光纖拉制及成纜技術(shù)課件

第2章光纖拉制及成纜

2.1

光纖的分類(lèi)2.2光纖材料2.3光纖的拉制

2.4

光纖成纜技術(shù)

思考與練習(xí)

隨著通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,光纖光纜已逐步取代電纜成為國(guó)家通信的主干線(xiàn)。內(nèi)容：光纖的種類(lèi)、材料和制作方式,以及光纜的類(lèi)型、設(shè)計(jì)要求和制造工藝、拉制和成纜。2.1光纖的分類(lèi)光纖的基本結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單,是由光折射率較高的纖芯和折射率較低的包層所組成。纖芯和包層的折射率差異導(dǎo)致光在纖芯發(fā)生全內(nèi)反射,從而使光在纖芯內(nèi)傳播。為了保護(hù)光纖不受外力和環(huán)境的影響,在包層的外面一般都加有涂敷層。典型的通信用光纖截面圖,對(duì)于單模光纖,其標(biāo)準(zhǔn)包層直徑是125μm,加上涂敷層后,光纖直徑約為250μm。不同類(lèi)型的光纖雖然由纖芯、包層、涂敷層三個(gè)基本部分組成,各自的幾何尺寸差異卻很大。光纖的分類(lèi)光纖的分類(lèi)方式多種多樣,一般按照光纖內(nèi)部光能傳輸?shù)姆€(wěn)定模式數(shù)來(lái)確定。多模光纖：能以多種模式傳光的光纖即為多模光纖。單模光纖：而只能傳輸單一模式的光纖則稱(chēng)為單模光纖。多模光纖階躍多模光纖是一種具有大的芯徑和大的數(shù)值孔徑的光纖,纖芯與包層界面上折射率呈階躍分布,即纖芯和包層的折射率各自保持常數(shù),纖芯折射率較高,包層折射率較低,一般由多組分玻璃化合物或摻雜石英玻璃制成。大芯徑和大的數(shù)值孔徑有利于提高光纖收集光功率的效率,在圖像傳輸和照明中使用廣泛;但芯徑和數(shù)值孔徑的增大也使光纖的模式色散增加,不利于長(zhǎng)途通信。階躍多模光纖和漸變光纖漸變光纖的橫截面折射率則是漸變的,芯徑相對(duì)較小,具有更好的抗彎曲性能。制備這種光纖選用的材料純度比大多數(shù)階躍光纖材料純度高,加上折射率梯度分布,使得這種光纖具有小的色散和低的衰減,其性能特征比階躍型多模光纖要好。但和光波長(zhǎng)有關(guān)的折射率微小變化會(huì)引起殘余色散,不同模式間相互干擾還會(huì)產(chǎn)生模噪聲,從而限制了漸變光纖的性能,使這種光纖同樣不適合于長(zhǎng)距離通信。光纖其他分類(lèi)光纖按其本身的材料組成不同,可分為石英光纖、多組分玻璃光纖、液芯光纖、塑料光纖、氟化物光纖、硫硒碲化合物光纖。按光纖橫截面上折射率分布狀況,可分為階躍光纖、梯度光纖、W型光纖、三角形光纖等。按傳輸光的工作波長(zhǎng)可分為短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖和超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。按光纖用途不同,除通信用的光纖外,還有軍事上的高強(qiáng)度導(dǎo)彈用的光纖、醫(yī)學(xué)上激光手術(shù)刀用的傳能光纖、內(nèi)窺鏡用的傳像光纖、特種傳感器用的偏振光纖。表2.1大芯徑階躍折射率石英光纖的特性*

光纖類(lèi)型纖芯包層直徑/μm0.82μm處的衰減/(dB/km)0.82μm處的帶寬/MHz?km數(shù)值孔徑NA石英包層100/1205200.22硬包層125/14020200.48塑料包層,低OH200/3806200.40塑料包層,高OH200/38012200.40石英包層400/50012—0.16硬包層550/60012—0.22石英包層1000/125014—0.16塑料包層,低OH1000/14008—0.40*芯徑超過(guò)200μm的光纖的帶寬未給出額定值,因?yàn)樗鼈兒苌儆糜谕ㄐ拧?/p>

