光纤性质的决定因素 拉丝张力
拉丝工艺对光纤性能的影响
拉丝工艺对光纤性能的影响一、拉丝工艺的基本原理拉丝工艺是指将玻璃棒料通过一系列的加热、拉伸、冷却等工艺进行加工，最终得到光纤的过程。
其主要原理是将玻璃棒料在高温下拉伸成细的光纤，并在拉伸的同时控制其直径和形状，以及控制拉伸的速度和温度，从而得到符合要求的光纤产品。
二、拉丝工艺对光纤性能的影响因素1. 温度控制：拉丝过程中的温度是一个非常关键的因素。
过高或过低的温度都会导致玻璃的形变或者结晶，从而影响光纤的机械性能和光学性能。
2. 拉伸速度：拉伸速度直接影响着光纤的直径和形状。
如果拉伸速度过快，会导致光纤直径不均匀，从而影响其光学性能。
3. 真空度：在拉伸过程中，保持一定的真空度可以防止氧化发生，保证玻璃的纯度，从而保证光纤的光学性能。
4. 玻璃成分：不同的玻璃成分对拉丝工艺的影响也不同。
一些特殊的玻璃成分可以使光纤具有特殊的性能，比如增加抗拉强度或者增加光纤的耐高温性能。
三、拉丝工艺对光纤性能的影响1. 光损耗：拉丝工艺影响着光纤的表面平整度和质量，进而影响光的传输损耗。
通过优化拉丝工艺可以降低光纤的光传输损耗，提高光纤的传输效率。
2. 机械性能：拉丝工艺影响着光纤的拉伸强度和弯曲性能，通过合理的拉丝工艺可以提高光纤的机械性能，增加其使用寿命。
3. 调制带宽：拉丝工艺影响着光纤的直径和表面质量，进而影响着光的调制带宽。
通过优化拉丝工艺可以提高光纤的调制带宽，使其更适用于高速通信应用。
拉丝工艺对于光纤的性能有着重要的影响，通过优化拉丝工艺可以有效提高光纤的性能，使其更符合现代通信的要求。
在未来的研究中，可以进一步探讨新材料的应用和新工艺的创新，从而推动光纤通信技术的发展。
光缆性能的影响因素
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• 4. 光纤几何参数：芯径、包层直径、芯/包 同心度偏差、涂层直径、涂/包同心度偏差。 • 5. 模场直径：基模光斑的大小。 • 6. 截止波长：保证光纤基模传输的最小波 长。
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影响光缆性能的因素
• 2. 1机械保护方面（主要降下松套光缆） • 光缆采用松套结构。松套结构的优点是将光纤与外部用坚 硬的PBT材料隔绝，避免任何应力施加于光纤上,并且松套 结构中在光纤与套管的间隙填充的触变型的油膏，在光纤 运动时油膏粘度变低，使得光纤能运动自如。并且这样当 光缆受到纵向力或随温度变化伸长、缩短时，光纤能自由 伸直或收缩，避免了光纤受力。在松套结构中多根光纤可 置于一根松套管中，因此需要对光纤着色以便于区分。着 色工艺必须保证着色后光纤不会受到表面应力。另外，如 果在生产过程中松套管受到损伤，有可能对光纤生产应力 并影响其衰减和寿命（主要集中于光纤着色和套塑生产者 两道工序）。
光缆性能及其影响因素
报告人：魏腾飞 日期：2010.8.18
1光缆及其性能
• 1.1石英光纤的主要特点 • 石英光纤在没有表面缺陷时具有很高的强度。但遗憾 的是，尽管在拉丝过程中随即涂敷一层保护层以避免裂缝 产生，大长度的石英光纤还是不可避免的存在一些随机的 表面缺陷。这些缺陷的大、小决定了光纤强度。在有应力 作用的情况下，这些裂缝会逐渐扩展。高湿度会加速这种 扩展。在裂缝扩展到一定程度时，光纤就会断裂。 • 为了保证所使用的光纤的最初裂缝低于一定值，在生产光 纤的过程中要对光纤进行张力筛选。按统计规律，筛选后 的光纤具有一定的保证强度。所以光纤的寿命取决于光纤 所受的应力及所处环境中的湿度。通俗地讲，光纤怕受潮、 怕受力。 • 另外，石英光纤在一定的氢压下衰减会上升。因此光纤也 怕氢气。
