光纖氘氣處理后衰減復(fù)漲情況研究

尚振峰 劉凱

【摘 要】本文介紹了光纖氫損耗產(chǎn)生的原理；氘氣處理消除氫敏感性的理論；氘后附加衰減的產(chǎn)生原因；實(shí)驗(yàn)研究生產(chǎn)過(guò)程中如何降低這部分衰減增長(zhǎng)帶來(lái)的影響。

【關(guān)鍵詞】低水峰單模光纖；氫老化；光纖氘處理

一、前言

隨著今年國(guó)內(nèi)國(guó)際信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸量的爆炸式增長(zhǎng)。各大信息運(yùn)營(yíng)商對(duì)數(shù)據(jù)傳輸量和傳輸速率需求夜不斷提高，作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕d體之一的光纖其市場(chǎng)亦呈現(xiàn)出歷年少有的極大繁榮。

低水峰單模光纖其在水峰附近的衰減水平很大程度影響著光纖的有效工作效率。在這個(gè)過(guò)程中光纖的氫老化效應(yīng)對(duì)光纖長(zhǎng)時(shí)間傳輸穩(wěn)定性起著決定性的作用，光纖因氫老化效應(yīng)導(dǎo)致的衰減增加嚴(yán)重影響著光纖的工作。為了消除這部分影響，目前光纖制造商主要使用氘氣對(duì)光纖進(jìn)行置換來(lái)消除氫老化效應(yīng)。

然而隨著光纖預(yù)制棒技術(shù)的愈發(fā)多樣，以及光纖生產(chǎn)過(guò)程中拉絲速度的不斷提升，光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷有所變化，光纖在經(jīng)過(guò)氘處理后其損耗存在著短期內(nèi)衰減呈可逆性增加的情況。

本文主要介紹我們研究的光纖氘后衰減變化的情況。

二、造成光纖氫老化的原因

氫分子進(jìn)入光纖芯層后，吸收了光能產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致光纖損耗增加，而吸收峰主要集中在1383nm、1530nm等波長(zhǎng)上，其中水峰1383nm處的吸收峰為不可逆過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致水峰的增加嚴(yán)重影響光纖的傳輸效率。

三、對(duì)光纖進(jìn)行氘處理消除氫老化

根據(jù)J.Stone的研究，根據(jù)以下反應(yīng)式：

2Si-OH+D2 ？壙 2Si-OD+H2

使用O-D鍵取代O-H鍵，OH的基波在2.73um，一次諧波在1.38um；OD鍵的基波在3.75um，一次諧波在1.90um，二次諧波在1.26um。能夠保障都在傳輸波段范圍之外（1265-1625nm）。

且O-D鍵鍵能為166kj/mol，O-H鍵鍵能為460kj/mol，通過(guò)氘氣處理使更加穩(wěn)定的O-D鍵取代O-H鍵后能有效提高光纖的抗氫老化能力。

四、氘后光纖的衰減復(fù)測(cè)情況

對(duì)光纖進(jìn)行氘處理：在密閉的環(huán)境下先充入氮?dú)馀趴湛諝?，后充入定量的氘氣，使柜?nèi)氘氣濃度保持特定水平。將光纖放置于混合氣體環(huán)境中一定時(shí)間。后驗(yàn)證柜內(nèi)光纖的氫損水平，滿足要求（ITU-G652）即氘氣處理達(dá)到指定要求。這個(gè)過(guò)程中，若氘氣工藝條件過(guò)高，超過(guò)本光纖實(shí)際氘處理的需求量，將導(dǎo)致光纖氘處理完成后，即時(shí)衰減水平較處理前明顯變高，我們稱其為過(guò)氘衰減增加，這部分情況會(huì)表現(xiàn)在1310nm和1550nm衰減。

五、氘后衰減變化峰值研究

除了因工藝條件不適宜導(dǎo)致的過(guò)氘衰減增加，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還出現(xiàn)了氘后復(fù)漲的情況。其表現(xiàn)為光纖氘處理后即時(shí)衰減水平正常，其后短期內(nèi)衰減快速上漲而后逐漸下降的過(guò)程。與過(guò)氘衰減增加不同的是氘后復(fù)漲的情況主要表現(xiàn)在1383nm和1310nm，而1550nm影響幾乎沒(méi)有，且1310nm增加是因1383nm增加過(guò)大影響。為研究這一特殊表現(xiàn)，現(xiàn)各組均選取20盤光纖進(jìn)行氘后跟蹤復(fù)測(cè)，其平均數(shù)據(jù)如下：

光纖氘氣處理后其衰減會(huì)在隨后的2天里有較大的上漲情況，一般第3天衰減峰值出現(xiàn)，隨后衰減逐步下降，一般在30-40天恢復(fù)初始水平。根據(jù)復(fù)漲曲線峰值情況圖評(píng)估缺陷大小可知：

1.光纖生產(chǎn)過(guò)程中拉絲速度越快，光纖缺陷增加，衰減復(fù)漲峰值越高。

2.提高氘處理時(shí)的環(huán)境溫度，雖然不會(huì)影響光纖已存在的內(nèi)部缺陷水平，但這會(huì)促進(jìn)氘氣更快的完成侵入光纖的過(guò)程，減少多余氘氣的存留，進(jìn)而減小光纖的復(fù)漲過(guò)程中的峰值水平。

3.提高氘后光纖的放置環(huán)境溫度，能促進(jìn)缺陷中過(guò)量氘氣的再揮發(fā)速度，在衰減上漲階段減少存留氘氣，進(jìn)而減弱光纖衰減峰值水平。

4.增加濃度氘后峰值有少量減少，但延長(zhǎng)了高衰減的持續(xù)時(shí)間且光纖的初始衰減峰值明顯高于其他光纖。

5.保溫爐的缺失，會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)部缺陷的增加，同樣會(huì)導(dǎo)致光纖內(nèi)氘氣總量的增加，導(dǎo)致光纖衰減峰值的上升。

六、研究結(jié)論

光纖生產(chǎn)過(guò)程中的內(nèi)部缺陷會(huì)造成光纖氘氣后光纖中存留多余氘氣，造成類似于光纖過(guò)氘的現(xiàn)象。針對(duì)這一現(xiàn)象，可通過(guò)減少光纖缺陷的產(chǎn)生以及調(diào)整氘氣處理流程與光纖存放環(huán)境來(lái)進(jìn)行緩解。