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在遠程光纜通訊體系中,光纖傳輸特性應(yīng)是長時間安穩(wěn)的,尤其是遠程干線直埋光纜和海底光纜體系,對光纜的長壽數(shù)提出了更高的要求。一般對陸地光纜的運用壽數(shù),期望有20年以上的安全運用期,而對海底光纜,則要求其運用壽數(shù)進步到25年以上,其毛病間隔時間均勻要求為10年。因而,怎么延伸光纜的運用壽數(shù),怎樣正確的運用光纜,都是人們關(guān)懷的重要技能課題,下面從光纜的結(jié)構(gòu)方面談?wù)勗趺囱由旃饫|的運用壽數(shù)。
影響光纜中光纖壽數(shù)的三大要素
光纖是光纜中最重要的組成資料之一,要進步光纜的運用壽數(shù),最底子的是要進步光纖的運用壽數(shù)。影響光纖運用壽數(shù)的原因主要有:①光纖外表的微裂紋的存在和擴展;②大氣環(huán)境中的水和水蒸氣分子對光纖外表的浸蝕;③不合理敷設(shè)光纜時殘留下來的應(yīng)力長時間效果等。因為上述原因,使得以石英玻璃為根底的光纖機械強度逐步下降,衰耗漸漸增大,最終使光纖開裂,停止了光纜的運用壽數(shù)。
因為在纖維外表上總是會存在著微裂紋,在大氣環(huán)境中產(chǎn)生慢裂紋成長,使裂紋不斷地擴展,使光纖的機械強度逐步退化。例如,一根125μm直徑的石英光纖,通過3年的慢改變今后,使光纖的抗拉強度從180kpsi(適當(dāng)于1530g抗拉強度),降到了60kpsi(適當(dāng)于510g抗拉強度)。光纖這種慢改變而引起機械強度下降的原理是:當(dāng)光纖外表有微裂紋(或缺點)時,在遭到外來應(yīng)力的效果時,并不會當(dāng)即開裂,只要施加應(yīng)力到達裂紋的臨界值時,纖維才會開裂。而石英纖維承遭到一個小于臨界值的穩(wěn)定應(yīng)力時,外表裂紋會產(chǎn)生緩慢的擴展,使裂紋的深度到達開裂的臨界值,這便是纖維機械強度退化的進程。石英光纖機械強度的退化是因為承遭到的應(yīng)力與大氣環(huán)境中的水和水蒸氣分子浸蝕的聯(lián)合效果構(gòu)成的。
延伸光纖運用壽數(shù)的辦法
當(dāng)纖維在真空環(huán)境中,因為沒有水分子存在,所以不會產(chǎn)生應(yīng)力浸蝕,其疲憊參數(shù)n為Z大值,光纖也具有Z高的強度,這時的強度便是纖維的慵懶強度,稱之為Si。
光纖在運用環(huán)境中所具有的運用壽數(shù)ts與它所接受的應(yīng)力σ和纖維的慵懶強度Si之間有如下聯(lián)系:
lgts=-nlgσ+lgB+(n-2)lgSi
上式中后邊兩項皆為常數(shù),所以當(dāng)承遭到的應(yīng)力σ穩(wěn)守時,纖維的運用壽數(shù)ts只與纖維的疲憊參數(shù)n值有關(guān)。n值愈大,光纖的壽數(shù)ts也愈長。因而,進步光纖的運用壽數(shù)有兩種辦法:
榜首,當(dāng)疲憊參數(shù)n一守時,纖維的壽數(shù)ts只與所承遭到的應(yīng)力σ有關(guān),因而,減小纖維承遭到的應(yīng)力是進步光纖運用壽數(shù)的一種辦法。當(dāng)人們制作光纖時,在光纖外表上構(gòu)成一種緊縮應(yīng)力以對立所承遭到的張應(yīng)力,使張應(yīng)力減到盡可能小的程度,由此就產(chǎn)生了壓應(yīng)力包層技能來制作光纖。
若設(shè)光纖承遭到的應(yīng)力為σa,壽數(shù)為t1,當(dāng)光纖具有壓應(yīng)力σR包層時,光纖的壽數(shù)為t2:
t2= t1[(σa-σR)/σa]-n
其間,(σa-σR)為光纖真實承遭到的凈應(yīng)力。由此標明:具有壓應(yīng)力包層的光纖比一般光纖的壽數(shù)長得多。近年來就有人用摻GeO2石英做光纖外表的緊縮層,也有人用摻TiO2石英做光纖的外包層使光纖自身的抗拉強度從50kpsi進步到130kpsi(適當(dāng)抗拉強度從430g進步到1100g),也使光纖的靜態(tài)疲憊參數(shù)從n=20~25進步到n=130。
