影响光缆中光纤寿数的三大要素

　　光纤是光缆中最主要的组成资料之一，要提高光缆的运用寿数，最根本的是要提高光纤的运用寿数。影响光纤运用寿数的原因主要有：①光纤外表的微裂纹的存在和扩大；②大气环境中的水和水蒸气分子对光纤外表的浸蚀；③不合理敷设光缆时残留下来的应力长时间效果等。由于上述原因，使得以石英玻璃为基础的光纤机械强度逐步下降，衰耗渐渐增大，最终使光纤开裂，终止了光缆的运用寿数。

　　由于在纤维外表上总是会存在着微裂纹，在大气环境中发作慢裂纹成长，使裂纹不断地扩大，使光纤的机械强度逐步退化。例如，一根125μm直径的石英光纤，经过3年的慢改变今后，使光纤的抗拉强度从180kpsi（相当于1530g抗拉强度），降到了60kpsi（相当于510g抗拉强度）。光纤这种慢改变而引起机械强度下降的原理是：当光纤外表有微裂纹（或缺陷）时，在遭到外来应力的效果时，并不会立即开裂，只要施加应力到达裂纹的临界值时，纤维才会开裂。而石英纤维承遭到一个小于临界值的稳定应力时，外表裂纹会发作缓慢的扩大，使裂纹的深度到达开裂的临界值，这即是纤维机械强度退化的进程。石英光纤机械强度的退化是由于承遭到的应力与大气环境中的水和水蒸气分子浸蚀的联合效果造成的。

　　延伸光纤运用寿数的办法

　　当纤维在真空环境中,由于没有水分子存在,所以不会发作应力浸蚀,其疲惫参数n为最大值，光纤也具有最高的强度，这时的强度即是纤维的慵懒强度，称之为Si。

　　光纤在运用环境中所具有的运用寿数ts与它所接受的应力σ和纤维的慵懒强度Si之间有如下联系：

　　lgts=－nlgσ＋lgB＋(n－2)lgSi

　　上式中后面两项皆为常数，所以当承遭到的应力σ稳守时，纤维的运用寿数ts只与纤维的疲惫参数n值有关。n值愈大，光纤的寿数ts也愈长。因而，提高光纤的运用寿数有两种办法：

　　第一，当疲惫参数n一守时，纤维的寿数ts只与所承遭到的应力σ有关，因而，减小纤维承遭到的应力是提高光纤运用寿数的一种办法。当大家制作光纤时，在光纤外表上形成一种紧缩应力以对抗所承遭到的张应力，使张应力减到尽可能小的程度，由此就产生了压应力包层技能来制作光纤。

　　若设光纤承遭到的应力为σa，寿数为t1，当光纤具有压应力σR包层时，光纤的寿数为t2：

　　t2= t1[(σa-σR)/σa]-n

　　其中，(σa-σR)为光纤真实承遭到的净应力。由此标明：具有压应力包层的光纤比一般光纤的寿数长得多。近年来就有人用掺GeO2石英做光纤外表的紧缩层，也有人用掺TiO2石英做光纤的外包层使光纤自身的抗拉强度从50kpsi提高到130kpsi（相当抗拉强度从430g提高到1100g），也使光纤的静态疲惫参数从n=20～25提高到n=130。

　　第二，提高光纤的静态疲惫参数n来提高光纤的运用寿数。因而，大家在制作光纤时，设法把石英纤维自身与大气环境隔绝开来，使之不受大气环境的影响，尽可能地把n值由环境资料参数转变为光纤资料自身的参数，就可以使n值变得很大，由此产生了在光纤外表的“密封被覆技能”。

　　近十年来，运用“密封被覆技能”来制作光纤取得了无穷发展。被覆资料由金属类扩展到金属氧化物、无机碳化物、无机氮化物、碳化物、氮氧化物和CVD堆积无定型碳。被覆层构造由单一的金属被覆层发展到密封被覆层与有机被覆层相结合的复合被覆层构造，使光纤更具有实践应用的价值，纤维的光学功能、机械功能和抗疲惫功能都有提高。例如：

　　① 金属被覆光纤：铝被覆光纤可接受1Gpa(150kpsi)的应力，浸没在水中实验，在350℃温度下运用，寿数在10年以上。

　　② 金属氧化物和其它无机物被覆的光纤：用C4H10与SiH4在纤维外表堆积成Si0.21O0.22C0.77的密封被覆层，并涂上有机层，纤维的n值可到达256。

　　③ 用氮化硼做密封被覆层的光纤：可接受200kpsi的拉力，n值可提高到100以上。又如用TIC密封被覆的光纤具有400～500kpsi的强度，可耐100℃的水。

　　④ 无定形碳密封被覆光纤：在无机被覆资猜中，无定形碳被覆层不仅对光纤的光学功能和机械强度很少有危害效果，而且表现出良好的抗水功能及抗氢功能。此项技能已经走向工业化生产。这种纤维的典型抗拉强度已到达500～600kpsi，动态n值为350～1000。在室温下25年后，碳密封被覆光纤中渗入的氢只要普通光纤的1/10000；在光缆中，此类纤维可容许的氢压力比一般光纤高100倍。用此光纤可适当地下降成缆条件或在更高温度条件下运用。

　　运用纤维外表成长“压应力包层”和“密封被覆技能”后，光纤的寿数可用下式推出：

　　t2/t1=19.36×10IRσa7

　　式中，σa是施加的应力或运用应力。由此可算出σa与t2/t1的联系。这类光纤的运用寿数可达40年，可望用于海底光缆和军用通信。

　　另有一些研究还标明，制作光纤时宁可用锗（GeO2）和氟（F）作掺杂剂，也不必磷（P2O5）作掺杂剂，因磷的“亲水（H2O）”性好，使光纤易受潮湿，引起纤芯内部P-OH键吸收衰耗增大，使光纤缓慢改变。所以长运用寿数的光纤杜绝用磷作掺杂资料。

　　在制作光缆工艺中留意防潮防水，削减残存的应力

　　首先是缆芯构造设计，必定要用松构造，避免留下残存的应力，绞合光缆时要选择合理的光纤余长，也能减小张应力的效果；在缆芯内填充石油凝胶，意图是为了防潮、防水、防含氢化合物（污染液体）的浸蚀；运用涂塑钢带、铝带也是为了防潮，添加光缆的抗侧压、抗张力的能力；有些工厂在缆芯内每隔一米就加一个热熔胶的阻水层，避免缆芯纵向水的浸透；选用线膨胀系数小的资料作缆芯的强度元件，意图也是保护光纤，革除外张力的影响。最终还要指出的一点，即是制作光缆的每一种原资料，自身必须有30年以上的寿数，必须有高稳定性的物理功能和化学功能。只要严格控制上述各道制作工艺的质量，才可以延伸光缆的运用寿数。

　　当然要延伸光缆的运用寿数还有一个主要要素即是光缆的敷设方法和施工进程，这方面的内容较多也较复杂，应单独作为专题进行论述

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