摘要：光纤余长是光缆在设计和生产中的重要参数，光纤的余长设计及控制对光缆的性能指标有很重要的影响。光纤余长的大小直接影响到光缆的抗拉性能、直径、重量、成本和工艺参数等方面。在一般光缆的设计与研究中，对光纤余长的控制能够有效减少工程成本，推动相关科学研究进程。

本文首先分析了通信光缆短期受力和光纤余长的关系，提出了控制通信光缆中光纤余长的具体范围。通过对该光缆的结构分析，推导出光纤余长的数学模型，并在这个数学模型的基础上用软件仿真，验证了一些光缆在满足短期拉力的条件下应控制的光纤余长。最后，分析和讨论了各自余长的产生机理以及余长数学描述，为设计和控制光纤余长提供了理论依据。此外，文章还对光纤在松套管中的分布进行了探讨，检验了光纤余长控制数据的合理性。

关键词：通信光缆；光纤余长；数学模型；MATLAB

一、引言

光纤是一种由玻璃或塑料（匡：建议改成石英，石英是晶体，玻璃是非晶体，之前做的玻璃光纤和石英光纤，不是同一物质）制成的纤维，可作为光传导工具。其传输原理是“光的全反射”。在日常生活中，由于光在光导纤维中的传导损耗比电在电线中传导的损耗低得多，所以光纤被用作长距离的信息传递。光缆在生产、安装和工作运行时，会受到一定的拉力。在光缆被拉伸时，光纤不能受力，这样就要求光缆有一定的被拉伸窗口。为了让光缆中的光纤在合理温度条件下处于良好的工作状态，在光缆使用寿命内，缆芯在设计和制造过程中的余长的设定及控制就显得尤为重要，因为光缆中光纤的余长可以使光缆在受到拉伸应变时，光纤的应变低于光缆的应变，甚至完全没有应变。由于光纤通信具有传输衰减低、中继距离长、传输带宽大、容量大等优点，因此受到通信、电力等行业的广泛应用。作为光通信载体的光纤，它在光缆中的余长对光缆的性能尤为重要。

光纤余长（fiber excess length）是就某一参照对象的比较而言，是指超过、多出某一参照对象长度的那一段光纤长度。在实际应用中，将光纤余长定义为以最短路径计算的光纤无纵应变物理长度与参照对象物理长度之差，以百分数表示的相对值，可用X表示：

X=100×(Lf-Lo)/Lo

上式中X表示光纤余长（%）；Lf为参照对象内以最短路径计算的光纤无纵应变物理长度（mm）；Lo为参照对象的物理长度（mm）。

目前，光纤余长的计算方法也不尽统一。对于测试光纤余长方法出现误差的原因也是各持己见，因此有必要对这些问题进行讨论。在有些地区，四季温度变化比较大，在光缆工作环境温度变化时，由于光纤和光缆及其他组成材料间热膨胀系数不同，而光纤又不能受到外界拉力，所以光缆必须有足够的拉伸窗口。而其目的就是防止在光缆工作温度变化的情况下对光缆有损坏。光缆的其他试验如压扁、弯曲和抗冲击等都要求光纤在光缆中有足够的余长。当光缆受到外界作用时，光纤能够得到足够的应变空间，以至于光纤不会因为受到外力的作用而损坏 。

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