Měření vlastností optických vláken a kabelů vystavených účinkům gama záření

Abstract

Optická vlákna jsou v současnosti používána pro přenos dat na velké vzdálenosti. Na optická vlákna však působí vlivy okolního prostředí, které mohou negativně ovlivnit přenosové vlastnosti optických vláken. V extrémních prostředích mohou být optická vlákna vystavena vlivům gama záření. Tato diplomová práce se zabývá měřením vlastností optických vláken a optických kabelů vystavených vlivu gama záření. Práce se zkoumá vlastnosti experimentálních optických kabelů CTDS a CTFS, optických vláken s dotací erbia a optických křemenných vláken s průměrem jádra 105 um, na které byly aplikovány dávky gama záření s nízkým, nebo vysokým dávkovým příkonem. V diplomové práci je popsán experiment s kabely CTDS a CTFS, které byly ozářeny dávkou gama záření 80,5 kGy s dávkovým příkonem 5,5 Gy/h, a následné měření optického útlumu jednotlivých optických vláken v kabelech. Toto měření ukázalo větší ovlivnění gama zářením u kabelů CTFS, které obsahoval ochranný gel, na rozdíl od optického kabelu CTDS. Také jsou v této práci popsány vlastnosti erbiem dotovaného vlákna při vystavení vlivu malých dávek gama záření. Provedené experimenty byly zaměřeny na měření změn optického útlumu a optického zesílení v důsledku ozáření a v době relaxace optického vlákna v době po ozáření. Z výsledků je patrné, že velikost optického útlumu způsobeného gama zářením se zvyšuje s dávkou gama záření. Také bylo zjištěno, že pro kratší vlnové délky je tento útlum vyšší a s narůstající vlnovou délkou tento nárůst optického útlumu klesá. Pro 3 m dlouhé erbiem dotované optické vlákno je také popsán experiment pro studium efektu foto-bělení. Zde bylo dosaženo snížení optického útlumu ozářeného vlákna o 2,20 dB na vlnové délce vstupního signálu 1550 nm při ovlivnění optického vlákna světlem o výkonu 68 mW na vlnové délce 980 nm při celkové délce foto-bělení 19 h. Poslední experimenty, popsané v této diplomové práci se zaměřují na měření vlastností vláken s průměrem jádra 105 um. Tyto vlákna byla zkoumána při rychlém i pomalém ozařování. Při pomalém ozařování dávkovým příkonem 5 Gy/h nebyla, na vlnových délkách nad 1100 nm, na vláknech vystavených maximální dávce gama záření 92,7 kGy pozorována změna optického útlumu v důsledku gama ozařování. Při rychlém ozařování 1,9 kGy/h na dávku 181 kGy byl pozorován maximální navýšení optického útlumu vlivem gama záření o 0,34 dB/m.

Optical fibers are nowadays mostly used type of communication, which operates on the long-range communication line. Optical fibers are affected by their surrounding environment, which can negatively affect the transmission properties of the optical fiber. In extreme conditions, the optical fiber can be exposed to gamma radiation. This diploma thesis deals with the properties of optical fibers and their changes after gamma radiation exposure. For the experiments optical cables CTDS and CTFS were used. Also, experiments focus on the properties of erbium-doped optical fibers and fibers with 105 um core diameter. These optical fibers underwent gamma irradiation with slow or fast irradiation rates. This diploma thesis describes the experiment of optical cables CTDS and CTFS, which was irradiated by a dose of 80.5 kGy with an irradiation of rate 5.5 Gy/hr. Afterward, optical attenuation of each optical fiber of the optical cables. From this measurement, it seems that optical cable CTFS is more affected by gamma radiation than CTDS cable, as there is a protective gel in the optical cable CTFS. The properties of the erbium-doped fiber when exposed to low doses of gamma radiation are also described in this work. The experiments performed were focused on the changes in optical attenuation and optical gain due to irradiation and in the relaxation time of the optical fiber in the post-irradiation period. The results show, that the attenuation caused by gamma radiation increases with the dose of gamma irradiation. The study also found, that shorter wavelengths of the input signal are more affected by gamma radiation, and with increasing wavelength, the affection is lower. On the 3 m long erbium-doped optical fiber, the photobleaching effect is described. During this experiment, the sample of the erbium-doped optical fiber was photobleached by 68 mW power signal at the wavelength of 980 nm for 19 h of total duration. The results show a decrease in the optical attenuation of 2.20 dB at the wavelength 1550 nm of the input optical signal. Last set of experiments studied optical fibers with 105 um core diameter. These fibers were tested on low rate and also on high rate irradiation. During low-rate irradiation maximum of 92.7 kGy dose was applied. The results show that none of those doses affect the optical attenuation of the fiber for input signal at wavelengths above 1100 nm. For the experiment with the high rate of gamma irradiation, the fiber was exposed to 181 kGy dose, with an irradiation rate of 1.9 kGy/hr. During this experiment, the optical attenuation of the fiber increases maximally by 0.34 dB/m.