Радиационно наведенное поглощение света в многомодовых волоконных световодах с сердцевиной из кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОЛОКОННОЙ ОПТИКИ при ИНСТИТУТЕ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ им. А.М. ПРОХОРОВА

На правах рукописи

ЗАБЕЖАЙЛОВ МАКСИМ ОЛЕГОВИЧ

РАДИАЦИОННО НАВЕДЁННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА В МНОГОМОДОВЫХ ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ С СЕРДЦЕВИНОЙ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА И ФТОРСИЛИКАТНОЙ ОБОЛОЧКОЙ

Специальность 01.04.05 - Оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Научном центре волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М.Прохорова Российской академии наук

Научный руководитель: Томашук Александр Леонидович

кандидат физико-математических наук

Официальные оппоненты: Кузьмин Геннадий Петрович

доктор физико-математических наук профессор

Никитин Евгений Петрович кандидат физико-математических наук

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

ядерной физики МГУ им. М.В.Ломоносова

Защита состоится "_"_2006 г. в_часов на заседании

Диссертационного совета Д 002.063.03 при Институте

общей физики им. А.М.Прохорова РАН

по адресу: 119991, г.Москва, ул.Вавилова 38, ИОФ РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. А.М.Прохорова РАН

Автореферат разослан "_"_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук . Воляк Т.Б.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Для целого ряда перспективных применений волоконной оптики в атомной энергетике, активно прорабатываемых в настоящее время (системы оптической диагностики плазмы в термоядерных реакторах, волоконные жгуты для передачи изображения из атомных реакторов и др.), требуются многомодовые световоды с большим диаметром сердцевины (0,1-1 мм). Эти волоконные световоды используются для передачи света в видимом и ближнем ультрафиолетовом (УФ) спектральных диапазонах в условиях воздействия на световод ионизирующего излучения (у-излучение, и др.). Характерные дозы ионизирующего излучения составляют > 1 МГр. Под действием ионизирующего излучения в сетке кварцевого стекла световода разрываются химические связи и возникают точечные дефекты (центры окраски, ЦО), поглощающие свет, распространяющийся в световоде. Таким образом, становится актуальной задача снижения радиационно наведенного поглощения света (РНП) в таких световодах, то есть повышения их радиационной стойкости.

Основными радиационными ЦО (РЦО) в нелегированном кварцевом стекле являются немостиковый кислород (=81—О», где «=» и «—» обозначают химические связи в сетке стекла, а «•» - валентный электрон, не участвующий в химической связи) и Е'-центр (=81«). Эти РЦО имеют полосы поглощения в УФ и видимом спектральных диапазонах (полоса на 215 нм для Е'-центра и полосы на 260 и 600 нм для немостикового кислорода). Эти РЦО (в первую очередь, немостиковый кислород) ответственны за РНП в световоде в интересующем нас спектральном диапазоне.

Заготовки для таких световодов, как правило, изготавливаются по технологии плазмохимического осаждения фторсиликатного стекла светоотражающей оболочки на опорный стержень из кварцевого стекла -сердцевину будущего световода (РОБ-технология [1]). Альтернативной является технология осаждения фторсиликатного стекла на внутреннюю поверхность опорной трубки из кварцевого стекла с последующим наплявлением этой трубки на стержень из кварцевого стекла (технология «штабик в трубке» [2]). Однако сравнения радиационной стойкости в

световодах, заготовки которых были изготовлены по этим двум технологиям, ранее не проводились.

Было известно, что примеси (в особенности, хлор) в кварцевом стекле, как правило, благоприятствуют возникновению РЦО. Наиболее перспективными кварцевыми стеклами в сердцевине световода (материалом опорного стержня) для обеспечения радиационной стойкости считались два типа стекол с низким содержанием хлора: КУ-1 (~80ррт хлора) и КС-4В (~ 40 ррт хлора). К началу данной работы была установлена более высокая радиационная стойкость световодов из стекла КС-4В, имеющего почти на 4 порядка меньшее содержание примеси ОН-групп (~ 0,] ррт) по сравнению со стеклом КУ-1 (~ 1000 ррт) [3].

К началу данной работы было также известно, что в световодах со фторсиликатной светоотражающей оболочкой, нанесенной в POD-процессе изготовления заготовки, после у-облучения образуется многократно большее количество РЦО немостикового кислорода, чем в световодах с полимерной светоотражающей оболочкой, нанесенной непосредственно при вытяжке световода [4]. Было обнаружено также, что эта РЦО в POD-световодах распределены неравномерно по сечению сердцевины, максимум их концентрации находится на периферии сердцевины. Это было объяснено образованием определенных дефектных связей в сетке стекла сердцевины световода в POD-процессе изготовления заготовки, которые получили название предшественников (англ. «precursors») РЦО. Под действием ионизирующего излучения из этих предшественников образуются РЦО немостикового кислорода. Физический механизм возникновения предшественников установлен не был, однако была предложена гипотетическая модель [5], согласно которой предшественниками РЦО немостикового кислорода являются пероксидные связи (Si—О—О—Si), образующиеся во время POD-процесса из-за диффузии атомов фтора в стекло опорного стержня и их взаимодействия с расположенными вблизи друг друга («парными») ОН-группами. Эта модель не была проверена экспериментально. Не были исследованы возможности оптимизации параметров POD-процесса с целью снижения количества предшественников РЦО немостикового кислорода в световодах.

Не было исследовано влияние процесса вытяжки и типа защитного покрытия на РНП в видимом и ближнем УФ диапазонах в многомодовых

волоконных световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой.

Таким образом, целью настоящей работы было изучение технологических факторов и микроскопических механизмов, приводящих к увеличению РНП в видимом и ближнем УФ диапазонах в многомодовых волоконных световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой, а также поиск возможностей снижения РНП путем оптимизации технологии получения заготовок и световодов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные ЗАДАЧИ.

1. Исследовать влияние процесса изготовления заготовки световода на образование предшественников РЦО немостикового кислорода для двух типов кварцевых стекол в сердцевине - КУ-1 и КС-4В.

2. Прояснить микроскопический механизм образования предшественников РЦО немостикового кислорода в процессе изготовления заготовки.

3. Исследовать возможность оптимизации режимов изготовления заготовки с целью подавления предшественников РЦО немостикового кислорода.

4. Исследовать влияние параметров вытяжки световода (скорости вытяжки, диаметра световода, типа защитного покрытия (металл или полимер)) на РНП в видимом и ближнем УФ диапазонах в таких световодах.

Защищаемые положения

1. РНП в полосе немостикового кислорода в РОБ-заготовках с сердцевиной из стекла КУ-1 и фторсиликатной светоотражающей оболочкой определяется температурой и длительностью РОБ-процесса и не зависит от наличия фторсодержащих реагентов в плазме, из которой осаждается стекло оболочки.

2. РЦО немостикового кислорода в РОБ-заготовках с сердцевиной из стекла КУ-1 и в вытянутых из них световодах образуются при у-облучении в результате разрыва напряженных связей 81—О—Б1 и нерегулярных связей 81—О—О—81, индуцированных в стекле в результате высокотемпературной обработки в РОБ-процессе изготовления заготовки.

3. РОБ-процесс изготовления заготовки не приводит к увеличению РНП в полосе немостикового кислорода в сердцевине заготовок из стекла КС-4В. Это объясняется малым содержанием примеси ОН-групп в сетке стекла КС-4В и,

как следствие, ее более высокой жесткостью, по сравнению с сеткой стекла КУ-1.

4. Изменение скорости вытяжки от -20 до ~ 50 м/мин и диаметра световода от 120 до 240 мкм не оказывает влияния на РНП в видимом спектральном диапазоне в POD-световодах из стекол КУ-1 и КС-4В. Нанесение алюминиевого защитного покрытия вместо акрилатного не оказывает влияния на РНП в видимом спектральном диапазоне в POD-световодах из стекла КУ-1.

5. РНП в полосе немостикового кислорода в заготовках из стекла КУ-1, изготовленных по методу «штабик в трубке», многократно ниже, чем в POD-заготовках. Это объясняется значительно меньшей длительностью высокотемпературного воздействия на стекло при изготовлении заготовок по методу "штабик в трубке".

Научная новизна

Установлено, что основными факторами, приводящими к увеличению количества предшественников РЦО немостакового кислорода в POD-заготовках из стекла КУ-1, являются температура и длительность POD-продесса. Установлено, что количество предшественников этого РЦО не зависит от наличия фторсодержащих реагентов в плазме, из которой осаждается стекло, вопреки ранее предложенной модели. Показано, что количество предшественников РЦО немостикового кислорода, образовавшихся на стадии изготовления заготовок, зависит от типа кварцевого стекла сердцевины (от концентрации примеси ОН-групп в стекле). Показано, что POD-процесс не приводит к образованию предшественников РЦО немостикового кислорода в стекле КС-4В, отличающимся малым содержанием ОН-групп.

Проведено сравнение технологий POD и «штабик в трубке» с точки зрения величины РНП в заготовках и световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой.

Для исследования структурных преобразований в сетке нелегированного кварцевого стекла в процессе изготовления заготовки применены методы спектроскопии инфракрасного (ИК) диапазона и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Предложены экспериментально

обоснованные микроскопические механизмы образования предшественников РЦО немостикового кислорода в процессе изготовления заготовки.

Изучена зависимость РНП в видимом спектральном диапазоне в многомодовых световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой от параметров вытяжки - скорости, диаметра световода, типа покрытия (алюминиевое или акрилатное). Показано, что изменение скорости вытяжки (от ~ 20 до ~ 50 м/мин), диаметра световода (от 120 до 240 мкм) и типа защитного покрытия не влияет на РНП.

Практическая ценность

Разработана оригинальная оптическая методика для исследования радиального распределения ЦО по сечению сердцевины многомодовых световодов.

