免费论文：光纤的辐射效应及应用研究

光纤陀螺在航天器姿态控制中具有广阔的应用前景，但空间辐射环境下光电器件性能退化影响了星载光纤陀螺的工作性能，其中光纤环是受空间辐射影响最严重的器件。为了突破星载光纤陀螺空间应用的技术瓶颈，提高光纤陀螺的抗辐射水平，需要研究光纤的辐射效应及其对光纤陀螺的影响，并在此基础上提出抗辐射加固措施。在努力减小光纤陀螺应用中光纤辐射效应影响的同时，探寻光纤辐射效应的扩展应用，提出并设计了一种基于光纤辐射致衰减效应的温度传感器。论文主要开展了以下研究：一、保偏光纤和光子晶体光纤的辐射效应。分析了光纤辐射效应的影响机理，建立了光纤辐射致衰减与辐射剂量间的关系模型；采用60Co γ射线源模拟空间电离辐射环境对国产保偏光纤和光子晶体光纤在1310 nm的辐射致衰减进行了测试，分析了不同类型光纤辐射致衰减巨大差异的原因，得到了磷掺杂是影响目前国产保偏光纤辐射致衰减的主要因素，以及目前国内折射率导光型纯硅纤芯光子晶体光纤因生产工艺的原因不具备预期的优良抗辐射性能；测量了辐射对光纤中传输信号光谱的影响，并计算得到了辐射过程中信号平均波长的漂移行为；采用光相干域偏振检测仪测拍长的方法研究了辐射对光纤偏振保持能力的影响，证实了γ射线辐照不会对保偏光纤的偏振保持能力产生影响。二、光纤辐射效应对光纤陀螺的影响及抗辐射加固技术。在分析干涉式光纤陀螺信号检测原理和噪声特性的基础上，建立了光纤辐射致衰减影响星载光纤陀螺随机游走系数的预测模型。通过光纤和光纤陀螺的辐照对比实验，说明了光纤辐射效应对光纤陀螺主要性能指标的影响，并验证了光纤辐射致衰减影响光纤陀螺随机游走系数预测模型的正确性。针对光纤辐射效应严重影响星载光纤陀螺性能的问题，从被动屏蔽、器件级加固和组件级加固三个层次研究了光纤陀螺的抗辐射加固方法。采用Spenvis系统分析了铝材料对空间辐射的屏蔽效果，为星载光纤陀螺设计中屏蔽厚度的选取提供了参考；通过采用纯硅纤芯光纤绕制光纤环显著降低了辐射对光纤陀螺主要性能指标的影响；从组件级抗辐射加固的角度分析了光源功率、光纤环长度、调制深度对光纤陀螺抗辐射性能的影响，证明提高光源功率、合理选取光纤环长度和光纤陀螺调制深度能够改善星载光纤陀螺的抗辐射水平和工作性能。形成了星载光纤陀螺随机游走系数的抗辐射综合设计方法。三、光纤辐射致衰减的温度依赖性及影响机理，并据此提出了一种新型的温度传感器。针对实验中发现的光纤辐射致衰减随温度升高而增加的现象无法用现有理论进行解释的问题，通过对实验参数的灵活控制，消除了已知因素的影响，证明了色心吸收具有温度依赖性，并且是影响光纤辐射致衰减的重要因素。将色心吸收的温度依赖性与热致退色理论结合成功解释了这些实验现象。利用稳定色心吸收的温度依赖性设计了一种强度调制型温度传感器。从灵敏度、线性度、波长依赖性等方面分析了多种光纤辐射致衰减随温度的变化关系，选择了锗磷共掺杂光纤作为温度传感器的敏感头，并从测量范围、分辨率、重复性等角度对温度传感器的性能进行了初步验证。

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