光缆的预制棒制备技术考核试卷
B.拉丝速度过慢
C.化学气相沉积温度不稳定
D.真空度不够_
20.下列哪种因素与光缆预制棒的耐腐蚀性无关？（）
A.材料纯度
B.表面处理
C.结构设计
D.生产地点_
（注：请自行填写答题括号内的选项字母）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
A.加热
B.降温
C.真空处理
D.氧化处理_
6.光缆预制棒中的石英管主要作用是什么？（）
A.支撑作用
B.导热作用
C.隔离作用
D.信号传输作用_
7.以下哪种因素会影响光缆预制棒的性能？（）
A.杂质含量
B.预制棒直径
C.拉丝速度
D.所有以上因素_
8.光缆预制棒制备过程中，下列哪种气体通常用于化学气相沉积？（）
A.氧气
B.氮气
C.硅烷
D.氩气_
9.预制棒制备中，下列哪种技术可以增加光纤的折射率？（）
A.气相氧化
B.液相氧化
C.磁控溅射
D.紫外光照射_
10.光缆预制棒内部结构中的气隙主要起到什么作用？（）
A.提高纯度
B.增强机械强度
C.减少信号衰减
D.降低生产成本_
11.下列哪种设备常用于光缆预制棒的化学气相沉积？（）
8.在光缆预制棒的生产中，__________工艺可以改善预制棒的表面质量，减少缺陷。
9.光缆预制棒的__________是评价其质量的重要指标之一。
10.提高光缆预制棒的__________可以增强其耐环境性能，延长使用寿命。
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
拉丝工艺对光纤性能的影响
拉丝工艺对光纤性能的影响
光纤的拉丝工艺对其性能有很大影响。
光纤是一种细长的、柔软的、透明的纤维，用来传输光信号。
光纤通常由两个主要部分组成：纤芯和包层。
纤芯是光信号传输的核心区域，包层则用来保护纤芯并提供光线的反射和折射。
光纤的拉丝工艺是将光纤前驱材料（通常为二氧化硅）通过高温熔融，然后在拉伸机上拉制成长纤维的过程。
拉丝工艺对光纤的直径、形状和性能都有显著影响。
拉丝工艺对光纤的直径有重要影响。
光纤的直径直接影响着光的传输效率和损耗。
通过控制拉丝的机械参数如拉伸率、拉丝温度和拉丝速度，可以控制光纤的直径。
通常，通过减小拉丝速度和增加拉丝温度可以制备出较细直径的光纤，从而减小传输损耗。
拉丝工艺对光纤的形状也有重要影响。
光纤的形状指的是纤芯和包层的相对位置和几何形状。
通过控制拉丝工艺参数，可以调节纤芯和包层的相对位置以及纤芯和包层的直径比例，从而控制光线的传播特性。
可以通过调节拉丝温度来改变纤芯和包层的相对位置，从而实现单模光纤或多模光纤的制备。
拉丝工艺还对光纤的性能指标如损耗、带宽等有影响。
拉丝工艺中的拉丝温度、拉丝速度和拉伸率会影响光纤的材料结构和微观组织，从而影响光纤的性能。
适当的拉伸可以改善光纤的结晶度和晶界状态，从而提高光纤的光学性能和机械强度。
光纤的拉丝工艺对其性能具有决定性影响。
通过合理地控制拉丝工艺参数，可以制备出优质的光纤产品，以满足不同应用领域对光纤性能的需求。
拉丝工艺对光纤性能的影响
拉丝工艺对光纤性能的影响
光纤拉丝工艺是制备光纤的重要工艺之一，对光纤的性能有着重要的影响。
光纤拉丝工艺主要包括预制棒准备、预拉丝、拉丝、退火和包衬等步骤。
预制棒准备是指选择适当的材料制备光纤的预制棒。
预制棒的质量直接决定了光纤的质量，对光纤的性能有着重要影响。
