辐照条件下石英光纤的损耗理论

本文提出了一种计算石英光纤辐照损伤的理论,特点是通过在实验室中测出的来推算太空中卫星所用石英光纤中的辐照抽伤情况,而解决了以往在实验室里难以模拟太空环境而造成石英光纤辐照损耗难以推算的困难,并且该理论亦可应用到其它的在辐照环境中工作的石英光纤。     

3种聚合物光纤γ射线辐照光谱特性实验研究

为了比较3种聚合物光纤在γ射线辐照下的辐照损伤特性的不同,通过分析3种聚合物光纤在辐照环境下的物理化学变化,并测量了聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸脂、聚苯乙烯3种光纤在不同剂量γ射线辐照下可见光波段的辐照光谱,得到3种光纤辐照损伤特性的定量结果。在0.1kGy和1kGy辐照剂量时,3种光纤的透过率光谱趋势类似,整个可见光波段透过率光谱都较平坦;在5kGy和10kGy辐照剂量时,测得的辐照光谱在不同波长段出现峰值,辐照剂量越高,剂量率越大,光谱的峰值效果越明显,透过率起伏越多,透过率峰值也向长波段偏移。结果表明,光纤的辐照损伤和恢复都有波长相关性,这对核辐照环境下使用塑料光纤有很好的参考作用。     

面向空间应用耐辐照有源光纤研究进展

稀土掺杂有源光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高等优点,在空间激光通讯、空间激光雷达、太空垃圾处理及军事等方面有重要应用价值。然而,常规稀土掺杂有源光纤在太空辐射环境中的辐射诱导损耗是非稀土掺杂无源光纤的1000倍以上,这给面向空间应用的光纤激光器或放大器的长期稳定性带来了严峻挑战。本文简要介绍了太空辐照环境、石英光纤在太空中的应用需求和所面临的挑战;然后从三个方面详细介绍了当前国内外在耐辐照有源光纤领域取得的最新研究成果:1)有源光纤辐致暗化机理,2)有源光纤耐辐射特性的影响因素,3)提高有源光纤耐辐射特性的方法;最后,对耐辐照有源光纤的未来研究方向进行了展望。     

空间用特种光纤的辐射致衰减效应

为了评估掺铒光纤、保偏光纤、单模纯硅芯光纤和多模纯硅芯光纤等特种光纤在空间辐射环境下的适应性,采用60Coγ辐射源模拟空间电离辐射环境对4种光纤进行了辐射致衰减效应测试,得到了光纤辐射致衰减与辐射剂量间的关系曲线.引入能带理论分析光纤的辐射效应机理,结合速率方程理论推得了光纤的辐射致衰减与辐射剂量间的多成份饱和指数模型...     

三种聚合物光纤γ射线辐照光谱特性实验研究

分析了聚合物光纤在辐照环境下的物理化学变化，实验研究了聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）.聚碳酸脂（PC）、聚苯乙烯（PS）三种光纤在不同剂量的γ射线辐照下的辐照损伤效应，测量了三种聚合物光纤在可见光波段的辐照光谱。测量结果表明，光纤的辐照损伤和恢复都有波长相关性，在0.1kGy和1kGy辐照剂量时，三种光纤的透过率光谱趋势类似，整个可见光波段透过率光谱都较平坦；在5kGy和10kGy辐照剂量时，测得的辐照光谱在不同波长段出现峰值，辐照剂量越高剂量率越大，光谱的峰值效果越明显，透过率起伏越多，透过率峰值也向长波段偏移     

Ce掺杂对空间激光通信掺铒光纤的耐辐照影响研究

辐照环境下掺铒光纤性能下降严重影响了其在空间环境中的应用,而Ce可以凭借其变价能力抑制光纤的辐致损伤效应。利用螯合物气相沉积法制备了不同Ce掺杂量的掺铒光纤,在常温下使用⁶⁰Co辐照源对光纤进行了累积剂量100 krad、剂量率6.17 rad/s的辐照实验。通过吸收损耗谱的测试发现Ce掺杂含量高的光纤在辐照后损耗为419.185 dB/km@1 200 nm,且荧光寿命变化量减小了0.578 ms。通过切片芯层透过率及电子顺磁共振测试发现Ce掺杂可以有效降低光纤中Al和Ge相关的色心缺陷数量。最后通过增益测试验证了Ce掺杂对掺铒光纤抗辐照能力的改善,辐照后高Ce掺杂的光纤比未掺杂Ce光纤的增益高出4.15 dB。实验结果表明,Ce掺杂可以有效增强掺铒光纤抗辐照性能,这一结论对掺铒光纤在太空中的应用具有重要意义,该研究结果能够为后续掺铒光纤的耐辐照加固及其在空间中的应用提供参考。     