Были оптимизированы технологические режимы в лабораторной РСЮ-технологии в Научном центре волоконной оптики при Институте общей физики им. А.М.Прохорова РАН (НЦВО при ИОФ РАН). В результате такой оптимизации РНП в видимом спектральном диапазоне в световодах из стекла КУ-1, у-облученных до дозы 1 МГр, было снижено в 1,4 раза с одновременным увеличением их апертуры в 1,6 раза.

Показано, что метод получения заготовок «штабик в трубке» предпочтительнее РСЮ-метода с точки зрения минимизации концентрации предшественников РЦО немостикового кислорода в заготовках.

Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Международный термоядерный реактор ИТЭР», а результаты исследований открывают возможность повысить радиационную стойкость волоконных световодов для систем оптической диагностики плазмы в Международном термоядерном реакторе ИТЭР и для других применений в атомной энергетике.

Вследствие того, что лазерное излучение УФ-диапазона так же, как у-излучение, создает РЦО в сетке стекла световода, результаты исследований применимы для увеличения лучевой стойкости световодов, предназначенных для передачи лазерного излучения УФ-диапазона [6].

Апробация работы

Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Европейской конференции по воздействию радиации на компоненты и системы

электроники (КАБЕС8'2001, Гренобль, Франция, 10-14 сентября, 2001 г.), на 7-й международной конференции «Инженерные проблемы термоядерных реакторов» (Санкт-Петербург, 28-31 октября 2002 г.), на XXVIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе 1Т + 8&Е'01», секция «Волоконная оптика» (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 21-31 мая 2001 г.), на международном семинаре «Воздействие радиации на системы диагностики плазмы в Международном термоядерном экспериментальном реакторе ИТЭР» (Санкт-Петербург, 25-29 июня, 2001 г.), на конкурсе работ молодых ученых НЦВО при ИОФРАН (декабрь 2001 г.) и неоднократно на научных семинарах НЦВО при ИОФРАН. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 работах, указанных в списке публикаций по теме диссертации.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 134 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее основные цели. Кратко изложено содержание работы по главам.

В первой главе проведен обзор литературных данных по ЦО в нелегированных кварцевых стеклах. Обобщены работы по воздействию у-излучения на сетку нелегированного кварцевого стекла и его дефектную структуру.

РНП в видимом и ближнем УФ спектральных диапазонах в световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла с малым содержанием хлора определяется, главным образом, полосами поглощения РЦО немостикового кислорода на 260 и 600 нм (рис. 1). Рассмотрены предлагавшиеся в предыдущих работах возможные предшественники РЦО немостикового кислорода в нелегированых кварцевых стеклах с низким содержанием хлора. Ими являются напряженные регулярные связи —О—81 и пероксидные связи —О—О—81. Ранее было установлено, что образование

-до y-облучения

длина волны, нм

Рис. 1. Спектры оптических потерь, измеренные в световоде и поперечном срезе заготовки из стекла КУ-1 до и после у-облучения до дозы ~1 МГр.

предшественников РЦО немостшсового кислорода происходит на стадии изготовления заготовки световода по технологии POD [4]. Была предложена гипотетическая модель, предполагающая, что в процессе изготовления заготовки по методу POD происходит диффузия атомов фтора в стекло стержня, которые взаимодействуют с близлежащими («парными») ОН-группами в сетке стекла с образованием молекул HF и пероксидных связей -предшественников РЦО немостикового кислорода [5].

В этой главе также дан обзор исследований радиационной стойкости волоконных световодов в ближнем УФ и в видимом спектральных диапазонах.

Из литературного обзора сделаны выводы о том, что к началу данной работы:

- оставался открытым вопрос о механизмах образования предшественников РЦО немостикового кислорода в процессе изготовления заготовки по технологии POD, так как модель, связанная с диффузией атомов фтора в процессе осаждения фторсиликатной оболочки и их взаимодействием с «парными» ОН-группами, не была проверена экспериментально;

- не были исследованы возможности оптимизации параметров POD-

процесса изготовления заготовок с целью снижения количества предшественников РЦО немостикового кислорода;

- не было проведено сравнительного исследования количества РЦО немостикового кислорода в заготовках, полученных по различным технологиям (POD и «штабик в трубке»);

- не исследовалось влияние на РНП в видимом и ближнем УФ диапазонах параметров второго этапа изготовления световода - вытяжки (скорости вытяжки, диаметра световода, типа покрытия (металл или полимер)).

В конце литературного обзора сформулированы цели диссертационной работы.

Во второй главе рассматриваются основные экспериментальные методики, использованные в работе. Описаны технологии изготовления заготовок многомодовых волоконных световодов методами POD и «штабик в трубке».

В POD-процессе кварцевое стекло, легированное фтором (светоотражающая оболочка будущего световода), формируется на поверхности опорного стержня из нелегированного кварцевого стекла (сердцевины) в процессе химических реакций, проходящих в плазменном факеле горелки в газовой смеси, содержащей SiCl4, 02 и C2F3CI3 (фреон) [1]. В данной работе при изготовлении заготовок по методу POD на опорные стержни из стекол КУ-1 и КС-4В диаметром ~ 20 мм наносился слой фторсиликатного стекла толщиной ~ 2 мм, с концентрацией фтора ~ 6,5 ат. %.

На POD-установке в факеле плазменной горелки был обработан стержень из стекла КУ-1. При этом по длине стержня менялись состав газовой смеси, температура и длительность обработки. Использовались два варианта газовой смеси: SiCl4 + 02 + C2F3CI3 («нормальный» состав при изготовлении заготовки) либо только Ог- Температура изменялась по длине стержня в пределах 1600 ч-2100 °С. Длительность воздействия плазменного факела изменялась по длине стержня в пределах 4 -ь 120 мин/см. Затем из различных частей стержня были сделаны поперечные срезы. Также были сделаны срезы из заготовки, полученной при «нормальных» параметрах POD-процесса.

Изготовление заготовки по технологии "штабик в трубке" включало в себя осаждение фторсиликатного стекла на внутреннюю поверхность кварцевой трубки методом внутреннего плазмохимического осаждения (SPCVD) и сплавление этой трубки и опорного стержня при помощи

кислородно-пропановой горелки. Суммарное время обработки опорного стержня горелкой при изготовлении заготовки по технологии "штабик в трубке" было во много раз меньше, чем по технологии POD. Из полученной заготовки также были сделаны поперечные срезы для исследования.

Описаны методики измерения спектров оптических потерь в волоконных световодах и в поперечных срезах опорных стержней и заготовок в УФ- и ИК-диапазонах, а также методика измерения спектров КР. Спектры потерь в УФ-диапазоне (200 - 400 нм) измерялись при помощи волоконного спектрометра на диодной линейке. Спектры потерь в ИК диапазоне (5000 - 2000 см'') измерялись на вакуумном Фурье спектрометре. Спектры КР измерялись на КР-спектрографе при возбуждении от аргонового лазера на длине волны 514,5 нм.

Описана процедура у-облучения образцов на источнике ^Со, использованная в данной работе: доза ~ 1 МГр, мощность дозы ~ 4 Гр/с. Все измерения проводились после завершения у-облучения, исследовалась стабильная при комнатной температуре составляющая РНП.

Описана методика измерения радиального распределения оптических потерь в поперечных срезах опорных стержней и заготовок.

Была разработана оригинальная оптическая методика исследования радиального распределения ЦО в сердцевине световодов. Она основана на измерении распределения световой мощности на выходе световода в «ближнем поле» на двух длинах волн - в полосе поглощения ЦО и вне ее - с последующим обломом световода и повторением измерений на коротком отрезке световода.

В третьей главе описано исследование радиального распределения РЦО немостикового кислорода (по полосе поглощения на 260 нм) и Е'-центра (по полосе поглощения на 215 нм) в поперечных срезах опорных стержней из стекол КУ-1 и КС-4В и заготовок на их основе, изготовленных по методам POD и «штабик в трубке».

Установлено, что в POD-заготовке из стекла КУ-1 после у-облучения (при дозе ~ 1 МГр) РНП в полосах немостикового кислорода и Е'-центра увеличивается до ~ 10 раз по сравнению исходным стержнем почти по всему поперечному сечению сердцевины (рис. 2, образцы №1, 8). В срезе этой заготовки РНП в полосе Е'-центра на периферии сердцевины меньше, чем на оси сердцевины, и меньше чем на периферии исходного стержня.

2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1 1-4 ig. 1,2 rf 1.0

цетр стержня

КУ-1

образец №6—*— Е-центр (заготовка) -•-немосгиковый кислород

*-

образец N»1 -л- Е-центр (стержень) -о-немосгиковый кислород

КС-4В

2 4 6 8 радиальная координата, мм

0,9 0,8- образец №10-*-(эагогсека) Б-центр немосгиковый

0,7- кислород

3 0,6- ^ 0,5ч образец №9 (стержень) -о- Е-центр немосгиковый кислород

с 0,4-

£ 0,3- цвотрсгеркня

0,20,1' I &— о- -А- —•-»—О—

0 2 4 6

граница ствриия

i

8

радиальная координата, мм

10

Рис.2. Радиальное распределение РНП в полосах немостикового кислорода (полоса на 260 нм) и Е'-центра (полоса на 215 нм) в поперечных срезах исходных опорных стержней из стекол КУ-1 и КС-4В и POD-заготовок на их основе, у-облученных до 0,94 МГр.

Установлено, что осаждение фторсиликатной оболочки на стержень из стекла КС-4В в POD-процессе не приводит к увеличению количества предшественников РЦО немостикового кислорода и Е'-центра (рис. 2, образцы №9, 10). Таким образом, более высокая радиационная стойкость световодов из стекла КС-4В по сравнению со световодами из стекла КУ-1, установленная ранее [3], объяснена нами тем, что в POD-процессе в стекле КС-4В, в отличие от стекла КУ-1, не создшотся предшественники РЦО немостикового кислорода.

Наблюдаемый рост РНП в полосах немостикового кислорода и Е'-центра на границе опорных стержней из обоих типов стекол, не обработанных в POD-установке (рис. 2, образцы №1, 9), вызван образованием предшественников этих РЦО при изготовлении стержней из массивных блоков.

