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题目:光纤辐射致衰减温度特性的谱依赖性研究

关键词:光纤辐射致衰减; 温度特性; 谱依赖性; 位型坐标模型

  摘要


    光纤由于其结构灵活、抗电磁干扰、电绝缘等优势,在空间光电技术领域得到了广泛的应用,比如卫星通信中应用的光纤放大器件,惯性导航系统中应用的光纤陀螺仪等。光纤器件在空间辐射环境中工作,受到辐射粒子的影响产生光纤辐射致衰减效应。研究发现辐照后光纤的衰减对温度有单调稳定的依赖性,而这种温度依赖性又随传输光波长的变化而表现出不同的特性。为了更好地研究光纤辐射致衰减的温度特性,探究波长对基于这一特性的温度传感器工作性能的影响,论文围绕光纤辐射致衰减温度特性的谱依赖性开展了以下研究:

    首先,验证并分析了光纤辐射致衰减温度特性的谱依赖性。选取了不同种类的单模光纤,在60Coγ辐射源下进行不同辐射剂量的照射。将辐射后的光纤进行充分退火后,测试其辐射致衰减谱,分析实验所得辐射致衰减谱的现象和规律。总结实验结果发现:不同辐射剂量下锗磷共掺杂光纤辐射致衰减的温度特性具有稳定一致的谱依赖性。主要表现为在所研究范围内,短波长处辐射致衰减随温度的增加而增加,长波长处辐射致衰减随温度的增加而减小,不同波长处辐射致衰减随温度变化的灵敏度和线性度不同。

    其次,建立了基于位形坐标模型的光纤辐射致衰减温度特性的谱依赖性模型。通过大量的文献调研发现,色心是引起辐照后光纤衰减大幅度增加的主要因素,不同温度下光纤内色心吸收谱的合成即为光纤辐射致衰减谱。在我们所研究的近红外波谱范围内,色心的吸收为振动-转动吸收模式。色心吸收受温度影响显著,其吸收谱随温度变化的规律可以用位形坐标模型来解释。论文基于位形坐标模型,探究了色心吸收谱的特性,建立了光纤辐射致衰减温度特性的谱依赖性模型。

    再次,验证了辐射致衰减温度特性的谱依赖性模型并讨论了色心在不同波长处对辐射致衰减温度特性的影响。测试了另一根光纤的辐射致衰减谱,用所建模型对其衰减谱进行拟合,拟合结果验证了模型的正确性。

    最后,探究了谱依赖性对基于光纤辐射致衰减温度特性的新型温度传感器工作性能的影响。通过分析光纤辐射致衰减在850nm、1310nm和1550nm三个常用通光窗口处的温度灵敏度和线性度,发现锗磷共掺杂光纤在850nm处表现出最优的传感性能。

    关键词:光纤辐射致衰减;温度特性;谱依赖性;位形坐标模型