聚苯乙烯塑料光纤辐照特性的实验研究

分析了聚合物受辐照后发生物理化学变化的机理 ,实验研究了聚苯乙烯 (PS)光纤在不同剂量的 γ射线辐照下光传输性能的变化以及其恢复特性。实验结果表明 ,在各种辐照剂量下 ,光透过率有不同程度的下降 ;在 10 3Gy以下 ,辐照造成的光损伤经过一段时间基本可以恢复 ;在更高剂量下 (超过 5× 10 3Gy) ,辐照对光纤造成了永久损伤 ,经过很长时间也只能恢复一部分。与聚甲基丙烯酸甲脂 (PMMA)光纤辐照实验结果相比 ,发现 PS光纤显然比 PMMA光纤的抗辐照特性要好。     

纯硅芯光纤的空间辐照环境适应性

研究了光纤的辐照损伤机理,对纯硅芯光纤与传统芯层掺杂光纤的结构特点进行了系统地分析,从结构组成特点上分析了两者的抗辐照性能差异。研究了国内外关于光纤的抗辐照试验标准,对各标准中剂量率、总剂量等试验条件差异进行了对比,并对不同剂量率对光纤辐照试验结果的影响进行了分析,给出了光纤在空间辐照环境条件下应用的辐照试验条件的选择原则。最后,采用0.1 rad（Si）/s剂量率对某国产纯硅芯光纤的抗辐照性能进行了试验评估,光纤在20 k rad（Si）总剂量辐照后光纤损耗为1.934 dB/km。空间辐照性能评估结果满足该项目的宇航型号的空间环境使用需求,辐照评估结论为可用。     

γ辐射对光纤色散的影响

提出了基于能量沉积的辐射对光纤折射率的影响分析方法,计算了光纤的色散变量随光纤的V参数、折射率变化,开展了辐射对光纤色散影响的测量实验,得到了光纤的色散系数随辐射剂量变化数据。实验及理论计算结果表明:(1) 光纤的色散系数随辐射剂量的增加而增大,在一定的剂量(0~500 Gy)范围内,光纤色散增加量呈逐渐饱和趋势;(2) 辐射导致光纤折射率发生变化,从而引起材料色散的变化,辐射效应中的电子密度增大是折射率改变的主要因素;(3) 辐射感生损耗引起的信号幅度降低要比辐射感生色散引起的脉冲展宽明显,对于暴露在核辐射环境中的长距离光纤,其脉冲信号产生的畸变是两者同时存在并共同作用的结果。     

长周期光纤光栅中基模到辐射模耦合的数值分析

我们根据耦合模理论和辐射模式理论针对长周期光纤光栅环境折射率高于包层折射率的情况建立了完整模型,并提出了一种新的数值方法求解辐射模耦合方程组,定量的分析了长周期光纤光栅中基模到辐射模的耦合特性,并总结了长周期光纤光栅透射谱特性随环境折射率的变化规律,与实验结果符合的很好.这种方法可以很容易推广到短周期布喇格光纤光栅的情况.     

光纤陀螺光学器件的空间辐射效应及防护技术

针对光纤陀螺用光学器件在空间辐射环境下受电离损伤和位移损伤影响性能下降的问题,分别分析了光纤、SLD光源、PIN-FET探测器的空间辐射效应。为保证光纤陀螺在空间的工作性能,从被动屏蔽和主动加固两方面讨论了光学器件的辐射防护技术。考虑到不同光学器件对不同类型辐射损伤的敏感性以及航天器载荷对重量的严格要求,从电离损伤屏蔽和位移损伤屏蔽两方面对屏蔽厚度进行了优化设计。通过对各光学器件辐射效应机理的分析,讨论了提高光学器件本身抗辐射能力的主动加固技术。     

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术研究进展

文章首先重点介绍了国内外开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的电子、质子及其他辐射粒子或射线辐照实验的研究进展,然后从辐照损伤效应的仿真模拟研究、抗辐射加固技术、损伤预估方法等方面综述了GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应及加固技术的研究进展,最后梳理了当前GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应研究中亟待解决的关键技术问题,为深入开展GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池辐照损伤效应实验方法标准制定、损伤机理分析、在轨寿命预估及抗辐射加固技术研究提供了理论指导和实验技术支持。     

复杂环境背景下典型飞行器表面红外反射特性研究

飞机蒙皮对于背景辐射的反射可以作为红外目标识别的辐射源,但背景辐射通常来源于太阳辐射和地面背景辐射等辐射的综合作用,其复杂性和多变性也可能使飞机的红外反射辐射严重干扰红外制导的准确性,因此,研究复杂环境背景下的飞机蒙皮红外反射特性对于红外目标识别和红外导弹制导等应用具有重要意义。本文基于Schlick双向反射分布函数(BRDF)模型,结合有限元方法,利用反向蒙特卡洛法计算辐射遮挡因子,在MODTRAN软件环境下计算大气光谱透过率,针对不同条件下的飞机红外反射辐射特性进行研究。结果表明,不同探测角度和探测波段对飞机红外反射特性具有很大影响,且飞机蒙皮的反射辐射具有分布非均一性特点。     