Исследовано влияние обработки стержня из стекла КУ-1 в POD-установке при различных составах газовой смеси, температуре и длительности на РНП в стержне в УФ-диапазоне. Установлено, что основными факторами, влияющими на РНП в полосе немостикового кислорода, являются температура и длительность POD-процесса. Показано, что РНП в полосе немостикового кислорода не зависит от наличия фторсодержащих реагентов в плазме, из

А «штабик в трубке» 1,2 - (1800 - 2000°С, 4 мин/см)

граница стержня

1.0-—POD

(1700 - 1900°С, 120 мин/см)

0,0- А-

0,2-

-•--•

-

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 радиальная координата, отн. ед

Рис. 3. Радиальное распределение РНП в полосе немостикового кислорода (полоса на 260 нм) в поперечных срезах заготовок из стекла КУ-1, изготовленных по технологиям POD и "штабик в трубке". Срезы были у-облучены до дозы ~0,9 МГр. В скобках указаны температура и длительность процесса изготовления заготовки в пересчете на единицу длины.

которой осаждается стекло оболочки. Это позволяет утверждать, что диффузия фтора в сердцевину заготовки в POD-процессе не объясняет образование в ней предшественников РЦО немостикового кислорода, вопреки ранее предложенной модели.

На основе полученных данных сделано предположение, что причиной образования предшественников РЦО немостикового кислорода в стекле КУ-1 является высокотемпературное воздействие, оказываемое на стекло опорного стержня в процессе изготовления заготовки, т.е. предшественниками этого РЦО являются термоиндуцированные дефекты в сетке стекла.

Проведено сравнение радиальных распределений РНП в полосе немостикового кислорода в заготовках, изготовленных по технологии POD и "штабик в трубке" на основе стекла КУ-1. Установлено, что в заготовке, изготовленной по технологии «штабик в трубке», РНП в ~ 3 и более раз ниже, чем в POD-заготовке, по всему поперечному сечению сердцевины (рис. 3). Это объяснено меньшей длительностью высокотемпературного воздействия на стекло при изготовлении заготовок по методу «штабик в трубке», чем по методу POD.

В четвертой главе описано исследование микроскопических механизмов образования предшественников РЦО немостикового кислорода в процессе изготовления заготовки.

Анализируются спектры оптического поглощения в ИК-диапазоне и спектры КР в поперечных срезах заготовок и опорных стержней до и после у-облучения.

В спектрах поглощения в ИК диапазоне были установлены изменения, происходящие в стекле КУ-1 в результате обработки в РСЮ-установке, в полосе поглощения основного колебания ОН-групп и в полосе на 2260 см"1, являющейся обертоном основного колебания Б!—О—структуры. В частности, был установлен сдвиг полосы на 2260 см'1 в сторону меньших значений частоты, что свидетельствует об уменьшении углов в!—О—в! связей (рис. 4).

В спектрах КР в РСЮ-заготовке из стекла КУ-1 установлено увеличение амплитуды пиков (495 см'1) и 02 (606 см'1), приписываемых к структурам типа четырехзвенных и трехзвенных колец, по сравнению с необработанным опорньм стержнем (рис. 5) [7]. Одновременно наблюдается деформация КР-спектра в области 200 - 400 см"1, которая объясняется уменьшением количества структур с большим количеством звеньев (например, шести и семизвенных колец).

В спектрах ИК-поглощения и КР в заготовке из стекла КС-4В не наблюдается указанных выше изменений по сравнению с необработанным опорным стержнем. Это объяснено нами малым содержанием примеси ОН-групп и высокой жесткостью сетки стекла КС-4В. Так как стекло КС-4В, в отличие от КУ-1, обладает значительно меньшим содержанием примеси ОН-групп, то его сетка является более связанной и, следовательно, в отличие от КУ-1 менее подвижной и более устойчивой к высокотемпературному воздействию. Это свойство стекла КС-4В косвенно подтверждается его более высокой вязкостью по сравнению с КУ-1 [8].

На основе полученных ИК и КР-спектров и данных по радиальному распределению РЦО немостикового кислорода и Е'-центра предложены наиболее вероятные предшественники этих РЦО и микроскопические механизмы образования этих предшественников в процессе изготовления заготовки из стекла КУ-1. Это выход молекул Н20 и Н2 из сетки стекла

частота, см"1

Рис. 4. Спектры поглощения в ИК-диапазоне в поперечном срезе РОБ-заготовки из стекла КУ-1 (спектр №1) и в поперечном срезе исходного стержня из стекла КУ-1 (спектр №2). Спектр №3 - разница между спектрами №1 и №2, умноженная для наглядности на коэффициент 20.

КУ-1:

К ст "1

Рис. 5. Спектры комбинационного рассеяния в РОО-заготовке и исходном стержне из стекла КУ-1. На вставке более подробно показан участок спектра в районе максимума полосы на 606 см'1.

в результате высокотемпературной обработки по следующим реакциям:

2(=Si—О—Н) sSi—О—Sis + Н20, (1)

2 (=Si—О—Н) -> =Si—О—О—Sis + Н2. (2)

Реакция (1) позволяет объяснить образование малозвенных колец и разрушение многозвенных (малозвенное кольцо образуется в результате "сшивки" многозвенного кольца в месте, где были расположены «парные» ОН-группы). Образование малозвенных колец приводит к увеличению количества РЦО немостикового кислорода и Е'-центра при последующем у-облучении [7]. Это объясняется тем, что малозвенные кольца содержат напряженные Si—О— Si связи, являющиеся предшественниками этих РЦО [7].

Другим вероятным предшественником РЦО немостикового кислорода являются пероксидные связи, образующиеся по реакции (2).

Указанием на протекание реакций (1) и (2) в стекле с высоким содержанием ОН-групп является и известный из литературы факт выхода молекул Н20 и Нг из стекла при высокотемпературной обработке [9].

Реакция (2) позволяет объяснить спад количества РЦО Е'-центра в периферийной области сердцевины POD-заготовки из стекла КУ-1 (рис. 2, образец №8). Молекулы Н2, оказавшиеся в междоузлии сетки стекла, благоприятствуют образованию этого РЦО при у-облучении [10]. Однако газ Н2 при дальнейшей высокотемпературной обработке выходит из периферийной области сердцевины в результате диффузии, что и объясняет наблюдаемое уменьшение количества РЦО Е'-центра на периферии сердцевины.

В стекле КС-4В, в отличие от стекла КУ-1, реакции (1) и (2) маловероятны по причине многократно меньшей концентрации ОН-групп. Это позволяет объяснить неизменность радиационной стойкости стекла КС-4В при термообработке в процессе изготовления заготовки.

В пятой главе представлены результаты исследования спектров РНП в видимом диапазоне в световодах, вытянутых из заготовок POD и «штабик в трубке». Также представлены результаты исследования радиального распределения РНП в этих световодах.

Световоды были вытянуты из заготовок, изготовленных при различных режимах POD-процесса, но при одинаковых параметрах вытяжки, либо, наоборот, были вытянуты из одной и той же заготовки (или сходных заготовок), но при разных параметрах вытяжки (разные скорости вытяжки,

CL

2-

6-

NA=0,26

o

0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 длина волны, мкм

Рис. б. Спектры РНП в световодах с сердцевиной из стекла КУ-1 с различной числовой апертурой (обозн. - ЫА) Световоды облучены до дозы 1,00 МГр.

разные диаметры световодов, разное защитное покрытие, алюминиевое или акрилатное).

Показано, что снижение температуры РСЖ-процесса приводит к снижению РНП в световодах в видимой области спектра. Оптимизация (снижение) температуры РОБ-процесса позволила снизить РНП в световодах в полосе немостикового кислорода на 600 нм в 1,4 раза с одновременным увеличением их апертуры в 1,6 раза (рис. 6). Последнее объясняется тем, что при снижении температуры РОБ-процесса удалось достичь более высокие концентрации фтора в осаждаемом стекле. Показано, что изменение параметров вытяжки (скорости вытяжки от -20 до -50 м/мин, диаметра световода от 120 до 240 мкм) и нанесение алюминиевого защитного покрытая вместо акрилатного не оказывают влияния на РНП в световодах в пределах ошибки эксперимента.

На основе полученных данных сделано предположение о том, что в световодах, заготовки которых изготовлены по технологии «штабик в трубке», можно добиться более низкого РНП, чем в РОБ-световодах. Для этого необходимо в технологии «штабик в трубке» использовать опорные трубы с малым содержанием примесей, снижающих радиационную стойкость стекла.

Это могут быть трубы из стекол КУ-1, виргазН Б-100 или КС-4В, которые не были доступны при проведении настоящего исследования.

С помощью методики, разработанной в данной работе, исследовано радиальное распределение РЦО немостикового кислорода (по полосе поглощения на 600 нм) в сердцевине РСЮ-световодов. Установлено, что концентрация РЦО немостикового кислорода в РОО-световодах, также как и в соответствующих заготовках, имеет максимум на периферии сердцевины. Процесс вытяжки не приводит к значительному изменению формы радиального распределения предшественников РЦО немостикового кислорода в сердцевине световода по сравнению с заготовкой.

Сделаны оценки концентрации РЦО немостикового кислорода в РОБ-заготовке из стекла КУ-1 и в вытянутом из нее световоде. Оценка проведена по амплитудам полос немостикового кислорода на 260 нм (в заготовке) и 600 нм (в световоде). Средние по сечению концентрации РЦО немостикового кислорода составили: в заготовке 4 * 8-101в см"3, в световоде 3 + 7-1016 см'3 («вилка» дана с учетом разброса значений силы осциллятора для этих полос, приводимых в литературе). На основе этих оценок был сделан вывод, что при вытяжке РОБ-заготовки из стекла КУ-1 не происходит заметного увеличения количества предшественников РЦО немостикового кислорода в сердцевине, как это происходит на стадии изготовления заготовки. Этот вывод согласуется с предложенным в данной работе термоиндуцированным характером процесса образования предшественников РЦО немостикового кислорода. Стекло сердцевины заготовки в процессе вытяжки подвержено воздействию высокой температуры в течение 13-20 минут, а в РОБ-процессе изготовления заготовки - в течение 120 минут, при близких значениях темпд>атуры (около температуры плавления стекла). Следовательно, процесс вытяжки должен приводить к образованию значительно меньшего количества предшественников РЦО немостикового кислорода, чем РОБ-процесс, вследствие значительно меньшей длительности высокотемпературного воздействия на стекло.

