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光纤机械强度和弯曲损耗随环境变化的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 光纤通信的发展历程

1.1.2 光纤通信的优点

1.1.3 光纤的分类

1.2 研究的目的和意义

1.3 光纤机械性能的国内外研究现状

1.3.1 常温下光纤机械性能的研究进展

1.3.2 经高温高湿处理的光纤机械性能的研究进展

1.3.3 经盐雾、硫化处理的光纤机械性能的研究进展

1.3.4 光纤缺陷的研究进展

1.4 主要工作和章节安排

1.4.1 主要工作

1.4.2 章节安排

第2章 光纤机械强度

2.1 光纤基础构成材料

2.2 光纤中的缺陷

2.3 光纤机械强度

2.3.1 光纤机械强度介绍

2.3.2 常温下光纤的断裂机理

2.4 光纤机械强度的分析方法

2.4.1 裂纹及断裂

2.4.2 裂纹生长

2.4.3 疲劳

2.4.4 使用寿命

2.4.5 抗拉强度

2.5 玻璃的强度理论

2.5.1 玻璃的强度

2.5.2 吸附

2.6 本章小结

第3章 光纤拉伸断裂性能试验研究

3.1 试验设备

3.1.1 光纤机械强度概述

3.1.2 数字显示器

3.1.3 夹具

3.2 试验试样的制备

3.2.1 光纤的有机涂覆层

3.2.2 光纤有机物涂覆层去除方法

3.2.3 光纤有机物涂覆层去除

3.3 光纤环境测试

3.4 光纤的拉伸断裂强度试验

3.5 本章小结

第4章 光纤杨氏模量及弯曲损耗系数的测量

4.1 光纤杨氏模量的测量

4.1.1 试验原理

4.1.2 测试方法和结果

4.2 光纤弯曲损耗系数的测量

4.2.1 光纤弯曲损耗

4.2.2 光纤弯曲损耗的理论分析

4.2.3 试验方法

4.2.4 试验步骤

4.2.4 试验环境

4.2.5 试验结果

4.3 本章小结

第5章 光纤断面检测

5.1.1 常温光纤形成的弯曲断裂源

5.1.2 经硫化处理后的光纤形成的弯曲断裂源

5.2 轴向拉力形成的断裂源

5.2.1 常温光纤形成的拉伸断裂源

5.2.2 经硫化处理后的光纤形成的断裂源

5.3 结论

第6章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

随着光纤通信的不断发展,光纤在我们生活的方方面面发挥着越来越重要的作用。为保证通信质量,需要光纤能在一定拉力的作用下不发生断裂,这对光纤的机械强度提出了要求。光纤在敷设或使用的过程中难免会出现弯曲,产生光损耗,因此有必要研究光纤弯曲损耗随光纤弯曲半径的变化规律,找到临界弯曲半径。为了让光纤能适应各种环境,光纤的机械强度和弯曲损耗需要在不同环境下分别测量。我们模拟了常温、高温高湿、盐雾和硫化四种环境。
  本课题设计了光纤拉伸夹具及拉伸试验系统,测量并比较了常温、高温高湿、盐雾、硫化环境下光纤的机械强度。通过比较发现,光纤在极端条件下的断裂强度比常温条件下的断裂强度要低。环境越恶劣,断裂强度下降得越厉害。
  采用了扫描电子显微镜观察了光纤断面的形貌,解释了经高温高湿、盐雾环境处理的光纤机械强度下降的原因。经过高温高湿、盐雾和硫化环境处理后的光纤受外界环境的腐蚀,产生了裂纹或使裂纹扩展,从而影响了光纤的断裂强度。
  采用X射线光电子能谱仪检测到了经硫化处理的光纤中存在硫元素,证明了经硫化处理后,硫元素的确渗透进了光纤内部,产生了细丝或白点。这些细丝和白点是造成该光纤机械强度下降的原因。
  此外,对常温、高温高湿、盐雾和硫化环境下的光纤的弯曲损耗系数进行了测试。对高温高湿、盐雾、硫化环境下的光纤弯曲损耗和常温光纤的进行对比发现,高温高湿、盐雾、硫化环境处理后的光纤弯曲损耗要比常温条件下的大;而且在同一弯曲半径下,弯曲损耗随弯曲圈数的增加近似成线性变化;当光纤弯曲半径超过15mm时,弯曲损耗系数极小。
  本课题的创新点在于:
  (1)设计了专门用于测量光纤机械强度的拉伸试验机及专用夹具。此试验机体积小,重量轻,携带方便,操作简单;夹具小巧,夹持光纤牢固。
  (2)对经高温高湿、盐雾、硫化环境处理后的光纤进行机械强度的测试,并通过扫描电子显微镜观察光纤断面形貌,通过X射线光电子能谱分析进一步确定了硫化对光纤机械强度的影响;
  (3)对经高温高湿、盐雾、硫化环境处理后的光纤进行弯曲损耗系数的测试,发现不同环境下光纤弯曲损耗随弯曲半径变化的曲线是有差别的,而且在同一弯曲半径下,弯曲损耗随弯曲圈数的变化近似成线性关系。

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