空心光纤最怕什么?

空心光纤作为一种新型的光传输介质,与传统的实心光纤相比,有不少优势,可以参考文章《什么是空心光纤?与传统实心光纤有何不同?》。


下,空心光纤在逐步走向商用实用化的进程。今年9月,宁夏移动进行了空心光纤的集采,可参考文章《空心光纤集采,烽火亨通中标》。
那空心光纤在现网使用的时候,最怕什么呢?


其实,空芯光纤最怕的是 “水”、“弯曲” 和 “熔接困难”。这三点也是空心光纤要从实验室走向大规模商用必须克服的核心挑战。


为何怕水?
空心光纤怕水的根本原因,在于:空芯光纤的纤芯是中空的,如果水分子(H₂O)渗透进入纤芯,会带来毁灭性影响。
有哪些影响呢?


比如,会增加损耗。水分子对特定波长的光有强烈的吸收峰(尤其是在1383nm附近的OH-吸收峰),会急剧增加光纤的传输损耗,导致信号衰减甚至中断。

再如,光纤的长期可靠性会下降。水汽会腐蚀玻璃表面,可能造成光纤结构的长期损伤。

不光空心光纤怕水,实心光纤其实也怕水。这也就是海底光缆要在护套上加上一层又一层的防水材料的一个原因。

在现网铺设空心光纤时,为了防止水或水汽进入空芯光纤,光缆在截断后需及时对光缆的端面进行防水处理,参照下图。


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图片来源于“一丁一卯”文章


为何怕弯?

空芯光纤对弯曲非常敏感,这是由其特殊的导光机理决定的。

空芯光纤依靠光子带隙或反谐振效应将光限制在空气纤芯中传输。

我们可以把空心光纤的包层想象成一个由无数微米级玻璃管精密排列构成的“鸟巢”。这个结构非常“娇气”,任何不规则的弯曲或挤压(即“微弯”),都会轻易地扰乱光的传播路径,导致信号能量从空芯中泄漏出去,造成损耗。

所以,可以说是空心光纤的物理结构致使它对弯曲极度敏感。这意味着在光缆成缆、铺设和日常维护中,需要比对待传统光纤更加小心。

为了降低限制损耗,目前的反谐振光纤的芯径一般为波长的30-50倍,这使得在10 cm左右的弯曲半径下光纤损耗开始急剧增加,这也严重影响了反谐振空芯光纤的大规模、低成本应用。

为何怕接?

将空芯光纤与传统实芯光纤低损耗地连接起来,是目前空心光纤走向实用化的一大技术难点。主要是因为:

首先,空心光纤与实心光纤存在模场失配的情况。空芯光纤的模场直径通常较大(有的为19-23μm),而常规G.652光纤的模场直径约为9-10μm。两者直接熔接会因模场不匹配而产生巨大的连接损耗。

其次,需要特殊的熔接工艺。 空气与玻璃的物理特性差异巨大,需要非常精细的放电能量和参数控制才能实现高质量熔接,否则极易熔接失败或损耗过高。这会导致空心光纤的熔接耗时比较久。可以参考下面的一个工程试点的数据。


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图片来源于“一丁一卯”文章


此外,空心光纤熔接操作时,对操作的环境湿度要求也较高(不超过55%),否则也会造成熔接损耗较大。这就不能像传统实心光纤那样,随便在蹲在路边就能操作。

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