光纤的温度特性和机械特性

   为了保障光纤通信线路的可靠性和使用寿命，光纤的温度特性和机械特性也是非常重要的两个物理性能参数。
    一、光纤的温度特性
    上一节介绍了光纤的损耗特性和色散特性。光纤的损耗可用光纤的衰减系数来描述，而光纤的衰减系数与光纤通信系统的工作环境有直接关系，也就是它受温度的影响而增加，尤其表现在低温区域。使光纤衰减系数增加的主要原因，是光纤的微弯损耗和弯曲损耗。
    光纤因温度变化产生微弯损耗是由于热胀冷缩所造成。有物理学知道，构成光纤的二氧化硅（SiO2）的热膨胀系数很小，在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程中必须经过涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在低温区。
    光纤的附加损耗与温度之间的变化曲线，如图2-21所示。从图中看出，随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加，当温度降至-55°C左右，附加损耗急剧增加。
    因此，在设计光纤通信系统时，必须考虑光缆的高、低温循环试验，以检验光纤的损耗是否符合指标要求。 图2-21 光纤的低温特性曲线

     二、光纤的机械特性
    为了保证光纤在实际应用时不断裂，而且在各种环境下使用时，具有长期的可靠性，就要求光纤必须具有一定的机械强度。
    众所周知，目前构成光纤的材料是SiO2，要被拉成125μm的细丝，在拉丝过程中，光纤的抗拉强度约为10~20kg/mm2，如拉丝后立即在光纤表面进行涂覆，抗拉强度可达400 kg/mm2。我们要讨论的机械特性主要是指光纤的强度和寿命。
    这里所说光纤的强度是指抗拉强度。当光纤受到的张力超过它的承受能力时，光纤就将断裂。
    对于光纤抗断强度，它和涂覆层的厚度有关，当涂覆层厚度为5~10μm时，抗断强度为330 kg/mm2，涂敷厚度为100μm时，则可达到530 kg/mm2。
    造成光纤断裂的原因，是由于光纤在生产过程中预制棒本身的表面有缺陷，在受到张力时，由于应力集中在伤痕处，当张力超过一定范围时，就会造成光纤的断裂。
    为了保证光纤能具有20年以上的使用寿命，光纤应进行强度筛选试验，只有强度符合要求的光纤才能用来成缆。
    国外通常对光纤强度的要求如表2-5所示。
    光纤容许应变包括：
    （1）成缆时光纤的应变；
    （2）敷设光缆时，由于某些因素的影响而使光纤发生的应变；
    （3）工作环境温度的变化而引起光纤的应变。
    国外资料认为，当光纤的拉伸应变为0.5%时，其寿命可达20~40年。