[科普中国]-氢诱导损耗

氢诱导损耗（hydrogen induced loss）是指外界的氢分子扩散进入光纤中二氧化硅玻璃网络空隙成为溶解性红外可激活的分子态氢所引起的吸收损耗。1

简介二氧化硅玻璃内氢分子的二次谐波吸收峰在1.24μm处。一般用1.24μm处损耗的上升度量氢分子诱导损耗，如光纤中氢浓度为1018分子/cm3，上升值大于3dB/km。因为存在着氢分子的伸缩振动和旋转振动与硅氧四面体固有的四种振动模式及Si-O-Ge键振动模式之间发生各种组合振动，氢分子诱导损耗谱含有一系列吸收峰。每个吸收峰相应于一种组合振动。

氢损产生过程光纤的氢损，从本质上讲，是氢气扩散入光纤玻璃之中，同时和玻璃中的缺陷发生反应，在一些特征波长上造成光纤衰减增加的过程，这种过程包括物理过程和化学过程两个方面。物理过程主要是指氢气在光纤玻璃中的扩散过程，这个过程中，氢分子并未和玻璃的缺陷发生反应，因此其造成的氢损也仅仅和氢分子的特征振动有关。

氢损的化学过程在于，氢分子在玻璃中扩散的同时，氢将和玻璃中存在的缺陷发生反应形成某些特定的化学键，这些化学键的本征振动或高次振动模，同样会在其特征波长上造成衰减增加。研究表明，氢损的主要反应过程为：

Si-OO-Si+H2→Si-O-H+HO-Si

Si-O-OSi+H2-→Si-O-O-H+H-Si→SiO-O-Si+H2

上述反应涉及光纤中两种主要的结构缺陷，即Si-O O-Si、和Si-O-OSi，分别被称为非桥氧空心缺陷(NBOHCs)和SirE’心缺陷。这两种缺陷在富氧过程中有增加的趋势。

特点氢分子诱导损耗有如下特点：

(1)室温下有一定的上升速度并与氢分子扩散速度有一致性；

(2)可逆，即当氢排除后损耗逐步复原；

(3)具有饱和性；

(4)损耗上升值与外界氢的分压大小有关。

克服损耗途径克服氢分子损耗的途径有：

(1)防止缆内充水；

(2)金属加强件上加涂聚乙烯被复层；

(3)对硅酮涂料选用最佳配比和固化条件；

(4)选用少释放氢和不释放氢的材料作光纤预涂覆材料，例如用CVD法在光纤表面加上200A厚的Si-O-N薄膜，使氢扩散系数下降到5×10-19cm2/s。1

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学