Детекторы ионизирующего излучения на основе волноводных кольцевых резонаторов с гиперсвязанным фторполимером

Игорь Андреевич Гончаренко; Александр Васильевич Ильюшонок; Мариан Марсиньяк; Виталий Николаевич Рябцев

doi:10.33408/2519-237X.2025.9-3.300

Детекторы ионизирующего излучения на основе волноводных кольцевых резонаторов с гиперсвязанным фторполимером

Авторы

Игорь Андреевич Гончаренко Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-8063-8068
Александр Васильевич Ильюшонок Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0001-7523-4483
Мариан Марсиньяк Национальный институт телекоммуникаций; 04-894, Польша, Варшава, ул. Шахова, 1 https://orcid.org/0000-0001-9494-9097
Виталий Николаевич Рябцев Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-2830-591X

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2025.9-3.300

Ключевые слова:

микрокольцевой резонатор, щелевой волновод, гиперсвязанный фторполимер, детектор ионизирующего излучения

Аннотация

Цель. Оптимизация параметров волноводных микрокольцевых резонаторов для достижения максимальной чувствительности оптических детекторов ионизирующего излучения.

Методы. Методы численного моделирования распределения полей и определения эффективного показателя преломления мод изогнутых щелевых волноводов, алгоритмы расчета на основе метода линий.

Результаты. Представлена структура и принципы работы оптического детектора ионизирующего излучения. Чувствительный элемент детектора представляет собой микрокольцевой резонатор на основе щелевых волноводов, заполненных гиперсвязанным фторполимером. Проведена оптимизация параметров щелевого волновода для получения максимальной чувствительности детектора. Показано, что чувствительность детектора на основе микрокольцевого резонатора из волновода с двумя щелями с оптимальными параметрами и радиусом резонатора 67,8 мкм достигает 103,5 мкА/кГр при измерительном диапазоне 85 кГр и разрешении 0,2 Гр.

Область применения исследований. Результаты обзора и анализа сведений о методах измерения поглощенной дозы ионизирующего излучения могут послужить базой для создания эффективных дозиметров с высокой чувствительностью на основе оптических волноводных кольцевых резонаторов.

Биографии авторов

Игорь Андреевич Гончаренко, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра естественных наук, профессор; доктор физико-математических наук, профессор

Александр Васильевич Ильюшонок, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра естественных наук, заведующий кафедрой; кандидат физико-математических наук, доцент

Мариан Марсиньяк, Национальный институт телекоммуникаций; 04-894, Польша, Варшава, ул. Шахова, 1

отдел оптической связи, начальник отдела; доктор технических наук, профессор

Виталий Николаевич Рябцев, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра автоматических систем безопасности, начальник кафедры; кандидат технических наук, доцент

Библиографические ссылки

Friebele E.J., Griscom D.L., Sigel G.H. Defect centers in a germanium-doped silica core optical fiber. Journal of Applied Physics, 1974. Vol. 45, No. 8. Pp. 3421–3428. DOI: https://doi.org/10.1063/1.1663795.

Friebele E.J., Gingerich M.E., Long K.J. Radiation damage of optical fiber waveguides at long wavelengths. Applied Optics, 1982. Vol. 21, No. 3. Pp. 547–553. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.21.000547.

Kase K.R., Bjärngard B.E., Attix F.H. The dosimetry of ionizing radiation. New York: Academic Press, 1987. Vol. 2. 384 p. DOI: https://doi.org/10.1016/C2013-0-10940-3.

Andreo P., Burns D.Т., Nahum A.E., Seuntjens J., Attix F.H. Fundamentals of ionizing radiation dosimetry. Weinheim: Wiley-VCH, 2017. 857 p. ISBN 978-3-527-40921-1.

Rana S., Subbaraman H., Fleming A., Kandadai N. Numerical analysis of radiation effects on fiber optic sensors. Sensors, 2021. Vol. 21, No. 12. Pp. 4111–4127. DOI: https://doi.org/10.3390/s21124111.

