光纖特性的拉絲張力介紹

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℃/s)迅速從2000℃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，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。

　　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)：

　　SiOSi+H2→SiOH+HOSi (2)

　　SiOH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1550nm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，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：