2.2光纖材料

材料是光纖的核心,如果沒(méi)有高度透明的材料,光纖通信是不現(xiàn)實(shí)的。在選擇制造光纖的材料時(shí)主要考慮的因素有:純度高、透明度高、折射率徑向分布易于精確控制等,同時(shí)要注意材料自身的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。氣體材料在可見(jiàn)光和近紅外區(qū)域光衰減很小,但折射率難以控制。一些液體材料的光衰減也很小,但液體的折射率隨溫度變化明顯,同樣難以對(duì)折射率實(shí)現(xiàn)精確控制。1.光纖材料的選擇由SiO2

組成的石英玻璃對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光有很高的透光能力,并且這種玻璃具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的機(jī)械強(qiáng)度,通過(guò)添加不同的摻雜劑,也很容易改變石英玻璃的折射率。石英玻璃來(lái)源充足、價(jià)格低廉,是制作光纖的首選材料。石英光纖的主要原料是高純度鹵化物,如四氯化硅(SiCl4)、四氯化鍺(GeCl4)、三氯化磷(PCl3)、三氯化硼(BCl3)、三氯化鋁(AlCl3)等。液態(tài)試劑沸點(diǎn)低、易汽化,常含有一些金屬氧化物、非金屬化合物、含氫化物和絡(luò)合物等。其中金屬雜質(zhì)的吸收峰值波長(zhǎng)區(qū)域從紫外波段0.2μm

起,經(jīng)過(guò)可見(jiàn)光波段,一直到紅外的1.1μm

附近,它們將嚴(yán)重影響光纖0.85μm短波長(zhǎng)波段的衰減。2.光纖材料的提純而OH-有很大的變形性,容易產(chǎn)生振動(dòng)吸收,其影響程度和范圍都很大,

OH吸收衰減是影響光纖波長(zhǎng)波段(1.0～1.8μm)衰減的主要因素。得到低損耗光纖,必須降低試劑中金屬雜質(zhì)的總濃度,盡量消除OH-離子的影響,因此必須對(duì)鹵化物原料進(jìn)行嚴(yán)格的提純。優(yōu)點(diǎn):用精餾法得到的熔石英可將雜質(zhì)降低至十億分之一的水平,能滿(mǎn)足生產(chǎn)光纖的需要。缺點(diǎn):精餾法不能有效地除去沸點(diǎn)與SiCl4相近的雜質(zhì)和某些極性雜質(zhì),SiCl4中的OH-

對(duì)光纖的損耗影響最大。原因:

它主要來(lái)源于SiHCl4和其他含氫化合物,這些物質(zhì)大多有極性,容易形成化學(xué)鍵被吸附劑吸收。而SiCl4是非極性分子,有穩(wěn)定的電子結(jié)構(gòu),不易形成化學(xué)鍵,不易被吸附劑吸收。解決辦法:可利用被提純物和雜質(zhì)的化學(xué)鍵極性不同,選擇適當(dāng)?shù)奈絼?用吸附方法實(shí)現(xiàn)提純的目的。圖2.1精餾吸附混合法提純流程圖對(duì)于氣態(tài)原料,采用吸附法除去雜質(zhì)。當(dāng)氣體原料通過(guò)一級(jí)或多級(jí)凈化器后,可以達(dá)到要求的純度。目前通過(guò)蒸餾、吸附提純方法,可以將原料中的絕大部分過(guò)渡金屬雜質(zhì)濃度減少至10-9

以下,從而可以忽略過(guò)渡金屬離子對(duì)損耗的影響。通過(guò)改進(jìn)工藝,基本上可消除OH離子的影響,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波長(zhǎng)“低衰減窗口”(1.30μm、1.55μm),使得光纖的損耗譜實(shí)現(xiàn)了“全窗口”譜線(xiàn)。

3.光纖材料的折射率控制提純后的石英是制造光纖的基本材料,但也不能用純石英來(lái)制造光纖。

原因：光纖需要高折射率的纖芯和低折射率的包層,而所有純石英具有單一的折射率,從0.55μm處的1.46減小到1.81μm處的1.444。解決方法：需要對(duì)石英摻雜,以改變它的折射率,但摻雜必須選擇,以避免吸收光或?qū)饫w質(zhì)量和透明性產(chǎn)生其他有害影響。從圖2.2可知,僅有幾種材料能降低石英的折射率,其中最常用的是氟,它降低石英的折射率后可用作光纖的底折射率包層,從而使采用純石英纖芯成為可能。硼也可以降低純石英的折射率,但不像氟那樣明顯。

