بخشی از مقاله
چکیده -
توان نور خروجی از فیبرهای نوری تک مد مورد استفاده در مخابرات، قبل و پس از پایان تابش دهی گاما با دزهای 0/5 kGy تا 10 kGy در گستره طول موج های 1260-1640 nm اندازه گیری شده است. سپس با استفاده از قانون بیر-لامبرت، ضریب جذب و توسط رابطه کرامرز- کرونیگ، تغییرات ضریب شکست محاسبه شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که پس از تابش دهی و با افزایش دز تابشی، میزان جذب و میزان تغییر ضریب شکست، افزایش می یابد.
-1 مقدمه
به علت مزایای بسیاری که فیبرهای نوری نسبت به سیم-های مسی در ارسال اطلاعات دارند، استفاده از این فیبرها برای انتقال دادهها در محیطهای تشعشعی نیز مانند نیروگاه های هسته ای، مراکز پرتودهی، ایستگاه های فضایی و غیره گسترش یافته است.
در این محیطها تابش ذرات یون ساز مانند اشعه گاما اثرات مختلفی بر خواص فیزیکی فیبر نوری دارد از جمله: تغییر خواص مکانیکی، ضریب شکست، گسیل نور لومینسانس و تلفات نور عبوری از فیبر [1] را میتوان نام برد. عوامل مختلفی مانند نوع، انرژی و دز پرتو تابشی، دما، ساختار، نوع و ابعاد فیبر، درصد مواد تزریقی در هسته و پوشش فیبر، فرآیند ساخت فیبر نوری و طول موج نور عبوری از فیبر در رفتار فیبر نوری در برابر تابش، نقش دارند.
در اثر تابش دهی، نقص های ساختاری و مراکز رنگ مختلفی در ماده فیبر یعنی سیلیکا - SiO2 - ایجاد می شود که بخشی از نور عبوری از فیبر، توسط این عیوب، جذب یا پراکنده می شوند.به ویژه ناخالصی Ge عامل اصلی ایجاد مراکز رنگ ناشی از تابش در فیبرهای مخابراتی است. همچنین تابش یوننده موجب تغییر ضریب شکست فیبرهای نوری و در نتیجه آسیب ادوات نوری می شود.
مطالعه تغییر ضریب شکست فیبرهای نوری در اثر تابش گاما، اهمیت بسیاری برای طراحی سیستم های فیبر نوری مانند ژیروسکوپ فیبر نوری، سیستم فاصله یاب لیزری[4] و یا به عنوان حسگر برای دزهای تابشی بالا[1] دارد. در این تحقیق، توان نور خروجی از فیبر، قبل و بعد از تابش دهی گاما اندازه گیری شده و با استفاده از نتایج آن، ضریب جذب و تغییرات ضریب شکست محاسبه شده است.
-2 روش آزمایش
فیبرهای نوری تک مد که در مخابرات کاربرد دارند، به تعداد لازم و به طول 10 m تهیه گردید که این فیبرها دارای قطر هسته و پوشش به ترتیب 9 ʽm و 125 ʽm و قطر روکش اکریلات 245 ʽm بودند. توان نور خروجی از نمونهها قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی، توسط دستگاه MTS-8000 ساخت شرکت JDSU،، با دقت 0/02 dBm در گستره طول موجهای 1260 - 1640 nm اندازهگیری شد. هر یک از نمونهها، با استفاده از امکانات مرکز تابش دهی سازمان انرژی اتمی ایران، تحت تابش گامای 60Co در دستگاه گاماسل GC-220 با میزان دز 4/26 Gy/s در دزهای 0/5، 1، 5 و 10 kGy تابش داده شدند. برای آزمون اپتیکی تعیین تلفات، هر نمونه از فیبرهای نوری با اتصال دهنده های FC به فرستنده و گیرنده دستگاه اندازهگیری متصل گردید. توان نور ورودی به فیبرها، -20 dBm میباشد و تمام مراحل اندازهگیری و تابش دهی در دمای اتاق و شرایط یکسان انجام شده است.
-3 نتایج
در شکل 1، نمودار توان نور خروجی از فیبرها برحسب طول موج، قبل و یک روز بعد از پایان تابش دهی با دزهای 0/5 تا 10 kGy نشان داده شده است. مشاهده می شود که توان خروجی، پس از تابش دهی و با افزایش دز، کاهش می یابد.
شکل :1 نمودار توان خروجی از فیبرهای نوری تک مد، قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی گاما با دزهای 0/5 تا 10 kGy در گستره طول موج های .1260-1640 nm سپس با استفاده از قانون بیر- لامبرت - رابطه [5] - - 1 - ، ضریب جذب در هر طول موج محاسبه شده و در شکل 2 نمودار ضریب جذب برحسب انرژی، نشان داده شده است.
که I توان نور خروجی، I0 توان نور ورودی به فیبر، α - ω - ضریب جذب و z طول فیبر است.
همان طور که در شکل 2 مشاهده می شود، با افزایش دز تابش گاما، میزان جذب افزایش می یابد و ناحیه حداقل جدب به سمت فرکانس های کمتر، جا به جا می شود که نشان دهنده پهن شدن باندهای جذب در دیگر نواحی فرکانسی است.
شکل :2 نمودار ضریب جذب برحسب انرژی در فیبرهای نوری تک مد، قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی گاما با دزهای 0/5 تا .10 kGy
با توجه به ضریب شکست مختلط - رابطه - - 2 - ، قسمت حقیقی آن n - ω - نشان دهنده ضریب شکست، قسمت موهومی آن k - ω - ، مربوط به جذب و فرکانس زاویه ای است
ارتباط بین n - ω - و k - ω - از طریق رابطه کرامرز کرونیگ تعیین می شود که به صورت زیر است:
که c سرعت نور است. بنابراین با معلوم بودن ضریب جذب α - ω - برحسب ، با استفاده از رابطه کرامرز کرونیگ، می توان تغییر ضریب شکست δn - ω - را محاسبه کرد. با این فرض که میزان جذب در ناحیه فرکانسی ωl<ω<ωh به کمترین مقدار خود می رسد، می توان رابطه - 3 - را به صورت زیر نوشت و از - ω - صرف نظر کرد.
برای محاسبه تغییر ضریب شکست نسبت به ناحیه فرکانسی کمترین جذب، از نمودار ضریب جذب برحسب انرژی و رابطه - 5 - استفاده شده است. انتگرال رابطه - 5 - ، به صورت عددی و از روش مک لورن[7]، توسط برنامه MATLAB حل شده است. در شکل های -3الف و -3ب، نمودار تغییرات ضریب شکست برحسب فرکانس، قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی با دزهای 0/5 kGy تا 10 kGy نشان داده شده است.
شکل -3الف: نمودار تغییرات ضریب شکست نسبت به ناحیه کمترین جذب در فرکانس های کمتر از فرکانس حداقل جدب، قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی گاما با دزهای 0/5 تا .10 kGy
شکل -3ب: نمودار تغییرات ضریب شکست نسبت به ناحیه کمترین جذب در فرکانس های بیشتر از فرکانس حداقل جدب، قبل و یک روز پس از پایان تابش دهی گاما با دزهای 0/5 تا .10 kGy