Summers G.P., Burke E.A., Shapiro P., Messenger S.R., Walters R.J. Damage correlations in semiconductors exposed to gamma, electron and proton radiations. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1993. Vol. 40, No. 6. Pp. 1372– 1379. DOI: https://doi.org/10.1109/23.273529.

Johnston A.H. Radiation effects in optoelectronic device. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2013. Vol. 60, No. 3. Pp. 2054–2073. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2013.2259504.

West R.H., Dowling S. Effects related to dose deposition profiles in integrated optics structures. IEEE Transactions on Nuclear Science, 1996. Vol. 43, No. 3. Pp. 1044–1049. DOI: https://doi.org/10.1109/radecs.1995.509831.

Girard S., Baggio J., Bisutti J. 14-MeV neutron, γ-ray, and pulsed X-ray radiation-induced effects on multimode silica-based optical fibers. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2006. Vol. 53, No. 6. Pp. 3750–3757. DOI: https://doi.org/10.1109/TNS.2006.886222.

Berghmans F., Brichard B., Fernandez A.F., Gusarov A., Uffelen M.V., Girard S. An introduction to radiation effects on optical components and fiber optic sensors. In: Optical Waveguide Sensing and Imaging. NATO Science for Peace and Security Series. Springer, Netherlands, 2008. Pp. 127–165. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4020-6952-9_6.

Goncharenko I.A., Il'yushonok A.V., Ryabtsev V.N. Izmerenie pogloshchennoy dozy ioniziruyushchego izlucheniya s pomoshch'yu opticheskikh volnovodnykh kol'tsevykh rezonatorov [Measurement of absorbed dose of ionizing radiation by means of optical waveguide ring resonators]. Journal of Civil Protection, 2023. Vol. 7, No. 1. Pp. 5–12. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2023.7-1.5. EDN: https://elibrary.ru/ATBOQQ.

Grillanda S., Singh V., Raghunathan V., Morichetti F., Melloni A., Kimerling L., Agarwal A.M. Gamma radiation effects on silicon photonic waveguides. Optics Letters, 2016. Vol. 41, No. 13. Pp. 3053–3056. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.41.003053.

Pregla R. The method of lines for the analysis of dielectric waveguide bends. Journal of Lightwave Technology, 1996. Vol. 14, No. 4. Pp. 634–639. DOI: https://doi.org/10.1109/50.491403.

Goncharenko I.A., Helfert S.F., Pregla R. Radiation loss and mode field distribution in curved holey fibers. AEU – International Journal of Electronics and Communications, 2005. Vol. 59, No. 3. Pp. 185–191. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2004.11.012.

Goncharenko I., Marciniak M., Reabtsev V. Electric field sensing with liquid-crystal-filled slot waveguide microring resonators. Applied Optics, 2017. Vol. 56, No. 27. Pp. 7629–7635. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.56.007629.

Karnutsch C., Smith C.L.C., Graham A., Tomljenovic-Hanic S., McPhedran R., Eggleton B.J. [et al.]. Temperature stabilization of optofluidic photonic crystal cavities. Applied Physics Letters, 2009. Vol. 94, No. 23. Article 231114. 3 p. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3152998.

Zhao Y., Zhang Y.-N., Lv R.-Q., Li J. Electric field sensor based on photonic crystal cavity with liquid crystal infiltration. Journal of Lightwave Technology, 2017. Vol. 35, No. 16. Pp. 3440–3446. DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2016.2576500.

Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, Том 9 № 3

Загрузки

Просмотров аннотации: 28
Загрузок PDF: 15

Опубликован

2025-08-13

Как цитировать

Гончаренко, И. А., Ильюшонок, А. В., Марсиньяк, М. и Рябцев, В. Н. (2025) «Детекторы ионизирующего излучения на основе волноводных кольцевых резонаторов с гиперсвязанным фторполимером», Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси, 9(3), сс. 300–309. doi: 10.33408/2519-237X.2025.9-3.300.