В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Проведено исследование радиационно наведенного поглощения (РНП) света в полосах немостикового кислорода (в районе 260 и 600 нм) и его радиального распределения в у-облученных до дозы ~ 1 МГр заготовках из

стекла КУ-1, изготовленных по методу осаждения фторсиликатного стекла на опорный стержень в плазме СВЧ-разряда атмосферного давления (РСЮ-метод изготовления заготовок), и в вытянутых из них световодах. Установлено, что РНП в РОЭ-заготовках определяется температурой и длительностью РОО-процесса и не зависит от наличия фторсодержащих реагентов в плазме, из которой осаждается стекло. Путем оптимизации температурного режима РОБ-процесса РНП в световодах из стекла КУ-1 было снижено в 1,4 раза с одновременным увеличением их апертуры в 1,6 раза.

2. Методами ИК- (в диапазоне 5000 - 2000 см'1) и КР- спектроскопии исследовано воздействие РОБ-процесса изготовления заготовки на структуру стекла КУ-1. Обнаружено уменьшение углов —О—81 связей и уменьшение звенности колец из кремнекислородных тетраэдров, образующих сетку стекла. Предложены микроскопические механизмы образования немостикового кислорода в заготовках и световодах из стекла КУ-1 при у-облучении: разрыв напряженных связей —О—в! и нерегулярных связей —О—О—85, индуцированных в стекле в результате высокотемпературной обработки в РОО-процессе.

3. Проведено исследование РНП в полосах немостикового кислорода в у-облученных до дозы ~ 1 МГр РОБ-заготовках и световодах из стекла КС-4В, имеющего на 4 порядка меньшее содержание ОН-групп по сравнению со стеклом КУ-1. Установлено, что РОО-процесс не приводит к увеличению РНП в заготовках на основе стекла КС-4В, а изменение температуры РОБ-процесса не влияет на РНП в световодах. Полученные результаты, а также высокая радиационная стойкость световодов на основе стекла КС-4В, установленная ранее, объяснены малым содержанием примеси ОН-групп в сетке стекла КС-4В и, как следствие, ее более высокой жесткостью, по сравнению с сеткой стекла КУ-1.

4. Изучена зависимость РНП в спектральном диапазоне (400 - 700 нм) в у-облученных до дозы ~ 1 МГр РОБ-световодах из стекол КУ-1 и КС-4В от параметров их вытяжки. Показано, что изменение скорости вытяжки от ~ 20 до ~ 50 м/мин и диаметра световода от 120 до 240 мкм не оказывает влияния на РНП в световодах из стекол КУ-1 и КС-4В. Нанесение алюминиевого защитного покрытия вместо акрилатного не оказывает влияния на РНП в световодах из стекла КУ-1.

5. Проведено исследование РНП в полосах немостикового кислорода и его радиального распределения в заготовке из стекла КУ-1, изготовленной по методу «штабик в трубке» и у-облученной до дозы ~ 1 МГр. Показано, что РНП в ~ 3 и более раз ниже, чем в РСЮ-заготовке, по всему поперечному сечению сердцевины. Более низкое РНП в заготовке, изготовленной по методу «штабик в трубке», объяснено меньшей длительностью высокотемпературного воздействия на стекло при ее изготовлении. Сделано предположение, что с точки зрения минимизации величины РНП в полосе немостикового кислорода в световодах этот метод предпочтительнее РСЮ-метода.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

[1] Biriukov A.S., Dianov E.M., Golant K.M., Khrapko R.R., Koropov A.,V., Perov A.,V., Shakhanov A.V., Vasiliev A.S. Synthesis of fluorine-doped silica glass by means of an outside deposition technique using a microwave plasma torch // Soviet Lightwave Communications. 1993. V. 3. P. 1-12.

[2] http://www.heraeus-tenevo.com/downloads/AN_020l_Rod-in-tube-technology.pdf

[3] Tomashuk A.L., Golant K.M. Radiation-resistant and radiation-sensitive silica optical fibers // Advances in Fiber Optics, Eugeny M. Dianov, Editor, Proceedings of SPIE. 2000. V. 4083. P. 188-201.

[4] Nagasawa K., Tohmon R., Ohki Y. Effect of cladding material on 2-eV v optical absorption in pure-silica core fibers and method to suppress the absorption //

Jpn. J. Appl. Phys. 1987. V. 26. P. 148-151.

[5] Griscom D.L. Radiation hardening of pure-silica-core optical fibers by ultra-high-dose y-ray pre-irradiation // J. Appl. Phys. 1995. V. 77. P. 5008-5013.

[6] Prokhorov A.M., Kuz'min G.P., Kisletsov A.V., Zakharov V.P., Dobkin V.G. Ultraviolet laser Al'mitsin-2 in treatment of fiber-cavernous lung tuberculosis // ALT '98 Selected Papers on Novel Laser Methods in Medicine and Biology, Alexander M. Prokhorov, Vladimir I. Pustovoy, Gennadiy P. Kuzmin Editors, Proceedings of SPIE. 1999. V. 3829. P. 18-28.

[7] Awazu K., Kawazoe H. Strained Si—O—Si bonds in amorphous Si02 materials: A family member of active centers in radio, photo, and chemical responses // J. Appl. Phys. 2003. V. 94 (10). P. 6243-6262.

[8] Cheremisin I.I., Ermolenko T.A., Evlampiev I.K., Popov S.A., Turoverov P.K., Golant K.M., Zabezhailov M.O. Radiation-hard KS-4V glass and optical fiber manufactured on its basis for plasma diagnostics in ITER // Plasma Devices and

f Operation. 2004. V. 12. No. 1 P. 1-9.

[9] Morimoto Y., Igarashi T., Sugahara H., Nasu S. Analysis of gas-release from vitreous silica // J. Non-Ciyst. Solids. 1992. V. 139. P. 35-46.

[10] Amossov A.V., Rybaltovsky A.O. Radiation color center formation in silica glasses: a review of photo- and thermochemical aspects of the problem // J. Non-Crystalline Solids. 1994. V 179. P. 226-234.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Томашук А.Л., Голант К.М., Забежайлов М.О. Разработка волоконных световодов для применения при повышенном уровне радиации // Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства. 2001. №4. стр. 52-65.

2. Голант К.М., Забежайлов М.О., Томашук А.Л. Влияние фторсшшкатной оболочки на величину радиационно-наведенного поглощения в кварцевых волоконных световодах // Сборник трудов XXVIII Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации, бизнесе», секция «Волоконная оптика». 2001. стр. 308-311.

3. Zabezhailov М.О., Tomashuk A.L., Nikolin I.V., Golant K.M. On The Role of Fluorine-Doped Cladding in Radiation-Induced Absorption // Proc. of 6th European Conference on Radiation and Its Effects on Components and Systems, Grenoble, France, 10-14 Sept. 2001. P.150 -153.

4. Zabezhailov M.O., Tomashuk A.L., Nikolin I.V., Golant K.M. The Role of Fluorine-Doped Cladding in Radiation-Induced Absorption // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2002. V. 49 (3). Part 3. P. 1410-1413.

5. Евлампиев И.К., Ермоленко T.A., Попов C.A., Туроверов П.К., Черемисин И.И., Голант К.М., Забежайлов М.О. Радиационно-стойкое стекло КС-4В и оптическое волокно на его основе для задач диагностики плазмы в ИТЭР // Тезисы докладов 7-й международной конференции "Инженерные проблемы термоядерных реакторов", 28-31 октября 2002 года, Санкт - Петербург. Доклад №7022. стр. 199 - 200.

6. Cheremisin I.I, Ermolenko Т А , Evlampiev IК , Popov S.A., Turoverov P.K., Golant K.M., Zabezhailov M.O. Radiation-hard KS-4V glass and optical fiber manufactured on its basis for plasma diagnostics in ITER // Plasma Devices and Operation. 2004. V. 12. No. 1 P. 1-9.

7. Brichard В., Fernandez Fernandez A., Ooms H., Berghmans F., Decreton M., Tomashuk A., Klyamkin S., Zabezhailov M., Nikolin I., Bogatyijov V., Hodgson E., Kakuta T, Shikama Т., Nishitani Т., Costley A., Vayakis G Radiation-hardening techniques of dedicated optical fibres used in plasma diagnostic systems in ITER // Journal of Nuclear Materials. 2004. V. 329-333. P. 1456-1460.

8. Забежайлов M.O., Томашук А.Л., Николин И.В., Плотниченко В.Г Радиационно наведенное поглощение света в заготовках для волоконных световодов иа основе высокочистого кварцевого стекла // Неорганические материалы. 2005. том 41. №3. с. 377384.

9. Косолапов А.Ф., Николин И. В., Томашук А. Л., Семенов С. Л., Забежайлов М. О. Радиационная стойкость «микроструктурированных» волоконных световодов из кварцевого стекла // Вопросы атомной науки и техники. 2005. Сер. Термоядерный синтез, вып. 1. С. 2534.

10. Забежайлов М.О., Томашук А.Л., Плотниченко В.Г., Крюкова Е.Б., Колташев В.В. К вопросу о радиационной стойкости высокочистого кварцевого стекла и заготовок для волоконных световодов на его основе // Письма в ЖТФ. 2005. Том 31. вып. 12. стр. 16-20.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 20.12.2005 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печл. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 894. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

9*3

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ЧАСТО УПОТРЕБЛЯЕМЫХ В НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДАХ ИЗ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).

