光纖氘氣處理后衰減復漲情況研究

尚振峰 劉凱

【摘 要】本文介紹了光纖氫損耗產生的原理；氘氣處理消除氫敏感性的理論；氘后附加衰減的產生原因；實驗研究生產過程中如何降低這部分衰減增長帶來的影響。

【關鍵詞】低水峰單模光纖；氫老化；光纖氘處理

一、前言

隨著今年國內國際信息產業的飛速發展，數據傳輸量的爆炸式增長。各大信息運營商對數據傳輸量和傳輸速率需求夜不斷提高，作為數據傳輸的主要載體之一的光纖其市場亦呈現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。在這個過程中光纖的氫老化效應對光纖長時間傳輸穩定性起著決定性的作用，光纖因氫老化效應導致的衰減增加嚴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光纖進行置換來消除氫老化效應。

然而隨著光纖預制棒技術的愈發多樣，以及光纖生產過程中拉絲速度的不斷提升，光纖內部結構和缺陷有所變化，光纖在經過氘處理后其損耗存在著短期內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

氫分子進入光纖芯層后，吸收了光能產生振動，導致光纖損耗增加，而吸收峰主要集中在1383nm、1530nm等波長上，其中水峰1383nm處的吸收峰為不可逆過程，會導致水峰的增加嚴重影響光纖的傳輸效率。

三、對光纖進行氘處理消除氫老化

根據J.Stone的研究，根據以下反應式：

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，通過氘氣處理使更加穩定的O-D鍵取代O-H鍵后能有效提高光纖的抗氫老化能力。

四、氘后光纖的衰減復測情況

對光纖進行氘處理：在密閉的環境下先充入氮氣排空空氣，后充入定量的氘氣，使柜內氘氣濃度保持特定水平。將光纖放置于混合氣體環境中一定時間。后驗證柜內光纖的氫損水平，滿足要求（ITU-G652）即氘氣處理達到指定要求。這個過程中，若氘氣工藝條件過高，超過本光纖實際氘處理的需求量，將導致光纖氘處理完成后，即時衰減水平較處理前明顯變高，我們稱其為過氘衰減增加，這部分情況會表現在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致的過氘衰減增加，實際生產過程中還出現了氘后復漲的情況。其表現為光纖氘處理后即時衰減水平正常，其后短期內衰減快速上漲而后逐漸下降的過程。與過氘衰減增加不同的是氘后復漲的情況主要表現在1383nm和1310nm，而1550nm影響幾乎沒有，且1310nm增加是因1383nm增加過大影響。為研究這一特殊表現，現各組均選取20盤光纖進行氘后跟蹤復測，其平均數據如下：

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

1.光纖生產過程中拉絲速度越快，光纖缺陷增加，衰減復漲峰值越高。

2.提高氘處理時的環境溫度，雖然不會影響光纖已存在的內部缺陷水平，但這會促進氘氣更快的完成侵入光纖的過程，減少多余氘氣的存留，進而減小光纖的復漲過程中的峰值水平。

3.提高氘后光纖的放置環境溫度，能促進缺陷中過量氘氣的再揮發速度，在衰減上漲階段減少存留氘氣，進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，但延長了高衰減的持續時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，會導致光纖內部缺陷的增加，同樣會導致光纖內氘氣總量的增加，導致光纖衰減峰值的上升。

六、研究結論

光纖生產過程中的內部缺陷會造成光纖氘氣后光纖中存留多余氘氣，造成類似于光纖過氘的現象。針對這一現象，可通過減少光纖缺陷的產生以及調整氘氣處理流程與光纖存放環境來進行緩解。