gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2018.26.4.023-042gyroscopy-293Research ArticleСтатьиПроблемы обеспечения радиационной стойкости волоконно-оптических гироскопов и пути ее повышения (обзор)Ensuring Radiation Resistance of Fiber Optic Gyroscopes and Ways to Improve It: ReviewЕгоровД. А.EgorovD. A.

Егоров Дмитрий Александрович. Ведущий инженер

РупасовА. В.RupasovA. V.

Рупасов Андрей Викторович. Кандидат технических наук, начальник группы

УнтиловА. А.UntilovA. A.

Унтилов Александр Алексеевич. Кандидат технических наук, начальник лаборатории

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, St. PetersburgRussian Federation2018211120252642342Copyright © Егоров Д.А., Рупасов А.В., Унтилов А.А., 20252025Егоров Д.А., Рупасов А.В., Унтилов А.А.Egorov D.A., Rupasov A.V., Untilov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/293

Рассматривается вопрос обеспечения радиационной стойкости волоконно-оптических гироскопов и их основных компонентов (волоконных световодов, элементов интегральной оптики, источников оптического излучения, электронных компонентов и оптических материалов) по материалам отечественных и зарубежных публикаций. Анализируются возможные пути повышения радиационной стойкости. Ключевые слова: волоконно-оптический гироскоп, радиационная стойкость.

The problem of ensuring the radiation resistance of fiber-optic gyroscopes and their main components (optical fibers, elements of integrated optics, optical sources, electronic components and optical materials) is analyzed on the basis of Russian and foreign publications. Possible ways of radiation resistance improvement are considered.