目前常見(jiàn)的匹配包層、凹陷包層、塑料包層階躍折射率石英光纖都是通過(guò)在純石英中添加不同摻雜劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2.3三種階躍光纖摻雜方式和折射率曲線(xiàn)。匹配包層光纖是對(duì)光纖纖芯摻雜,使其折射率高于純石英的折射率,而純石英可用于整個(gè)包層;凹陷包層光纖以更少的摻雜使光纖纖芯的折射率增加較小,同時(shí)對(duì)包層摻雜(通常用氟),以降低包層的折射率;塑料包層光纖以純石英作纖芯,折射率低于石英的塑料作包層。前兩種設(shè)計(jì)通常用來(lái)制造單模階躍光纖,后一種設(shè)計(jì)可制造多模階躍光纖。1.制棒把原材料通過(guò)提純使之符合光纖制作要求后,就可以開(kāi)始制纖了。首先是制棒,即制作預(yù)制棒。制作出的預(yù)制棒一般是直徑10～20cm,長(zhǎng)50～100cm的圓柱形硅化合物。預(yù)制棒結(jié)構(gòu)是由外部折射率較低的包層和具有特定折射率分布圖、損耗和其他特性的纖芯組成,簡(jiǎn)單地說(shuō)這就是一根加粗加大的光纖。光纖預(yù)制棒的工藝制作光纖預(yù)制棒的工藝很多,大體可分為氣相沉積法和非氣相沉積法。過(guò)程：氣相沉積法是預(yù)制棒制備最常采用的方法。它是將液態(tài)的SiCl4、摻雜劑和氧氣混合,在反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧化物的粉塵,這些粉塵沉積在基底棒或管上形成預(yù)制棒?？刂疲河捎诜蹓m是層層覆蓋堆積升高的,通過(guò)控制摻雜劑濃度,精確地控制各層粉塵的折射率分布,得到梯度折射率或階躍折射率分布。2)改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法(MCVD)

這一工藝由貝爾實(shí)驗(yàn)室在1974年開(kāi)發(fā)出來(lái),被廣泛用于漸變折射率光纖的生產(chǎn)。MCVD法的特點(diǎn)是在石英反應(yīng)管內(nèi)沉積內(nèi)包層和芯層的玻璃,整個(gè)系統(tǒng)處于封閉的超提純狀態(tài)下,所以用這種方法可以生產(chǎn)高質(zhì)量的單模和多模光纖。這一工藝中,預(yù)制棒分兩步制造,即沉積和成棒。

沉積時(shí)先將一根空心的石英玻璃管安裝在同軸旋轉(zhuǎn)的車(chē)床上,將SiCl4、摻雜劑氣體和氧氣輸入石英玻璃管,用氫氧焰噴燈沿軸向勻速移動(dòng),加熱石英玻璃管外表面。圖2.5改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法制造預(yù)制棒

3)等離子氣相沉積法(PCVD)

這是由菲利浦公司、荷蘭消費(fèi)電子和電信公司在1975年聯(lián)合開(kāi)發(fā)出來(lái)的。它不同于MCVD的地方在于加熱反應(yīng)區(qū)的方法不是通過(guò)燃燒燈把熱量從外部傳輸進(jìn)去,而是利用微波激活氣體,使氣體電離成為等離子,即離子化氣體,簡(jiǎn)稱(chēng)等離子體。帶電離子重新結(jié)合時(shí),釋放出的熱量可用于熔化高熔點(diǎn)制纖材料。PCVD法工藝流程如圖2.6所示。圖2.6等離子氣相沉積法制造預(yù)制棒在沉積階段,當(dāng)爐體內(nèi)的實(shí)際溫度為1200℃時(shí),離子區(qū)內(nèi)的粉塵電子可獲得約60000℃的能量。電子以非常高的速度移動(dòng),當(dāng)它們與離子重新組合時(shí),相當(dāng)可觀的能量將以熱能形式釋放出來(lái)。借助低壓等離子產(chǎn)生的熱量使流進(jìn)空心石英玻璃管內(nèi)的SiCl4、摻雜劑氣體和氧氣發(fā)生反應(yīng),使所需的氧化物直接沉積在基底硅管上,而不形成粉塵。在這一工藝中并不需要固化階段。因?yàn)椴皇芊哿Ｗ?0.1μm)尺寸的限制,PCVD法得到的沉積層厚度很薄,大約1μm,在石英管內(nèi)可沉積高達(dá)上千層的氧化物。該方法適用于制造精密、復(fù)雜折射率分布的光纖。這就是PCVD方法的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)。4)棒外氣相沉積法(OVD)

