priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-12-1066-1078pribor-442Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESОценка радиационно-наведенных потерь в волоконно-оптических системахAssessment of Radiation-induced Losses in Fiber-optic SystemsХисамовД. В.KhisamovD. V.

Дамир Владиславович Хисамов — аспирант; Пермский национальный исследовательский политехнический университет, факультет прикладной математики и механики; Пермская научно-производственная приборостроительная компания, Научно-образовательный центр; инженер-исследователь

Пермь

Damir V. Khisamov — Post-Graduate Student; Perm Polytechnic University, Faculty of Applied Mathemetics and Mechanics; Perm Scientific and Production Instrument Engineering Company, Scientific and Educational Center; Research Engineer

Perm

HisamovDV@pnppk.ruПерминовА. В.PerminovA. V.

Анатолий Викторович Перминов — д-р физ.-мат. наук, доцент; Пермский национальный исследовательский политехнический университет, кафедра общей физики; заведую­ щий кафедрой

Пермь

Anatoly V. Perminov — Dr. Sci., Associate Professor; Perm Polytechnic University, Department of General Physics; Head of the Department

Perm

paw@pstu.ruАзановаИ. С.AzanovaI. S.

Ирина Сергеевна Азанова — Пермская научно-производственная приборостроительная компания, Научно-образовательный центр; директор, главный конструктор волоконных световодов

Пермь

Irina S. Azanova — Perm Scientific and Production Instrument Engineering Company, Scientific and Educational Center; Director of the Center, Chief Designer of Fiber Optics

Perm

azanova@pnppk.ruЛунеговаЕ. А.LunegovaE. A.

Елена Андреевна Лунегова — Пермская научно-производственная приборостроительная компания, Научно-образовательный центр; инженер-исследователь

Пермь

Elena A. Lunegova — Perm Scientific and Production Instrument Engineering Company, Scientific and Educational Center; Director of the Center, Chief Designer of Fiber Optics

Perm

PospelovaEA@pnppk.ruВахрушевА. С.VakhrushevA. S.

Александр Станиславович Вахрушев — Пермская научно-производственная приборостроительная компания, Научно-образовательный центр; научный консультант

Пермь

Alexander S. Vakhrushev — Perm Scientific and Production Instrument Engineering Company, Scientific and Educational Center; Scientific Consultant

Perm

VahrushevAS@pnppk.ruПермский национальный исследовательский политехнический университет; Пермская научно-производственная приборостроительная компанияPerm Polytechnic University; Perm Scientific and Production Instrument Engineering CompanyПермская научно-производственная приборостроительная компанияPerm Scientific and Production Instrument Engineering Company202519012026681210661078Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/442

Представлены экспериментальные результаты исследования влияния ионизирующего излучения с разной мощностью дозы на оптоволоконные системы, где используются волокна с германосиликатной сердцевиной (GeO2) и нелегированной сердцевиной из чистого кварцевого стекла (SiO2). Выполнена математическая аппроксимация экспериментальных кривых роста радиационно-наведенных оптических потерь в волокне при помощи модифицированного уравнения степенной функции, включающего вклад мощности дозы ионизирующего излучения. Экспериментально установлена корреляция значений эмпирических коэффициентов и мощности дозы ионизирующего излучения. Предложено уравнением функции натурального логарифма описывать зависимость эмпирических коэффициентов, задающих форму кривой роста радиационно-наведенных потерь, от мощности дозы. Предложен подход к восстановлению кривой роста радиационно-наведенных потерь по уравнениям зависимости эмпирических коэффициентов аппроксимации от мощности дозы, что позволяет прогнозировать радиационный отклик рассматриваемого оптического волокна в новых условиях без постановки опыта. Подход показал применимость для одномодовых волокон с кварцевой и германосиликатной сердцевинами световода разной конструкции. На основе описанного подхода составлена методика определения корреляционных уравнений для эмпирических коэффициентов.

Experimental results of a study of the effect of ionizing radiation with different dose rates on fiber-optic systems using fibers with a germanosilicate core (GeO2) and an undoped pure silica core (SiO2) are presented. A mathematical approximation of the experimental curves for the growth of radiation-induced optical losses in the fiber is performed using a modified power-law equation that includes the contribution of the ionizing radiation dose rate. A correlation between the values of empirical coefficients and the dose rate of ionizing radiation is experimentally established. A natural logarithmic function equation is proposed for describing the dependence of the empirical coefficients defining the shape of the radiation-induced loss growth curve on the dose rate. An approach to reconstructing the radiation-induced loss growth curve using equations for the dependence of the empirical approximation coefficients on the dose rate is proposed; this technique enables predicting the radiation response of the optical fiber under new conditions without experimental setup. The method demonstrates applicability for single-mode fibers with silica and germanosilicate fiber cores of different designs. Based on the described approach, a methodology is developed for determining correlation equations for empirical coefficients.