Волоконно-оптический гироскопрадиационная стойкость.Fiber-optic gyroradiation resistance.ReferencesГуськов Н.А. Волоконная оптика в радиационной обстановке // Зарубежная радиоэлектроника. 1991. № 8. С. 52–65.Gus’kov, N.A., Fiber optics in the radiation environment, Zarubezhnaya radioelektronika, 1991, no. 8, pp. 52–65.Бекман И.Н. Радиоактивность и радиация. Курс лекций. М., 2006.Bekman, I.N., Radioaktivnost’ i radiatsiya. Kurs lektsii (Radioactivity and Radiation, Course of lectures), Moscow, 2006.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. С. 52–65.Tomashuk, A.L., Golant, K.M., and Zabezhailov, M.O., Development of optical fibers for use at increased levels of radiation, Volokonno-opticheskie tekhnologii, materialy i ustroistva, 2001, no. 4, pp. 52–65.Дианов Е.М. Перспективы использования диапазона длин волн 1-1,6 мкм для осуществления волоконно-оптической связи // Квантовая электроника. 1980. Т. 7. № 3. С. 458–464.Dianov, E.M., Prospects for using the wavelength range of 1-1.6 microns for the implementation of fiber-optic communication, Kvantovaya elektronika, 1980, vol. 7, no. 3, pp. 458–464.Кирин И.Г. Специальные радиационно устойчивые волоконно-оптические и оптоэлектронные датчики и системы, 2008.Kirin, I.G., Spetsial’nye radiatsionno ustoychivye volokonno-opticheskie i optoelektronnye datchiki i sistemy (Special Radiation-Resistant Fiber-Optic and Optoelectronic Sensors and Systems), 2008.Томашук А.Л., Дворецкий Д.А., Лазарев В.А., Пнев А.Б., Карасик В.Е., Салганский М.Ю., Кашайкин П.Ф., Хопин В.Ф., Гурьянов А.Н., Дианов Е.М. Отечественные радиационно-стойкие волоконные световоды // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 5. C. 111–124.Tomashuk, A.L., Dvoretskii, D.A., Lazarev, V.A., Pnev, A.B., Karasik, V.E., Salganskii, M.Yu., Kashaikin, P.F., Hopin, V.F., Gur’yanov, A.N., and Dianov, E.M., Domestic radiation-resistant optical fibers, Vestnik MGTU im. N.E. Baumana, Ser. Priborostroenie, 2016, no. 5, pp. 111–124.Беляев Р.А., Таценко В.Г. Радиационная устойчивость волоконных световодов // Зарубежная радиоэлектроника. 1990. № II. С. 94–108.Belyaev, R.A. and Tatsenko, V.G., Radiation resistance of optical fibers, Zarubezhnaya radioelektronika, 1990, no. II, pp. 94–108.Chigusa, Y., Watanabe, M., Kyoto, M., Ooe, M., Matsubara, T., γ-Ray and neutron irradiation characteristics of pure silica core single mode fiber and its life time estimation, IEEE Transactions on Nucleart Science, 1988, Feb., vol. 35, no. 1.Chigusa, Y., Watanabe, M., Kyoto, M., Ooe, M., and Matsubara, T., γ-Ray and neutron irradiation characteristics of pure silica core single mode fiber and its life time estimation, IEEE Transactions on Nuclear Science, 1988, Feb., vol. 35, no. 1.Долгов И.И., Иванов Г.А., Чаморовский Ю.К., Яковлев М.Я. Радиационно стойкие одномодовые оптические волокна с кварцевой сердцевиной // Фотон-Экспресс. 2005. № 6 (46). С. 4–10.Dolgov, I.I., Ivanov, G.A., Chamorovskii, Iu.K., and Yakovlev, M.Ya., Radiation-resistant single-mode optical fibers with a quartz core, Foton-Ekspress, 2005, no. 6 (46), pp. 4–10.Кашайкин П.Ф., Салганский М.Ю., Томашук А.Л., Абрамов А.Н., Хопин В.Ф., Гурьянов А.Н., Нищев К.Н., Дианов Е.М. Повышение радиационной стойкости волоконных световодов в технологии MCVD // Фотон-Экспресс. 2013. № 6. С. 152–153.Kashaikin, P.F., Salganskii, M.Yu., Tomashuk, A.L., Abramov, A.N., Khopin, V.F., Gur’yanov, A.N., Nishchev, K.N., and Dianov, E.M., Increasing radiation resistance of optical fibers in MCVD technology, Foton-Ekspress, 2013, no. 6, pp. 152–153.Aikawa, K., Izoe, K., Shamoto, N., Kudoh, M., Tsumanuma, T., Radiation resistant singlemode optical fiber and method of manufacturing thereof. U.S. Patent 7440673, Oct. 21, 2008.Aikawa, K., Izoe, K., Shamoto, N., Kudoh, M., and Tsumanuma, T., Radiation resistant single-mode optical fiber and method of manufacturing thereof. U.S. Patent 7440673, Oct. 21, 2008.Alam, M., Abramczyk, J., Manyam, U., Farroni, J., Guertin, D., Performance of Optical Fibers in Space Radiation Environment, International Conference on Space Optics, Noordwijk, The Netherlands, 2006.Alam, M., Abramczyk, J., Manyam, U., Farroni, J., and Guertin, D., Performance of optical fibers in space radiation environment, International Conference on Space Optics, Noordwijk, The Netherlands, 2006.Hill, M., Hankey, J., Gray, R., Radiation tolerant passive and active optical fiber products for use in space environments, Proc. SPIE 10563, International Conference on Space Optics – ICSO 2014, 1056328.Hill, M., Hankey, J., and Gray, R., Radiation tolerant passive and active optical fiber products for use in space environments, Proc. SPIE 10563, International Conference on Space Optics – ICSO 2014, 1056328.