[科普中国]-氢氧根诱导损耗

氢氧根诱导损耗（Hydrogen-induced loss）石英基光纤内氢与玻璃组份化学反应生成各种R-OH键，导致光纤谱损耗曲线上OH吸收峰增长的现象。 通过掺杂剂和合成石英管的恰当选择，改进光纤拉丝工艺等内部微观缺陷，可在一定程度上克服氢氧根诱导损耗。1

光纤损耗造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。

本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

对接：光纤对接时产生的损耗，如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

当光从光纤的一端射入，从另一端射出时，光的强度会减弱。这意味着光信号通过光纤传播后，光能量衰减了一部分。这说明光纤中有某些物质或因某种原因，阻挡光信号通过。这就是光纤的传输损耗。只有降低光纤损耗，才能使光信号畅通无阻。

研究发展石英光纤中的另一个吸收源是氢氧根(OH- )期的研究，人们发现氢氧根在光纤工作波段上有三个吸收峰，它们分别是0.95μm、1.24μm和138μm，其中1.38μm波长的吸收损耗最为严重，对光纤的影响也最大。在138μm波长，含量仅占0.0001的氢氧根产生的吸收峰损耗就高达33dB/km。

氢氧根的来源很多，一是制造光纤的材料中有水分和氢氧化合物，这些氢氧化合物在原料提纯过程中不易被清除掉，最后仍以氢氧根的形式残留在光纤中;二是制造光纤的氢氧物中含有少量的水分;三是光纤的制造过程中因化学反应而生成了水;四是外界空气的进入带来了水蒸气。然而，现在的制造.工艺已经发展到了相当高的水平，氢氧根的含量已经降到了足够低的程度，它对光纤的影响可以忽略不计了。

解释对于锗磷硅系石英，这种现象可解释为：光纤中，玻璃形成过程中产生晶格缺陷，在热能作用下P-O、Ge-O和Si-O等非桥氧与氢化学反应生成P-OH、Ge-OH和Si~OH等键。二次谐波峰分别在1.53、1.41和 1.39μm波长处，从而使得1.30和1.55um处损耗增大。

特点OH根诱导损耗的特点是：

(1)不可逆性；

(2)温度越高，反应速度就越快，损耗增长也就愈大；

(3)与光纤掺杂剂的种类和浓度密切有关，P和A1容易引起氢氧根诱导损耗，而少量F能起抑止作用;

(4)与Ge3+有关的缺陷中心的存在对OH根诱导损耗起重要作用。通过掺杂剂和合成石英管的恰当选择，改进光纤拉丝工艺等内部微观缺陷，可在一定程度上克服氢氧根诱导损耗。1

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学