以光纤为传输元件的光缆，由于实现了传输信息容量大、保密性好、重量轻体积小、无中继段距离长等，在众多高技术的需求拉动下，已经成为遍及通讯、交通、工业、医疗、教育、航空航天和计算机等行业的重要传输媒质，并正在向更广更深的层次发展。光纤光缆行业历经三十多年的发展，按照当初25-30年的使用寿命设计，不久的将来光缆将进入一个更新换代的高峰时期。因此，光缆长期使用的稳定性和寿命的研究对通信网络的发展具有重要的意义。光缆寿命取决于光缆内部质量(取决于光缆结构设计、光缆制造工艺和光缆原材料质量)和光缆使用期的外部环境(湿度、温度、外部应力、地质灾害等)，本文介绍了影响光缆寿命的诸多因素，对不同厂家、不同时期、不同型号的光缆对比分析，以光纤为中心，采取由内到外的方式，重点研究了光缆在网运行10-25年后的内部质量及可能的影响因素。

1. 光缆样品信息

根据应用需求不同，光缆结构有很大的差别。本文重点研究在网运行10-25年的层绞式室外光缆。光缆样品长度均为200m左右，外观基本完整，具体光缆结构及信息如表1所示。

2.光纤机械物理性能测试分析

光纤是光缆的核心材料，其寿命长短直接决定光缆的寿命。以下为光缆中光纤理论寿命预测公式:

式中，ts为光纤预期寿命时间(秒);tp为光纤复绕筛选时施力时间，一般为1秒;FS为光纤断裂概率;Np为光纤复绕筛选时每公里断裂次数(1/km);L为所考虑光缆线路中光纤总长;εp为光纤复绕筛选应变;εs为光纤服务期间所受应变;m为光纤韦伯尔分布曲线斜率;n为光纤静态疲劳参数。

对A、B、C、D光缆不同颜色的光纤进行拉断力测试(如表2所示)，结果表明光纤拉断力与目前的光纤无明显差别，初步表明样品光缆中光纤不存在明显裂纹扩展现象。将光纤涂层及纤芯表面进行扫描电镜(SEM)分析(如图1和图2所示)后发现光纤涂层及纤芯表面均较为光滑，未发现明显的裂纹扩展现象。

由于光纤表面存在微裂纹，大气环境中的水汽很容易侵蚀光纤，导致光纤自身的抗疲劳参数大大下降，因此制造光纤时应设法将石英与大气隔离，并对光纤表面采用密封被覆技术，以提高光纤静态疲劳参数n，从而提高光纤的寿命。表3是光纤涂层剥离性测试结果，表明光纤在网运行10-25年后，所研究光缆样本涂层剥离力仍符合现行标准要求，没有发现涂层老化现象。

光缆样品中光纤为G.652光纤，光纤的几何尺寸(包层直径，包层不圆度和芯包同心度误差，1310nm模场直径等)和光学性能(宏弯损耗、截止波长)均符合当时光纤出厂要求，没有出现明显的劣化现象。

由于光缆样品长度有限，无法对光纤衰减进行测试，现有数据所表征出的光纤衰减趋势也不明显，因此光缆的传输性能老化情况有待进一步研究。

3.光缆用其他原材料的洲试分析

光缆用原材料除了光纤外，还包括纤膏、松套管用PBT、加强件(如钢丝、FRP等)、阻水带、光缆油膏、钢/铝塑复合带、护套料等等。本文重点介绍在网运行10-25年的光缆中光纤油膏、钢/铝塑复合带及护套料的老化现象及可能的影响因素。

1)纤膏

松套管中的光纤填充复合物，俗称纤膏。在光缆中，除光纤以外的结构材料中，对成缆光纤性能影响最大就是纤膏。纤膏对松套管中光纤有两方面的保护作用：1)防止空气中的潮气侵蚀光纤;2)对光纤起衬垫作用，缓冲光纤受振动、冲击、弯曲等机械力的影响。

纤膏的一个基本物理性能要求是不应出现油分离和脱水收缩，亦即纤膏在使用温度范围内和寿命期中应保持均匀分散体的能力。如表4及图3所示A、B、C光缆使用二十多年后，出现油分离及脱水收缩，纤膏中基础油渗出，固液分相，光缆两端套管纤膏稀少甚至干涸，油膏出现凝胶现象，这将导致光纤松套管中有的地方没有油膏，有的地方则油裔结块，松套管中的光纤在温度变化和应力下可能导致光纤微弯损耗。