1.1 Дефекты в кварцевом стекле.

1.2 Спектроскопические свойства дефектов в кварцевом стекле.

1.2.1 Дефекты, связанные с избытком кислорода.

1.2.2 Дефекты, связанные с дефицитом кислорода.

1.2.3 Примесные дефекты.

1.3 Механизмы генерации дефектов в кварцевом стекле.

1.3.1 Высокотемпературные собственные дефекты в кварцевом стекле.

1.3.2 Радиационные дефекты в кварцевом стекле.

1.3.3 Механизмы воздействия у-квантов на кварцевое стекло.

1.3.4 Радиационно наведенное поглощение света в кварцевом стекле и в световодах на его основе.

1.4 Снижение РНП в многомодовых световодах с большим диаметром сердцевины.

1.4.1 Влияние процесса изготовления заготовки на РНП в световодах.

1.4.2 Влияние процесса вытяжки на РНП в световодах.

1.5 Выводы из обзора литературы и цель работы.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1 Технология внешнего плазмохимического осаждения (POD).

2.2 Технология «штабик в трубке».

2.3 Опорные стержни и трубки из кварцевого стекла, использовавшиеся при изготовлении заготовок.

2.4 Вытяжка световодов.

2.5 Гамма-облучение.

2.6 Измерение спектров поглощения и комбинационного рассеяния в световодах и срезах заготовок.

2.7 Исследование радиального распределения РЦО в световодах.

ГЛАВА 3. РАДИАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РНП В ЗАГОТОВКАХ И СТЕРЖНЯХ ИЗ СТЕКОЛ КУ-1 И КС-4В.

3.1 Радиальное распределение РНП в стержнях и POD-заготовках из стекол КУ-1 и КС-4В.

3.2 Радиальное распределение РНП в стержне из стекла КУ-1, обработанном плазменной горелкой в POD-установке.

3.3 Радиальное распределение атомов фтора в срезах заготовок с сердцевинами из стекол КУ-1 и КС-4В.

3.4 Радиальное распределение РНП в заготовке с сердцевиной из стекла КУ-1, изготовленной по методу «штабик в трубке».

3.5 Выводы из главы.

ГЛАВА 4. МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПРЕДШЕСТВЕННИКОВ РЦО В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ.^.

4.1 Спектральный анализ РНП в POD-заготовке с сердцевиной из стекла КУ-1 в УФ-диапазоне

4.2 Влияние обработки в POD-установке на поглощение в ИК-диапазоне в стеклах КУ-1 и КС-4В.

4.3 Спектры комбинационного рассеяния.

4.4 Механизмы образования предшественников РЦО в процессе изготовления заготовки.

4.5 выводы из главы.

ГЛАВА 5. РНП В МНОГОМОДОВЫХ СВЕТОВОДАХ С СЕРДЦЕВИНОЙ ИЗ СТЕКОЛ КУ-1 И КС-4В И ФТОРСИЛИКАТНОЙ ОБОЛОЧКОЙ.

5.1 Зависимость РНП в световодах от условий POD-процесса и условий вытяжки.

5.2 РНП в световоде, изготовленном по технологии «штабик в трубке».

5.3 Влияние типа и толщины защитного покрытия на РНП в световодах.

5.4 Радиальное распределение РНП по сердцевине световодов.

5.5 Сравнение концентрации РЦО немостикового кислорода в заготовках и световодах.юз

5.6 выводы из главы.

Для ряда перспективных применений волоконной оптики в атомной энергетике, активно прорабатываемых в настоящее время, (системы оптической диагностики плазмы в термоядерных реакторах [1], отвод сигнала от люминесцентных датчиков ядерного излучения, установленных внутри ядерных реакторов [2], датчики течи трубопроводов охлаждения ядерных реакторов [3], датчики химического состава и влажности атмосферы в местах хранения радиоактивных отходов [4] и др.) требуются многомодовые световоды с большим диаметром сердцевины и ступенчатым профилем показателя преломления. Рабочими спектральными диапазонами являются видимый и ближний ультрафиолетовый (УФ). Для таких применений необходимо иметь максимально большой световой сигнал на выходе световода, а требования на дисперсию (информационную емкость световода) отсутствуют. При этом большой световой сигнал необходимо получить в условиях воздействия на световод ядерного излучения (быстрые нейтроны, гамма-излучение и др.). Характерные дозы составляют >1 МГр.

Под действием ядерного излучения в сетке стекла световода возникают точечные дефекты (центры окраски, ЦО), поглощающие световой сигнал, распространяющийся по световоду, из-за чего волоконно-оптическая система может утратить работоспособность. Известно, что легирующие добавки в сердцевине световода из кварцевого стекла (кроме фтора) благоприятствуют возникновению радиационных ЦО (РЦО). Поэтому для применений в интенсивных полях ядерного излучения подходят только световоды с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла. При этом с целью создания световедущей структуры оболочка световода из кварцевого стекла должна быть пролегирована большим количеством фтора.

Преформы (заготовки) для таких световодов изготавливаются, как правило, при использовании процесса плазмохимичсского осаждения фторсиликатного стекла на опорный стержень из кварцевого стекла - сердцевину будущего световода (POD-процесс [5]), либо на внутреннюю поверхность опорной трубки из кварцевого стекла с последующим наплавлением этой трубки на стержень из кварцевого стекла. В последнем случае осаждение фторсиликатного стекла на внутреннюю поверхность трубки осуществляется с помощью плазмохимических процессов PCVD [6] или SPCVD [7], а технология получения заготовки путем наплавления такой трубки на стержень получила название «штабик в трубке» [8].

Высокое радиационно наведенное поглощение света (РНП) в световодах является основным препятствием для внедрения волоконно-оптических датчиков и систем в атомной энергетике. К началу данной работы было известно, что радиационная стойкость (величина РНП) световода, полученного по методу POD, зависит в первую очередь от типа синтетического кварцевого стекла в сердцевине. В частности, стекло с высоким содержанием хлора непригодно из-за крайне большого наведенного поглощения на РЦО связанных с хлором [9, 10]. Наиболее перспективными стеклами в смысле обеспечения радиационной стойкости считались два типа стекол с малым содержанием хлора: КУ-1 и КС-4В [9, 11, 12]. При этом была установлена более высокая радиационная стойкость световодов из стекла КС-4В, имеющего почти на 4 порядка меньшее содержание примеси гидроксила (ОН-групп) по сравнению со стеклом КУ-1.

Известно, что РЦО немостикового кислорода с полосами поглощения вблизи 260 и 600 им вносит основной вклад в РНП в видимом и ближнем УФ-диапазонах. К началу данной работы было также известно, у этого РЦО есть «предшественники» - дефектные связи в сетке стекла, на месте которых под действием ионизирующего излучения образуется этот РЦО. Такими предшественниками могут являться, например, напряженные регулярные связи, нерегулярные пероксидные связи в сетке кварцевого стекла Было установлено, что эти предшественники возникают во время POD-процесса, в результате чего, после у-облучения концентрация РЦО немостикового кислорода увеличивается многократно [13]. При этом РЦО немостикового кислорода распределены неравномерно по сечению световода: их количество сильно возрастает в периферийной области сердцевины [13]. Микроскопический механизм возникновения предшественников РЦО немостикового кислорода при изготовлении заготовки световода установлен не был. Была предложена гипотетическая модель [14], согласно которой предшественниками РЦО немостикового кислорода являются пероксидные связи, образующиеся во время POD-процесса из-за диффузии атомов фтора в стекло опорного стержня и их взаимодействия с расположенными вблизи друг друга («парными») ОН-группами. Однако эта модель не была проверена экспериментально. Не были исследованы и возможности оптимизации режимов этого процесса с целью снижения РНП в световодах. Не была исследована, радиационная стойкость световодов, изготовленных по альтернативной технологии штабик в трубке». Не были изучены вопросы влияния на РНП режимов вытяжки i световодов, типа защитного покрытия (металл или полимер) и диаметра световодов. Не исследовались радиальные распределения РЦО немостикового кислорода и Е'-центра в заготовках. Отсутствовала простая оптическая методика измерения радиального распределения РЦО по сечению световодов. Все эти исследования могли бы прояснить природу образования предшественников РЦО немостикового кислорода и выявить возможности повышения радиационной стойкости световодов.

Таким образом, целью настоящей работы было изучение технологических факторов и микроскопических механизмов, приводящих к увеличению РНП в видимом и ближнем УФ-диапазонах в многомодовых волоконных световодах с сердцевиной из нелегированного кварцевого стекла и фторсиликатной оболочкой, а также поиск возможностей снижения РНП путем оптимизации технологии получения заготовок и световодов.

В качестве образцов для исследования были использованы счержни, заготовки и световоды из отечественных стекол КУ-1 и КС-4В. Эти стекла имеют разный примесный состав (КУ-1:ОН-групп -800 ррш, С1 -80 ррш и КС-4В: ОН-групп -0,5 ррш, С1 - 40 ррш) [9, 11, 12]. Стекла с большим содержанием хлора и малым содержанием гидроксила не исследовались в силу их неперспективности из-за большого РНП на РЦО, связанных с хлором [9, 10].

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. В первой главе проведен обзор литературных данных по ЦО в кварцевых стеклах. Обобщены работы по влиянию у-облучения на сетку кварцевого стекла и его дефектную структуру. Также проведен обзор исследований радиационной стойкости волоконных световодов в УФ и в видимом спектральных диапазонах. В конце литературного обзора сформулированы цели диссертационной работы.

5.6 Выводы из главы

Анализ РНП в полосе немостикового кислорода в световодах с сердцевиной из стекол КУ-1 и КС-4В, заготовки которых были изготовлены при различных температурах POD-процесса, показал, что изменение температуры POD-процесса влияет на РНП только в случае световодов из стекла КУ-1. Путем оптимизации температурного режима POD-процесса РНП в световодах из стекла КУ-1 было снижено в 1,4 раза с одновременным увеличением их апертуры в 1,6 раза.

