不同浓度的掺铒光纤抗辐射效应2
不同掺Er光纤的辐致损伤以及恢复效应研究
1.引言
掺铒光纤放大器(EDFA)因其优良的放大特性，在光纤陀螺，EDFA测量，光纤传感，光谱测试以及低成本接入网等很多领域得到了广泛的应用。尤其在高精度光纤陀螺中，这种光纤放大器是最具潜力的候选者。但是光纤放大器属于光纤类器件，受空间的辐射环境影响非常严重，会因此产生色心从而严重影响光纤放大器的放大性能。但是相对于普通放大器，光纤放大器的优点十分明显，所以人们还是希望它能在空间光通信领域发挥重大作用，因此，光纤放大器在空间环境中的抗辐射技术研究就成为一个有现实意义的重要课题。空间应用的特殊环境条件之一是空间辐照，除对电路影响外，辐照对光纤陀螺的主要影响是电离总剂量对光电子器件的影响【2】，其中最主要的影响是辐照引起光纤损耗增大，即高能粒子作用于光纤时会发生化学反应，在光纤中产生着色中心，使其透光性变差，这个过程称为“色心沉积”效应。
掺铒光纤是EDFA的工作介质，它以石英光纤作基质材料，并在其纤芯中掺入一定浓度的Er3?。因为放大实际上是由铒离子完成，所以使硅光纤中的铒离子的浓度尽可能高是很重要的。但过高的浓度会导致离子团的聚集，引起荧光淬灭，使得自发辐射强度大大减弱。克服此现象的一种办法是降低 Er
单位长度增益降低。由此可见Er3?浓度<50ppm，可使荧光淬灭现象
不出现，但这导致 EDF 浓度对掺铒光纤的工作特性有极其重要的影响，本文单
3?3?从掺铒光纤的辐致损伤谈起，意在摸索Er
复效应的影响。
2.实验
2.1待测光纤 浓度高低对掺铒光纤的辐致损伤以及辐射后恢
实验所测光纤为加拿大Coractive公司生产的EDF-L1500光纤和由武汉烽火通信科技股份有限公司拉制的EDF-980C/N光纤。具体参数如
表
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1所示。
表1 待测光纤的参数
直径、有效数值孔径、截止波长。不同的980泵浦波长吸收系数可以说明两种光纤中的掺饵浓度不同。由表1可见，EDF-L1500对980泵浦波长吸收系数为15dB/m，EDF-980C/N对980泵浦波长吸收系数为2.5~6.0dB/m。所以EDF-L1500光纤的掺Er3?浓度约为EDF-980C/N的3倍。
2.2实验装置
辐射实验装置如图1，选取2种掺饵光纤的长度均为5m，由于实验所用2种光纤都为单
模光纤，而单模光纤在1310nm波长处的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这样，1310nm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口。所以试验中我们选取的2个光源分别以1310DFB激光器光源搭建，各光纤器件之间采用尾纤熔接方式连接
【19】。辐射源为Co的伽马射线源，2组掺饵光纤所置放位置的辐射
剂量率为0.083rad/s，60
历时约165.2h，辐射总剂量为49.362krad。除了将2种掺饵光纤暴露在辐射环境中，光源的其他部分都分别使用铅砖(Lead brick)遮挡进行辐射屏蔽并放置在辐照室外。2个光源的输出分别利用30m的SMF单模跳线引出到辐照室外，用功率计(OPM)测量光源的输出功率，通过GPIM卡将功率计与PC机连接，组成实验在线测试系统，进行实时数据采集存储。
图1.辐射实验装置
3.结果
分析
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3.1辐致损伤
图2为辐射过程中2种光纤辐致衰减(radiation induced attenuation ,
RIA)随辐射剂量的变化关系。可以看出，随着辐射剂量的增大，辐致衰减不断增大，具有近似线性的关系，其中EDF-L1500在总剂量49.362krad的辐照下衰减约为5.764dB，而EDF-983C/N衰减达到了
7.135dB。两光纤相比，EDF-980C/N的辐致衰减要比EDF-L1500高出1.371dB。但不排除在拉制过程中掺有其他杂质的可能。
图2.两光纤的辐致衰减与辐射剂量的关系
3.2辐射后的恢复特性
图3两个光纤的功率恢复情况，两个光纤都表现出一定程度的恢复特性，尤其是EDF-L1500的恢复特性比较明显，在33天的恢复过程中，EDF-L1500的输出功率从0.031482/mw恢复到0.045876/mw，共恢复了0.014394/mw。EDF-980C/N的输出功率从0.08078/mw恢复到0.01178/mw，共恢复了0.003702/mw。相比较，EDF-L1500的恢复速率是EDF-980C/N恢
复速率的3.88倍。
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