1、光纖性質的決定因素 拉絲張力 拉絲張力受玻璃粘滯流動影響， 而粘滯流動受溫度控制。 所以拉絲張力主要受拉絲爐溫 控制，因此拉絲張力（F）可用拉絲溫度（T）表示為： F=A+B/T （ 1） 式中 A 和 B 分別為表面張力和粘滯流動常數。 但是玻璃是一種近程有序、遠程無序的無定形 “過冷液體 ”。玻璃的粘度、離子擴散速度 等一類性質， 在高溫熔體冷卻過程中是逐漸變化的。 在轉變溫度以下主要取決于玻璃 網絡 結 構和網絡外離子的配位狀態的統計規則。光纖以非常高的冷卻速度（2000-8000 C/s）迅速 從2000 C左右冷卻至室溫，使其高溫結構迅速凍結。熔體在冷卻過程中質點或原子團重新 排列，

2、玻璃結構也隨外界條件而變化，這就是拉絲張力對光纖性能起重大作用的根本原因。 拉絲張力與光纖衰減的平衡點 由于拉絲張力的大小是通過拉絲爐溫度來控制的， 拉絲爐溫度越高， 玻璃軟化程度越大， 拉絲張力就越小。 從圖 1 中可以看出，對于 1310nm 窗口衰減，隨著拉絲張力的增加，光纖的衰減會發 生先降后升，呈拋物線形，而 1550nm 窗口處衰減在一點的拉絲張力范圍內并沒有隨拉絲 張力發生明顯變化的現象。 25詁 lft2r19lB17鳴15 I 七 iMoiofcfafcg 融幢岀I力片如EK的知 3.2 9出 11 雀05 9 ats &9 &as &6 H.15 憩僮叢加 E2拉期t辦時裁

3、止謝申d知鬧憾昭 圖一 &圖 這是由于在高溫下， 容易誘發石英玻璃內部點缺陷的形成，造成光纖衰減的增大。在高 溫下，石英內部容易發生下面的反應式(2): Si-O:O- Si+H2t Si -O-H+H-O-Si(2) Si-O-H的吸收峰正是在1380nm附近，這會帶動光纖在1310nm窗口處衰減一同增大。 同時，拉絲過程是高溫預制棒體積急劇變化的過程，預制棒在高溫下經過拉伸，其本身的化 學鍵可能被破壞，且光纖又經過迅速冷卻降溫，更容易造成光纖本身缺陷的增加和原有缺陷 的發展，而這些缺陷會造成光纖瑞利散射衰減增大，溫度差越大，這種破壞越強。而瑞利散 射是與波長的四次方成反比的，所以在1550

4、nm處衰減隨溫度的變化沒有1310nm波長處 明顯。 隨著溫度的降低，上述兩種作用機制共同作用， 使得光纖的衰減變小， 但是隨著溫度的 進一步降低，光纖所受的張力越來越大，材料的粘度分布將逐漸由均勻分布到不均勻分布。 在此種條件下拉絲，會在石英材料中間形成不同程度的應力集中，這會抵消溫度降低帶來的 光纖衰減減小的效果。如果進一步降低拉絲溫度，光纖中應力集中占到更重要因素，使得光 纖的衰減重新增加。 單模光纖的兩大重要性能 截止波長和模場直徑是單模光纖的兩個極為重要的性能參數， 拉絲張力是拉絲工藝中重 要的控制參數之一。 截止波長指的是 , 單模光纖通常存在某一波長，當所傳輸的光波長超過該波長時

5、， 光纖 只能傳播一種模式基模的光，這一波長便稱為截止波長。截止波長大小由光棒的結構參數， 如光纖的芯徑以及芯、 包層間的相對折射率差決定。模場直徑，因為單模光纖中關能量并 不是完全集中在纖芯中 , 而是有相當部分的能量存在包層中， 所以對單模光纖不宜用芯徑作 為其特征參數， 而是用模場直徑作為描述單模光纖中光能集中的范圍，一般以光強分布最大 值的 1/e2 所對應的 光斑大小作為模場直徑。拉絲張力為光纖成形區因石英粘度所產生的阻 力與光纖涂覆時所受的阻力之和。拉絲張力是由加熱爐工作溫度和拉絲速度共同決定的。 溫度是光纖特性改變的關鍵 截止波長的理論計算公式為： 入 c=2na (n 1222

6、)1/2 / 2.405(3) 其中，a為纖芯半徑，n1為芯層折射率，n2為包層折射率。由公式可以看出，入C由a n1和n2決定，通常a和n2在拉絲中是不會變化的。然后當加熱爐的工作溫度變化時， 光纖纖芯的折射率 n1 也會隨之改變。在拉絲生產中，通常根據拉絲張力來確定加熱爐工作 溫度，從而改變纖芯折射率 n1 的分布，使 n12-n22 在一定范圍內變化，進而改變光纖截 止波長和模場直徑。 為增大拉絲張力，加熱爐 功率 減小，爐內溫度降低，同時拉絲過程中，光棒芯層中的 GeO2 存在以下熱分解平衡： GeO2=GeO+1/2O2( 4) 當溫度降低時，以上化學反應向左 移動，造成 GeO2

7、的濃度增加，由于 GeO2 的折射 率大于 GeO 的折射率，所以芯層折射率 n1 增大，由截止波長計算公式( 3)可知芯層折射 率 n1 增大，截止波長增大。同理，當拉絲張力減小時，加熱爐內溫度升高，以上分解反應 向右移動，使 GeO2 的濃度減小，芯層折射率 n1 減小，故截止波長減小。 通過以上分析可知， 在拉絲過程中張力增大， 必須使加熱爐內溫度降低， 從而使得光棒 芯層中存在的熱分解化學反應向左移動，造成 GeO2 的濃度增大，由于的 GeO2 折射率大 于 GeO 的折射率，所以芯層折射率 n1 增大，同時由于包層折射率 n2 在拉絲中是不變量， 所以芯層、包層折射率差 n=n 1-n2增大，因此折射至包層匯總的 光能量減少，集中在纖芯 中的光能量增強， 纖