如果预制棒的质量不佳或存在杂质，会导致光纤存在缺陷和不均匀性，进而影响光纤的传输性能。
预拉丝是将预制棒通过加热和拉伸使其尺寸逐渐变细的过程。
预拉丝能够提高光纤拉丝的效率和质量，减小光纤直径的误差和不均匀性。
适当的预拉丝过程可以使光纤的尺寸变得更加均匀，从而提高光纤的传输性能。
拉丝是指将预拉丝的棒材进一步拉细，形成光纤的过程。
拉丝是光纤拉丝工艺中最关键的步骤之一，对光纤的性能影响较大。
在拉丝过程中，需要控制光纤的直径、圆度和椭圆度等尺寸参数，以及光纤的光波导性能。
合理的拉丝工艺可以使光纤的损耗降低，带宽增加，传输性能更好。
退火是将拉丝得到的光纤加热到一定温度，使其具有更好的机械和光学性能。
退火可以提高光纤的抗折强度和传输性能，并减小光纤中的损耗和非线性效应。
合适的退火温度和时间可以使光纤的微观结构重新排列，从而提高光纤的性能。
包衬是将退火后的光纤放入外包层中，形成完整的光纤。
包衬材料的选择和包衬工艺的优化对光纤性能也有重要影响。
合适的包衬材料可以提高光纤的抗弯曲性能、机械强度和耐用性。
光纤制造过程中的性能监测考核试卷
B.化学气相沉积
C.真空熔融
D.表面涂层
17.以下哪种光纤特性与光纤的传输距离无关？（）
A.色散
B.损耗
C.折射率
D.非线性效应
18.光纤制造过程中，以下哪种方法用于改善光纤的抗弯曲性能？（）
A.增加光纤直径
B.减小包层厚度
C.优化折射率分布
D.增加拉丝张力
19.以下哪个因素会影响光纤的连接损耗？（）
1.以下哪些因素会影响光纤的传输损耗？（）
A.光纤材料
B.光纤长度
C.环境温度
D.光纤弯曲半径
2.光纤预制棒制备过程中，哪些方法可以用来提高材料纯度？（）
A.化学气相沉积
B.真空熔融
C.粉末冶金
D.离子交换
3.以下哪些技术可以用于光纤制造过程中的性能监测？（）
A. OTDR
B.光谱仪
C.背向散射法
D.显微镜
A.材料纯度
B.光纤直径
C.折射率分布
D.环境温度
14.光纤制造过程中，以下哪种方法用于检测光纤的传输损耗？（）
A.背向散射法
B.阻抗匹配法
C.红外光谱法
D.传输距离法
15.以下哪个因素会导致光纤的弯曲损耗？（）
A.光纤直径
B.包层厚度
C.折射率分布
D.光纤弯曲半径
16.光纤制造过程中，以下哪个步骤用于降低光纤的表面缺陷？（）
3.光纤的传输损耗是评估光纤性能的重要指标之一。请列举并解释影响光纤传输损耗的主要因素，并说明如何检测和评估这些损耗。
4.光纤连接在光纤通信系统中扮演着重要角色。请讨论光纤连接性能的评估标准，以及提高光纤连接性能的方法和技术。
标准答案
光纤拉丝工艺张力研究
光纤拉丝工艺张力研究
一．拉丝工艺的背景
随着工业结构的变化，纤维产业进行自身发展，拉长、拉丝成为关键工艺。
拉长分为多种，最常用的是单轴拉长双轴拉长，而拉长分为热拉长、光纤拉长、化学拉长等。
其中光纤拉长最为常用，是在加热的条件下作用于纤维表面，使其附着力增强，起拉长作用。
二．光纤拉丝工艺的特点
1、快速拉长，可在短时间内完成拉长作业，拉长效率高，塑料纤维拉伸能达到四倍于普通拉伸效果；
2、拉长长度可调，拉丝线的拉长长度可以根据需要进行调节；
3、质量有保证，拉丝机可以保证纤维的表面质量达到一定标准；
4、结构可靠，拉丝机的结构紧凑，可满足高效率拉丝要求；
5、占用面积小，拉丝机的外形小巧，可灵活放置。
三．光纤拉丝工艺的研究
1、研究光纤拉丝工艺的技术指标，如拉丝速度，拉丝力，拉丝温度等；
2、对光纤拉丝机的运行参数进行调整，确保生产过程中的各项参数稳定；
