光技术与光纤通信教学.ppt

机械性能-1 2、光纤断裂的机理 由前表知，硅玻璃的拉伸强度是铁的4倍，与铜、铝相比，差不多高出一个数量级，但当光纤表面出现裂痕时，由于张应力集中于裂痕末梢，当应变能量的摄取率大于表面能的增长率时，裂痕就会扩展，若超过允许值，光纤就会立即断裂。 机械性能-2 3、光纤表面产生裂痕的原因 ①光纤预制棒的质量不佳 ②从预制棒拉制光纤时，吸附了灰尘，水分子以及其它杂质 ③在不洁净的车间里快速拉丝时，受到“粒子”的摩擦 ④拉丝时与收线盘或其它物体碰撞 机械性能-3 4、处理办法 ①采取多种措施，使预制棒和光纤在“超净”的环境中进行 ②对预制棒表面进行处理，并在拉丝前从严筛选 ③在拉丝过程中对裸光纤加添一涂覆层，既使光纤不直接和其它物体接触，又可改善其机械强度（断裂强度可提高10倍左右，约6-7kg，而一般工程中所产生的张力约1kg） ④成缆前对所有光纤从严筛选。常见的方法有：张力放线法，双绞盘法，弯曲应变法。目的是剔除不合格的光纤，确保成缆后的质量 ⑤使用气密涂层光纤 五、稳定性能 1、疲劳 疲劳：玻璃所受的力低于临界应力，但因裂痕缓慢扩大而导致断裂的现象 施加给玻璃的力是恒定的——静态疲劳 施加的应力随时间而递增——动态疲劳 产生原因：光纤在机械力、温度或放射性辐射的作用下，机械性能会发生变化 采用措施：通过筛选测试剔除不合格产品 稳定性能-1 2、H2影响 缘起：1982年，英国和日本在日常测试中相继发现：1980年敷设的光缆，在1.0～1.6μm波长范围内，损耗值增加了10％，这是一种用GeO2和P2O2掺杂，外覆硅铜和尼龙的光纤 针对这一发现，电缆工程师们对此光纤作了高温和浸水试验 ①把光纤加热到200℃，1小时后发现，在1.2～1.6μm范围内，损耗值增大，在1.39μm处有一吸收峰 ②在室温下，把光纤浸在水中，数月后发现， 1.39μm处有一吸收峰，但在1.24 μm处又出现一个衰减值更大的新的吸收峰 稳定性能-2 ③把水注入光缆，再通电，几天后，在1.24 μm处发现一个新的吸收峰，原因是水被电解产生了氢和氧，而1.24 μm正好是Si-OH产生吸收峰的位置 结论：之所以出现衰减增大，是因为出现了H2 机理：H2一旦进入光纤，几十小时便会扩散到纤芯，H与SiO2的原子作用，造成了吸收峰 目前倾向性作法：在裸光纤外表面加覆气密涂层 稳定性能-3 3、H2O的影响 水对光纤的危害： ①玻璃表面易吸附水气，从而会因Si-O键的破坏而使裂痕扩展 ②纯水对玻璃有浸蚀作用。如果玻璃纤维含有减离子，则将因玻璃的被溶蚀而龟裂，在遇有外力时导致断裂 ③吸附在玻璃表面上的OH-与玻璃中的碱离子产生反应的结果，使SiO2的分子健断裂 措施：成缆时设法采取防水措施 稳定性能-4 4、辐射的承受问题 光纤承受大剂量的γ射线的辐射后，会因造成玻璃的结构缺陷而导致传输衰减加大，但恢复较快 在原子设施中使用时，应采用SiO2纤芯，F- SiO2包层的光纤 5、耐热性 SiO2在1000℃高温下也不会软化，且可长期连续使用，但光纤外面的塑料涂层不能承受如此高的温度，因此，使用温度的上限一般规定为100～150℃。 裸光纤外面涂覆以氟塑硅树脂，聚酰亚胺和铝之后，最高温度分别提高到：200℃，300℃和600℃。前二者已实用。由于铝的热膨胀系数远高于玻璃，所以在温度稍低时会因微弯曲而实光纤的传输衰减上升。 §2.4 光缆 光缆的结构：缆芯、加强件、外护层 光缆分类 光缆型号的命名 光缆制造简介 特种光缆 光缆的测试 一、光缆结构 光缆中要有加强件（抗张元件） 加强件有三种置放方式 中心式：置于缆芯正中心 分布式：分散地置于缆芯内 铠装式：置于缆皮内 光缆中有防潮措施 防潮方法有：气体充填、固体充填、石油膏充填 光缆中有防止因温度变化而引起光缆传光特性变化的措施 光纤使用寿命和应力比的关系 二、光缆分类－1 1、按用途分 GY—野外（室外）光缆 GJ—局内（室内）光缆 GR—软光缆 GS—设备内光缆 GH—海底光缆 GT—特殊光缆 光缆分类－2 2、按外护套特征分 PE护套光缆：简易型聚乙烯护套 LAP护套光缆：铝—聚乙烯粘接护套 钢带铠装光缆 钢丝铠装光缆 光缆分类－3 3、按缆芯特征分 层绞式 束管式 叠带式 骨架式 光缆分类－4 4、按敷设方式分 管道式 直埋式 架空 水底光缆 局内光缆 不同敷设条件的光缆机械特性 敷设方式 拉伸强度(N) 抗测压强度(N/10cm) 工作时 敷设时 工作时 敷设时 架空、管道 600 1500 800 1000 直埋 1000 3000 1000 3000 光缆分类－5 5、按结构设计原则分： 紧结构光缆 松结构光缆 6、按缆芯芯数分 单芯 多芯：2、4、6、8、12、… 二次被覆光纤（芯线）简图 (a)紧套；(b