РАДИАЦИОННО-ИНИЦИИРУЕМОЕ ОГРАНИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ КАНАЛОВ

January 20, 2013 by admin Комментировать »

Бакалов В. П., Игнатьев Ф. Н. Московский авиационный институт (государственный технический университет) ГСП-3, Волоколамское ш., д.4, 125993, Москва

Аннотация – Исследуется пропускная способность во- локонно-оптических каналов в условиях воздействия ионизирующего излучения.

I.                                         Введение

Естественной тенденцией развития волоконно- оптических информационных систем является рост скорости передачи данных. В этих условиях приобретает актуальность вопрос о влиянии на пропускную способность волоконно-оптических каналов помех, инициируемых внешними факторами.

Наибольший научный и значительный практический интерес представляют помехи, инициируемые в оптических волокнах ионизирующими излучениями. Этот тезис объясняется разнообразием эффектов, инициируемых в диэлектрических и полупроводниковых материалах (основных материалах волоконной оптики) ионизирующими излучениями. Как известно, вследствие процессов ионизации (включая процессы атомных возбуждений) в твердом теле возникают напряжения, деформации и изменения диэлектрических характеристик [1-3]. Эти эффекты имеют сложную (в общем случае, случайную) пространственно временную зависимость. Статистические особенности этой зависимости определяются как видом и характеристиками излучения, так и свойствами материала и в настоящее время малоизученны.

II.                                       Теория

Вследствие инициируемых ионизирующими излучениями изменений диэлектрических параметров и деформаций оптических волокон, характеристики информационных сигналов при прохождении через волокно будут испытывать возмущения. Следует подчеркнуть, что изменения энергии сигнала не исчерпывают картину деструктивных эффектов. Так изменение фазы электромагнитной волны ΑφΙ(φ·Ό), инициируемое воздействием на волокно ионизирующего излучения можно оценить выражением [4]

здесь дозовый коэффициент показателя преломления материала сердцевины волокна [5]; Pjj и

–           коэффициенты Поккельса; и – аксиальная и радиальная деформации волокна; D(r,t)- поглощенная в элементарном объеме волокна доза ионизирующего излучения; г – пространственная координата, ί-время, отсчитываемое от начала воздействия ионизирующей радиации.

Таким образом, изменения фазовых характеристик сигнала определяются инициируемыми ионизирующим излучением деформациями волокна и изменениями показателя преломления сердцевины.

Содержание метода исследования упругонапряженного состояния тела в условиях воздействия ионизирующих излучений составляет установление зависимости между деформациями тела и энергией, передаваемой телу ионизирующими излучениями. Переданная в элементарный объем тела энергия, с точностью до постоянной величины, плотности материала, равна поглощенной дозе излучения, D(r,i). Используя для оценки «отклика» материалов волокна дозовые коэффициенты линейного расширения [5], уравнение связи между напряжениями СГуд. ^ деформациями u^^. и радиационной нагрузкой D{r,i) может быть записано в виде

Здесь: «у-коэффициент теплового расширения, а, – дозовый коэффициент линейного расширения, д- химический потенциал дефекта, ε – средняя энергия дефектообразования, Р – плотность материала, К – изотермический модуль объемного расширения, μ \л λ – коэффициенты Ламэ, Су – теплоемкость при постоянном объеме, – символ Кронекера.

Первое слагаемое в правой части (2) описывает напряжения, возникающие в теле вследствие изменений температуры, вызываемых воздействием ионизирующего излучения. Инициируемое радиационной нагрузкой изменение температуры тела определяется соотношением

Последующее изменение температуры тела является следствием явлений теплопроводности, конвекции и излучения.

Влияние изменений параметров канала на передаваемый сигнал зависит и от длительности сигнала. Компьютерное моделирование показывает: если длительность сигнала удовлетворяет неравенству Т »Т^ {Т^- время существенного уменьшения спектра мощности инициируемых помехами фазовых задержек), то канал вносит пренебрежимо малый уровень межсимвольной интерференции.

