抗辐射超荧光光源的研究

摘要

作为光纤陀螺的理想候选者，掺铒光纤超荧光光源被广泛应用于航天航空和军事等领域。但是恶劣的空间辐射环境导致掺铒光纤超荧光光源的平均波长稳定性差以及输出功率低，严重影响掺铒光纤超荧光光源的正常工作，降低了光纤陀螺的安全性和可靠性。因此，研究用于光纤陀螺的抗辐射掺光纤超荧光光源具有重要的实用价值。本文对掺铒光纤超荧光光源抗辐射能力进行了实验研究。
　　研究石英光纤中掺杂不同元素形成缺陷的辐射效应;基于掺铒光纤超荧光光源的基本结构、工作原理，建立了掺铒光纤超荧光光源的辐射模型;给出了以辐射总剂量、辐射剂量率以及掺铒光纤材料相关系数为参数的掺铒光纤超荧光光源功率衰减和色心浓度的关系。
　　对高斯型和双峰型掺铒光纤超荧光光源进行预辐射实验研究。在辐射剂量率为0.083rad/s、辐射总剂量分别为493.63Gy和502.08Gy的60Co伽马射线环境中，对两个光源进行前后两次辐射实验，两次辐射实验间隔10个月，其中高斯型掺铒光纤光源辐致功率衰减分别为0.578dB和0.343dB，双峰型掺铒光纤光源辐致功率衰减分别为2.172dB和1.858dB。高斯型掺铒光纤光源平均波长分别变化了58.46 ppm(0.0896 nm)和174.78 ppm(0.268nm)，双峰型掺铒光纤光源平均波长分别变化了78.86 ppm(0.1219 nm)和296.68 ppm(0.459nm)。根据800h的恢复测试情况，高斯型掺铒光纤光源功率恢复分别为0.131dB和0.317dB，双峰型掺铒光纤光源功率恢复分别为0.431dB和0.961dB。实验有力证明预辐射对加强光纤抗辐射能力有较好的效果。
　　最后研究了高斯型前峰掺饵光纤光源和高斯型后峰掺饵光纤光源的抗辐照能力，在剂量率为0.083rad/s以及总剂量为502.08Gy的60Co伽马射线辐照下，高斯型前峰掺饵光纤光源和高斯型后峰掺饵光纤光源的平均波长分别变化了191.73 ppm(0.294 nm)和226.53ppm(0.354nm)，输出功率分别下降了14.18％和84.07％;辐照后800h，高斯型前峰掺饵光纤光源和高斯型后峰掺饵光纤光源的平均波长分别恢复了80.18ppm(0.123nm)和170.25ppm(0.266 nm)，输出功率分别恢复了0.307dB和2.603dB。表明高斯型前峰掺饵光纤光源无论在平均波长稳定性和输出功率都表现出更好的抗辐照能力，并且在辐照后的恢复更加稳定。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 超荧光光源的研究现状

1．2．1 国外的研究状况

1．2．2 国内的研究现状

1．3 论文的主要内容与章节安排

1．3．1 论文的主要内容

1．3．2 论文章节安排

1．4 本章小结

2 光纤的辐射效应

2．1 辐射环境、辐射源的种类及辐射效应

2．1．1 辐射环境概述

2．1．2 辐射源的种类

2．1．3 不同轨道的辐射状况

2．1．4 辐射的相关概念

2．1．5 空间辐射效应及相应模拟试验

2．2 石英光纤的缺陷类型研究

2．2．1 石英光纤的本征缺陷

2．2．2 掺杂造成的缺陷

2．2．3 光纤拉制过程中引入的缺陷

2．2．4 辐照导致的缺陷产生

2．3 掺杂对石英光纤辐照性能的影响及光纤加固技术

2．4 本章小结

3 掺铒光纤超荧光光源的辐射模型

3．1 光纤的辐射动力学模型

3．2 掺铒光纤的基本原理

3．2．1 掺铒光纤的发光机理

3．2．2 铒离子的速率方程

3．3 掺铒光纤超荧光光源的理论模型

3．3．1 掺铒光纤光源的基本结构

3．3．2 掺铒光纤光源的传输方程

3．4 掺铒光纤超荧光光源的辐射模型

3．4．1 功率衰减与掺铒光纤色心浓度的关系

3．4．2 掺铒光纤光源的辐射模型

3．5 本章小结

4 高斯型和双峰型掺铒光纤超荧光光源的预辐照实验研究

4．1 实验目的

4．2 实验装置

4．3 实验结果分析

4．3．1 辐射对光源输出光谱的影响

4．3．2 辐射对光源输出功率的影响

4．3．3 辐射对光源平均波长的影响

4．3．4 光源辐照后的恢复特性

4．4 本章小结

5 前高斯型和后高斯型掺饵光纤超荧光光源的辐射实验研究

5．1 实验目的

5．2 实验装置

5．3 实验结果分析

5．3．1 辐射对光源输出光谱的影响

5．3．2 辐射对光源输出功率的影响

5．3．3 辐射对光源平均波长的影响

5．3．4 辐射后光源的恢复特性

5．4 本章小结

6 总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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