這是由康寧公司(Corning)在1972年研發(fā)出來(lái)的第一個(gè)批量光纖制作工藝。OVD法通過(guò)沉積和固化兩個(gè)步驟完成預(yù)制棒的制作。在沉積階段,用高純度氧作載體將SiCl4氣體送進(jìn)火焰噴燈嘴,在高溫下發(fā)生水解反應(yīng),生成構(gòu)成纖芯和包層材料的玻璃氧化物粉塵,用氫氧焰噴燈局部加熱旋轉(zhuǎn)棒外表面,使這些氧化物粉塵沉積于旋轉(zhuǎn)棒的周?chē)?如圖2.7所示。圖2.7棒外氣相沉積法制造預(yù)制棒在沉積過(guò)程中,通過(guò)改變每層的摻雜劑種類(lèi)和摻雜濃度可以制成不同折射率分布的光纖預(yù)制棒。旋轉(zhuǎn)棒并不是光纖的一部分,僅僅起著襯底的作用。率先沉積的玻璃粉塵將形成光纖的纖芯,隨后沉積的玻璃粉塵形成光纖的包層。旋轉(zhuǎn)棒的熱膨脹系數(shù)與沉積在其上面的玻璃層的不同,因此在玻璃熔結(jié)成預(yù)制棒之前,可以容易地將旋轉(zhuǎn)棒取出。該階段結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)粉塵預(yù)制棒。日本科學(xué)家在1977年開(kāi)發(fā)出了VAD法。VAD法是把SiCl4、摻雜劑氣體送入氫氧火焰噴燈,使之在氫氧火焰中水解,生成氧化物粉塵,即石英玻璃微粒。這些粉塵沉積在基底棒或種子棒的下端部,而不是表面,如圖2.8所示。

5)軸向氣相沉積法(VAD)

圖2.8軸向氣相沉積法制造預(yù)制棒非氣相沉積法

6)多組分玻璃法多組分玻璃的成分是以重量占百分之幾十的SiO2為主,還包含有堿金屬、堿土金屬、鋁、硼的氧化物等玻璃的總稱(chēng)。特點(diǎn)是:折射率一般比石英玻璃高,n=1.49～1.54,可用來(lái)制作大數(shù)值孔徑(NA=0.2～0.6)的光纖;熔融溫度比石英系玻璃要低一些,在1400℃以下;抗壓抗拉強(qiáng)度也低于石英玻璃。7)凝膠法凝膠法是一種生產(chǎn)塑料光纖預(yù)制棒的方法。它利用高分子聚合物中分子體積不同而發(fā)生選擇性擴(kuò)散來(lái)制造梯度折射率分布的塑料光纖預(yù)制棒。8)機(jī)械成形光纖預(yù)制棒法(MSP)