При уменьшении длительности сигнала, т. е. с ростом скорости передачи наблюдается усиление деградации формы сигнала. В ситуации Т «Т^, действие помех приводит к деградации формы сигнала и значительной межсимвольной интерференции.

III.                                   Заключение

Влияние ионизирующих излучений на оптическое волокно не сводится лишь к росту энергетических

потерь сигнала, вызываемому приращением оптической плотности материала волокна и эффектами рассеяния. Инициируемые ионизирующими излучениями фазовые эффекты должны быть детально изучены в связи с возможностью ограничения пропускной способности оптических волокон.

Существование предельной скорости передачи информации указывает на необходимость пересмотра методов разработки аппаратуры, предполагающей воздействия внешних факторов. Например, аппаратуры космического базирования.

IV.                                    Литература

[1]  Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир. 1982. 415 с.

[2]  Гпебов Л. Б., Докучаев В. Г., Никоноров Н. В., Петровский Г. Т. Изменение объема стекла при образовании и обесцвечивании центров окраски. //Физика и химия стекла. 1986. т.12. N3. с. 345-351.

[3]  Косевич А. М. Основы механики кристаллической решетки.· М.: Наука, 1972. 280 с.

[4]  IgnatievF. N. Irradiation induced phase and polarization phenomena in optical fibers. // Proc. SPIE, vol. 4829, p. 185 (2002).

[5]  Игнатьев Ф. H. Новые аспекты радиационного материаловедения. // Тезисы докладов 7 – ой Всесоюзной конференции по РФХ неорганических материалов. Рига. 1988. т. 2. с. 531.

[6]  Игнатьев Ф. 14. Основы теории радиационно-иници- ируемых деформаций оптических материалов. //Тезисы докладов 9-й Международной конференции по РФХ неорганических материалов. Томск. 1996. с. 173

RADIATION INDUCED LIMITATION OF OPTICAL FIBER CAPACITY

F. N. Ignatiev

Moscow Aviation Institute (State Technical University) Moscow, 125871, Russia

Abstract – Limitation of optical fibers capacity by ionizing radiation loads is discussed.

Analysis of noise generated within optical fibers by external factors presents significant scientific and practical interest. Among external factors the ionizing radiation represents the special interest because of multiplicity of phenomena generated within a fiber [1-3].

As a result of irradiation both dielectric and mechanical parameters of a fiber are changed. Due to these effects destructive phase phenomena will arise in an optical signal propagating in a fiber.

II.                                           Theory

The sensitivity of the optical phase to a radiation load can be described by equation (1) [4], where β is the dose coefficient of

refractive index [5] of the core, Рц and эге the Pockel’s coefficients, and Sj. are the axial and radial strains in the core, D j {r,t) is the dose of ionizing radiation absorbed in the fiber.

This equation shows that problem of interest is determined by the changes in refractive index of the core and strains arising in the fiber. To analyze irradiation induced stresses and strains the equation (2) was used [6], where К is the isothermal compression module, αχ is the thermal expansion coefficient,

ccj is the dose coefficient of linear expansion [5] (According to the definition the dose coefficient of linear expansion as the change in the relative linear size of a body caused by absorption of a unit ionizing radiation dose), ε is the mean energy passing to the fiber for one defect creation, g" is the chemical

potential, Cy is the thermal capacity, λ and μ are the Lame

parameters, is the strains tensor.

The first term in equation (2) is related to thermal effects. Thermal changes in fiber being under radiation are determined by equation (3).

Computer simulation of the signal propagating in the fiber being under ionizing radiation showed that their shape get worse. This degradation of the signal increases with the bitrate growth up to its complete destruction.

III.                                       Conclusion

The picture of radiation induced effects in optical fibers is not exhausted by an increase in the absorption of light. Radiation induced changes in geometry of a fiber and a refractive index of the core can make worse their capacity.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты