前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国科学院提出。
本文件由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 312)归口。
本文件起草单位:长飞光纤光缆股份有限公司、中国科学院空间应用工程与技术中心、中国航天标准化研究所 中国星网网络系统研究院有限公司 中国科学技术大学 中航光电科技股份有限公司 北京自动化控制设备研究所、上海航天科工电器研究院有限公司、中国科学院空天信息创新研究院、汕头高新区奥星光通信设备有限公司、四川乐飞光电科技有限公司、江苏通光信息有限公司、江苏通飞科技有限公司。
本文件主要起草人:杨晨、李婧、何建华、泉浩芳、吴琴、汉鹏武、廖胜凯、段建彬、于春花、郭晓晓马永华、张磊、陈晓林、杨晨辉、张丽哲、陈惠钦、黄海萍、柯明鑫、李羽、耿梦楣、胡小龙、陈列、周宇、伍亨虎、李国巍。
1 范围
本文件规定了空间科学实验用光纤(以下简称“光纤”)的类型、结构和材料、要求及试验报告,描述了相应的测试方法。
本文件适用于空间科学实验领域用光纤的研制、生产、检验和验收,其他空间用光纤产品参照执行。
注1:光纤是光缆的组成部分之一,不包含光缆的护套层/保护层等。
注2:空间科学实验是利用空间条件开展的,具有实验对象(实验样品)和实验体系的科学研究活动。空间条件主要指微重力、真空、超净、辐射环境以及飞行器上的人造环境中一种条件或多种条件的组合,相较于地球条件,存在更宽范围和更快交变的工作温度、更高剂量的空间环境辐照等特殊条件。普通光纤处于该条件,会发生材料变性,导致光纤的光学性能、环境适应性等相关性能的劣化,最终丧失其要求具备的使用功能
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 2423.1 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验 A:低温
GB/T 2423.22 环境试验 第2部分:试验方法 试验 N:温度变化
GB/T 14733.12 电信术语 光纤通信
GB/T 15972.20 光纤试验方法规范 第20部分:尺寸参数的测量方法和试验程序 光纤几何参数
GB/T 15972.21 光纤试验方法规范 第21部分:尺寸参数的测量方法和试验程序 涂覆层几何参数
GB/T 15972.30 光纤试验方法规范 第30部分:机械性能的测量方法和试验程序 光纤筛选试验
GB/T 15972.31 光纤试验方法规范 第31部分:机械性能的测量方法和试验程序 抗张强度
GB/T 15972.32 光纤试验方法规范 第32部分:机械性能的测量方法和试验程序 涂覆层可剥性
GB/T 15972.33 光纤试验方法规范 第33部分:机械性能的测量方法和试验程序 应力腐蚀敏感性参数
GB/T 15972.40 光纤试验方法规范 第40部分:传输特性的测量方法和试验程序 衰减
GB/T 15972.41 光纤试验方法规范 第41部分:传输特性的测量方法和试验程序 带宽
GB/T 15972.43 光纤试验方法规范 第43部分:传输特性的测量方法和试验程序 数值孔径
GB/T 15972.44 光纤试验方法规范 第44部分:传输特性和光学特性的测量方法和试验程序截止波长
GB/T 15972.45 光纤试验方法规范 第45部分:传输特性的测量方法和试验程序 模场直径
GB/T 15972.46 光纤试验方法规范 第46部分:传输特性和光学特性的测量方法和试验程序透光率变化
GB/T 15972.47 光纤试验方法规范 第47部分:传输特性的测量方法和试验程序 宏弯损耗
GB/T 15972.54 光纤试验方法规范 第 54 部分: 环境性能的测量方法和试验程序 伽玛辐照IEC 60793-1-60 光纤 第 1-60 部分: 测量方法和试验程序 拍长 (Optical fibres—Part 1-60: Measurement methods and test procedures—Beat length)IEC 60793-1-61 光纤 第 1-61 部分: 测量方法和试验程序 偏振串音 (Optical fibres—Part 1-61: Measurement methods and test procedures—Polarization crosstalk)3 术语和定义
GB/T 14733.12和 GB/T 28877界定的术语和定义适用于本文件。
4 类型、结构和材料
4.1 类型
光纤类型按光纤所支持的传输模式和偏振态进行区分:
Ⅰ型:多模光纤;
Ⅱ型:单模光纤;
Ⅲ型:偏振保持光纤。
其中,多模光纤是在所考虑的波长上能传导两个以上束缚模的光纤;单模光纤是在所考虑的波长上只能传导一个束缚模的光纤;偏振保持光纤是可保持2个正交线偏振态在光纤纤芯内传输的光纤。
注1:束缚模由一对互相垂直的偏振模组成。
注2:单偏振光纤为特殊的偏振保持光纤,在一定的波长范围内,仅有1个偏振态传输
4.2 结构
光纤应由纤芯、包层和涂覆层组成。不同类型光纤的典型结构见附录 A。
4.3 材料
供应商应提供光纤各层结构的材料信息。对于空间应用场景,所使用的材料应能确保光纤具备耐空间环境辐照性能、强化的环境适应性。
纤芯或包层可选用掺氟石英、高纯石英等材料。涂覆层可选用丙烯酸树脂、耐高温丙烯酸树脂、硅橡胶或聚酰亚胺等材料。
5 要求
5.1 通则
光纤应符合5.2~5.7规定的外观、几何参数、光学性能、机械性能、环境适应性和空间环境辐照试验的要求。当有特殊应用需要的光纤时,如单偏振光纤,具体指标可由供需双方协商确认出厂检验时,应对外观、几何参数、光学性能进行100%检验。
型式检验时,应对5.2~5.7规定的项目进行检验,型式检验的抽样比例应由供需双方协商确定。
5.2 外观
光纤涂覆层应是连续的,且没有可见的缺陷,如凸起、损伤、裂纹、裂口、气泡等。
5.3 几何参数
Ⅰ型光纤的几何参数应符合表1的规定。Ⅱ型光纤的几何参数应符合表2的规定。Ⅲ型光纤的几何参数应符合表3的规定。
| 项目 | 单位 | 技术指标 | |
| MM1a | MM2a | ||
| 纤芯直径 | μm | 62.5±2.5 | 50.0±2.5 |
| 纤芯不圆度 | - | ≤6% | ≤6% |
| 包层直径b | μm | 125±1 | 125±1 |
| 包层不圆度 | - | ≤1% | ≤1% |
| 芯/包层同心度误差 | μm | ≤1.5 | ≤1.5 |
| 涂覆层直径(未着色)c,d | μm | 245±10 | 245±10 |
| 包层/涂覆层同心度误差 | μm | ≤10 | ≤10 |
| a MM1是纤芯直径/包层直径为62.5/125μm的渐变折射率多模光纤,MM2是纤芯直径/包层直径为50/125μm的渐变折射率多模光纤。b包层直径的公差范围可由供需双方协商确定。c特殊应用时,涂覆层直径和容差可采用其他规格,例如300±30、400±40、500±50、700±70、900±90等。d当涂覆层采用聚酰亚胺材料时,涂覆层直径宜为(150±10)μm。 | |||
| 项目 | 单位 | 技术指标 |
| 包层直径a | μm | 125±1 |
| 包层不圆度 | - | ≤1% |
| 芯/包层同心度误差 | μm | ≤0.6 |
| 涂覆层直径(未着色)b,c | μm | 245±10 |
| 包层/涂覆层同心度误差 | μm | ≤10 |
| a包层直径的公差范围可由供需双方协商确定。b特殊应用时,涂覆层直径和容差可采用其他规格,例如300±30、400±40、500±50、700±70、900±90等。c当涂覆层采用聚酰亚胺材料时,涂覆层直径宜为(150±10)μm。 | ||
| 项目 | 单位 | 技术指标 |