防止纤膏油分离和脱水收缩，关键在于胶凝剂选用和配制，其在基础油中必须能长期保持其完全分散状态。应正确选用和配制胶凝剂，使基础油分子均匀而稳定地混合溶解在胶凝剂分子链构成的网架之中，形成一种稳定的多相分散体。

纤膏的氧化诱导期的测量实际上是一种加速老化试验。根据纤膏在高温下(190±0.5℃)测得的氧化诱导时间(OIT)可推算其在常温下的使用寿命。按照Bellcore文件GR-20-CORE 1988年版"Generic Requirements for Optical Fiber and Optical Fiber Cable"及《YD-T839.3-2000通信电缆光缆用填充和涂覆复合物 第3部分冷应用型填充复合物》，纤膏的氧化诱导期应不小于20min， 才能保证在常温下的正常使用寿命。加入适量的抗氧剂不仅大大增加氧化诱导期，也大大减小了析氢值，减少了由氢气造成的光纤损耗。由表4可知，除了光缆B以外，A、C和D光缆中纤膏氧化诱导期均远远大于20min，说明当时纤膏有很大的设计余量。

2)钢/铝塑复合带

金属塑料复合带作为光缆保护层其性能对光缆的使用寿命有着直接的影响因而对金属塑料复合带的各项性能提出很高的要求。采用镀铬钢带生产的金属塑料复合带的机械性能、抗腐蚀性能、黏结性能等各项性能指标都比较好，能保证光缆长期稳定可靠地运行。

分别对A、B、C、D光缆金属塑料复合带进行观察，发现光缆D的钢塑复合带有严重锈蚀现象，如图4所示，表明有日H2O(气态或液态)进入光缆，引起钢塑复合带锈蚀。钢塑复合带锈蚀进而会产生电化析氢，引起光纤损耗增加，影响光纤长期传输性能的稳定性。同时，钢塑复合带的锈蚀表明光缆渗水保护被破坏。光缆渗水保护主要分为两部分: 1)横向渗水保护。在潮湿的环境中，光缆外的潮气或水分会穿过护套向光缆内渗透和迁移。通常采用纵包铝带或钢带结构等方法，防止横向渗水。2)纵向渗水保护。由于光缆保护层的局部破损或光缆连接处的意外渗水等原因，水分侵入光缆会沿着纵向渗透。通常采用填充光缆油膏等方法，防止纵向渗水圈。选取D光缆不同段进行纵向渗水试验，超过168h未渗水。检查光缆护套完整情况，发现所测光缆护套无严重损伤。推测钢塑复合带锈蚀的主要原因为:1)潮湿环境中光缆外潮气或水分穿过护套向光缆内渗透和迁移;2)光缆两端接头密封不严，或其他段护套破损，水沿着钢塑复合带搭接缝缓慢纵向流动，造成锈蚀。

3)外护套

光缆护套作为光缆抵御外界环境侵蚀和破坏的第一道防线，其性能优劣是关系光缆使用寿命长短以及在使用寿命期限内传输性能稳定可靠的重要因素之一。

光缆护套材料在使用过程中性能的变化(老化)主要是由热氧化、紫外线照射和外力作用等引起的，常采用加速老化试验测定聚合物的氧化诱导期来评价光缆护套材料的稳定性。同时，光缆护套长期在敷设环境中暴露，其力学性能会逐渐下降。抗张强度和断裂伸长率是护套料机械性能的表征，该数值越低，越容易在外力条件下破坏，因此，抗张强度、断裂伸长率也是表征光缆护套稳定性的指标之一。

A、B、C、D光缆护套性能测试结果如表5所示。可见，A、B、C、D光缆样品护套材料均超过了HDPE(高密度聚乙烯)护套成品出厂的技术要求，说明光缆虽经过10-25年的使用，护套的性能依然完好，并能继续长期使用。

4.总结

本文对在网运行10-25年的光缆现状进行分析，详细介绍了分析思路和测试方法，研究表明:除光纤衰减性能外，光缆样品中光纤机械物理性能良好，仍符合现行标准要求;部分光缆样品套管中纤膏稀少甚至干涸，油膏出现凝胶现象，在温度变化和应力下可能导致光纤微弯损耗;钢塑复合带出现部分锈蚀现象，可能会引起光纤损耗增加，影响光纤长期传输性能的稳定性;光缆护套的性能依然完好，并能继续长期使用。

本文对光缆老化现状的研究及对寿命的探讨，有助于运营商和光缆制造商了解长期使用的光缆出现老化情况，以便确认光缆的使用寿命和改进现在光缆产品的质量;同时有助于分析光缆敷设中存在的问题，为光缆的施工、维护提供参考，对通信建设一定的指导意义。