我国疆土辽阔，气候温差大，在沙漠戈壁地区甚至每日温差都高达三四十摄氏度。光缆有架空敷设、地埋敷 设及穿管敷设三种方式，特别是兰西拉工程，光缆所经地段海拔高达四、五千米，冰冻高寒及温度变化可能导致光缆严重回缩，损耗剧增。严重时会导致通信中断。可见光缆的温度特性对光缆的传输性能优劣及稳定性影响十分重大。高品质的光缆能在极其恶劣的气候条件下，仍然具有稳定的传输性能。
众所周知，光缆是由多种原材料加工复合而成的均匀线性体。在这些材料中，它们的线膨胀系数、截面积、抗张模量各不相同。在某一温度下，将他们集合以一定的工艺加工方式组合起来变成一条光缆。如果光缆的使用温度假定永远都是处在加工时的温度，那么他们之间基本不存在热胀冷缩问题，也不存在各材料间的相互作用力。但事实上，这样恒温的环境是不可能存在的。例如，气温下降，塑料（特别是PBT束管和外层的护套）由于线膨胀系数大，回缩加剧，而钢丝或FRP由于线膨胀系数小，回缩量很小，光纤的线膨胀系数则更小，几乎不回缩，这样就导致了各层单元间相互作用，这种作用力的存在最终将影响光缆的温度特性。
所谓光缆的温度特性，是指在某一温度范围内（例如-50℃~+60℃），光缆中每公里光纤损耗变化量，记作。
究竟那些因素会影响光缆的温度特性，归纳起来主要有如下因素：
（1）层绞式光缆或中心束管式光缆中光纤的余长设计与制造时的控制。
（2）光缆中各层单元间的摩擦力（或紧密度）。
1. 层绞式光缆的余长设计与温度特性关系
当光纤相对于置自身束管的余长等于零的情况，这时，PBT束管绕绞在中心加强件上时，其光纤相对于心加强件的位置如图1所示。
当光缆受到拉伸或气温升高时，光缆将伸长并发生应变。此时，光纤向缆中心移动，当移至D2位置时，光纤束已靠近束管孔内壁，光纤这一径向移动过程称之为层绞式光缆绞合余长释放，当光缆继续受力（升温）伸长时，光纤将受纵向拉力而发生应变。层绞式光缆余长释放量的大小与绞合节距的平方成反比，与光纤在束管中径向移动量成正比，详见式（1）。
R=D1/3r=(d2-dfe)/2， ……………（1）
d2：束管内孔，
dfe：光纤束等效直径，且dfe=1.16(n)1/2×df，
其中，
n：光纤根数，
df：单根光纤直径，
P：为缠绕节距。
反之，当光缆在低温情况下，发生收缩。光纤束在束管中的径向会向外移动并移至图2中如D3所示位置。
光纤束的这种向外径向移动,我们称之为余长储存。
在实际生产层绞式光缆时，我们希望光纤束在绞缆后，所处位置在束管中处于接近中心位置为好。为了保证这一点，光纤在二次套塑后，常需要在束管里有一定量的小余长（比如0.4~0.6‰），以便满足当束管受到拉伸应变时，正好抵消这一被拉伸量。设束管的放线张力（即拉伸束管的力）为F1，则束管在该张力下的伸长量εP为：
F1=EP×SP×εP…………（2）
其中： EP：PBT束管的拉伸模量，
SP：PBT束管的截面积，
εP：PBT束管的伸长量。
光缆是由多层不同材料复合制成，假定他们之间是紧密的，且有足够的摩擦力，那么，光缆中各层间在光缆伸长或回缩时，不发生层间的相对滑动，这时，光缆的伸长与回缩将按等效线膨胀系数进行热胀冷缩。等效线膨胀系数由式（3）决定。
