發布時間:2024.01.03 浏覽次數:

在遠程光纜通訊體系中,光纖傳輸特性應是長時間安穩的,尤其是遠程幹線直埋光纜和海底光纜體系,對光纜的長壽數提出了更高的要求。一般對陸地光纜的運用壽數,期望有20年以上的安全運用期,而對海底光纜,則要求其運用壽數進步到25年以上,其毛病間隔時間均勻要求爲10年。因而,怎麽延伸光纜的運用壽數,怎樣正确的運用光纜,都是人們關懷的重要技能課題,下面從光纜的結構方面談談怎麽延伸光纜的運用壽數。
影響光纜中光纖壽數的三大要素
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,最底子的是要進步光纖的運用壽數。影響光纖運用壽數的原因主要有:①光纖外表的微裂紋的存在和擴展;②大氣環境中的水和水蒸氣分子對光纖外表的浸蝕;③不合理敷設光纜時殘留下來的應力長時間效果等。因爲上述原因,使得以石英玻璃爲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。
因爲在纖維外表上總是會存在着微裂紋,在大氣環境中産生慢裂紋成長,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年的慢改變今後,使光纖的抗拉強度從180kpsi(适當于1530g抗拉強度),降到了60kpsi(适當于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:當光纖外表有微裂紋(或缺點)時,在遭到外來應力的效果時,并不會當即開裂,隻要施加應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定應力時,外表裂紋會産生緩慢的擴展,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爲承遭到的應力與大氣環境中的水和水蒸氣分子浸蝕的聯合效果構成的。
延伸光纖運用壽數的辦法
當纖維在真空環境中,因爲沒有水分子存在,所以不會産生應力浸蝕,其疲憊參數n爲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,稱之爲Si。
光纖在運用環境中所具有的運用壽數ts與它所接受的應力σ和纖維的慵懶強度Si之間有如下聯系:
lgts=-nlgσ+lgB+(n-2)lgSi
上式中後邊兩項皆爲常數,所以當承遭到的應力σ穩守時,纖維的運用壽數ts隻與纖維的疲憊參數n值有關。n值愈大,光纖的壽數ts也愈長。因而,進步光纖的運用壽數有兩種辦法:
榜首,當疲憊參數n一守時,纖維的壽數ts隻與所承遭到的應力σ有關,因而,減小纖維承遭到的應力是進步光纖運用壽數的一種辦法。當人們制作光纖時,在光纖外表上構成一種緊縮應力以對立所承遭到的張應力,使張應力減到盡可能小的程度,由此就産生了壓應力包層技能來制作光纖。
若設光纖承遭到的應力爲σa,壽數爲t1,當光纖具有壓應力σR包層時,光纖的壽數爲t2:
t2= t1[(σa-σR)/σa]-n
其間,(σa-σR)爲光纖真實承遭到的淨應力。由此标明:具有壓應力包層的光纖比一般光纖的壽數長得多。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(适當抗拉強度從430g進步到1100g),也使光纖的靜态疲憊參數從n=20~25進步到n=130。
第二,進步光纖的靜态疲憊參數n來進步光纖的運用壽數。因而,人們在制作光纖時,設法把石英纖維自身與大氣環境阻隔開來,使之不受大氣環境的影響,盡可能地把n值由環境資料參數轉變爲光纖資料自身的參數,就能夠使n值變得很大,由此産生了在光纖外表的“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。被覆層結構由單一的金屬被覆層發展到密封被覆層與有機被覆層相結合的複合被覆層結構,使光纖更具有實踐運用的價值,纖維的光學功能、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)的應力,浸沒在水中試驗,在350℃溫度下運用,壽數在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,并塗上有機層,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,無定形碳被覆層不隻對光纖的光學功能和機械強度很少有危害效果,并且表現出傑出的抗水功能及抗氫功能。此項技能現已走向工業化出産。這種纖維的典型抗拉強度已到達500~600kpsi,動态n值爲350~1000。在室溫下25年後,碳密封被覆光纖中進入的氫隻要一般光纖的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。用此光纖可适當地下降成纜條件或在更高溫度條件下運用。
運用纖維外表成長“壓應力包層”和“密封被覆技能”後,光纖的壽數可用下式推出:
t2/t1=19.36×10IRσa7
式中,σa是施加的應力或運用應力。由此可算出σa與t2/t1的聯系。這類光纖的運用壽數可達40年,可望用于海底光纜和軍用通訊。
還有一些研讨還标明,制作光纖時甯可用鍺(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,引起纖芯内部P-OH鍵吸收衰耗增大,使光纖緩慢改變。所以長運用壽數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,削減殘存的應力
首先是纜芯結構設計,必定要用松結構,避免留下殘存的應力,絞合光纜時要挑選合理的光纖餘長,也能減小張應力的效果;在纜芯内填充石油凝膠,意圖是爲了防潮、防水、防含氫化合物(污染液體)的浸蝕;運用塗塑鋼帶、鋁帶也是爲了防潮,添加光纜的抗側壓、抗張力的才能;有些工廠在纜芯内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,必須有高安穩性的物理功能和化學功能。隻要嚴格控制上述各道制作工藝的質量,才能夠延伸光纜的運用壽數。

 

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