機(jī)械成形預(yù)制棒工藝---低成本的光纖生產(chǎn)工藝。生產(chǎn)過(guò)程:采用預(yù)先制好的、摻雜不同的純石英粉,分別用在纖芯和包層區(qū),并用填充機(jī)將這些純粉料填充到石英管中,利用高溫工藝使粉料坯塊穩(wěn)定為一疏松的預(yù)制棒。放入高溫中,氯化脫水處理,最后燒結(jié)成玻璃預(yù)制棒。為了生產(chǎn)單模光纖,可以將此預(yù)制棒再拉伸為細(xì)棒。然后再用原先的石英粉料外包該細(xì)棒,再把這疏松包層燒結(jié)處理后就可形成為具有單模幾何結(jié)構(gòu)的預(yù)制棒。該工藝可拉制出1.30μm處衰減為0.49dB/km、1.55μm處衰減為0.27dB/km的單模光纖。OH在1.38μm處吸水峰已降到了1dB/km。2.拉絲以上提及的預(yù)制棒相當(dāng)于一根大尺寸的光纖,必須拉絲將制得的預(yù)制棒直徑縮小才能得到真正的光纖。這一過(guò)程是在稱(chēng)為“拉絲塔”的機(jī)械內(nèi)完成的。拉絲塔一般是一對(duì)高樓,比光纖制造工廠地面上的其他建筑要高。在拉制過(guò)程中,一般都能保持芯包比和折射率分布不變。這是因?yàn)椴Ａе械姆肿訑U(kuò)散要比晶體中的難得多,即使加熱到2000℃的高溫去熔融預(yù)制棒,已摻入棒體中的摻雜劑也不會(huì)擴(kuò)散,保持原預(yù)制棒中折射率分布。典型的拉絲工藝是管棒法拉制如圖2.10所示。預(yù)制棒由送料機(jī)構(gòu)以一定的速度均勻地送往管狀加熱爐中,預(yù)制棒尖端熱到一定溫度時(shí),棒體尖端的黏度變低,靠自身重量逐漸下垂變細(xì)而成纖維。這一工藝的關(guān)鍵是拉伸速率。拉伸越慢,制造商控制光纖質(zhì)量越好。拉伸越快,給定時(shí)間內(nèi)可生產(chǎn)的光纖越多。一般可以從200m/min到2000m/min。拉伸機(jī)械的所有旋轉(zhuǎn)部分必須達(dá)到極高的耐受度和張力級(jí)別,以使光纖能被高度精確地控制。雙坩堝拉絲法

雙坩堝是由一套兩個(gè)同心套裝的鉑合金坩堝組成,如圖2.11所示。坩堝中央底部有噴嘴。內(nèi)坩堝裝有折射率較高的纖芯玻璃,外坩堝裝有折射率較低的包層玻璃。通過(guò)調(diào)節(jié)坩堝噴嘴的尺寸來(lái)控制光纖芯和包層外徑,用調(diào)配玻璃組分的方法來(lái)改變纖芯和包層的折射率差。拉絲的溫度一般在1000℃以下。拉絲速度每分鐘可達(dá)幾百米。雙坩堝的加熱一般用直流電流加熱、感應(yīng)加熱等方式。這種雙坩堝工藝今天已非常少見(jiàn),可與一些特殊材料結(jié)合使用。3.涂敷、塑封和成筒預(yù)制棒拉制成光纖后,如果將裸光纖直接裸露在空氣中,光纖表面的缺陷擴(kuò)大,使局部應(yīng)力集中到這里,就造成裸光纖機(jī)械強(qiáng)度極低。為了保證光纖的機(jī)械強(qiáng)度,隔絕因外界污染而產(chǎn)生微小裂紋,必須立即對(duì)光纖進(jìn)行涂敷、固化后才可與其他表面接觸。涂敷通常是在拉絲過(guò)程中進(jìn)行時(shí),當(dāng)光纖向下拉制時(shí),光纖通過(guò)涂敷器,就可在光纖表面上均勻地涂上30～150μm厚的熱固化硅樹(shù)脂或紫外光固化丙烯酸酯。開(kāi)口杯：開(kāi)口杯涂敷器不能進(jìn)行均勻涂敷。壓力涂敷器可以克服這一缺點(diǎn)。目前光纖涂敷工藝中已普遍采用壓力涂敷器涂敷方法。這種方法適用于高速拉絲,且不會(huì)在涂料中攪起氣泡。圖2.12兩種涂敷器的結(jié)構(gòu)圖。圖2.12涂敷器結(jié)構(gòu)圖有時(shí)為加強(qiáng)對(duì)光纖的保護(hù),通常涂層都采用兩次以上的涂敷,即對(duì)光纖涂敷一層緩沖層。緩沖層可以保護(hù)光纖免遭引起微彎損耗的外力作用。里面的一層用折射率比石英玻璃偏大的變性硅酮樹(shù)脂,可以用來(lái)吸收透過(guò)包層的多余的光。有利于提高光纖的低溫性能和抗微彎性能。一般光纖涂層厚度在50～100μm。兩層涂層中第一層是軟的,模量為幾千克每平方米,能阻止光纖受外部壓力而產(chǎn)生的微彎;第二層是硬的,模量為幾百千克每平方米,能防止磨損和提供機(jī)械強(qiáng)度。為了便于操作和提高光纖成纜時(shí)的抗張力,增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度,要在涂敷的基礎(chǔ)上再套上尼龍、聚乙烯或聚酯等塑料,這就是對(duì)光纖的塑封。塑封有緊套和松套兩種緊套管是在涂敷的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯或聚酯等塑料,光纖不能自由活動(dòng)。緊套塑封后,由于冷卻固化,尼龍、聚乙烯等塑料會(huì)收縮,光纖會(huì)產(chǎn)生微彎,使傳輸損耗增大。為減少這種因套塑引起的附加損耗,應(yīng)該使尼龍的冷卻速度、擠壓速度和光纖的拉伸速度之比達(dá)到最佳值,同時(shí)要注意避免套塑時(shí)光纖的振動(dòng)。松套就是在涂敷層的外面再包上塑料套管,光纖可以在套管中自由活動(dòng)。使光纖在低溫下塑料管收縮時(shí)也可在管內(nèi)滑動(dòng)自如,從而改善了光纖的低溫特性。2.4光纖成纜技術(shù)

