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电缆新闻

详说光缆中光纤寿命的成分

光纤是光缆中很沉要的组成资料之一 ,要进取光缆的使用寿数 ,很底子的是要进取光纤的使用寿数。影响光纤使用寿数的原因重要有:①光纤表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表表的浸蚀;③不合理敷设光缆时残留下来的应力持久成效等。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降落 ,衰耗慢慢增大 ,很后使光纤开裂 ,终止了光缆的使用寿数。
  由于在纤维表表上总是会存在着微裂纹 ,在大气环境中产生慢裂纹成长 ,使裂纹不休地扩大 ,使光纤的机械强度逐步退化。例如 ,一根125μm直径的石英光纤 ,通过3年的慢扭转以来 ,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)。光纤这种慢扭转而引起机械强度降落的道理是:当光纤表表有微裂纹(或弊端)时 ,在遭到表来应力的成效时 ,并不会当即开裂 ,只有施加应力达到裂纹的临界值时 ,纤维才会开裂。而石英纤维承遭到一个幼于临界值的恒定应力时 ,表表裂纹会产生缓慢的扩大 ,使裂纹的深度达到开裂的临界值 ,这就是纤维机械强度退化的过程。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结合成效造成的。
  延长光纤使用寿数的法子
  当纤维在真空环境中,由于没有水分子存在,所以不会产生应力浸蚀,其疲乏参数n为很大值 ,光纤也拥有很高的强度 ,这时的强度就是纤维的惰性强度 ,称之为Si。
  光纤在使用环境中所拥有的使用寿数ts与它所接受的应力σ和纤维的惰性强度Si之间有如下关系:
  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恒守时 ,纤维的使用寿数ts只与纤维的疲乏参数n值有关。n值愈大 ,光纤的寿数ts也愈长。因而 ,进取光纤的使用寿数有两种法子:
    ,当疲乏参数n一守时 ,纤维的寿数ts只与所承遭到的应力σ有关 ,因而 ,减幼纤维承遭到的应力是进取光纤使用寿数的一种法子。当人们造作光纤时 ,在光纤表表上形成一种收缩应力以对抗所承遭到的张应力 ,使张应力减到尽可能幼的水平 ,由此就产生了压应力包层技术来造作光纤。
  若设光纤承遭到的应力为σa ,寿数为t1 ,当光纤拥有压应力σR包层时 ,光纤的寿数为t2:
  t2= t1[(σa-σR)/σa]-n
  其间 ,(σa-σR)为光纤真正承遭到的净应力。由此批注:拥有压应力包层的光纤比通常光纤的寿数长得多。近年来就有人用掺GeO2石英做光纤表表的收缩层 ,也有人用掺TiO2石英做光纤的表包层使光纤自身的抗拉强度从50kpsi进取到130kpsi(相当抗拉强度从430g进取到1100g) ,也使光纤的静态疲乏参数从n=20~25进取到n=130。
  第二 ,进取光纤的静态疲乏参数n来进取光纤的使用寿数。因而 ,人们在造作光纤时 ,设法把石英纤维自身与大气环境阻隔开来 ,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 ,就能够使n值变得很大 ,由此产生了在光纤表表的“密封被覆技术”。
  近十年来 ,使用“密封被覆技术”来造作光纤获得了巨猛进展。被覆资料由金属类扩大到金属氧化物、无机碳化物、无机氮化物、碳化物、氮氧化物和CVD沉积无定型碳。被覆层结构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结构 ,使光纤更拥有现实使用的价值 ,纤维的光学职能、机械职能和抗疲乏职能都有进取。例如:
  ① 金属被覆光纤:铝被覆光纤可接受1Gpa(150kpsi)的应力 ,浸没在水中尝试 ,在350℃温度下使用 ,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在纤维表表沉积成Si0.21O0.22C0.77的密封被覆层 ,并涂上有机层 ,纤维的n值可达到256。
  ③ 用氮化硼做密封被覆层的光纤:可接受200kpsi的拉力 ,n值可进取到100以上。又如用TIC密封被覆的光纤拥有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职能和机械强度很少有侵害成效 ,并且阐发出卓越的抗水职能及抗氢职能。此项技术现已走向工业化出产。这种纤维的典型抗拉强度已达到500~600kpsi ,动态n值为350~1000。在室温下25年后 ,碳密封被覆光纤中进入的氢只有通常光纤的1/10000;在光缆中 ,此类纤维可答理的氢压力比通常光纤高100倍。用此光纤可适本地降落成缆前提或在更高温度前提下使用。
  使用纤维表表成长“压应力包层”和“密封被覆技术”后 ,光纤的寿数可用下式推出:
  t2/t1=19.36×10IRσa7
  式中 ,σa是施加的应力或使用应力。由此可算出σa与t2/t1的关系。这类光纤的使用寿数可达40年 ,可望用于海底光缆和军用通讯。


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