第二,進步光纖的靜態(tài)疲憊參數(shù)n來進步光纖的運用壽數(shù)。因而,人們在制作光纖時,設(shè)法把石英纖維自身與大氣環(huán)境阻隔開來,使之不受大氣環(huán)境的影響,盡可能地把n值由環(huán)境資料參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w資料自身的參數(shù),就能夠使n值變得很大,由此產(chǎn)生了在光纖外表的“密封被覆技能”。
近十年來,運用“密封被覆技能”來制作光纖取得了巨大發(fā)展。被覆資料由金屬類擴展到金屬氧化物、無機碳化物、無機氮化物、碳化物、氮氧化物和CVD堆積無定型碳。被覆層結(jié)構(gòu)由單一的金屬被覆層發(fā)展到密封被覆層與有機被覆層相結(jié)合的復(fù)合被覆層結(jié)構(gòu),使光纖更具有實踐運用的價值,纖維的光學(xué)功能、機械功能和抗疲憊功能都有進步。例如:
① 金屬被覆光纖:鋁被覆光纖可接受1Gpa(150kpsi)的應(yīng)力,浸沒在水中試驗,在350℃溫度下運用,壽數(shù)在10年以上。
② 金屬氧化物和其它無機物被覆的光纖:用C4H10與SiH4在纖維外表堆積成Si0.21O0.22C0.77的密封被覆層,并涂上有機層,纖維的n值可到達256。
③ 用氮化硼做密封被覆層的光纖:可接受200kpsi的拉力,n值可進步到100以上。又如用TIC密封被覆的光纖具有400~500kpsi的強度,可耐100℃的水。
④ 無定形碳密封被覆光纖:在無機被覆資猜中,無定形碳被覆層不只對光纖的光學(xué)功能和機械強度很少有危害效果,并且表現(xiàn)出杰出的抗水功能及抗氫功能。此項技能現(xiàn)已走向工業(yè)化出產(chǎn)。這種纖維的典型抗拉強度已到達500~600kpsi,動態(tài)n值為350~1000。在室溫下25年后,碳密封被覆光纖中進入的氫只要一般光纖的1/10000;在光纜中,此類纖維可容許的氫壓力比一般光纖高100倍。用此光纖可適當(dāng)?shù)叵陆党衫|條件或在更高溫度條件下運用。
運用纖維外表成長“壓應(yīng)力包層”和“密封被覆技能”后,光纖的壽數(shù)可用下式推出:
t2/t1=19.36×10IRσa7
式中,σa是施加的應(yīng)力或運用應(yīng)力。由此可算出σa與t2/t1的聯(lián)系。這類光纖的運用壽數(shù)可達40年,可望用于海底光纜和軍用通訊。
還有一些研討還標明,制作光纖時寧可用鍺(GeO2)和氟(F)作摻雜劑,也不必磷(P2O5)作摻雜劑,因磷的“親水(H2O)”性好,使光纖易受濕潤,引起纖芯內(nèi)部P-OH鍵吸收衰耗增大,使光纖緩慢改變。所以長運用壽數(shù)的光纖根絕用磷作摻雜資料。
在制作光纜工藝中留意防潮防水,削減殘存的應(yīng)力
首先是纜芯結(jié)構(gòu)設(shè)計,必定要用松結(jié)構(gòu),避免留下殘存的應(yīng)力,絞合光纜時要挑選合理的光纖余長,也能減小張應(yīng)力的效果;在纜芯內(nèi)填充石油凝膠,意圖是為了防潮、防水、防含氫化合物(污染液體)的浸蝕;運用涂塑鋼帶、鋁帶也是為了防潮,添加光纜的抗側(cè)壓、抗張力的才能;有些工廠在纜芯內(nèi)每隔一米就加一個熱熔膠的阻水層,避免纜芯縱向水的浸透;選用線膨脹系數(shù)小的資料作纜芯的強度元件,意圖也是維護光纖,革除外張力的影響。最終還要指出的一點,便是制作光纜的每一種原資料,自身必須有30年以上的壽數(shù),必須有高安穩(wěn)性的物理功能和化學(xué)功能。只要嚴格控制上述各道制作工藝的質(zhì)量,才能夠延伸光纜的運用壽數(shù)。

 

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