光纤氘气处理后衰减复涨情况研究

尚振峰 刘凯

【摘 要】本文介绍了光纤氢损耗产生的原理；氘气处理消除氢敏感性的理论；氘后附加衰减的产生原因；實验研究生产过程中如何降低这部分衰减增长带来的影响。

【关键词】低水峰单模光纤；氢老化；光纤氘处理

一、前言

随着今年国内国际信息产业的飞速发展，数据传输量的爆炸式增长。各大信息运营商对数据传输量和传输速率需求夜不断提高，作为数据传输的主要载体之一的光纤其市场亦呈现出历年少有的极大繁荣。

低水峰单模光纤其在水峰附近的衰减水平很大程度影响着光纤的有效工作效率。在这个过程中光纤的氢老化效应对光纤长时间传输稳定性起着决定性的作用，光纤因氢老化效应导致的衰减增加严重影响着光纤的工作。为了消除这部分影响，目前光纤制造商主要使用氘气对光纤进行置换来消除氢老化效应。

然而随着光纤预制棒技术的愈发多样，以及光纤生产过程中拉丝速度的不断提升，光纤内部结构和缺陷有所变化，光纤在经过氘处理后其损耗存在着短期内衰减呈可逆性增加的情况。

本文主要介绍我们研究的光纤氘后衰减变化的情况。

二、造成光纤氢老化的原因

氢分子进入光纤芯层后，吸收了光能产生振动，导致光纤损耗增加，而吸收峰主要集中在1383nm、1530nm等波长上，其中水峰1383nm处的吸收峰为不可逆过程，会导致水峰的增加严重影响光纤的传输效率。

三、对光纤进行氘处理消除氢老化

根据J.Stone的研究，根据以下反应式：

2Si-OH+D2 ？圹 2Si-OD+H2

使用O-D键取代O-H键，OH的基波在2.73um，一次谐波在1.38um；OD键的基波在3.75um，一次谐波在1.90um，二次谐波在1.26um。能够保障都在传输波段范围之外（1265-1625nm）。

且O-D键键能为166kj/mol，O-H键键能为460kj/mol，通过氘气处理使更加稳定的O-D键取代O-H键后能有效提高光纤的抗氢老化能力。

四、氘后光纤的衰减复测情况

对光纤进行氘处理：在密闭的环境下先充入氮气排空空气，后充入定量的氘气，使柜内氘气浓度保持特定水平。将光纤放置于混合气体环境中一定时间。后验证柜内光纤的氢损水平，满足要求（ITU-G652）即氘气处理达到指定要求。这个过程中，若氘气工艺条件过高，超过本光纤实际氘处理的需求量，将导致光纤氘处理完成后，即时衰减水平较处理前明显变高，我们称其为过氘衰减增加，这部分情况会表现在1310nm和1550nm衰减。

五、氘后衰减变化峰值研究

除了因工艺条件不适宜导致的过氘衰减增加，实际生产过程中还出现了氘后复涨的情况。其表现为光纤氘处理后即时衰减水平正常，其后短期内衰减快速上涨而后逐渐下降的过程。与过氘衰减增加不同的是氘后复涨的情况主要表现在1383nm和1310nm，而1550nm影响几乎没有，且1310nm增加是因1383nm增加过大影响。为研究这一特殊表现，现各组均选取20盘光纤进行氘后跟踪复测，其平均数据如下：

光纤氘气处理后其衰减会在随后的2天里有较大的上涨情况，一般第3天衰减峰值出现，随后衰减逐步下降，一般在30-40天恢复初始水平。根据复涨曲线峰值情况图评估缺陷大小可知：

1.光纤生产过程中拉丝速度越快，光纤缺陷增加，衰减复涨峰值越高。

2.提高氘处理时的环境温度，虽然不会影响光纤已存在的内部缺陷水平，但这会促进氘气更快的完成侵入光纤的过程，减少多余氘气的存留，进而减小光纤的复涨过程中的峰值水平。

3.提高氘后光纤的放置环境温度，能促进缺陷中过量氘气的再挥发速度，在衰减上涨阶段减少存留氘气，进而减弱光纤衰减峰值水平。

4.增加浓度氘后峰值有少量减少，但延长了高衰减的持续时间且光纤的初始衰减峰值明显高于其他光纤。

5.保温炉的缺失，会导致光纤内部缺陷的增加，同样会导致光纤内氘气总量的增加，导致光纤衰减峰值的上升。

六、研究结论

光纤生产过程中的内部缺陷会造成光纤氘气后光纤中存留多余氘气，造成类似于光纤过氘的现象。针对这一现象，可通过减少光纤缺陷的产生以及调整氘气处理流程与光纤存放环境来进行缓解。