式中，E1、S1、α1：中心加强元件的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E2、S2、α2：PBT束管的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E3、S3、α3：皱纹钢带的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E4、S4、α4：中密度护套的杨氏模量、截面积及线胀系数；
我们知道，如果光缆温度升高而伸长，由于光纤的线膨胀系数极小（约为5.8×10-7℃），几乎不伸长，因此，可以近似认为层绞式光缆中光纤余长将释放。假定制造光缆时的气温为20℃，绞合节距为80mm，光缆芯数为36芯，中心加强钢丝为φ2.2，PBT束管为φ2.1/1.5，光缆型号为GYTA53型。
但实际上不可能达到如此的高温和低温，因为光缆材料本身不允许。但至少可以说在-40℃~+60℃温度范围内光缆的性能指标不会有什么变化。根据公式粗略计算（只算中心钢丝的抗拉力），光缆在3340N力作用下，缆中光纤无应变。
从以上理论分析可知，余长大小和节距关系非常大，那么是不是节距越小越好呢？从余长的释放与储存的大小来考虑，小节距应当比大节距好，但节距过小，又会带来新的问题，那就是光纤缠绕中心加强件的空间螺旋弯曲半径会减小，并导致由于弯曲所引起的应变增加，同时还会影响光缆中光纤的PMD值。这种静态弯曲应变的存在，同样会影响光纤的寿命。根据理论计算，当上述结构在节距为80mm时，其静态弯曲应变约为0.8‰，因此，还能保证光纤30年以上的预期寿命不受影响。
同样原理我们可以分析中心管式光缆，这里不再讨论了。
2.制造中应注意的若干问题
根据上述理论分析,要想获得理想的余长必须做到:
（1）合理设计束管的截面尺寸和光纤芯数，以便保证光纤束在管孔中的径向移动量r。
（2）在挤PBT束管时，应严格稳定地控制光纤在束管中的余长为0.4~0.6‰,并保证束管壁厚度及均匀性。
（3）束管层绞时，严格控制束管的放线张力F1及绕绞节距P，以保证绞合余长在理论计算值附近。
（4）光缆的各层之间应紧密、均匀，并有足够的摩擦力，防止层间在光缆的两端发生由于材料的收缩引起的相对滑移，这一点十分重要。当然这种滑移一般都是由于温度变化所引起的。
3.结论
层绞式光缆由于其产生余长主要领先控制绕绞节距来控制余长，因此，其余长的分布均匀、稳定、可靠。而中心束管式光缆，主要依靠挤束管工序产生正余长，余长相比之下，较层绞式要小，而且分布易发生随机性。因此，从这一意义上讲，层绞式优于中心管式。
另一方面，平行钢丝加强的中心管式光缆只能在垂直平行钢丝平面内弯曲，而不能在平行钢丝的平面内弯曲，给施工放缆带来一定困难。因此，对建设国家一级干线，笔者建议尽可能选用层绞式光缆。
在成纤成缆技术越来越成熟的今天,中心束管式光缆也有良好表现:
一、光缆的机械环境性能
（一）芯管回缩的克服
中心束管式光缆在现场使用中有效地克服了芯管回缩现象，原因如下：1) 芯管材料为改性聚丙烯PP，该材料是专门用于中心管式光缆的芯管制造，受温度的变化较小，而且与其它材料的摩擦力较大，能有效克服芯管的回缩。2) 中心管式光缆设计是一个整体构造，光纤位于光缆的中间位置，整个光缆的保护层在生产制造过程中通过压紧力将他们紧紧地压接到一起，受力时是保护层共同起作用，有效地抑制了光缆的芯管回缩。3）采用独特的“一步法”成缆工艺，使各材料紧凑结合，从而抑制了芯管在光缆中的自由度。
二, 寒冷及高海拔地带光缆使用
1、寒冷地带直埋光缆使用情况
西藏地区冻断光纤现象时有发生，挖开断纤处的光缆，发现由于地壳运动冻土层S形伸缩。原因分析：由于土壤中的水份含量比较大，冰冻层与地壤层的膨胀系数不同，不同的地质受冻产生的应力不同，两个层面发生位移，造成光缆受力不均匀严重变形，甚至形成剪切力，造成对光缆的损伤，表现为光纤损耗值增大直至断纤。“铺设过河线路一定要使钢管延伸到坝外 ，并且钢管连接处要做螺纹子母口处理，凡是过河光缆均采用重型铠装，并要穿放塑料子管。”
在沼泽地地区，冬天直埋线路光纤有台阶，夏天台阶自动消失。西藏地区施工及运维部门，优选中心束管式光缆，因为在如此复杂恶劣的沼泽地带，中心束管式光缆的性能最稳定。除寒冷外，还有一个比较严重的问题是温差大，尤其在冬季，有些地区每一个昼夜光缆都要经历一个在实验室才会做的温度循环实验，尽管这种自然环境非常恶劣，但是中心束管式光缆承受住了严峻的现场考验。
2、高海拔地区架空光缆的使用情况
高海拔西藏地区架空光缆需要面临强烈的紫外线照射、大温差（如戈壁滩）、严寒、风沙、狂风暴雨等恶劣气候的影响，中心束管式光缆在该地区安全可靠地运行。
高海拔地区对光缆的主要影响是强烈的紫外线照射，中心束管式光缆采用化学共聚高密度聚乙烯材料，其耐老化性能试验可达４０年，完全能满足高海拔地区的应用。
大温差环境下，最能考察光缆中所采用的纤膏、芯管材料性能以及产品设计和生产工艺；低温状态主要是对纤膏的考验，所采用的纤膏必须具有很好的低温特性，在低温下仍具有非常好的锥入特性。
三、光缆的敷设及安装 中心束管式光缆因为外径小、重量轻，能充分利用管道资源，深受用户欢迎。西藏地区的用户非常欢迎使用中心束管式光缆，他们主要是用在干线上。用户说：中心束管式光缆总体感觉好，光缆不仅质量好而且轻巧，分组、盘纤方便，接续不容易出错，开剥及接续效率高。
调研小结
从以上调查得到的资料分析，中芯束管式光缆在高寒、高海拔地区可以稳定使用，光缆的机械性能，环境性能和抗老化性能均很好。从现场取得的样品做的测试分析可以看出，光纤的剥离力及使用寿命在合理的使用范围内，可以达到设计寿命25年以上。
众所周知，光缆是由多种原材料加工复合而成的均匀线性体。在这些材料中，它们的线膨胀系数、截面积、抗张模量各不相同。在某一温度下，将他们集合以一定的工艺加工方式组合起来变成一条光缆。如果光缆的使用温度假定永远都是处在加工时的温度，那么他们之间基本不存在热胀冷缩问题，也不存在各材料间的相互作用力。但事实上，这样恒温的环境是不可能存在的。例如，气温下降，塑料（特别是PBT束管和外层的护套）由于线膨胀系数大，回缩加剧，而钢丝或FRP由于线膨胀系数小，回缩量很小，光纤的线膨胀系数则更小，几乎不回缩，这样就导致了各层单元间相互作用，这种作用力的存在最终将影响光缆的温度特性。
所谓光缆的温度特性，是指在某一温度范围内（例如-50℃~+60℃），光缆中每公里光纤损耗变化量，记作。
究竟那些因素会影响光缆的温度特性，归纳起来主要有如下因素：
（1）层绞式光缆或中心束管式光缆中光纤的余长设计与制造时的控制。
（2）光缆中各层单元间的摩擦力（或紧密度）。
1. 层绞式光缆的余长设计与温度特性关系
当光纤相对于置自身束管的余长等于零的情况，这时，PBT束管绕绞在中心加强件上时，其光纤相对于心加强件的位置如图1所示。
当光缆受到拉伸或气温升高时，光缆将伸长并发生应变。此时，光纤向缆中心移动，当移至D2位置时，光纤束已靠近束管孔内壁，光纤这一径向移动过程称之为层绞式光缆绞合余长释放，当光缆继续受力（升温）伸长时，光纤将受纵向拉力而发生应变。层绞式光缆余长释放量的大小与绞合节距的平方成反比，与光纤在束管中径向移动量成正比，详见式（1）。
