升。石英光纖輻照誘導(dǎo)損耗的變化規(guī)律與粒子的能量和種類有關(guān)，在相同注量下，170keV電子和2.6MeV質(zhì)子輻照導(dǎo)致的損耗值增加分別高于1MeV電子和2

2、.3MeV質(zhì)子輻照，2.6MeV質(zhì)子的影響大于170keV電子。這一結(jié)果表明，纖芯吸收的能量越多誘導(dǎo)損耗值變化越大。
　　紅外光譜分析表明，纖芯中的Si-OH缺陷是導(dǎo)致工作波長為1310nm石英光纖輻照誘導(dǎo)損耗增加的重要原因。進(jìn)一步的分析證明，Si-OH是由輻照產(chǎn)生的Si-O與原子H反應(yīng)形成。H的來源有兩個途徑，一是表面涂覆層聚合物輻照降解生成，然后通過擴(kuò)散到達(dá)纖芯，二是質(zhì)子輻照直接注入H。在質(zhì)子輻照下，纖芯中形成更多的Si-OH

3、，所以光纖的損耗增加比注量相當(dāng)?shù)碾娮虞椪諘r更顯著。
　　經(jīng)輻照后的石英光纖存在明顯的退火效應(yīng)，而且溫度越高誘導(dǎo)損耗的恢復(fù)越明顯。這一現(xiàn)象表明，Si-OH不是誘導(dǎo)損耗增加的唯一機(jī)制。有專門的試驗研究表明，氫氣能夠?qū)е鹿饫w損耗增加，但目前沒有輻照條件下在纖芯中形成氫氣的直接證據(jù)。從電子和質(zhì)子輻照的數(shù)據(jù)分析，質(zhì)子輻照下纖芯內(nèi)部H濃度較大，有條件使原子H復(fù)合成為分子氫。退火試驗顯示，經(jīng)質(zhì)子輻照的光纖退火程度明顯大于電子輻照的情況，這一結(jié)果