Měření vlastností optických vláken pro použití v obtížném prostředí

Abstract

Bakalářská práce se zabývá měřením vlastností mnohavidových optických vláken a studiem změny optického útlumu po vystavení účinkům gama záření. Byl také měřen optický utlum vláken po ozáření vzorků gama zářením a byl sledován relaxační proces optických vláken. Optická vlákna jsou využívána v oblastech, kde jsou vystavena gama záření, například ve farmaceutickém průmyslu, vesmírných aplikacích a jaderných elektrárnách. V práci jsou měřena polymerní optická vlákna s gradientním indexem lomu PMMA (Polymethylmethakrylát) GI-POF (Gradient-Index Plastic Optical Fiber) s průměrem jádra 980 µm, vlákna FONTEX z fluoropolymeru (CYTOP®) s průměrem jádra 55 µm a s dvojitým pláštěm. Dále jsem měřil vlastnosti mnohavidových optických vláken FG050LGA s průměrem jádra 50 µm a FG105LCA s průměrem jádra 105 µm, optická vlákna mají skokovou změnu indexu lomu, jádro z čistého oxidu křemičitého a plášť z oxidu křemičitého dopovaného fluorem. Byly provedeny tři experimenty, kdy byla vlákna vystavena různé dávce gama záření s vysokým dávkovým příkonem a s nízkým dávkovým příkonem. Optická vlákna GI-POF a FONTEX byla vystavena gama záření v ozařovací komoře PANOZA o celkové dávce gama záření 31,6 kGy s dávkovým příkonem 51 Gy/h. Dále byla optická vlákna vložena do ozařovací komory ROZA, kde došlo ke krátkodobému ozařování s celkovou dávkou gama záření 19,2 kGy a dávkovým příkonem 0,83 kGy/h. Optická vlákna FG050LGA a FG105LCA byla vložena do ozařovací komory PRAZDROJ, kde proběhlo ozařování s celkovou dávkou gama záření 266 kGy a dávkovým příkonem 1,02 kGy/h. Po ozáření jsem provedl měření optického útlumu vláken a byl měřen relaxační proces, při kterém dochází ke snižování optického útlumu po ozáření. Dále byly změřeny spektrální charakteristiky před a po ozáření. Optický útlum vláken FONTEX, FG050LGA a FG105LCA byl měřen na vlnových délkách 850 nm, 980 nm a 1300 nm a vláken GI-POF na vlnových délkách 535 nm a 650 nm. Optický útlum vláken FONTEX, FG050LGA a FG105LCA byl po ozáření nejnižší na vlnové délce 1300 nm, u vláken GI-POF na vlnové délce 650 nm. Výsledkem práce je zhodnocení změn optického útlumu po vystavení účinkům gama záření a porovnání spektrálních charakteristik měřených optických vláken před a po ozáření.

The bachelor thesis deals with the measurement of the properties of multimode optical fibers and the study of the change of optical attenuation after exposure exposure to gamma radiation. The optical attenuation of the fibers after irradiation of the samples with gamma radiation was also measured and the relaxation process of the fibers was observed. Optical fibers are used in areas where they are exposed to gamma radiation, for example in the pharmaceutical industry, space applications and nuclear power plants. In this work, polymer optical fibers PMMA (Polymethylmethacrylate) are measured GI-POF (Gradient-Index Plastic Optical Fiber) with a core diameter of 980 µm, FONTEX fluoropolymer (CYTOP®) fibers with a core diameter of 55 µm and double sheath. I also measured the properties of FG050LGA multimode optical fibers with a core diameter of 50 µm and FG105LCA with a core diameter of 105 µm, The optical fibers have a step change in refractive index, a pure silica core, and a fluorine-doped silica cladding. Three experiments were performed where the fibers were exposed to different doses of high-dose-rate gamma radiation and low-dose-rate gamma radiation. GI-POF and FONTEX optical fibers were exposed to gamma radiation in the PANOZA irradiation chamber. with a total gamma radiation dose of 31.6 kGy with a dose rate of 51 Gy/h. In addition, optical fibers were inserted into the ROZA irradiation chamber, where a short-term irradiation with a total gamma dose of 19.2 kGy and a dose rate 0.83 kGy/h. Optical fibers FG050LGA and FG105LCA were inserted into the PRAZDROJ irradiation chamber, where irradiation was performed with a total gamma dose of 266 kGy and a dose rate of 1.02 kGy/h. After irradiation, I made measurements of the optical attenuation of the fibers, and the relaxation process by which the optical attenuation decreases after gamma irradiation. Furthermore, the spectral characteristics before and after irradiation were measured. Optical attenuation of FONTEX, FG050LGA and FG105LCA fibers was measured at wavelengths of 850 nm, 980 nm and 1300 nm and of GI-POF fibers at wavelengths of 535 nm and 650 nm. The optical attenuation of the FONTEX, FG050LGA and FG105LCA fibers was lowest at 1300 nm after irradiation, while that of the GI-POF at 650 nm. As a result of this work, the changes in optical attenuation after exposure to gamma radiation and comparison of the spectral characteristics of the measured optical fibers before and after irradiation.