Палатников М.Н., Ефремов И.Н., Сидоров Н.В., Макарова О.В., Калинников В.Т. Исследования свойств гамма-облученных кристаллов ниобата лития различного химического состава // Труды Кольского научного центра РАН. Химия и материаловедение: спецвыпуск. 2015. № 5 (31). С. 439–443.Palatnikov, M.N., Efremov, I.N., Sidorov, N.V., Makarova, O.V., and Kalinnikov, V.T., Studying the properties of gamma-irradiated lithium niobate crystals of different chemical composition, Trudy Kol’skogo nauchnogo tsentra RAN. Khimiya i materialovedenie: Spetsvypusk, 2015, no. 5 (31), pp. 439–443.Barnes, C., Greenwel, R., Radiation effects in photonic modulator structures. Photonics for space environments, Proc of SPIE, 1995, vol. 2482, pp. 48–83.Barnes, C. and Greenwel, R., Radiation effects in photonic modulator structures. Photonics for space environments, Proc. of SPIE, 1995, vol. 2482, pp. 48–83.Pentrack, D., Hatch, J., et al., Effects of combined neutron and gamma radiation on a LiNbO3 directional polarization maintaining coupler (passive) and a large core multimode 1X2 coupler. Photonics for Space environments, Proc of SPIE, 1995, vol. 2482, pp. 109–119.Pentrack, D., Hatch, J. et al., Effects of combined neutron and gamma radiation on a LiNbO3 directional polarization maintaining coupler (passive) and a large core multimode 1X2 coupler. Photonics for space environments, Proc. of SPIE, 1995, vol. 2482, pp. 109–119.Lai, C.-C., Chang, C.-Y., Wei, Y.-Y., Wang, W.-S., Study of gamma-irradiation damage in LiNbO3 waveguides, Photonics Tech. Lett., 2007, 19 (13), pp. 1002–1004.Lai, C.-C., Chang, C.-Y., Wei, Y.-Y., and Wang, W.-S., Study of gamma-irradiation damage in LiNbO3 waveguides, Photonics Tech. Lett., 2007, 19 (13), pp. 1002–1004.Kanofsky, A.S., Proton radiation effects on various electro-optical devices, Proc. of SPIE, 1994, vol. 2074, pp. 204–213.Kanofsky, A.S., Proton radiation effects on various electro-optical devices, Proc. of SPIE, 1994, vol. 2074, pp. 204–213.Dewen, L., Wen, X., Bo, W., Mechanism of radiation effects on fiber optic gyros, ActaOptica Sinica, 2008, 28 (3), pp. 419–422.Dewen, L., Wen, X., and Bo, W., Mechanism of radiation effects on fiber optic gyros, ActaOptica Sinica, 2008, 28 (3), pp. 419–422.Desheng, Z., Hongkun, H., Effects of proton radiation on LiNbO3 multifunktion integrated optical circuit, Semiconductor optoelectronics, 2011, 32(3), pp. 343–347.Desheng, Z., and Hongkun, H., Effects of proton radiation on LiNbO3 multifunction integrated optical circuit, Semiconductor optoelectronics, 2011, 32(3), pp. 343–347.Ding, D., et al., The Effects of Space Irradiation on the Performances of Y-waveguide Multifunction Integrated Optical Circuit, International Conference on Optoelectronics and Microelectronics (ICOM), 2015, pp. 111–114.Ding, D., et al., The effects of space irradiation on the performances of Y-waveguide multifunction integrated optical circuit, International Conference on Optoelectronics and Microelectronics (ICOM), 2015, pp. 111–114.Пат. 2444704 Российская Федерация, МПК G01C 19/72. Волоконно-оптический гироскоп / А.С. Алейник, И.К. Мешковский, В.Е. Стригалев ;патентообладатель АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». № 2010144351/28; заявл. 26.10.10 ; опубл. 10.03.12, Бюл. № 16. 14 с.Patent RF (Russian Federation) no. 2444704, Aleinik, A.S., Meshkovskii, I.K., and Strigalev, V.Е., Fiber-optic gyroscope, Patent holder Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia, 26.10.10.Мешковский И.К., Стригалев В.Е., Дейнека Г.Б., Пешехонов В.Г., Волынский Д.В., Унтилов А.А. Трехосный волоконно-оптический гироскоп. Результаты разработки и предварительных испытаний // Гироскопия и навигация. 