涂敷、塑封后的成品光纖雖然機(jī)械強(qiáng)度比裸光纖有很大的改善,它仍對(duì)多種多樣的環(huán)境非常敏感,因此不能直接用于通信工程線(xiàn)路。必須通過(guò)適當(dāng)?shù)姆椒?妥善地對(duì)光纖進(jìn)行保護(hù),使之能方便、安全地應(yīng)用于線(xiàn)路施工、運(yùn)行和維護(hù),下面幾節(jié)將圍繞成纜原因、光纜材料、光纜結(jié)構(gòu)、光纜制作以及鋪設(shè)等問(wèn)題展開(kāi)討論。2.41光纜概述1.成纜原因光纖成纜的一個(gè)原因是使光纖操作起來(lái)更加容易。光纖成纜的另一個(gè)重要原因是為了保護(hù)光纖,使之免受在光纜鋪設(shè)和使用過(guò)程中有意或無(wú)意施加的力對(duì)光纖的自然破壞作用。光纖受到側(cè)向壓力時(shí),會(huì)在受力局部產(chǎn)生微彎(曲率半徑小于光纖半徑量級(jí)的彎曲)光纖宏彎(曲率半徑大于光纖半徑量級(jí)的彎曲)水和潮氣中的OH-會(huì)增加光纖損耗。沖擊、磨損、扭曲、化學(xué)腐蝕以及動(dòng)物啃嚙。2.光纜材料材料的選擇對(duì)光纜的特性起重要作用。根據(jù)光纜適用環(huán)境、鋪設(shè)方式的不同,制造光纜的材料也各不相同。如穿過(guò)空氣空間的室內(nèi)光纜,防火安全非常關(guān)鍵;室外環(huán)境中,抗潮濕和溫度容限是關(guān)鍵;架空光纜必須能承受住嚴(yán)重的溫度極限、日光照曬和風(fēng)力;沿輸送管牽引的光纜必須能承受住表面磨損和沿其長(zhǎng)度方向的張力等。歸納起來(lái)光纜是由光纖、高分子材料、金屬材料及復(fù)合材料共同構(gòu)成的。光纜中采用的高分子材料很多,根據(jù)材料的性能不同用于光纜的各個(gè)部件。常見(jiàn)的有工程塑料(PBT)、通用聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、黑色聚乙烯或黑色聚烯烴、芳綸纖維(Kevlar)、聚酯帶(PET)、熱塑性橡膠等。1)高分子材料工程塑料是一種特性與高聚分子量密切相關(guān)的材料。當(dāng)分子量足夠大時(shí),材料的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、楊氏模量就很高;PBT是脂類(lèi)高聚物,具有脂類(lèi)高聚物耐溶劑、耐油、耐化學(xué)腐蝕等特性。PBT以其優(yōu)良的機(jī)械性能、尺寸穩(wěn)定性和耐化學(xué)性能,被廣泛地用作光纖的松管材料。通用聚乙烯按密度的不同有柔順性和延展性較好的低密度聚乙烯(LDPE),剛性、韌性和耐磨性好的高密度聚乙烯(HDPE),兼有LDPE的柔韌性和HDPE的高強(qiáng)度的中密度聚乙烯(MDPE),以及有較好耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂、剛性、耐熱性低溫的線(xiàn)性低密度聚乙烯(LLDPE)。聚氯乙烯中的氯原子能捕捉燃燒時(shí)產(chǎn)生的OH-游離基，有良好阻燃料效果。它與增塑劑和穩(wěn)定劑以一定比例混合塑化制作成含鹵的阻燃料,用來(lái)作為光纜的阻燃護(hù)套。