Анализ РНП в полосе немостикового кислорода в световодах с сердцевиной из стекол КУ-1 и КС-4В, вытянутых при разных режимах, но с одинаковыми (или близкими) условиями изготовления заготовок (температурой и временем осаждения фторсиликатной оболочки на опорный стержень), показал отсутствие заметного влияния условий вытяжки на РНП в POD-световодах. В частности, изменение скорости вытяжки от ~ 20 до ~ 50 м/мин и диаметра световода от 120 до 240 мкм не оказывает влияния на РПП в световодах из стекол КУ-1 и КС-4В. Нанесение алюминиевого защитного покрытия вместо акрилатного не оказывает влияния на РНП в световодах из стекла КУ-1.

Радиальное распределение РЦО немостикового кислорода в POD световодах, также как и в соответствующих заготовках, имеет максимум на периферии сердцевины. По всей видимости, процесс вытяжки не приводит к значительному изменению формы радиального распределения предшественников РЦО немостикового кислорода в сердцевине световода по сравнению с заготовкой.

Из оценок для концентраций РЦО немостикового кислорода в заготовках и световодах по величине соответствующих полос поглощения следует,! что на .стадии вытяжки не происходит заметного увеличения количества' предшественников РЦО немостикового кислорода в стекле КУ-1, как это происходит на стадии изготовления заготовки. По всей вероятности большую часть предшественников этого РЦО в POD-световодах составляют те предшественники, которые образуются на стадии изготовления заготовки. В рамках выдвинутого в предыдущих главах предположения, что предшественниками РЦО в заготовках из стекла КУ-1 являются термоиндуцированные дефекты, полученные результаты объясняются меньшей продолжительностью высокотемпературного воздействия на стекло сердцевины при вытяжке световода по сравнению с POD-процессом.

По результатам сравнения величины и радиального распределения РНП в заготовках, изготовленных по технологиям POD и «штабик в трубке», и в вытянутых из них световодах обосновано предположение, что с точки зрения минимизации величины РНГ1 в полосе немостикового кислорода в световодах технология «штабик в трубке» предпочтительнее технологии POD. Это объясняется многократно меньшим временем высокотемпературного воздействия на стекло сердцевины в технологии «штабик в трубке», чем в технологии POD.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведено исследование радиационно наведенного поглощения (РНП) света в полосах немостикового кислорода (в районе 260 и 600 нм) и его радиального распределения в у-облученных до дозы ~ 1 МГр заготовках из стекла КУ-1, изготовленных по методу осаждения фторсиликатного стекла на опорный стержень в плазме СВЧ-разряда атмосферного давления (POD-метод изготовления заготовок), и в вытянутых из них световодах. Установлено, что РНП в POD-заготовках определяется температурой и длительностью POD-процесса и не зависит от наличия фторсодержащих реагентов в плазме, из которой осаждается стекло. Путем оптимизации температурного режима POD-процесса РНП в световодах из стекла КУ-1 было снижено в 1,4 раза с • одновременным увеличением их апертуры в 1,6 раза.

2. Методами ИК- (в диапазоне 5000 — 2000 см"1) и КР- спектроскопии исследовано воздействие POD-процесса изготовления заготовки на структуру стекла КУ-1. Обнаружено уменьшение углов Si—О—Si связей и уменьшение звенности колец из кремнекислородных тетраэдров, образующих сетку стекла. Предложены микроскопические механизмы образования немостикового кислорода в заготовках и световодах из стекла КУ-1 при у-облучении: разрыв напряженных связей Si—О—Si и нерегулярных связей Si—О—О—Si, индуцированных в стекле в результате высокотемпературной обработки в POD-процессе.

3. Проведено исследование РНП в полосах немостикового кислорода в у-облученных до дозы ~ 1 МГр POD-заготовках и световодах из стекла КС-4В, имеющего на 4 порядка меньшее содержание ОН-групп по сравнению со стеклом КУ-1. Установлено, что POD-процесс не приводит к увеличению РНП в заготовках на основе стекла КС-4В, а изменение температуры POD-процесса не влияет на РНП в световодах. Полученные результаты, а также высокая радиационная стойкость световодов на основе стекла КС-4В, установленная ранее, объяснены малым содержанием примеси ОН-групп в сетке стекла КС-4В и, как следствие, ее более высокой жесткостью, по сравнению с сеткой стекла КУ-1.

4. Изучена зависимость РНП в спектральном диапазоне (400 - 700 нм) в у-облученных до дозы ~ 1 МГр POD-световодах из стекол КУ-1 и КС-4В от параметров их вытяжки. Показано, что изменение скорости вытяжки от ~ 20 до ~ 50 м/мин и диаметра световода от 120 до 240 мкм не оказывает влияния на РНП в световодах из стекол КУ-1 и КС-4В. Нанесение алюминиевого защитного покрытия вместо акрилатного не оказывает влияния на РНП в световодах из стекла КУ-1.

5. Проведено исследование РНП в полосах немостикового кислорода и его радиального распределения в заготовке из стекла КУ-1, изготовленной по методу «штабик в трубке» и у-облученной до дозы ~ 1 МГр. Показано, что РНП в ~ 3 и более раз ниже, чем в POD-заготовке, по всему поперечному сечению сердцевины. Более низкое РНП в заготовке, изготовленной по методу «штабик в трубке», объяснено меньшей длительностью высокотемпературного воздействия на стекло при ее изготовлении. Сделано предположение, что с точки зрения минимизации величины РНП в полосе немостикового кислорода в световодах этот метод предпочтительнее POD-метода.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает благодарность научному руководителю А.Л.Томашуку за предоставление темы диссертации, переданные знания и опыт, постоянную помощь, советы и поддержку в ходе выполнения работы, К.М.Голанту и сотрудникам Лаборатории плазмохимической технологии волоконных световодов НЦВО при ИОФРАН, в которой были изготовлены заготовки и проводились измерения на заготовках и световодах, М.М.Бубнову и сотрудникам Лаборатории технологии волоконных световодов НЦВО при ИОФРАН, в которой были вытянуты исследованные световоды, В.Г.Плотниченко и сотрудникам Спектроскопического центра НЦВО при ИОФРАН, в котором проводились измерения ИК- и КР-спектров в исследованных образцах. Автор также благодарен

B.Б.Неуструеву за внимательное рецензирование диссертации и ценные замечания,

C.А.Васильеву за ценные советы и замечания по тексту диссертации, В.О. Соколову, В.Г.Плотниченко и А.С.Бирюкову за плодотворные обсуждения и помощь при интерпретации результатов. Автор признателен академику Е.М. Дианову за интерес и поддержку данной работы.

1. Бондаренко A.B., Дядькин А.П., Кащук Ю.А., Красильников А.В.,Олейников А.А., Цуцких АЛО., Шевченко В.Г., Ярцев В.П. Испытания оптоволоконного датчика ионизирующего излучения//Приборы и Техника Эксперимента. 2006. №2

2. Decreton M.C., Massaut V., Borgermans P. Potential benefit of fibre optics in nuclear applications: the case of decommissioning and waste storage activities // Proc. SPIE. 1994. V. 2425. P. 2-10.

3. Hunlich Th., Bauch H., Kersten R.Th., Paquet V., Weidmann G.F. Fiber-preform fabrication using plasma technology: a review // J.Opt.Commun. 1987. V.4. № 8, P. 122-129.

4. Griscom D.L., Golant K.M., Tomashuk A.L., Pavlov D.V., Tarabrin Yu.A. Gamma-radiation resistance of aluminum-coated all-silica optical fibers fabricated using different types of silica in the core // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69 (3) P. 322-324.

5. Tomashuk A.L., Golant K.M. Radiation-resistant and radiation-sensitive silica optical fibers // Advances in Fiber Optics, Eugeny M. Dianov, Editor, Proceedings of SPIE. 2000. V. 4083. P. 188-201.

6. Орлинский Д.В., Вуколов К.Ю., Левин Б.А., Грицина В.Т. Радиационная стойкость кварцевых, стекол // Вопросы Атомной Науки и Техники. Серия Термоядерный синтез. 2002. Вып. 3-4. Стр. 82-91.

7. Nagasawa К., Tohmon R., Ohki Y. Effect of cladding material on 2-eV optical absorption in pure-silica core fibers and method to suppress the absorption // Jpn. J. Appl. Phys. 1987. V. 26. P. 148-151.

8. Griscom D.L. Radiation hardening of pure-silica-core optical fibers by ultra-high-dose y-ray pre-irradiation//J. Appl. Phys. 1995. V. 77. P. 5008-5013.

9. Силинь А.Р., Трухин А.Н Точечные дефекты и элементарные возбуждения в кристаллическом и стеклообразном БЮг // Рига: Зинатне. 1985.244 с.

10. Silins A. Point defects in optical glasses // Proceedings of International Congress on Glass. 2001. V. 1. Invited Papers. P. 215-225.

11. Silins A.R., Skuja L. & Shendrik A. Radiation induced intrinsic defects in fused silica: nonbridging oxygen atoms // Fiz. Khim. Stekla. 1978. V. 4. P. 405-410.

12. Hosono H., Kajihara K., Suzuki Т., Yoshiaki I., Skuja L., Hirano M. Vacuum ultraviolet optical absorption band of non-bridging oxygen hole centers in SiC>2 glass // Solid State Communications. 2002. V. 122. P. 117-120.

13. Bobyshev A.A. and Radsig V.A. Optical absorption spectra of paramagnetic defects in glassy Si02 // Sov. Phys. Chem. Glass. 1988. V. 14. P. 501-507.

14. Radzig V.A. Defects on activated silica surface // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and Related Dielectrics: Science and Technology. Erice. Italy. 2000. P. 33,9-370

15. Pacchioni G. and Ierano G. Ab initio theory of optical transitions of point defects in Si02 // Phys.Rev. 1998. V. B57. P. 818-832.

