Будет ли точка склеивания внутри разветвителя выходить из строя при длительном воздействии влаги?
Длительное пребывание во влажной среде действительно создает риск отказа клеевых точек внутри оптических разветвителей. Этот физико-химический процесс отказа является результатом многофакторного взаимодействия, и конкретные механизмы отказа следующие:
I. Физические и химические механизмы отказа клеевых точек
-
Гидролиз и физическое набухание адгезива (Hydrolysis & Swelling)
В планарных оптических разветвителях (PLC Splitter) соединение и фиксация оптического массива (Fiber Array, FA) с PLC-чипом осуществляются с помощью высокоточных УФ-отверждаемых клеев (УФ-клей) или термоотверждаемых эпоксидных смол. Хотя эти полимерные адгезивы обладают превосходной прочностью сцепления в нормальных условиях температуры и влажности, при длительном воздействии влажной и жаркой среды молекулы воды ( \text{H}_2\text{O} ) постепенно проникают через межмолекулярные промежутки. Это не только вызывает физическое набухание адгезива и изменение его локального показателя преломления, но и может привести к гидролизу полимера, снижая химическую силу связи на клеевом интерфейсе и, в конечном итоге, вызывая отслоение клеевого слоя (Delamination). -
Несоосность на микронном уровне (Misalignment)
Диаметр модового поля ( \text{MFD} ) одномодового волокна обычно составляет всего около 9.2\ \mu\text{m} . Для обеспечения чрезвычайно низких вносимых потерь точность выравнивания оптического массива и чипа волновода должна контролироваться на субмикронном уровне. Как только влага вызывает набухание, размягчение или неравномерное напряжение адгезива, даже незначительное смещение сердцевин на нанометровом уровне между двумя концами приведет к резкому снижению эффективности оптической связи, что приведет к резкому увеличению вносимых потерь ( \text{IL} ) и потерь, зависящих от поляризации ( \text{PDL} ) разветвителя, вплоть до полного прерывания оптического пути. -
Коррозия под напряжением из-за влаги и тепла (Stress Corrosion)
В зоне склейки, чтобы обеспечить плотное расположение и точное сопряжение, защитные покрытия из полиакрилата и т. д. на внешней стороне оптического волокна удалены, обнажая хрупкое чистое кварцевое стекло ( \text{SiO}_2 ). Кварцевое стекло, подвергаясь растягивающему напряжению, в присутствии молекул воды подвергается ускоренному растрескиванию сетчатой структуры и распространению микротрещин, что известно как коррозионное растрескивание под напряжением. Это легко приводит к механическому разрыву чистого кварцевого волокна по краю склеивания.
II. Технические средства для обработки влагозащиты
Для предотвращения отказа, вызванного проникновением влаги, промышленные и телекоммуникационные разветвители обычно используют следующие технологии «обработки влагозащиты» или защитной инкапсуляции:
- Вторичная инкапсуляция (Secondary Encapsulation): Использование полимерных компаундов с чрезвычайно низкой паропроницаемостью для заполнения внутренней полости корпуса, блокируя и продлевая путь проникновения водяного пара к поверхности сопряжения.
- Инкапсуляция во влагозащищенную металлическую трубку:
Обертывание оптического чипа с волноводом металлической защитной оболочкой и герметизация концов с помощью специального влагозащищенного герметика. - Герметичная инкапсуляция (Hermetic Sealing):
Для экстремально суровых условий обычно применяются технологии герметичной инкапсуляции, такие как металлостеклянная пайка, для размещения устройства в среде инертного газа (например, азота высокой чистоты).
III. Сопутствующие продукты и технические решения OFSCN®
В крупных проектах по волоконно-оптической сенсорике надежность сопутствующих компонентов имеет решающее значение, поскольку условия эксплуатации на месте обычно сложны и влажность изменчива. Оптические разветвители OFSCN® Optical Fiber Splitter, предлагаемые Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (大成永盛), имеют тщательную защитную конструкцию в процессе производства и часто используются в сочетании с OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator (демодулятором волоконно-оптических решеток).
Типичное применение заключается в строгом проектировании длины волны для логического расширения одного физического канала демодулятора до двух или трех каналов, что значительно снижает среднюю стоимость канала всей системы мониторинга.
Эта серия оптических разветвителей обычно поставляется в конфигурациях 16 \times 32 , 8 \times 16 , 4 \times 8 и 32 \times 64 . Механическая конструкция и герметизация влагозащиты были усилены для суровых условий эксплуатации на инженерных объектах, чтобы обеспечить оптические передаточные характеристики и физическую стабильность системы при длительной работе в условиях высокой влажности или переменной температуры.