用于降低光纤氢损的氘气处理实验与数据分析。

由氘气消除光纤氢敏感性机理可知 ,氘气分子在纤芯中与缺陷结构预先结合 ,以保护在后续含氢环境下纤芯结构中的缺陷不会被氢分子结合 ,达到降低氢老化衰减的目的 。

根据菲克定律 ,氘气在光纤中的扩散公式为X2=Dtk式中,X为氘气平均扩散距离;D为氘气的有效扩散系数(由气体的浓度 、温度 、压力等决定);tk 为扩散时间 。

在保证最后的光纤产品达到氢老化附加衰减低于0.01dB/km的前提下,氘气处理工艺可以通过改变氘气的浓度 、氘气罐的温度和罐内气体压力 ,来增加氘气在光纤中的扩散速度 ,从而降低工艺处理时长 。但是提高浓度 、温度 、压力会大幅增加处理成本 ,且光纤在较高的温度环境下可能会使表面外观颜色发黄。因此,氘气处理工艺优化的原则是综合考虑时间及成本因素。

将同一根G.657光纤预制棒首 、中 、尾三个部分所拉制的光纤作为实验光纤。首先 ,利用PK8000光时域反射仪(图7)对所选光纤进行第一次衰减测试 。

接下来 ,将所选光纤置于氘气处理罐(图8)中 ,以不同浓度和处理时长进行氘气处理实验 。氘气处理结束后对所选光纤进行第二次衰减测试 。然后 ,将实验光纤置于氢损实验柜中4天 ,进行第三次衰减测试 。在1240nm处的衰减增加量大于0.03dB/km后 ,即可认为1383nm处衰减增加达到饱和 。最后,氢损实验完成,记录光纤衰减值 。

光纤测试平台

图 7     光纤测试平台

图 8     氘气处理罐

图 9 为经配方2.5%48h、1.5%60h、1%48h+1.0%12h和0.6%48h处理后的G .657光纤附加衰减 值的统计箱型图 ,即第一次所测光纤衰减和第二次所测光纤衰减差值的箱型图 。其中 ,前一个数据表示氘气浓度 ,后一个数据表示氘气处理时长。图中箱型区域表示所测样本50%的数据量 ,上下横线为所测数据 的最大值与最小值,图中箱型区域横线代表中位数,圆点代表平均值 。

不同的浓度和处理时长条件下进行氘气处理后的附加衰减值

图 9    不同的浓度和处理时长条件下进行氘气处理后的附加衰减值

由实验结果可知 ,氘气处理配方2.5%48h、1.5%60h、1%48h + 1.0%12h 和0.6%48h 处理后的大 部分光纤附加衰减值范围超过0.005,证明光纤存在过氘的情况 。氘气处理配方0.9%80h 处理后的光纤附 加衰减值范围基本都小于0.005,证明光纤无过氘情况 。

图 10 所示的是经配方0.6%48h,0.8%80h 和0.9%80h氘气处理后光纤未出现明显过氘现象后,进行 氢损实验所得的附加衰减统计箱型图,即第二次所测衰减和第三次所测衰减差值的统计箱型图 。

无明显过氘现象的光纤氢损附加衰减值

图 10 无明显过氘现象的光纤氢损附加衰减值

由实验结果可知 ,经配方0.6%48h和0.8%80h处理的光纤测得的附加衰减差值大部分超过0.010dB/km,说明光纤中存在的缺陷并未被氘完全结合 。配方0.9%80h处理的光纤经氢损实验后所得的 附加衰减基本都小于0.010,说明光纤内存在的缺陷基本都被氘所结合,可以经受长时间含氢环境的侵蚀 。

对使用0.9%80h氘气配方的G. 657光纤进行一个月的跟踪抽检 ,对同一罐光纤中抽取不同棒的光纤4-8盘进行复测衰减和氢损测试 。追踪复测衰减结果如图 11 所示 。

氘气配方的追踪复测衰减结果

图11 0.9%80h氘气配方的追踪复测衰减结果

图 11 实验结果表示,由氘气处理配方0 .9%80h处理后的光纤附加衰减值范围基本都小于0.005dB/km, 证明光纤无过氘情况 。 同时,氢损跟踪同样未有异常,证明0.9%+80h氘气配方,适用于处理G.657型光纤。

图9~11中的实验结果说明:在使用高浓度的氘气配方处理大量光纤时 ,氘气侵入光纤的速率大幅增 加 ,与光纤中缺陷的结合速率也随之增加 。考虑到不同光纤之间内部缺陷数量存在差异 ,处理时长差异会 造成处理过的光纤出现部分过氘和部分欠氘的情况 。对于过氘的光纤产品 ,其衰减会大幅上升 。对于此类过氘光纤经过长时间的静置或加热处理可有效降低衰减 ,但同时有部分光纤的衰减无法降低 ,从而导致 降级或者报废 。说明用氘气处理光纤中的缺陷时并不能单纯地通过提高氘气浓度来提高处理速度。其中 ,0.8 % 80h配方在实际生产中是适用普 通G.652D单模光纤的氘气处理配方 ,对此使用同样的配方对G .657光纤进行了一次对比实验 ,结果表明使用同样配方处理的G.657光纤会出现欠氘现象 ,不能完全消除。

光纤中存在的缺陷 。而0.9%80h配方是适用处理G.657光纤的氘气处理配方 ,由此可知G.657与G.652D光纤在氘气处理方面存在差异 ,主要原因是G.657光纤中导致氢损吸收衰减的缺陷多于普通G.652D单模光纤 。

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