16. Hosono H. and Weeks R.A. Bleaching of peroxy radical in Si02 glass with 5 eV light // J. Non-Cryst. Solids. 1990 V. 116. P. 289-292.

17. Griscom D.L. and Mizuguchi M. Determination of the visible-range optical absorption spectrum of peroxy radicals in gamma-irradiated fused silica // J. Non-Cryst. Solids. 1997 V. 239. P. 66-77.

18. Frieble E.J., Griscom D.L., Stapelbroek M. and Weeks R.A. Fundamental defect centers in glass: The peroxy radical in irradiated, high purity, fused silica // Phys. Rev. Lett. 1979. V. 42. P. 1346-1349.

19. Skuja L. Optical properties of defects in silica // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and Related Dielectrics: Science and Technology. Erice. Italy. 2000. P. 73-116.

20. Skuja L. Optically active oxygen-deficiency-related centers in amorphous silicon dioxide //. J. Non-Crystalline Solids. 1998. V. 239. P. 16-48.

21. Sakurai Y, Correlation between 1.5 eV photoluminescence band and peroxy. linkage in silica ; glass // J. Non-Crystalline Solids. 2000. V. 276. P. 159-162.

22. Skuja L., Guttler В., Schiel D. & Silins A.R. Quantitative analysis of the concentration of interstitial O2 molecules in Si02 glass using luminescence and Raman spectroscopy // J.Appl.Phys. 1998. V. 83. P. 6106-10.

23. Okabe H. Photochemistry of small molecules // Wiley Interscience. New York. 1978.

24. Awazu K. and Kawazoe H. Gaseous species and their photochemical reaction in Si02 // J. Non-Crystalline Solids. 1994. V. 179. P. 214-225.

25. Skuja L. Tanimura K. and Itoh N. Correlation between the radiation-induced intrinsic 4.8 eV optical absorption and 1.9 eV photoluminescence bands in glassy Si02 // J. Appl. Phys. 1996. V. 80. P. 3518-3525.

26. Skuja L. Hirano M. and Hosono H. Oxygen-related intrinsic defects in glassy Si02: Interstitial ozone molecules // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 302-305.

27. Skuja L., Mizuguchi M., Hosono H., Kawazoe H. The nature of the 4.8 eV optical absorption band induced by vacuum-ultraviolet irradiation of glassy Si02 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2000. V. 166-167. P.711-715.

28. Neustruev V.B. Point defects in pure and germanium-doped silica glass and radiation resistance of optical fibres // Sov. Lightwave Commun. 1991. V. 1. P. 177-195.

29. Дианов E.M., Соколов B.O., Сулимов В.Б. Численное моделирование дефектов в кварцевом стекле // Труды Института общей физики Академии наук СССР. 1990. Т. 23. С. 122-195.

30. Griscom D. L. The natures of point defects in amorphous silicon dioxide // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and Related Dielectrics: Science and Technology. Erice. Italy. 2000. P. 117-159.

31. Weeks R.A. Paramagnetic resonance of lattice defects in irradiated quartz // J. Appl. Phys. 1956. V. 27. P. 1376-1381.

32. Nishikawa H., Watanabe E., Ito D., and Ohki Y. Kinetics of enhanced photogeneration of E' centers in oxygen deficient silica// J. Non-Crystalline Solids. 1994. V. 179. P. 179-184.

33. Boscanio R., Cannas M., Gelardi F.M. and Leone M. ESR, and PL centers induced by gamma rays in silica//Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1996. V. B116. P. 373-377.

34. Guzzi M., Pio F., Spinolo G., Vedda A., Azzoni C.B., and Paleari A. Neutron irradiation effects in quartz: optical absorption and electron paramagnetic resonance // J. Phys. 1992. V. C4. P. 8635-8647.

35. Guzzi M., Martini M., Paleari A., Pio F., Vedda A., and Azzoni C.B. Neutron irradiation effects in amorphous Si02: optical absorption and EPR // J. Phys. 1993. V. C5. P. 8105-8116.

36. Hosono H., Abe Y., Imagawa H., Imai H., and Arai K. Experimental evidence for the Si-Si bond model of the 7.6 eV band in Si02 glass // Phys. Rev. 1991. V. B44. P. 12043-12045.

37. Imai H., Arai K., Imagawa H., Hosono H., and Abe Y. Two types of oxygen-deficient centers in synthetic silica glass//Phys. Rev. 1988. V. B38. P. 12772-12775.

38. Pacchioni G. Ab initio theory of point defects in SiC>2 // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and Related Dielectrics: Science and Technology. Erice. Italy. 2000. P. 161-195.

39. Trukhin A.N. and Fitting H.-J. Investigation of optical and radiation properties of oxygen deficient silica glasses // J. Non. Cryst. Solids. 1999. V. 248. P. 49-64.

40. Trukhin A.N. Excitons, localized states in silicon dioxide and related crystals and glasses // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Defects in Si02 and Related Dielectrics: Science and Technology. Erice. Italy. 2000. P. 235-283.

41. Radtsig V. A. Paramagnetic centers on fresh surfaces of quartz. Interactions with molecules of H2 and D2 // Kinetica I Kataliz. 1979. V. 20. P. 456-464.

42. Skuja L., Streletsky A.N., and Pakovich A.B. A new intrinsic defect in amorphous Si02: Twofold coordinated silicon // Solid State Comm. 1984. V. 50. P. 1069-1072.

43. Arnold G.W. Ion-implantation effects in noncrystalline Si02 // IEEE Trans, on Nucl. Sci. 1974. V. NS20. P. 220-223.

44. Streletsky A.N., Pakovich A.B., Butyagin P.Yu. Structural defects and the excitation of triboluminescence in amorphous silicon dioxide // Izvestia AN SSSR. phys. series. 1986. V. 50. P. 477-482.

45. Radtsig V.A. Reactive intermediates on the surface of solids (Si02 and Ge02): A review of studies and prospects for their development // Chem. Phys. Reports. 1996. V. 14. P. 1206-1245.

46. Allan D.C., Smith C., Boreli N.F., Seward III N.F. 193-nm excimer-laser-induced densification of fused silica// Opt. Lett. 1996. V. 21. P.1960-1962.

47. Poumellec B, Guenot P., Riant I., Sansonetti P., Niay P., Bernage P. and Bayon J.F. U.V. induced densification during Bragg grating inscription in Ge:SiO? preform // Opt. Mat. 1995. V. 4. P.441-449.

48. Дианов Е.М., Корниенко JI.C., Никитин Е.П., Рыбалтовский А.О., Чернов П.В. Радиационные центры окраски в волоконных световодах с сердцевиной из чистого кварцевого стекла// Физика и Химия стекла. 1982. Т.8. № 2. Стр. 192-198.

49. Sakurai Y., Nagasawa К. Correlation between 1.5 eV photoluminescence-band and 3.8 eV absorption band in silica glass // J. Non-Crystalline Solids. 2000. V. 261. P. 21-27.

50. Ault B.S., Howard W.F. & Andrews L. Laser-induced fluorescence and Raman spectra of chlorine and bromine molecules isolated in inert matrices // J. Molec. Spectrosc. 1975. V. 55. P. 217-228.

51. Awazu K., Kawazoe H., Muta K., Ibuki Т., Tabayashi K., and Shobatake K. Characterization of silica glasses, sintered under Ch ambients // J. Appl. Phys. 1991. V. 69. P. 1849-1852.

52. Silins A.R. Hydrogen and chlorine impurities influence on high temperature defects in fused silica // Proc. XVI Int. Congress on Glass. Madrid, 3,1993. P. 227-32.

53. Hartwig C.M. & Vitko J. Raman spectroscopy of molecular hydrogen and deuterium dissolved in vitreous silica // Phys. Rev. B. 1978. V. 18. P. 3006-3014.

54. Shelby J.E. Reaction of hydrogen with hydroxyl-free vitreous silica // J. Appl. Phys. 1980. V. 51. #5. P. 2589-2593.

55. Ланин А.В., Голант К.М., Николин И.В. Взаимодействие молекулярного водорода с легированным кварцевым стеклом сердцевины оптических волокон при повышенных температурах // Журнал технической физики. 2004. том 74. вып. 12. стр. 61-66.

56. Mizuguchi М., Skuja L. & Hosono Н. F-doped and Н2 impregnated synthetic SiC>2 glass for 157nmoptics//J. Vacuum Sci. Technol. B. 1999. V. 17. P. 3280-3284.

57. Stone J., Walrafen G.E. Overtone vibrations of OH groups in fused silica optical fibers // J. Chem. Phys. 1982. V. 76 (4) P. 1712-1722.

58. Schmidt B.C., Holtz F.M., Beny J. -M. Incorporation of H2 in vitreous silica, qualiative and quantitative detrmination from Raman and infrared spectroscopy // J. Non-Cryst. Solids. 1998. V. 240. P. 91-103.

59. Sakaguchi S. Itoh H., Hanawa F. and Kimura T. Drawing induced 1.53-цт wavelength optical loss in single-mode fibers drawn at high speeds // Appl. Phys. Lett. 1985. V. 47. P. 344346

60. Griscom D.L. Thermal bleaching of x-ray-induced defect centers in high purity fused silica by diffusion of radiolytic molecular hydrogen // J. Non-Cryst. Solids. 1984. V. 68. P.301-325.

61. Griscom D.L. Optical Properties and Structure of Defects in Silica Glass //J. Ceram. Soc. Jpn. 1991. V. 99. P. 923-942.

62. Weeks R.A. The many varieties of E' centers: a review // J. Non-Cryst. Solids. 1994. V. 179. P. 1-9.

63. Kuzuu N. ArF excimer laser-induced absorption in soot-remelted silicas // Proc. SPIE. 1996. V. 2714. P. 41-51.

64. Bobyshev A.A., Radtsig V.A. // Kin. Katal. 1988. V. 29. P. 638.

65. Tsai Т., Griscom D.L. // J. Non-Cryst. Solids. 1987. V. 91. P.170.

66. Isoya J., Weil J.A., Halliburton L.E. // J. Chem. Phys. 1981. V.74. P. 5436.

67. Radtsig V.A, Bobyshev A.A. // Phys. Stat. Sol. 1986. V. В 133. P. 621.

68. Edwards A.H., Germann G. // Nucl. Instr. and Meth. V. В 32. P. 238.

69. Pacchioni G., Ferrario R. Optical transitions and EPR properties of two-coordinated Si, Ge, Sn and related H(I), H(II), and H(III) centers in pure and doped silica from ab initio calculations // Phys. Rev. 1998. V. B59 P.6090-6096. . .