3、制定可靠的监测机制，及时发现异常情况，以便及时处理；
4、研究光纤拉丝工艺对纤维性能的影响，分析影响因素，提出优化解决方案；
5、研究光纤拉丝工艺的安全作业规程，以及拉丝机的安保措施。
光纤拉丝过程中张力的控制
光纤拉丝过程中张力的控制陈明 贺作为摘 要：光纤拉丝过程中，光纤形成区粘度和光纤涂覆工艺决定了光纤张力 。
本文介绍了裸光纤张力和光纤涂覆张力的理论及测量。
并探讨光纤张力对光纤的截止波长、模场直径和衰减性能参数的影响。
关键词：光纤涂覆，光纤张力，截止波长，衰减Abstract: The fiber tension is decided by the viscosity of the fiber-forming regions and the fiber coating technology in the process of the fiber drawing. This paper presents the theories and the measurement of the bare fiber tension and the fiber coating tension, investigates the relation of the fiber tension with the cutoff wavelength, the mode field diameter and the attenuation. Keyword: fiber coating, fiber tension, cutoff wavelength, attenuation0 引言在光纤的拉丝工艺中，拉丝张力是一个重要的工艺参数。
通过调节拉丝张力来确定光纤的一些主要性能参数，比如：截止波长，模场直径和衰减等。
而拉丝的张力主要受拉丝速度和加热炉温度的影响，通过在张力轮附近安装传感装置，把收集到张力信号传递到控制面板上。
张力的显示数值再通过相关的系统来调节拉丝速度和加热炉温度，使得张力在设定值附近进行微小的调节，从而保证光纤上述性能参数的合格。
下面就实际生产过程中，拉丝张力的组成和影响因素，拉丝张力的测量以及拉丝张力如何调节光纤性能参数进行论述。
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光纤性质的决定因素拉丝张力
拉丝张力受玻璃粘滞流动影响，而粘滞流动受温度控制。
所以拉丝张力主要受拉丝炉温控制，因此拉丝张力（F）可用拉丝温度（T）表示为：
F=A+B/T （1）
式中A和B分别为表面张力和粘滞流动常数。
但是玻璃是一种近程有序、远程无序的无定形“过冷液体”。
玻璃的粘度、离子扩散速度等一类性质，在高温熔体冷却过程中是逐渐变化的。
在转变温度以下主要取决于玻璃网络结构和网络外离子的配位状态的统计规则。
光纤以非常高的冷却速度（2000-8000℃/s）迅速从2000℃左右冷却至室温，使其高温结构迅速冻结。
熔体在冷却过程中质点或原子团重新排列，玻璃结构也随外界条件而变化，这就是拉丝张力对光纤性能起重大作用的根本原因。
拉丝张力与光纤衰减的平衡点
由于拉丝张力的大小是通过拉丝炉温度来控制的，拉丝炉温度越高，玻璃软化程度越大，拉丝张力就越小。
从图1中可以看出，对于1310nm窗口衰减，随着拉丝张力的增加，光纤的衰减会发生先降后升，呈抛物线形，而1550nm窗口处衰减在一点的拉丝张力范围内并没有随拉丝张力发生明显变化的现象。
图一& 图二
这是由于在高温下，容易诱发石英玻璃内部点缺陷的形成，造成光纤衰减的增大。
在高温下，石英内部容易发生下面的反应式（2）：