| 包层直径a | μm | 125±1 |
| 包层不圆度 | - | ≤1% |
| 芯/包层同心度误差 | μm | ≤0.6 |
| 涂覆层直径(未着色)b,c | μm | 245±10 |
| 包层/涂覆层同心度误差 | μm | ≤10 |
| a包层直径的公差范围可由供需双方协商确定。b特殊应用时,涂覆层直径和容差可采用其他规格,例如300±30、400±40、500±50、700±70、900±90等。c当涂覆层采用聚酰亚胺材料时,涂覆层直径宜为(150±10)μm。 | ||
5.4 光学性能
Ⅰ型光纤的光学性能应符合表4的规定。
| 项目 | 单位 | 技术指标 | ||
| MM1a | MM2a | |||
| 衰减系数 | 850 nm | dB/km | ≤3.5 | ≤3.0 |
| 1300 nm | dB/km | ≤1.0 | ≤1.0 | |
| 模式带宽b | 850 nm | MHz·km | ≥200 | ≥500 |
| 1300 nm | MHz·km | ≥500 | ≥500 | |
| 数值孔径 | - | 0.275±0.015 | 0.200±0.015 | |
| 850 nm和1300 nm处的宏弯损耗,37.5 mm弯曲半径100圈 | dB | ≤0.5 | ≤0.5 | |
| aMM1是纤芯直径/包层直径为62.5/125μm的渐变折射率多模光纤,MM2是纤芯直径/包层直径为50/125bμ当m客的户渐需变要折时射,率M多M2模光光纤纤的。模式带宽可满足850 nm处≥1500 MHz·km,1300 nm处≥500 MHz·km。 | ||||
| 项目 | 单位 | 技术指标 | |
| 衰减系数 | 1310 nm | dB/km | ≤0.4 |
| 1550 nm | dB/km | ≤0.3 | |
| 模场直径范围1310 nm | μm | 8.6~9.2 | |
| 模场直径公差 | μm | ±0.4 | |
| 光缆截止波长 | nm | ≤1260 | |
| 1310 nm处宏弯损耗,30 mm弯曲半径100圈 | dB | ≤0.1 | |
| 1550 nm处宏弯损耗,30 mm弯曲半径100圈 | dB | ≤0.5 | |
Ⅲ型光纤的光学性能应符合表6的规定。
| 项目 | 单位 | 技术指标 | ||
| PM1a | PM2a | PM3a | ||
| 工作波长处的衰减系数 | dB/km | ≤3.0 | ≤2.0 | ≤2.0 |
| 工作波长处的模场直径 | μm | 6.6 | 8.6~9.5 | 10.5 |
| 模场直径容差 | μm | ±0.6 | ±0.6 | ±0.6 |
| 工作波长处的拍长 | mm | ≤3.3 | ≤4.3 | ≤5.2 |
| 工作波长处的偏振串音 | dB/100 m | ≤-25 | ≤-25 | ≤-25 |
| 光纤截止波长 | nm | ≤970 | ≤1290 | ≤1530 |
| aPM1的工作波长为980 nm,PM2的工作波长为1310 nm,PM3的工作波长为1550 nm。 | ||||
5.5 机械性能
Ⅰ型光纤、Ⅱ型光纤和Ⅲ型光纤的机械性能应符合表7的规定。
| 项目 | 单位 | 技术指标 |
| 筛选应力 | GPa | ≥0.69 |
| 剥离力平均值a | N | 1.0≤Favg≤5.0 |
| 剥离力峰值a | N | 1.0≤Fpeak≤8.9 |
| 威布尔概率水平为50%时抗张强度,0.5 m样本长度 | GPa | ≥3.8 |
| 威布尔概率水平为15%时抗张强度,0.5 m样本长度 | GPa | ≥3.14 |
| 应力腐蚀敏感性参数,nd | - | ≥18 |
| a涂覆层剥离力的平均值或峰值可由供需双方协商确定。 | ||
5.6 环境适应性
