Цивилизация
Исследователи из Научного центра волоконной оптики (НЦВО) РАН создали источник инфракрасного излучения на основе висмутовых стеклянных волокон. Он может использоваться на околоземной орбите. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья об исследовании опубликована в Journal of Lightwave Technology.
Оптическое волокно – это, как правило, стеклянная конструкция, способная переносить внутри себя электромагнитное излучение видимого диапазона. Перенос этого излучения происходит благодаря тому, что свет, введенный в такую конструкцию, не выходит за его пределы, а распространятся внутри. Самое массовое применение оптического волокна – это передача интернет-сигнала. Кроме этого, оптическое волокно используется для создания датчиков, лазеров, источников света и других устройств.
Исследователи из Научного центра волоконной оптики РАН разработали источник инфракрасного излучения. Он состоит из оптических волокон, содержащих ионы висмута. Такой источник может излучать в ранее недоступных областях инфракрасного спектра и открывает новые практические возможности для самых разных сфер науки и техники. Его основное применение связывают с использованием в экстремальных условиях: при длительном воздействии радиоактивного излучения и низких температур, близких к космическим.
Исследование проводилось в несколько этапов. На первом из них ученые НЦВО РАН совместно с Институтом химии высокочистых веществ РАН (ИХВВ РАН) синтезировали висмутовые волоконные световоды. Для этого авторы работы осаждали материала будущего волокна из газовой фазы на подложку, в данном случае – на поверхность кварцевой трубы. Второй этап заключался в создании источника инфракрасного излучения на основе полученных висмутовых волокон. Источник был создан на основе существующей конструкционной схемы с использованием коммерчески доступных компонентов. Ключевым элементом источника стали висмутовые оптические волокна.
На следующем этапе ученые совместно с коллегами из НИЦ «Курчатовский институт» исследовали, как на характеристики источника влияют низкие температуры и радиационное излучение – воздействия, которым подвергается материал, находясь на околоземной орбите примерно 10 лет. Они выяснили, что разработанный ими источник излучения продолжает работать при температурах от -60 до +60 градусов по Цельсию и при воздействии интенсивного радиоактивного гамма-излучения (электромагнитных волн очень малой длины с высокой поражающей способностью). Отдельно исследователи разработали модель работы висмутового оптического волокна. Она позволила установить критические значения температуры и интенсивности гамма-излучения, при достижении которых начинают ухудшаться его эксплуатационные характеристики.
«Мы выявили основные параметры, приводящие к снижению радиационной стойкости висмутовых оптических волокон. Также мы выработали основные принципы, соблюдение которых позволит улучшить их характеристики», – говорит руководитель гранта, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НЦВО РАН Сергей Фирстов.
Результаты исследований показывают возможность использования висмутовых волокон и устройств на их основе в экстремальных условиях. Также полученные учеными данные могут послужить основой для создания оптоволоконных устройств с улучшенными характеристиками, что позволит повысить скорость интернет-соединения.
«Исследований, подобных нашему, еще не проводилось, поскольку ряд висмутовых оптических волокон не имеют зарубежных аналогов. Благодаря финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) данные исследования нами успешно проводятся», – говорит Сергей Фирстов.