2011. № 3. С. 67–74.Meshkovskii, I.K., Strigalev, V.E., Deineka, G.B., Peshekhonov, V.G., Volynskii, D.V., and Untilov, A.A., A Three-Axis Fiber-Optical Gyroscope. The Results of the Development and Tests, Gyroscopy and Navigation, 2011, vol. 2, no. 4, pp. 208–213.Hsu, Z., Peng, Z., Wang, L.A., Liu, R., Chou, F., Gamma ray effects on double pass backward superfluorescent fiber source for gyroscope application, Proc of SPIE, 2008, vol. 7004, 70044M.Hsu, Z., Peng, Z., Wang, L.A., Liu, R., and Chou, F., Gamma ray effects on double pass backward superfluorescent fiber source for gyroscope application, Proc of SPIE, 2008, vol. 7004, 70044M.Zhang, B., Wang, W., Wang, X., Li, J., Wang, D., Research on the irradiation characteristic of erbium-doped fiber source for high precision fiber-optic gyroscope, Presented at the Initial Sensors and Systems conf., Karlsruhe, Germany, 2013.Zhang, B., Wang, W., Wang, X., Li, J., and Wang, D., Research on the irradiation characteristic of erbium-doped fiber source for high precision fiber-optic gyroscope, Presented at the Inertial Sensors and Systems Conf., Karlsruhe, Germany, 2013.Лихачев М.Е., Зотов К.В., Томашук А.Л., Бубнов М.М., Семенов С.Л., Косолапов А.Ф., Яшков М.В., Гурьянов А.Н. Радиационно стойкие эрбиевые волоконные световоды для гироскопов и систем космической связи // Фотон-экспресс. 2009. № 6. С. 17–18.Likhachev M.E., Zotov K.V., Tomashchuk A.L., Bubnov M.M., Semenov S.L., Kosolapov A.F., Yashkov M.V., and Gur’anov A.N., Radiation-resistant erbium optical fibers for gyroscopes and space communication systems, Foton-Ekspress, 2009, no. 6, pp. 17–18.Brichard, B., et al., Gamma dose rate effect in erbium-doped fibers for space gyroscopes, 2003, pp. 336–338.Brichard, B., et al., Gamma dose rate effect in erbium-doped fibers for space gyroscopes, 2003, pp. 336–338.Wang, W., Wang, X., Xia, J., The influence of Er-doped fiber source under irradiation on fiber optic gyro, Optical Fiber Technology 18, 2012, pp. 39–43.Wang, W., Wang, X., and Xia, J., The influence of Er-doped fiber source under irradiation on fiber optic gyro, Optical Fiber Technology 18, 2012, pp. 39–43.Girard, S., Tortech, B., Regnier, E., et al., Proton- and Gamma-induced effects on erbium-doped optical fibers, IEEE Transactions on Nuclear Science, December 2007, vol. 54, no. 6.Girard, S., Tortech, B., Regnier, E., et al., Proton- and gamma-induced effects on erbiumdoped optical fibers, IEEE Transactions on Nuclear Science, December 2007, vol. 54, no. 6.Brichard, B., Fernandez-Fernandez, A., Ooms, H., Bergmans, F., Study of the radiationinduced optical sensitivity in erbium and aluminum doped fibers, Presented at the RADEC conf., Noordwijk, The Netherlands, 2003.Brichard, B., Fernandez-Fernandez, A., Ooms, H., and Bergmans, F., Study of the radiationinduced optical sensitivity in erbium and aluminum doped fibers, Presented at the RADEC Conf., Noordwijk, The Netherlands, 2003.Williams, G.M., Putnam, M.A., Friebele, E.J., Space radiation effects on erbium doped fibers, Proc. SPIE, 1996, vol. 2811, pp. 30–37.Williams, G.M., Putnam, M.A., and Friebele, E.J., Space radiation effects on erbium doped fibers, Proc. SPIE, 1996, vol. 2811, pp. 30–37.Rose, T.S., Gunn, D., Valley, G.C., Gamma and proton radiation effects in erbium-doped fiber amplifiers: active and passive measurements, J. Lightw. Technol., 2001, vol. 19, no. 12, pp. 1918–1923.Rose, T.S., Gunn, D., and Valley, G.C., Gamma and proton radiation effects in erbium-doped fiber amplifiers: active and passive measurements, J. Lightw. Technol., 2001, vol. 19, no. 12, pp. 1918–1923.Williams, G.M., Friebele, E.J., Space radiation effects on erbium-doped fiber devices: sources, amplifiers and passive measurements, IEEE Transactions on Nuclear Science, 1998, vol. 45, no. 3, pp. 399–404.Williams, G.M. and Friebele, E.J., Space radiation effects on erbium-doped fiber devices: sources, amplifiers and passive measurements, IEEE Transactions on Nuclear Science, 1998, vol. 45, no. 3, pp. 399–404.Tortech, B., VanUffelen, M., Gusarov, A., et al., Gamma radiation-induced loss in erbium doped optical fibers, J. Non-Cryst. Solids, April 2007, vol. 353, no. 5–7, pp. 477–480.Tortech, B., VanUffelen, M., Gusarov, A., et al., Gamma radiation-induced loss in erbium doped optical fibers, J. Non-Cryst. Solids, April 2007, vol. 353, no. 5–7, pp. 477–480.Van Uffelen, M., Girard, S., Goutaland, F., Gusarov, A., Brichard, B., Berghmans, F., Gamma radiation effects in Er-doped silica fibers, IEEE Transactions on Nuclear Science, October 2004, vol. 51, no. 5, pp. 2763–2769.Van Uffelen, M., Girard, S., Goutaland, F., Gusarov, A., Brichard, B., Berghmans, F., Gamma radiation effects in Er-doped silica fibers, IEEE Transactions on Nuclear Science, October 2004, vol. 51, no. 5, pp. 2763–2769.Yang, Y., Yang, F., High performance fiber optic gyroscope with a radiation-tolerant ant temperature-stable scale factor, Chinese Optic Letters, November 2016, col. 14 (11), no. 110605.Yang, Y. and Yang, F., High performance fiber optic gyroscope with a radiation-tolerant ant temperature-stable scale factor, Chinese Optic Letters, November 2016, col. 14 (11), no. 110605.