但含鹵阻燃料在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的氯化氫氣體和煙霧,造成二次傷害。PVC阻燃護(hù)套具有良好的柔順性和延展性,以及對(duì)熱敏感的特性。這是室內(nèi)光纜的一種最常見(jiàn)的材料,因需要不同而有各種等級(jí)。黑色聚乙烯或黑色聚烯烴通常用來(lái)制作光纜的耐電痕護(hù)套。應(yīng)用于強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境中的光纜,由于放電作用會(huì)導(dǎo)致光纜表面產(chǎn)生電痕、電蝕,從而造成外護(hù)層的損傷和光纜使用壽命的降低,因此必須使用耐電痕的護(hù)套。黑色聚烯烴具有很強(qiáng)的耐電痕能力,可適用于110kV以上的電力線(xiàn)路。芳綸纖維是一種芳香族的聚酰胺纖維,由許多細(xì)絲膠合或平行集束而成。由于制造使分子高度定向,故具有很高的楊氏模量,可達(dá)100GPa以上。芳綸是取代金屬材料的非金屬光纜中承擔(dān)主要抗拉作用的較理想的材料,廣泛用作室內(nèi)布線(xiàn)光纜、野戰(zhàn)光纜、ADSS及強(qiáng)電環(huán)境中的其他非金屬光纜中的主要抗拉元件。芳綸還具備耐磨、耐切割、柔軟、防彈、重量輕等良好性能。聚酯帶的化學(xué)名稱(chēng)是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂,具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、尺寸穩(wěn)定性、低溫柔性和絕緣性等優(yōu)點(diǎn)。聚酯帶用于層絞式光纜中松套管的環(huán)繞包扎,起到穩(wěn)定多根松套管幾何結(jié)構(gòu)和一定的防護(hù)作用。纜用熱熔膠是由具有高彈性、高伸長(zhǎng)率的熱塑性橡膠為基礎(chǔ)材料,與樹(shù)脂、調(diào)節(jié)劑和穩(wěn)定劑等在電熱反應(yīng)釜中經(jīng)熔融、均化制成。熱熔膠具有黏接力強(qiáng)、黏接應(yīng)力分布均勻、固化速度快、熱穩(wěn)定性好、韌性好、低溫柔性好、抗老化性能以及與其他材料相容性好等優(yōu)點(diǎn)。還有防止水和潮氣滲入光纜的填充油膏和用吸水樹(shù)脂黏接聚酯纖維無(wú)紡布構(gòu)成的阻水帶等高分子材料。2)金屬材料光纜中最常用的金屬材料是鋼絲。鋼絲在光纜中用作加強(qiáng)件和鎧裝件,起到增強(qiáng)抗拉、耐側(cè)壓、抗彎、抗沖擊、防機(jī)械損傷等功能。同時(shí)由于具有很高的楊氏模量,限制了高分子材料最為明顯的熱脹冷縮現(xiàn)象,能有效地改善光纜的溫度特性。鋼絲種類(lèi)很多,光纜中常用的有高碳鋼絲。高碳鋼絲具有更高的楊氏模量和更低的延伸率,通常用作抗拉加強(qiáng)件;低碳鋼絲通常用作鎧裝層。經(jīng)過(guò)鍍鋅或磷化處理,提高了鋼絲的化學(xué)穩(wěn)定性。其中磷化鋼絲具有很好的防止析氫的作用。對(duì)各類(lèi)鋼絲的性能指標(biāo)要求主要有含碳量、硫磷含量、直徑公差,以及楊氏模量、抗拉強(qiáng)度、彎曲和扭轉(zhuǎn)等多項(xiàng)機(jī)械性能。