Бакалов В П, Ігнатьєв Ф Н Московський авіаційний інститут (державний технічний університет) ГСП-3, Волоколамское ш, Буд4, 125993, Москва

Анотація – Досліджується пропускна спроможність під-локон-оптичних каналів в умовах впливу іонізуючого випромінювання

I                                         Введення

Природною тенденцією розвитку волоконно-оптичних інформаційних систем є зростання швидкості передачі даних У цих умовах набуває актуальності питання про вплив на пропускну здатність волоконно-оптичних каналів перешкод, ініційованих зовнішніми факторами

Найбільший науковий і значний практичний інтерес представляють перешкоди, що ініціюються в оптичних волокнах іонізуючими випромінюваннями Ця теза пояснюється різноманітністю ефектів, ініційованих у діелектричних і напівпровідникових матеріалах (основних матеріалах волоконної оптики) іонізуючими випромінюваннями Як відомо, внаслідок процесів іонізації (включаючи процеси атомних збуджень) в твердому тілі виникають напруги, деформації і зміни діелектричних характеристик [1-3] Ці ефекти мають складну (у загальному випадку, випадкову) просторово тимчасову залежність Статистичні особливості цієї залежності визначаються як видом і характеристиками випромінювання, так і властивостями матеріалу і в даний час маловивченим

II                                       Теорія

Внаслідок ініційованих іонізуючими випромінюваннями змін діелектричних параметрів і деформацій оптичних волокон, характеристики інформаційних сигналів при проходженні через волокно будуть випробовувати обурення Слід підкреслити, що зміни енергії сигналу не вичерпують картину деструктивних ефектів Так зміна фази електромагнітної хвилі ΑφΙ (φ · Ό), що ініціюється впливом на волокно іонізуючого випромінювання можна оцінити виразом [4]

тут дозовий коефіцієнт показника заломлення матеріалу серцевини волокна [5] Pjj і

– коефіцієнти Поккельса і – аксіальна і радіальна деформації волокна D (r, t) – поглинена в елементарному обсязі волокна доза іонізуючого випромінювання г – просторова координата, ί-час, що відраховується від початку впливу іонізуючої радіації

Таким чином, зміни фазових характеристик сигналу визначаються ініційованими іонізуючим випромінюванням деформаціями волокна і змінами показника заломлення серцевини

Зміст методу дослідження упругонапряженного стану тіла в умовах впливу іонізуючих випромінювань складає встановлення залежності між деформаціями тіла і енергією, переданої тілу іонізуючими випромінюваннями Передана в елементарний обєм тіла енергія, з точністю до постійної величини, щільності матеріалу, дорівнює поглиненої дози випромінювання, D (r, i) Використовуючи для оцінки «відгуку» матеріалів волокна дозові коефіцієнти лінійного розширення [5], рівняння звязку між напруженнями СГуд ^ Деформаціями u ^ ^ та радіаційної навантаженням D {r, i) може бути записано у вигляді

Тут: «у-коефіцієнт теплового розширення, а, – дозовий коефіцієнт лінійного розширення, д-хімічний потенціал дефекту, ε – середня енергія дефектообразования, Р – щільність матеріалу, К – ізотермічний модуль обємного розширення, μ \ л λ – коефіцієнти ламе, Су – теплоємність при постійному обсязі, – символ Кронекера

Перший доданок в правій частині (2) описує напруги, що у тілі внаслідок змін температури, що викликаються впливом іонізуючого випромінювання Ініційоване радіаційної навантаженням зміна температури тіла визначається співвідношенням

Наступна зміна температури тіла є наслідком явищ теплопровідності, конвекції і випромінювання

Вплив змін параметрів каналу на переданий сигнал залежить і від тривалості сигналу Компютерне моделювання показує: якщо тривалість сигналу задовольняє нерівності Т »Т ^ {Т ^ – час істотного зменшення спектра потужності ініційованих перешкодами фазових затримок), то канал вносить пренебрежимо малий рівень межсимвольной інтерференції

