[科普中国]-光纤辐射损害

在空间辐射环境下，光纤会产生辐射致衰减，严重影响光纤在辐射环境中的应用，造成大量的光纤损耗。

定义光纤辐射损害是指光纤辐射所能产生的危害。

光纤辐射光纤具有体积小、重量轻、结构灵活、抗电磁干扰和电绝缘的优点，广泛应用于光通信和光纤传感传输损耗是光纤性能最重要的指标之一，决定了光信号在光纤中传输的最大距离和系统的稳定性。通常引起光纤损耗的主要因素有本征吸收、杂质吸收、瑞利散射损耗以及弯曲损耗口等。在空间等辐射环境中，光纤损耗会显著增加，即产生所谓的辐射致衰减。而光纤的辐射致衰减比光纤的本征损耗高一个数量级以上，成为了辐射环境下影响光纤光学系统性能的主要因素。光纤辐射效应可分为初级阶段、次级阶段和缺陷形成三个阶段。

光纤损耗光信号经光纤传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。光纤损耗是光纤传输的重要指标，对光纤通信的传输距离有决定性的影响。实现光纤通信，一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。 光纤损耗所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近，因此，了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。

所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近，因此，了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。尽管光波有着极大的带宽，但在1961－1970年，人们主要研究利用大气传输光信号，实践证明，由于受到气候环境的严重影响，无法实现正常的通信。在人们考虑的其它传输介质中，用石英玻璃材料制成的光导纤维即光纤来传输光信号成为研究的重点。但是当时普通石英玻璃材料的损耗高达1000dB/km，传输距离很有限。1966年7月，英国标准电信研究所的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士和霍克哈姆（G.A.HocKham）博士根据介质波导理论指出：光纤的高损耗并不是其本身固有的，而是由材料中所含的杂质引起的。并预言如果降低材料中的杂质含量，可使得光纤的损耗降至20dB/km，甚至更小。1970年，美国康宁（Corning）玻璃有限公司成功地研制了损耗为20dB/km的低损耗石英光纤，这使得光纤完全能胜任作为传输光波的传输媒介，也开辟了光纤通信的新纪元。1

光线辐射衰减效应在空间辐射环境下，光纤会产生辐射致衰减，严重影响光纤在辐射环境中的应用。

热退火效应在特定温度条件下，光纤中的色心有稳定和不稳定两种。稳定色心一旦形成就不再退去，在辐照后也能稳定存在于光纤中，并形成稳定的光吸收。而不稳定色心则在热驱动下发生退化。因此，在辐照后的光纤衰减并不稳定，而会发生所谓的热退火效应。

热退火效应是色心退化的一种重要表现，与光纤有关，且在不同的波长具有不同的表现形式。例如，P掺杂石英光纤有两种主要色心—POHC色心和P1色心，这两种色心的吸收谱在1200~1400nm处相接。两种色心的不同温度特性导致P掺杂光纤在长波和短波段的退火效应不同：经过辐照的P掺杂光纤中的POHC色心会发生分解，导致该色心吸收波段（小于1200nm）的RIA随退火时间的增加而有所降低，最后趋于稳定；而“退火”后P掺杂光纤中短波段的光吸收色心POHC分解过程中向P1色心转化，导致该色心的吸收波段（大于1400nm）RIA在辐照后随时间有所增加。

光褪色效应光纤中色心退化还受到光纤中传导光的影响。如果在光纤辐照过程中，将传导光由“弱光”换成功率较大的“强光”，光纤中色心的数目会发生退化，导致光纤衰减明显偏离“弱光”时的衰减曲线，这种现象被称为光褪色效应。一般认为，在传导光波长较短、环境温度较低时，光褪色效应比较明显。研究表明，在纯二氧化硅纤芯光纤中的光褪色现象较为显著，而常温下，Ge掺杂光纤中的光褪色可以忽略。2

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学