Томашук А.Л и др. Волоконный световод (варианты) и способ его получения. Патент РФ № 2222032 от 20.01.2004 г., приоритет от 29.06.2000 г.Patent RF (Russian Federation) no. 2222032, 20.01.2004. Tomashuk, A.L. et al., Optical fiber (versions) and methods for producing it.Ding, D., et al., Radiation Effects on Opto-Electronic Devices for Fiber-Optic Gyroscopes, Academic International Symposium on Optoelectronics and Microelectronics Technology, 2011, pp. 216–218.Ding, D., et al., Radiation effects on opto-electronic devices for fiber-optic gyroscopes, Academic International Symposium on Optoelectronics and Microelectronics Technology, 2011, pp. 216–218.Zhang, C., et al., Space radiation effect on fibre optical gyroscope control circuit and compensation algorithm, Chinese Physics B, 17 (2), 573–577.Zhang, C., et al., Space radiation effect on fibre optical gyroscope control circuit and compensation algorithm, Chinese Physics B, 17 (2), 573–577.Аскеров К.А. Радиационно стойкие фотоприемники на основе слоистых полупроводников GaSe, InSe, GaTe: Дис. ... доктора физико-математических наук: 01.04.01. Баку, 2000. 37 с.Askerov, K.А., Radiation-resistant photodetectors based on layered semiconductors GaSe, InSe, GaTe: Doctor Sci. (Physics and Mathematics) Dissertation, Baku, 2000.Юдинцев В. Радиационно стойкие интегральные схемы. Надежность в космосе и на Земле // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. № 5. C. 72–77.Yudintsev, V., Radiation-resistant integrated circuits. Reliability in space and on Earth. Elektronika: Nauka, Tekhnologiнa, Biznes, 2007, no. 5, pp. 72–77.Мироненко Л., Юдинцев В. Повышение радиационной стойкости интегральных схем. Конструктивные методы на базе промышленной технологии // Электроника. 2012. №8. С. 74–87.Mironenko, L. and Yudintsev, V., Increasing the radiation resistance of integrated circuits. Constructive methods based on industrial technology, Elektronika, 2012, no.8, pp. 74–87.Соколов А.Г. Программно-аппаратные методы повышения радиационной стойкости микросхем SRAM ПЛИС // Современная электроника. 2014. № 6. С. 30–33.Sokolov, A.G., Software and hardware methods to improve the radiation resistance of PLIC for SRAM, Sovremennaya elektronika, 2014, no. 6, pp. 30–33.Муллов К.Д. Воздействие космической радиации на цифровые устройства на базе ПЛИС и методы повышения радиационной стойкости данных систем // Труды МАИ. 2016. Вып. № 87.Mullov, K.D., The impact of space radiation on digital PLIC-based devices and methods for improving the radiation resistance of these systems, Trudy MAI, 2016, vol. 87.Радиационная стойкость клеев: [Электронный ресурс]. URL: http://ftemk.mpei.ru/ctlw/ DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.08.htm. (Дата обращения: 27.09.2017).Radiation resistance of adhesives http://ftemk.mpei.ru/ctlw/DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.08.htm. Accessed September 27, 2017.Воздействие облучения на компаунды: [Электронный ресурс]. URL: http://ftemk.mpei.ru/ctlw/ DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.06.htm. (Дата обращения: 27.09.2017).Irradiation effects of on compounds: http://ftemk.mpei.ru/ctlw/DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.06.htm. Accessed September 27, 2017.Воздействие облучения на резины и герметики: [Электронный ресурс]. http://ftemk.mpei.ru/ctlw/DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.07.htm. (Дата обращения: 27.09.2017). Egorov, D.A., Rupasov, A.V., Untilov, A.A. (Concern CSRI Elektropribor, JSC, St. Petersburg, Russia). Ensuring Radiation Resistance of Fiber Optic Gyroscopes and Ways to Improve It: Review, Giroskopiya i Navigatsiya, 2018, vol. 26, no. 4 (103), pp. 23–42.Irradiation effects on resins and sealing materials: http://ftemk.mpei.ru/ctlw/DocHandler.aspx?p=pubs/etm_full/radiationf/06.07.htm. Accessed September 27, 2017.

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