R=D1/3r=(d2-dfe)/2， ……………（1）
d2：束管内孔，
dfe：光纤束等效直径，且dfe=1.16(n)1/2×df，
其中，
n：光纤根数，
df：单根光纤直径，
P：为缠绕节距。
反之，当光缆在低温情况下，发生收缩。光纤束在束管中的径向会向外移动并移至图2中如D3所示位置。
光纤束的这种向外径向移动,我们称之为余长储存。
在实际生产层绞式光缆时，我们希望光纤束在绞缆后，所处位置在束管中处于接近中心位置为好。为了保证这一点，光纤在二次套塑后，常需要在束管里有一定量的小余长（比如0.4~0.6‰），以便满足当束管受到拉伸应变时，正好抵消这一被拉伸量。设束管的放线张力（即拉伸束管的力）为F1，则束管在该张力下的伸长量εP为：
F1=EP×SP×εP…………（2）
其中： EP：PBT束管的拉伸模量，
SP：PBT束管的截面积，
εP：PBT束管的伸长量。
光缆是由多层不同材料复合制成，假定他们之间是紧密的，且有足够的摩擦力，那么，光缆中各层间在光缆伸长或回缩时，不发生层间的相对滑动，这时，光缆的伸长与回缩将按等效线膨胀系数进行热胀冷缩。等效线膨胀系数由式（3）决定。
式中，E1、S1、α1：中心加强元件的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E2、S2、α2：PBT束管的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E3、S3、α3：皱纹钢带的杨氏模量、截面积及线胀系数；
E4、S4、α4：中密度护套的杨氏模量、截面积及线胀系数；
我们知道，如果光缆温度升高而伸长，由于光纤的线膨胀系数极小（约为5.8×10-7℃），几乎不伸长，因此，可以近似认为层绞式光缆中光纤余长将释放。假定制造光缆时的气温为20℃，绞合节距为80mm，光缆芯数为36芯，中心加强钢丝为φ2.2，PBT束管为φ2.1/1.5，光缆型号为GYTA53型。
但实际上不可能达到如此的高温和低温，因为光缆材料本身不允许。但至少可以说在-40℃~+60℃温度范围内光缆的性能指标不会有什么变化。根据公式粗略计算（只算中心钢丝的抗拉力），光缆在3340N力作用下，缆中光纤无应变。
从以上理论分析可知，余长大小和节距关系非常大，那么是不是节距越小越好呢？从余长的释放与储存的大小来考虑，小节距应当比大节距好，但节距过小，又会带来新的问题，那就是光纤缠绕中心加强件的空间螺旋弯曲半径会减小，并导致由于弯曲所引起的应变增加，同时还会影响光缆中光纤的PMD值。这种静态弯曲应变的存在，同样会影响光纤的寿命。根据理论计算，当上述结构在节距为80mm时，其静态弯曲应变约为0.8‰，因此，还能保证光纤30年以上的预期寿命不受影响。
同样原理我们可以分析中心管式光缆，这里不再讨论了。
2.制造中应注意的若干问题
根据上述理论分析,要想获得理想的余长必须做到:
（1）合理设计束管的截面尺寸和光纤芯数，以便保证光纤束在管孔中的径向移动量r。
（2）在挤PBT束管时，应严格稳定地控制光纤在束管中的余长为0.4~0.6‰,并保证束管壁厚度及均匀性。
（3）束管层绞时，严格控制束管的放线张力F1及绕绞节距P，以保证绞合余长在理论计算值附近。