光纤在空间系统中的应用场景包括处于保护或屏蔽状态,或直接暴露于空间环境。在不同的应用场景中光纤的工作温度不同。表8给出了光纤工作温度的典型示例。
| 等级 | 温度范围 |
| A | -60℃~+85℃ |
| B | -100℃~+100℃ |
| C | 或由-用15户0与℃供~应+商15协0商℃一致 |
| 注:根据GB/T 42846,航天器表面温度范围一般认为是从-150℃~+150℃。 | |
Ⅰ型光纤、Ⅱ型光纤和Ⅲ型光纤在环境试验后的衰减性能变化应符合表9的规定。其中,当光纤使用于保护或屏蔽环境时,可不测试其温度冲击特性。
| 项目 | 技术指标 | ||
| Ⅰ型 | Ⅱ型 | Ⅲ型 | |
| 温度冲击 | ≤0.5 | ≤0.3 | ≤0.3 |
| 温度循环 | |||
| 湿热 | ≤0.5 | ≤0.3 | ≤0.3 |
| 干热 | |||
| 低温 | |||
| 项目 | 单位 | 技术指标 |
| 剥离力平均值a | N | 1.0≤Favg≤5.0 |
| 剥离力峰值a | N | 1.0≤Fpeak≤8.9 |
| 威布尔概率水平为50%时抗张强度,0.5 m样本长度 | GPa | ≥3.03 |
| 威布尔概率水平为15%时抗张强度,0.5 m样本长度 | GPa | ≥2.76 |
| 应力腐蚀敏感性参数,nd | - | ≥18 |
| a涂覆层剥离力的平均值或峰值可由供需双方协商确定。 | ||
5.7 空间环境辐照试验
光纤应满足具体应用场景下的空间环境辐照试验的要求。表11给出了光纤辐照剂量的推荐等级。在不同应用场景、运行轨道、任务周期及屏蔽方法下,总辐照剂量存在差异。
光纤因空间环境辐照暴露导致的衰减性能变化,应满足空间系统中对光纤性能指标的要求。在具体应用场景下,供需双方应确认空间环境辐照试验的总辐照剂量,并结合光纤实际使用长度,协商确定在工作波长范围内,光纤衰减性能变化(即光纤的衰减系数的变化)的具体技术指标要求,一般为小于或等于某一数值,单位为分贝每千米(dB/km)或分贝每百米(dB/100 m)。
| 等级 | 推荐辐照剂量范围 |
| A | ≥200 krad(Si) |
| B | ≥4.5 Mrad(Si) |
6 测试方法
6.1 外观
在照明亮度为500 lx~700 lx的光源下,使用放大倍数大于或等于10倍的放大镜或显微镜观察样品外观。
6.2 几何参数
几何参数的测试方法应按表12的规定执行。
| 项目 | 测试方法 |
| 纤芯直径(仅Ⅰ型光纤) | 按照GB/T 15972.20执行 |
| 纤芯不圆度(仅Ⅰ型光纤) | |
| 包层直径 | |
| 包层不圆度 | |
| 芯/包层同心度误差 | |
| 涂覆层直径 | 按照GB/T 15972.21执行 |
| 包层/涂覆层同心度误差 |
6.3 光学性能
光学性能的测试方法应按表13的规定执行
| 项目 | 测试方法 |
| 衰减系数 | 按照GB/T 15972.40执行 |
| 截止波长(Ⅱ型光纤和Ⅲ型光纤) | 按照GB/T 15972.44执行 |
| 模场直径(Ⅱ型光纤和Ⅲ型光纤) | 按照GB/T 15972.45执行 |
| 宏弯损耗 | 按照GB/T 15972.47执行 |
| 模式带宽(仅Ⅰ型光纤) | 按照GB/T 15972.41执行 |
| 数值孔径(仅Ⅰ型光纤) | 按照GB/T 15972.43执行 |
| 拍长(仅Ⅲ型光纤) | 按照IEC 60793-1-60执行 |
| 偏振串音(仅Ⅲ型光纤) | 按照IEC 60793-1-61执行 |
6.4 机械性能
机械性能的测试方法应按表14的规定执行。
| 项目 | 测试方法 |
| 筛选 | 按照GB/T 15972.30执行 |
| 抗张强度 | 按照GB/T 15972.31执行 |
| 剥离力 | 按照GB/T 15972.32执行 |
| 应力腐蚀敏感性参数 | 按照GB/T 15972.33执行 |
6.5 环境适应性