При зменшенні тривалості сигналу, тобто з ростом швидкості передачі спостерігається посилення деградації форми сигналу У ситуації Т «Т ^, дія перешкод призводить до деградації форми сигналу і значної межсимвольной інтерференції

III                                   Висновок

Вплив іонізуючих випромінювань на оптичне волокно зводиться лише до зростання енергетичних

втрат сигналу, що викликається збільшенням оптичної щільності матеріалу волокна і ефектами розсіювання Ініційовані іонізуючими випромінюваннями фазові ефекти повинні бути детально вивчені у звязку з можливістю обмеження пропускної здатності оптичних волокон

Існування граничної швидкості передачі інформації вказує на необхідність перегляду методів розробки апаратури, яка передбачає впливу зовнішніх факторів Наприклад, апаратури космічного базування

IV                                    Література

[1] Мотт Н, Девіс Е Електронні процеси в некристалічних речовинах М: Мир 1982 415 с

[2] Гпебов Л Б, Докучаєв В Г, Ніконоров Н В, Петровський Г Т Зміна обсягу скла при утворенні і знебарвленні центрів забарвлення / / Фізика і хімія скла 1986 т12 N3 с 345-351

[3] Косевич А М Основи механіки кристалічної решітки · М: Наука, 1972 280 с

[4]  IgnatievF N Irradiation induced phase and polarization phenomena in optical fibers // Proc SPIE, vol 4829, p 185 (2002)

[5] Ігнатьєв Ф H Нові аспекти радіаційного матеріалознавства / / Тези доповідей 7 – ій Всесоюзній конференції з РФХ неорганічних матеріалів Рига 1988 т 2 с 531

[6] Ігнатьєв Ф 14 Основи теорії радіаційно-иници-іруемих деформацій оптичних матеріалів / / Тези доповідей 9-й Міжнародній конференції з РФХ неорганічних матеріалів Томськ 1996 с 173

RADIATION INDUCED LIMITATION OF OPTICAL FIBER CAPACITY

F N Ignatiev

Moscow Aviation Institute (State Technical University) Moscow, 125871, Russia

Abstract – Limitation of optical fibers capacity by ionizing radiation loads is discussed

Analysis of noise generated within optical fibers by external factors presents significant scientific and practical interest Among external factors the ionizing radiation represents the special interest because of multiplicity of phenomena generated within a fiber [1-3]

As a result of irradiation both dielectric and mechanical parameters of a fiber are changed Due to these effects destructive phase phenomena will arise in an optical signal propagating in a fiber

II                                           Theory

The sensitivity of the optical phase to a radiation load can be described by equation (1) [4], where β is the dose coefficient of

refractive index [5] of the core, Рц and еге the Pockels coefficients, and Sj are the axial and radial strains in the core, D j {r, t) is the dose of ionizing radiation absorbed in the fiber

This equation shows that problem of interest is determined by the changes in refractive index of the core and strains arising in the fiber To analyze irradiation induced stresses and strains the equation (2) was used [6], where До is the isothermal compression module, αχ is the thermal expansion coefficient,

ccj is the dose coefficient of linear expansion [5] (According to the definition the dose coefficient of linear expansion as the change in the relative linear size of a body caused by absorption of a unit ionizing radiation dose), ε is the mean energy passing to the fiber for one defect creation, g&quot is the chemical

potential, Cy is the thermal capacity, λ and μ are the Lame

parameters, is the strains tensor

The first term in equation (2) is related to thermal effects Thermal changes in fiber being under radiation are determined by equation (3)

Computer simulation of the signal propagating in the fiber being under ionizing radiation showed that their shape get worse This degradation of the signal increases with the bitrate growth up to its complete destruction

III                                       Conclusion

The picture of radiation induced effects in optical fibers is not exhausted by an increase in the absorption of light Radiation induced changes in geometry of a fiber and a refractive index of the core can make worse their capacity

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р