70. Radzig V.A., Bagratashvili V.N., Tsypina S.I., Chernov P.V., Rybaltovskii A.O. // J. Phys. Chem. 1995. V. 99. P. 6640.

71. Amosov A.V., Petrovskii G.T. // Dokl. Akad. Nauk SSSR. 1982. V.268. P. 66

72. Баграташвйли B.H., Рыбылтовский A.O., Ципина С.И. Парамагнитные центры, индуцированные воздействием мощного УФ лазерного излучения, в кварцевых стеклах с полосой поглощения 242-248 нм // Препринт НИЦТЛАН. 1990. 33 стр.

73. Амосов А.В., Корниенко Л.С., Морозова И.О., Рыбалтовский А.О., Чернов П.В. Пострадиационные фото- и термостимулированные процессы образования центров Н(1) и Н (II) в кварцевых стеклах // Физика и химия стекла. 1986. Т. 12. №2. С. 216-220.

74. Radtsig V.A. // Kin. Katal. 1996. V. 37. P. 443

75. Silin A.R., Lace L.A. Influence of stoichiometry on high temperature intrinsic defects in fused silica//J. Non-Cryst. Sol. 1992. V. 149. P. 54-61.

76. Дине Д., Винайрд Д. Радиационные эффекты в твердых телах // Издательство иностранной литературы. Москва. 1960. под ред. Жданова Г.С. 243 стр.

77. Munekuni S., Yamanaka Т., Shimogaichi Y., Tohmon R., Ohki Y., Nagasawa К., Наша Y. Various types of nonbridging oxygen hole center in high-purity silica glass // J. Appl. Phys. 1990. V. 68. No. 3. P. 1212-1217.

78. Томашук A.Jl., Голант K.M., Забежайлов M.O. Разработка волоконных световодов для применения при повышенном уровне радиации // Волоконно-оптические технологии, материалы и устройства. 2001. №4. стр. 52-65.

79. Kanan S., Li J., Lehman L., Sigel G.H., Jr. Excimer-laser-induced spatially variant luminescence in pure-silica core fibers with fluorine-doped silica cladding // Applied Optics. 1993. V. 32. № 33. P .6684-6689.

80. Deparis O., Griscom D.L., Megret P., Decreton M., Blondel M. Influence of the claddinghi'l^-.rrr or. the evolution eft!:? MPOTTC1 br.r.d In optical fibers exposed to gamma radiations 11 J. Non-Crystalline Solids. 1997. V. 216. P. 124-128.

81. Kanan S., Fineman M.E., Li J. and Sigel G.H. Jr. Nonuniform distribution of oxygen hole centers in silica optical fibers // Appl. Phys. Lett. 1993 V. 63 (25). P. 3440-3442.

82. Абрамов A.B., Боганов А.Г., Корниенко Jl.C., Руденко B.C., Рыбалтовский А.О., Чернов П.В. Радиационные ценры окраски в кварцевом стекле КС-4В и в волоконных световодах на его основе // Физика и химия стекла. 1988. Т. 14. № 1. С. 91-96.

83. Амосов А.В. Новая концепция механизма образования радиационных парамагнитных центров окраски в кварцевых стеклах // Физика и химия стекла. 1983. Т. 9. № 5. С. 569583.

84. Greenwell R.A., Barnes C.E., Nelson G.W. The effects of ionizing radiation on various core/clad ratio step index pure silica fibers // SPIE Proc. 1987. V. 867. P.10-16.

85. Zabezhailov M.O., Tomashuk A.L., Nikolin I.V., Golant K.M. Radiation-Induced Absorption in Optical Fibers in the Near-Infrared Region: the Effect of H2- and D2-Loading // Proc. of POWAG'2002. P. 105-107.

86. Henschel H., Kohn O. Radiation-induced optical fibre loss in the far IR // Proc. RADECS'99. P. 466-470.

87. Шаханов A.B. Синтез фтор-силикатного стекла в СВЧ-плазм атмосферного давления: Дис. канд. физ.-мат. наук / Институт Общей Физики Российской Академии Наук. Москва. 1994 г. 118 с.

88. Боганов А.Г., Руденко B.C. Способ получения оптического кварцевого стекла / Авт. свидет. СССР № 641729. 14.09.1978г.

89. Боганов А.Г., Дианов Е.М., Прохоров A.M. и др. // Квантовая электроника. 1981. т.8. №1. С. 176-178.

90. Haken U., Humbach О., Ortner S., Fabian H. Refractive index of silica glass: influence of fictive temperature // J. Non-Cryst. Sol. 2000. V. 265. P. 9-18.

91. Забежайлов M.O., Томашук A.Jl., Николин И.В., Плотниченко В.Г Радиационно наведенное поглощение света в заготовках для волоконных световодов на основе высокочистого кварцевого стекла // Неорганические материалы. 2005. том 41. №3. с.377-384.

92. Забежайлов М.О., Томашук А.Л., Плотниченко В.Г., Крюкова Е.Б., Колтышев В.В. К вопросу о радиационной стойкости высокочистого кварцевого стекла и заготовок для волоконных световодов на его основе // Письма в ЖТФ. 2005. Том 31. вып. 12. стр. 16-20.

93. Tomozawa М. Amorphous silica / Silicon-Based Materials and Devices, edited by H.S. Nalwa. V.l: Materials and Processing. Copyright © 2001 by Academic Press. Chapter 3. P. 127154.

94. Леко В.К. Влияние физико-химических процессов, происходящих при синтезе и тепловой обработке, на свойства стеклообразного кремнезема // Физика и Химия Стекла. 1982. Т.8. №2. С. 129-148.

95. Geissberger А.Е., Galeener F.L. Raman studies of vitreous Si02 versus fictive temperature // Phys. Rev. B. 1983. V. 28. N. 6. P. 3266-3271.

96. Plotnichenko V.G., Sokolov V.O., Dianov E.M. Hydroxyl groups in high-purity silica glass //Journal of Non-Crystalline Solids. 2000. V. 261. P. 186-194.

97. Лунин Б.С., Торбин С.Н. О температурной зависимости модуля Юнга чистых кварцевых стекол // Вестник Московского Университета. Сер. 2. Химия. 2000. Т. 41. № 3. С. 172-173.

98. Warren W.L., Lenahan P.M., and Brinker С J. Experimental evidence for two fundamentally different E' precursors in amorphous dioxide// J. Non-Cryst. Solids. 1 991. V. 136. P. 151-162.

99. Awazu K., Kawazoe H. Strained Si-O-Si bonds in amorphous SiC>2 materials: A family member of active centers in radio, photo, and chemical responses // J. Appl. Phys. 2003. V. 94 (10). P. 6243-6262.

100. Shelby J.E., Vitko J., Jr. and R.E. Benner// Commun. Am. Ceram. Soc. 1982. V. 65. P. C59.

101. Morimoto Y., Igarashi Т., Sugahara H., Nasu S. Analysis of gas-release from vitreous silica//J. Non-Cryst. Solids. 1992. V. 139. P. 35-46.

102. Davis K.M., Agarwal A., Tomozawa M., Hirao K. Quantative infrared spectroscopic measurement of hydroxyl concentration in silica glass // J. Non-Cryst. Solids. 1996. V. 203. P. 27-36.

103. Devine R.A.B. Radiation damage and the role of structure in amorphous SiCh // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1990. V. B46. P. 244-251.

104. Munekuni S., Dohguchi N., Nishikawa H. and Ohki Y. Si-O-Si strained bond and paramagnetic defect centers induced by mechanical fracturing in amorphous SiC>2 // Journal of Applied Physics. 1991. V. 70 (9). P. 5054-5062.

105. Силинь А.Р. Структура и механизмы образования простейших собственных дефектов в стеклообразном кремнеземе // Электронные процессы и структура дефектов в стеклообразующих системах: сборник научных трудов. 1982. Рига. ЛГУ им. П.Стучки. 156 с.

106. Hayami Н., Akutsu Т., Ishitani Т., Suzuki К. Radiation Resistivity of Pure-Silica-Core Image Guides // Journal of Nucear Science and Technology. 1993. V. 302]. P. 95-106.

107. Dianov E.M, Sokolov V.O, Sulimov V.B. Hydrogen and photostructural processes in silica and germanosilicate glass // Advances in Fiber Optics. Editor E.M. Dianov. Proceedings of SPIE. 2000. V. 4083. P. 173-186.

108. Lopez N., Vitiello M., Illas F., Pacchioni G. Interaction of H2 with strained rings at the silica surface from ab initio calculations // Journal of Non-Crystalline Solids. 2000. V. 271. P. 56-63.

109. Hack H., Kersten R.Th., Weingartner Th. Cooling rate in fiber drawing process governs the strength of the 630 nm-absorption // J. Optical Communications. 1988. V. 9. P. 29-30.

110. Borgermans P. and Brichard В. Kinetic models and spectral dependencies of the radiation induced attenuation in pure silica fibres // IEEE Trans, on Nucl. Sci. 2002. V. 49 (3). Part 3. P. 1439-1445.

111. Татаринцев Б.В. Диффузия на границе между сердцевиной и оболочкой при вытягивании стекловолокна // Физика и химия стекла. 1984. т. 10. № 4. стр. 461- 467.

112. Hibino Y., Hanafiisa Н. Defect stucture and formation mechanism of drawing-induced absorption at 630 nm in silica optical fibers // J. Appl. Phys. 1986. V. 60. No. 5. P. 1797-1801.