6.5.1 温度冲击
光纤应按 GB/T 2423.22的规定进行试验,试验条件如下:
极端温度:根据应用环境确定的工作极端温度;
最高温度保持时间:≥2 h;
最低温度保持时间:≥2 h;
变温时间:≤3 min;
循环次数:5。
试验后,按 GB/T 15972.46测试光纤的衰减性能变化,按6.4的规定测试光纤的抗张强度、涂覆层剥离力、应力腐蚀敏感性参数。
6.5.2 温度循环
光纤应按 GB/T 15972.52的规定进行试验,试验条件如下:
极端温度:根据应用环境确定的工作极端温度;
最高温度保持时间:≥2 h;
最低温度保持时间:≥2 h;
变温速率:≤1 ℃/min;
循环次数:5。
试验后,按 GB/T 15972.46测试光纤的衰减性能变化,按6.4的规定测试光纤的抗张强度、涂覆层剥离力、应力腐蚀敏感性参数。
6.5.3 湿热
光纤应按 GB/T 15972.50的规定进行试验,试验中光纤应暴露于温度85℃、相对湿度85%的环境中,极限温湿度保持时间720 h。
试验后,按 GB/T 15972.46测试光纤的衰减性能变化,按6.4的规定测试光纤的抗张强度、涂覆层剥离力、应力腐蚀敏感性参数。
6.5.4 干热
光纤应按 GB/T 15972.51的规定进行试验,并根据应用环境确定工作温度的上限,高温保持时间720 h。
试验后,按 GB/T 15972.46测试光纤的衰减性能变化,按6.4的规定测试光纤的抗张强度、涂覆层剥离力、应力腐蚀敏感性参数。
6.5.5 低温
光纤应按 GB/T 2423.1的规定进行试验,并根据应用环境确定工作温度的下限,低温保持时间720 h。
试验后,按 GB/T 15972.46测试光纤的衰减性能变化,按6.4的规定测试光纤的抗张强度、涂覆层剥离力、应力腐蚀敏感性参数。
6.6 空间环境辐照
在空间环境中,总辐照剂量由轨道高度、预期寿命和航天器的屏蔽效应共同决定,常见的辐照类型包括高能质子、中子、电子以及伽马射线。
空间环境辐照试验的辐照源应按GB/T 42846或任务要求进行选择,试验方法宜按GB/T 15972.54进行,并根据实际需要适当调整辐照源、剂量测定和屏蔽等试验条件。
为了确保测试结果的准确性和可比性,测试样本应是未经辐照的原始光纤。如果因特殊情况使用预辐照样本时,则应提供完整的历史数据,详细记录该光纤在之前所有暴露前后的性能及辐照条件光纤的衰减性能测量应在测试前和测试后按 GB/T 15972.40执行。在某些需要分析衰减性能动态过程的场景下,可根据需要选择在辐照期间进行持续的衰减性能监测。
7 试验报告
试验报告应包括下列内容:
光纤类型;
光纤识别号;
光纤长度;
外观检测结果;
几何参数测量结果;
光学性能测量结果;
机械性能测量结果;
环境适应性试验结果(包括工作极端温度);
空间环境辐照试验结果(包括辐照总剂量);
试验日期;
操作人员。
试验报告式样参见附录 B。
附 录 A (资料性)
光纤典型结构
A.1 Ⅰ型光纤的典型结构
Ⅰ型光纤的典型结构见图 A.1。
标引序号说明:
1———纤芯;
2———包层;
3———涂覆层。
图 A.1 Ⅰ型光纤的典型结构
A.2 Ⅱ型光纤的典型结构
Ⅱ型光纤的典型结构见图 A.2。
标引序号说明:
1———纤芯;
2———包层;
3———涂覆层。
图 A.2 Ⅱ型光纤的典型结构
A.3 Ⅲ型光纤的典型结构
Ⅲ型光纤的典型结构见图 A.3。
标引序号说明:
1———纤芯;
2— ——包层;
图 A.3 Ⅲ型光纤的典型结构
3———涂覆层;
4———应力区。
附 录 B (资料性)
试验报告式样
试验报告式样见表 B.1。
| 光纤类型: | ||||
| 光纤识别号: | ||||
| 光纤长度: | ||||
| 序号 | 试验项目 | 试验条件 | 试验结果 | 说明 |
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