радиационная стойкостьоптическое волокнорадиационно-наведенные оптические потериионизирующее воздействиематематическая аппроксимацияradiation resistanceoptical fiberradiation-induced optical lossesionizing effectmathematical approximationReferencesGirard S. et al. Overview of Radiation Effects on Silica-Based Optical Fibers and Fiber Sensors // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2024. Early Acces. P. 38. DOI: 10.1109/TNS.2024.3511455.Girard S. et al. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2024, рp. 38, DOI: 10.1109/TNS.2024.3511455.Gilard O. et al. New model for assessing dose, dose rate, and temperature sensitivity of radiation-induced absorption in glasses // Journal of Applied Physics. 2010. Vol. 108, N 9. P. 5. DOI: 10.1063/1.3503370.Gilard O. et al. Journal of Applied Physics, 2010, no. 9(108), pp. 5, DOI: 10.1063/1.3503370.Friebele E. J., Gingerich M. E., Griscom D. L. Survivability of optical fibers in space // Proc. SPIE. Optical Materials Reliability and Testing: Benign and Adverse Environments. 1993. N 1791. P. 177–188. DOI: 10.1117/12.141177.Friebele E.J., Gingerich M.E., Griscom D.L. Proc. SPIE, Optical Materials Reliability and Testing: Benign and Adverse Environments, 1993, no. 1791, pp. 177–188, DOI: 10.1117/12.141177.Girard S. et al. Recent advances in radiation-hardened fiber-based technologies for space applications // Journal of Optics. 2018. Vol. 20, N 093001. P. 48. DOI: 10.1088/2040-8986/aad271.Girard S. et al. Journal of Optics, 2018, no. 093001(20), pp. 48, DOI: 10.1088/2040-8986/aad271.Girard S. et al. Overview of radiation induced point defects in silica-based optical fibers // Reviews in Physics. 2019. Vol. 4, N 100032. P. 18. DOI: 10.1016/j.revip.2019.100032.Girard S. et al. Reviews in Physics, 2019, no. 100032(4), pp. 18, DOI: 10.1016/j.revip.2019.100032.Kashaykin P. F., Tomashuk A. L., Azanova I. S., Vokhmyanina O. L., Dimakova T. V., Maltsev I. A., Sharonova Yu. O., Pospelova E. A. et al. Radiation induced attenuation in pure silica polarization maintaing fibers // Journal of NonCrystalline Solids. 2019. Vol. 508. P. 26–32. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.12.016.Kashaykin P.F., Tomashuk A.L., Azanova I.S., Vokhmyanina O.L., Dimakova T.V., Maltsev I.A., Sharonova Yu.O., Pospelova E.A. et al. Journal of Non-Crystalline Solids, 2019, vol. 508, рр. 26–32, DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.12.016.Perrot J., Morana A., Marin E. et al. Combined Radiation and Temperature Effects on Brillouin-Based Optical Fiber Sensors // Photonics. 2023. Vol. 10, N 1349. P. 14. DOI: 10.3390/photonics10121349.Perrot J., Morana A., Marin E. et al. Photonics, 2023, no. 1349(10), pp. 14, DOI: 10.3390/photonics10121349.Regnier E., Flammer I., Girard S. et al. Low-Dose Radiation-Induced Attenuation at InfraRed Wavelengths for P-Doped, Ge-Doped and Pure Silica-Core Optical Fibres // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2007. Vol. 54, N 4. P. 1115–1119. DOI: 10.1109/TNS.2007.894180.Regnier E., Flammer I., Girard S. et al. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2007, no. 4(54), pp. 1115–1119, DOI: 10.1109/TNS.2007.894180.Kashaykin P. F., Tomashuk A. L., Vasiliev S. A. et al. Radiation resistance of single-mode optical fibres with view to in-reactor applications // Nuclear Materials and Energy. 2021. Vol. 27, N 100981. P. 11. DOI: 10.1016/j.nme.2021.100981.Kashaykin P.F., Tomashuk A.L., Vasiliev S.A. et al. Nuclear Materials and Energy, 2021, no. 100981(27), pp. 11, DOI: 10.1016/j.nme.2021.100981.Girard S., Keurinck J., Boukenter A. Gamma-rays and pulsed X-ray radiation responses of nitrogen-, germanium-doped and pure silica core optical fibers // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2004. Vol. 215, N 1-2. P. 187–195. DOI: 10.1016/j.nimb.2003.08.028.Girard S., Keurinck J., Boukenter A. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 2004, no. 1-2(215), pp. 187–195, DOI: 10.1016/j.nimb.2003.08.028.Griscom D. L. Self-trapped holes in amorphous silicon dioxide // Physical Review B. 1989. Vol. 40, N 6. P. 4224–4227. DOI: 10.1103/PhysRevB.40.4224.Griscom D.L. Physical Review B, 1989, no. 6(40), pp. 4224–4227, DOI: 10.1103/PhysRevB.40.4224.Griscom D. L. Electron spin resonance characterization of self-trapped holes in amorphous silicon dioxide // Journal of Non-Crystalline Solids. 1992. Vol. 149, N 1-2. P. 137–160. DOI: 10.1016/0022-3093(92)90062-O.Griscom D.L. Journal of Non-Crystalline Solids, 1992, no. 1-2(149), pp. 137–160, DOI: 10.1016/0022-3093(92)90062-O.Иванов Г. А., Первадчук В. П. Технология производства и свойства кварцевых оптических волокон. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2011. 171 с.Ivanov G.A., Pervadchuk V.P. Technologia proizvodstva и i svoistva kvartzevykh opticheskykh volokon (Production Technology and Properties of Quartz Optical Fibers), Perm, 2011, 171 р. (in Russ.)Griscom D. L., Gingerich M. E., Friebele E. J. Model for the dose, dose-rate and temperature dependence of radiationinduced loss in optical fibers // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1994. Vol. 41, N 3. P. 523–527. DOI: 10.1109/23.299793.Griscom D.L., Gingerich M.E., Friebele E.J. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1994, no. 3(41), pp. 523–527, DOI: 10.1109/23.299793.Griscom D. L., Gingerich M. E., Friebele E. J. Radiation-Induced Defects in Glasses: Origin of Power-Law Dependence of Concentration on Dose // Physical Review Letters. 1993. Vol. 71, N 7. P. 1019–1022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.71.1019.Griscom D.L., Gingerich M.E., Friebele E.J. Physical Review Letters, 1993, no. 7(71), pp. 1019–1022, DOI: 10.1103/PhysRevLett.71.1019.Kovacˇevic´ M. S., Savovic´S., Djordjevich A. et al. Measurements of growth and decay of radiation induced attenuation during the irradiation and recovery of plastic optical fibres // Optics & Laser Technology. 2013. Vol. 47. P. 148–151. DOI: 10.1016/j.optlastec.2012.09.019.Kovacˇevic´ M.S., Savovic´S., Djordjevich A. et al. Optics & Laser Technology, 2013, vol. 47, рр. 148–151, DOI: 10.1016/j.optlastec.2012.09.019.Rashed A., Mohamed A., Mahmoud I. et al. Modeling of Radiation Induced Attenuation and its Recovery in Optical Fibers // International Journal of Advanced Research in Computer Engineering &Technology (IJARCET). 2013. Vol. 2, N 11. P. 2768–2775.Rashed A., Mohamed A., Mahmoud I. et al. International Journal of Advanced Research in Computer Engineering &Technology (IJARCET), 2013, no. 11(2), pp. 2768–2775.Borgermans P., Brichard B., Decreton M. Models for the radiation induced attenuation in pure silica optical fibres: spectral dependencies and absorption band kinetics // Proc. SPIE. 2002. Vol. 4547. P. 8. DOI: 10.1117/12.454377.Borgermans P., Brichard B., Decreton M. Proc. SPIE, 2002, vol. 4547, рр. 8, DOI: 10.1117/12.454377.Азанова И. С., Шаронова Ю. О., Поспелова Е. А., Хисамов Д. В., Волынцев А. Б., Филиппов А. В., Петухов И. В. Исследование радиационного отклика оптического волокна при воздействии импульсного ионизирующего излучения // Вестник Пермского университета. Физика. 2022. № 4. С. 52–70. DOI: 10.17072/1994-3598-2022-4-52-70.Azanova I.S. et al. Bulletin of Perm University. Physics, 2022, no. 4, pp. 52–70. DOI: 10.17072/1994-3598-2022-4-52-70. (in Russ.)РФЯЦ-ВНИИЭФ. РОСАТОМ. Радиационные исследования и испытания [Электронный ресурс]: https://www.vniief.ru/partnership/ckp/Rad/696c4f004e9873debce5bf01408a5e54. (дата обращения: 14.05.2025)https://www.vniief.ru/partnership/ckp/Rad/696c4f004e9873debce5bf01408a5e54. (in Russ.)OriginLab. Additional Information of R-squere [Электронный ресурс]: https://www.originlab.com/doc/Origin-Help/Details_of_R_square. (дата обращения: 14.05.2025)OriginLab. Additional Information of R-squere, https://www.originlab.com/doc/Origin-Help/Details_of_R_square.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.