（4）光缆的各层之间应紧密、均匀，并有足够的摩擦力，防止层间在光缆的两端发生由于材料的收缩引起的相对滑移，这一点十分重要。当然这种滑移一般都是由于温度变化所引起的。
3.结论
层绞式光缆由于其产生余长主要领先控制绕绞节距来控制余长，因此，其余长的分布均匀、稳定、可靠。而中心束管式光缆，主要依靠挤束管工序产生正余长，余长相比之下，较层绞式要小，而且分布易发生随机性。因此，从这一意义上讲，层绞式优于中心管式。
另一方面，平行钢丝加强的中心管式光缆只能在垂直平行钢丝平面内弯曲，而不能在平行钢丝的平面内弯曲，给施工放缆带来一定困难。因此，对建设国家一级干线，笔者建议尽可能选用层绞式光缆。
在成纤成缆技术越来越成熟的今天,中心束管式光缆也有良好表现:
一、光缆的机械环境性能
（一）芯管回缩的克服
中心束管式光缆在现场使用中有效地克服了芯管回缩现象，原因如下：1) 芯管材料为改性聚丙烯PP，该材料是专门用于中心管式光缆的芯管制造，受温度的变化较小，而且与其它材料的摩擦力较大，能有效克服芯管的回缩。2) 中心管式光缆设计是一个整体构造，光纤位于光缆的中间位置，整个光缆的保护层在生产制造过程中通过压紧力将他们紧紧地压接到一起，受力时是保护层共同起作用，有效地抑制了光缆的芯管回缩。3）采用独特的“一步法”成缆工艺，使各材料紧凑结合，从而抑制了芯管在光缆中的自由度。
二, 寒冷及高海拔地带光缆使用
1、寒冷地带直埋光缆使用情况
西藏地区冻断光纤现象时有发生，挖开断纤处的光缆，发现由于地壳运动冻土层S形伸缩。原因分析：由于土壤中的水份含量比较大，冰冻层与地壤层的膨胀系数不同，不同的地质受冻产生的应力不同，两个层面发生位移，造成光缆受力不均匀严重变形，甚至形成剪切力，造成对光缆的损伤，表现为光纤损耗值增大直至断纤。“铺设过河线路一定要使钢管延伸到坝外 ，并且钢管连接处要做螺纹子母口处理，凡是过河光缆均采用重型铠装，并要穿放塑料子管。”
在沼泽地地区，冬天直埋线路光纤有台阶，夏天台阶自动消失。西藏地区施工及运维部门，优选中心束管式光缆，因为在如此复杂恶劣的沼泽地带，中心束管式光缆的性能最稳定。除寒冷外，还有一个比较严重的问题是温差大，尤其在冬季，有些地区每一个昼夜光缆都要经历一个在实验室才会做的温度循环实验，尽管这种自然环境非常恶劣，但是中心束管式光缆承受住了严峻的现场考验。
2、高海拔地区架空光缆的使用情况
高海拔西藏地区架空光缆需要面临强烈的紫外线照射、大温差（如戈壁滩）、严寒、风沙、狂风暴雨等恶劣气候的影响，中心束管式光缆在该地区安全可靠地运行。
高海拔地区对光缆的主要影响是强烈的紫外线照射，中心束管式光缆采用化学共聚高密度聚乙烯材料，其耐老化性能试验可达４０年，完全能满足高海拔地区的应用。
大温差环境下，最能考察光缆中所采用的纤膏、芯管材料性能以及产品设计和生产工艺；低温状态主要是对纤膏的考验，所采用的纤膏必须具有很好的低温特性，在低温下仍具有非常好的锥入特性。
三、光缆的敷设及安装 中心束管式光缆因为外径小、重量轻，能充分利用管道资源，深受用户欢迎。西藏地区的用户非常欢迎使用中心束管式光缆，他们主要是用在干线上。用户说：中心束管式光缆总体感觉好，光缆不仅质量好而且轻巧，分组、盘纤方便，接续不容易出错，开剥及接续效率高。
调研小结
从以上调查得到的资料分析，中芯束管式光缆在高寒、高海拔地区可以稳定使用，光缆的机械性能，环境性能和抗老化性能均很好。从现场取得的样品做的测试分析可以看出，光纤的剥离力及使用寿命在合理的使用范围内，可以达到设计寿命25年以上。