Si-O:O-Si+H2→Si-O-H+H-O-Si （2）
Si-O-H的吸收峰正是在1380nm附近，这会带动光纤在1310nm窗口处衰减一同增大。
同时，拉丝过程是高温预制棒体积急剧变化的过程，预制棒在高温下经过拉伸，其本身的化学键可能被破坏，且光纤又经过迅速冷却降温，更容易造成光纤本身缺陷的增加和原有缺陷的发展，而这些缺陷会造成光纤瑞利散射衰减增大，温度差越大，这种破坏越强。
而瑞利散射是与波长的四次方成反比的，所以在1550nm处衰减随温度的变化没有1310nm波长处明显。
随着温度的降低，上述两种作用机制共同作用，使得光纤的衰减变小，但是随着温度的进一步降低，光纤所受的张力越来越大，材料的粘度分布将逐渐由均匀分布到不均匀分布。
在此种条件下拉丝，会在石英材料中间形成不同程度的应力集中，这会抵消温度降低带来的光纤衰减减小的效果。
如果进一步降低拉丝温度，光纤中应力集中占到更重要因素，使得光纤的衰减重新增加。
单模光纤的两大重要性能
截止波长和模场直径是单模光纤的两个极为重要的性能参数，拉丝张力是拉丝工艺中重要的控制参数之一。
截止波长指的是, 单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤只能传播一种模式基模的光，这一波长便称为截止波长。
截止波长大小由光棒的结构参数，如光纤的芯径以及芯、包层间的相对折射率差△决定。
模场直径，因为单模光纤中关能量并不是完全集中在纤芯中, 而是有相当部分的能量存在包层中，所以对单模光纤不宜用芯径作为其特征参数，而是用模场直径作为描述单模光纤中光能集中的范围，一般以光强分布最大值的1/e2所对应的光斑大小作为模场直径。
拉丝张力为光纤成形区因石英粘度所产生的阻力与光纤涂覆时所受的阻力之和。
拉丝张力是由加热炉工作温度和拉丝速度共同决定的。
温度是光纤特性改变的关键
截止波长的理论计算公式为：
λc=2πα(n12-n22)1/2 / 2.405 （3）
其中，α为纤芯半径，n1为芯层折射率，n2为包层折射率。
由公式可以看出，λc由α、n1 和n2 决定，通常α和n2 在拉丝中是不会变化的。
然后当加热炉的工作温度变化时，光纤纤芯的折射率n1也会随之改变。
在拉丝生产中，通常根据拉丝张力来确定加热炉工作温度，从而改变纤芯折射率n1 的分布，使n12-n22 在一定范围内变化，进而改变光纤截止波长和模场直径。
为增大拉丝张力，加热炉功率减小，炉内温度降低，同时拉丝过程中，光棒芯层中的GeO2存在以下热分解平衡：
GeO2=GeO+1/2O2 （4）
当温度降低时，以上化学反应向左移动，造成GeO2的浓度增加，由于GeO2的折射率大于GeO的折射率，所以芯层折射率n1增大，由截止波长计算公式（3）可知芯层折射率n1增大，截止波长增大。
同理，当拉丝张力减小时，加热炉内温度升高，以上分解反应向右移动，使GeO2的浓度减小，芯层折射率n1减小，故截止波长减小。
通过以上分析可知，在拉丝过程中张力增大，必须使加热炉内温度降低，从而使得光棒芯层中存在的热分解化学反应向左移动，造成GeO2的浓度增大，由于的GeO2折射率大于GeO的折射率，所以芯层折射率n1增大，同时由于包层折射率n2在拉丝中是不变量，所以芯层、包层折射率差Δn=n1-n2增大，因此折射至包层汇总的光能量减少，集中在纤芯中的光能量增强，纤芯中心所对应的光强最大值增大，即光斑的大小—模场直径减小。
反之，升高拉丝炉温使得拉丝张力减小，上面的反应式向右方向移动，芯层折射率就会变小，相对折射率差也变小，折射到包层中的光能量会增加，这样模场直径就会变大。