基于氧气光谱吸收的被动测距中无云天空背景辐射特性研究

氧气吸收率是利用氧气A 吸收带进行被动测距技术计算的核心,将包含氧气A 吸收带在内的无云天空背景辐射和黑体辐射作为研究对象,利用CART 软件模拟计算了不同观测天顶角、不同时段、不同太阳天顶角的无云天空背景氧气吸收率分布,并与不同观测天顶角、不同距离下的黑体辐射氧气吸收率进行了比较分析,结果表明:当探测距离大于3 km 时,黑体辐射的氧气吸收率大于无云天空背景辐射氧气吸收率,所以根据不同观测条件设置被动测距的氧气吸收率阈值,可提高对目标的探测概率,降低背景辐射对被动测距的影响。     

Gamma radiation effects on erbium-doped fiber in superfluorescent fiber source

The radiation effects of two erbium-doped superfluorescent fiber sources (SFSs) are studied in gamma ray environment. Two types of output spectrum profile (twin-peaked spectrum and single-peaked spectrum) of SFSs are constructed by different configuration and parameters. The dependence of radiation-induced power loss and spectra evolution on the dosage is revealed. The results show that the amplitudes of radiation-induced power decrease are quite similar in two SFSs. But the mean wavelength variation of the single-peaked spectrum SFS is approximately 25 times smaller than that of the twin-peaked spectrum SFS. Compared to the twin-peaked spectrum SFS, the single-peaked spectrum SFS presents better radiation tolerance, which should have potential advantages in space applications.     

空间辐射环境与光器件抗辐射加固技术进展

随着光器件在空间环境和辐射环境中的广泛应用,在国际上对光器件抗辐射性能的研究越来越多。为了提高光器件的抗辐射性能,满足空间应用的各种需要,文章介绍了空间辐射环境,空间辐射对光器件的影响和辐射损伤机理,主要是光纤、激光器、光探测器、光纤陀螺的辐射效应和损伤机理。同时,概述了航天用光器件的抗辐射加固技术及其最新进展。通过采用抗辐射加固技术,大大提高了空间应用的超辐射发光二极管（SLD）、超荧光光纤（SFS）光源、1310nm波长的InGaAsP／InP半导体激光器、电荷耦合器件（CCD）、互补性金属氧化物半导体（CMOS）器件的抗辐射性能和可靠性。     

空间辐照环境及红外光子探测器的辐照效应

红外探测器技术在20世纪获得了巨大的发展,其在空间遥感领域的应用也越来越广。外层空间中存在着各种辐射,这就给红外探测器提出了抗辐射要求。本文首先总结了当前对空间辐照环境的认识,其中包括宇宙射线、地球辐射带、太阳粒子事件、大气中的次级成分、太空飞行器内部的次级成分,然后按照时间顺序对当前器件辐照效应的研究现状进行了综述。     

脉冲γ射线对光纤的辐射感生损耗

研究了光纤受射线辐照响应机制,计算了光纤对射线吸收率、效应截面、Compton电子的能通量及角度分布;提出了瞬态辐射感生损耗的测量方法,采用波长分别为405、660、850、1 310、1 550 nm的模拟宽带光纤传输系统,设计了瞬态辐射感生损耗的实验测量系统。在平均光子能量0.3 MeV、剂量率2.03107 Gy/s和平均光子能量1.0 MeV、剂量率5.32109 Gy/s的两种脉冲射线辐照条件下,获得了4种光纤瞬态辐射感生损耗与剂量的关系、永久性感生损耗的谱分布和折射率变化结果:（1）脉冲射线对光纤的瞬态辐射感生损耗随探测波长在近红外到可见光范围内的减小而增大;（2）在相同辐照条件下,多模光纤的瞬态辐射感生损耗稍大于单模光纤;（3）辐射致光纤折射率降低;（4）在一定剂量范围内,多模光纤瞬态辐射感生损耗和剂量呈近似线性关系。研究表明,射线导致光纤基质原子产生新的色心和光纤折射率降低,色心对传输光子的共振吸收导致光纤吸收损耗增加,折射率降低导致光纤波导损耗增加,感生损耗是两种机制共同作用的结果。     

太阳辐射计

本文简要介绍了太阳辐射测量的基本概念和太阳辐射计的发展背景．在此基础上,针对国内外现有的能够用于测量直接太阳辐射的太阳辐射计,从仪器系统设计、光学系统设计、探测器选择、电子系统及数据处理等各个角度进行分析比较,总结得到了该类仪器目前基本的发展状况。     

低温光学系统辐射特性研究

文章从空间探测所广泛采用的三反光学系统入手，建立了一个研究光学系统玻璃自身辐射特性的模型，通过它计算得到低温光学系统的背景辐射量与温度之间的关系，并结合计算结果分析了典型红外空间望远镜的探测能力。