引用本文:
吴江钏,马麟,涂峰,等. 基于单模光纤的分布式辐射传感可行性研究[J]. 光通信技术,2020,44(8):1-4.
吴江钏1,马 麟1*,涂 峰2,何祖源1
(1.上海交通大学 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200240; 2.华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室,广州 510640)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为了提高辐射传感技术的探测精度、探测剂量范围以及监测点数量,研究了使用光时域反射仪(OTDR)技术观测单模光纤的辐射致衰减(RIA)效应,从而实现分布式辐射传感应用的可行性。通过计算OTDR曲线中光功率衰减斜率,建立了单模光纤RIA与辐射剂量的线性关系。采用具有合适RIA效应的单模光纤,有望实现具有高空间分辨率的长距离分布式辐射剂量监测。
关键词::伽马辐射;光纤传感;单模光纤;光时域反射仪;辐射致衰减
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)08-0001-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.08.001
0 引言
随着核工业、核电站、核废料处理设施以及高能加速器等现代核设施的迅速发展,对辐射剂量监测的需求正不断增大[1-3]。但是,由于辐射设施面积广、地形复杂,传统的辐射传感设备无法很好地对其进行监测,因此对这些设施的辐射剂量监测以及预测辐射设施中的设备寿命极具挑战[4]。
光纤传感技术具有尺寸小、重量轻和抗电磁干扰等优点,并能实现长距离、高精度和高空间分辨率下温度和应变等物理量的测量[5-6]。石英光纤在受到伽马射线辐射后会导致其光信号传输能力的下降,光纤的损耗值显著增加,这种现象称为辐射致衰减(RIA)效应,基于这一效应有望实现光纤的辐射传感应用。现有研究表明RIA是由于色心的形成导致的[7-8],德国学者H. Henschel等人[9]基于这一原理开始了对磷掺杂渐变折射率光纤的损耗与辐射剂量之间关系的研究,并提出了光纤作为辐射剂量计的可能性。由于光纤掺杂类型的不同,光纤的RIA在相同剂量率、累积剂量以及监测波长下具有不同表现。在对磷掺杂光纤的辐射特性研究中发现:300 Gy的剂量辐射下,被测光纤的RIA在辐射剂量率1~6 Gy/min范围内线性增加[10]。欧洲核子研究组织(CERN)使用多模光纤开展的分布式辐射剂量测试研究结果表明:在400 Gy辐射剂量、830 nm波长下实验光纤的最大RIA为6 dB/m [11]。
本文对比相同辐射剂量水平和剂量率下不同单模光纤的RIA,讨论各类光纤用于分布式辐射传感的可能性。
5 结束语
本文研究了使用OTDR观测单模光纤的RIA效应,从而实现分布式辐射传感应用的可行性。首先对比了不同单模光纤类型对具有相同辐射剂量水平和辐射剂量率下辐射敏感性。3类光纤的RIA与辐射剂量都具有很好的线性关系,但不同掺杂光纤对辐射具有不同的RIA灵敏度。这一现象表明,通过对光纤种类的选择,可以实现不同灵敏度要求的分布式辐射传感。本文对甲类光纤进行了进一步的分析,研究光纤RIA与工作波长的关系。当波长为1310 nm和1550 nm时,随着辐射剂量的增加RIA值趋于饱和,而这种趋势在1625 nm的波长下不明显。同时,辐射剂量率对甲类光纤RIA也没有显著影响,这使得甲类光纤在1625 nm的波长下有望实现分布式辐射传感。