3)復(fù)合材料光纜中最常用的復(fù)合材料是由金屬和塑料組成的金屬?gòu)?fù)合帶,如鋼塑復(fù)合帶和鋁塑復(fù)合帶。金屬?gòu)?fù)合帶是以鍍錫鋼帶、鍍鉻鋼帶或工業(yè)純鋁箔為基材,經(jīng)一定工藝過(guò)程,將塑料類(lèi)材料雙面涂敷或熱貼合在金屬帶上而成。對(duì)光纜的綜合性能有一定影響,與光纜的滲水性能有密切關(guān)系。復(fù)合帶的耐水、耐油及與填充油膏的相容性等也很重要。對(duì)金屬?gòu)?fù)合帶的外觀質(zhì)量、各層尺寸和物理機(jī)械性能也有相關(guān)要求。光纜經(jīng)復(fù)合鎧裝后,除具有防水隔潮、耐側(cè)壓、耐沖擊性能外,還可保護(hù)纜芯免受機(jī)械損傷及對(duì)光纜加以電磁屏蔽。3.光纜結(jié)構(gòu)由于光纜要在各種不同的環(huán)境中使用,其結(jié)構(gòu)實(shí)際上是變化多端的。光纖緊緩沖器和松管光纜具有中心件,光纜圍繞中心件制造,通常這些中心件是加強(qiáng)件,加強(qiáng)件還可以捆扎在內(nèi)部的光纖或子纜周?chē)?。可能暴露于嚙齒動(dòng)物或機(jī)械危害面前的光纜還需要鎧裝,但所有光纖光纜都有一個(gè)共同的元素,即首先把分離的光纖封裝在三個(gè)不同元素——松管、緊包緩沖層和帶狀構(gòu)造中的其中一個(gè)之內(nèi)。圖2.13(1)中心加強(qiáng)件及墊層。一般采用鋼絲以增強(qiáng)光纜的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)中心加強(qiáng)件直徑較大時(shí),還會(huì)在鋼絲外加一層塑料墊層,以彌補(bǔ)鋼絲直徑的不足,同時(shí)也可起到一定的緩沖和增大摩擦的作用。(2)填充繩。一種直徑和松套管一致的塑料繩,當(dāng)光纖芯數(shù)和松管套數(shù)量較少時(shí),用以保證光纜的圓度。(3)阻水油膏。觸變型油膏,填充在松套管內(nèi)和松套管外縫隙處,主要起軸向阻水作用。(4)鋁(鋼)塑復(fù)合帶。通常為波紋形狀雙面覆膜的鋁(鋼)帶。具有徑向阻水、防機(jī)械損傷、增強(qiáng)抗側(cè)壓、抗彎、抗沖擊能力和對(duì)光纜加以電磁屏蔽等多種功能。(5)內(nèi)護(hù)層。塑料內(nèi)保護(hù)層,具有徑向阻水、抗彎、抗側(cè)壓、增大層間摩擦力等作用。(6)鋼絲鎧裝層。螺旋狀緊密絞合于內(nèi)護(hù)層外的鋼絲,主要作用是顯著增強(qiáng)光纜的耐側(cè)壓和抗拉能力,也能增強(qiáng)光纜的抗彎和抗扭絞能力。(7)外護(hù)層。光纜最外層的塑料保護(hù)層。具有徑向阻水、耐磨、防機(jī)械損傷、抗彎、防腐、阻燃等多種綜合功能。2.4.2光纜類(lèi)型

(1)按鋪設(shè)方式的不同,可將光纜分為直埋光纜、管道光纜、架空光纜和水底光纜。(2)按光纖狀態(tài)不同可分為緊結(jié)構(gòu)光纜、松結(jié)構(gòu)光纜和半松半緊結(jié)構(gòu)光纜。(3)按纜芯結(jié)構(gòu)不同可分為中心束管式、層絞式和骨架式。如圖2.14所示