Главная  Развитие оптической связи 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [ 57 ] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

жидкости, характеризуемые повышенной кислотностью или щелочностью).

Влияние таких сред на волокно не рассматриваем, так как такое влияние должно быть исключено выбором материала и конструкции ОК.

9.5. ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА

В большом числе работ, относящихся к опыту эксплуатации ВОСП информации и к специальным экспериментальным исследованиям, приведены данные о влиянии водорода на затухание ОВ. В основном исследовались процессы диффузии водорода в волокно и последствия этого явления (увеличения затухания).

Исследуемые ОВ выдерживали в атмосфере, содержащей водород при различных давлении, температуре и концентрации водорода. После выдержки волокна в этой среде затухание оказывалось больше, чем до погружения в атмосферу с водородом.

После выдержки на воздухе, через десятки или сотни часов (в зависимости от степени насыщения водородом), затухание уменьшалось и постепенно возвращалось к исходному значению. Время пребывания волокна в водороде было соизмеримым с временем восстановления затухания и соответствовало времени, в течение которого наступало насыщение (т. е. затухание больше не увеличивалось при пребывании волокна в атмосфере водорода). Исследования показали, что время насыщения соответствовало времени диффузии водорода в волокне.

Опыты показали, что увеличение затухания имело место только во время нахождения волокна в водороде и в течение ограниченного времени после удаления волокна из атмосферы водорода. Исключениями являлись случаи одновременного с выдержкой в водороде нагрева волокна до температуры 200-300° С, при этом наблюдалось повышенное остаточное затухание.

Исследования проводились в диапазоне длин волн 1,3-1,55 мкм, широко используемом в ВОСП информации. Максимумы затухания имеют место в областях =1,4 и 1,53 мкм. Механизм затухания, вызванного наличием водорода, связан с так называемыми фундаментальными потерями, которые вызываются поглощением энергии на осноиной резонансной частоте спектра молекулярного водорода, а i акже на обертонах спектра (или вблизи их значений). В ряде случаев было обнаружено образование группы ОН, имевшее остаточный характер при одновременном нагреве до температуры 200° С-

Влияние радикала ОН на затухание также определяется его спектром поглощения, которое существенно в области =1,3--1,5 мкм.

Увеличение коэффициента затухания Да под влиянием водорода можно иллюстрировать следующими цифрами: в диа-



пазоне =1,21,25 мкм при первоначальном а = 0,5 дБ/км Да = 4 дБ/км, а при 1=1,5 мкм и а = 0,3 дБ/км Да=4 дБ/км. Давление водорода р = 200 кПа. Насыщение наступало через 250 ч. Да = 25 дБ/км. Исследованием спектра поглощения, связанного с воздействием водорода, были установлены пики на волнах "к, равных 1,08; 1,13; 1,2; 1,24; 1,59; 1,64; 1,70; 1,76; 1,88 мкм.

Влияние радикала ОН на увеличение затухания существенно больше влияния молекулярного водорода Нг- Появление остаточного затухания под воздействием температуры в процессе насыщения волокна водородом связано с появлением радикала ОН, образование которого явилось следствием диффузии атомов водорода и последующего образования под влиянием температуры устойчивой связи Si -ОН.

Повышение затухания при этом необратимо сохраняется и после удаления волокна из атмосферы водорода. В ряде работ было показано, что образованию Si -ОН способствует также наличие дефектов в связях, входящих в кварц: Si-О-Si. Источниками таких дефектов связей являются, в частности, легирующие добавки Р2О5; СеОг и др.

Коэффициент диффузии водорода в стекле при комнатной температуре Z)=l,5 10" смс~\ а энергия активации Е= = 6,3 кДж; на основании решения диффузионного уравнения для волокна было получено выражение, определяющее относительное увеличение затухания из-за влияния водорода в одномодовом волокне:

ос ехр

где t,„ = t+wl%D; t-время; w-радиус поля первой моды; у„ - кореш, функции Бесселя; b-внешний радиус волокна; w = a (здесь а-радиус сердцевины).

Для = 1,4 мкм была установлена экспериментальная зависимость ггриращения затухания от температуры и парци-алыюго давления водорода:

Да = Лехр -- р\1, (9.5)

где - парциальное давление; А - постоянная, зависящая от концентрации СеОг и Р2О5. Для волокон, использованных при измерениях, результаты которых соответствовали (9.5), /1 = 5,75 • 10 дБ/км-ч"*; /? = 8,31 Дж-моль~-Х"-универсальная газовая постоянная; Т-температура, К.

Коэффициент диффузии группы ОН в стекле меньше, чем у водорода: Z)=10~ см-с~, а энергия активации £=(82 + 6,7) кДж.



Из изложенного следует, что заметное повышение затухания ОК под влиянием водорода за обозримое на практике время гложет иметь место при непрерывном присутствии кабеля в среде, содержащей водород при. достаточном его парциальном давлении или условиях, благоприятствующих выделению свободного водорода.

Такая ситуация, например, имеет место у ОК, проложенных в морской воде, а также в условиях, когда скорость диффузии возрастает. Наличие микротрещин, циклические изменения температуры, влага ускоряют процессы диффузии; кроме того, влага интенсифицирует появления группы ОН и ее проникновение в кабель.

Было теоретически рассмотрено влияние рабочего излучения лазера (несущего сигналы информации) на образование остаточного затухания. Было показано, что под воздействием лазерного излучения диффундирующий в волокно водород создает устойчивое соединение ОН, причем концентрация свободного водорода в сердцевине волокна остается достаточно малой, при ней процесс диффузии в сердцевину будет продолжаться до тех пор, пока значение концентрации свободного водорода не будет определяться условиями равновесия между скоростью поступления диффундирующего водорода и скоростью его перехода в группу ОН. В результате происходит накопление ионов ОН и создается устойчивое остаточное затухание (даже при устранении источников водорода). В этих условиях (воздействие лазерного излучения) процесс увеличения затухания должен протекать быстрее, чем при отсутствии излучения, даже при малых парциальных давлениях водорода, например, в обычной атмосфере.

Парциальное давление водорода в обычной атмосфере (при сухо.м воздухе) /7 = 0,05 Па. При наличии водяных паров это значение расгет, а содержание водорода в атмосфере увеличивается or 0,014% па несколько порядков.

При наличии в водяных парах растворимых примесей вследствие диссоциации и других причин содержание Hj также увеличивается. Следует также иметь в виду, что водород возникает в процессе изготовления ОК вследствие химических реакций, происходяпщх между некоторыми материалами, входящими в элементы конструкции кабеля. При наличии металлических элементов коррозия последних также является причиной появления водорода.

9.6. ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Различают корпускулярные и электромагнитные ионизирующие излучения. Первые представлены нейтронами, протонами, электронами, альфа- и бета-частицами, а также осколками 12 Заказ 2460 177



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [ 57 ] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86]

0.0008