淺析光纖微彎損耗

　    光纖的彎曲損耗和微彎損耗都是由于光不滿足全內反射的條件 而造成的。

       下面我們來介紹一下光纖的微彎損耗。 

　　微彎損耗的機理 

　　所謂微彎損耗就是光纖受到不均勻應力的作用，例如受到側 壓力或者套塑光纖受到溫度變化時，光纖軸產生微小不規則彎 曲，其結果是傳導模變換為輻射模而導致光能損耗。微彎是一些 隨機的、曲率半徑可以與光纖的橫截面尺寸相比擬的畸變。

 　　纖芯包層接口在幾何上的不完善可能會造成在相應區域上微 觀的凸起或凹陷。盡管光是在光纖的直分段中傳輸，光束碰到這 些不完善的地方會改變其方向。光束最初以臨界傳播角傳輸，經 過在這些不完善點處的反射以后，傳播角會發生變化，結果就是 不再滿足全內反射條件，部分光被折射掉，即泄露出纖芯，這就是微彎損耗的機制。

 　　單模光纖中的微彎損耗是依賴于波長的，即單模光纖對微彎損耗的敏感性隨著波長的增加會有少量的 增長，產生這種變化的物理原因是因為較長的波長會使MFD增加，從而使更多的功率輻射到纖芯外。 

        微彎損耗的理論計算  

 　　微彎衰減是光纖隨機畸變而產生的高次模與輻射模之間的模耦合所引起的光功率損失，其微彎衰減大 小由下式求出：

 　　Am=N〈h?2〉a?4b?6Δ?3EEf?32(7) 

　　式中：N是隨機微彎的個數;h是微彎突起的高度;〈〉表示統計平均符號;E是涂層料的楊氏模量;Ef是光 纖的楊氏模量;a為纖芯半徑，b?為光纖外半徑;Δ為光纖的相對折射率差。

 　　Jeunhumme對于單模光纖的微彎損耗給出了下述公式：

 　　asm=0.05ammk?4w?60(NA)?4a?2m(8) 

　　式中：NA為數值孔徑，am為纖芯半徑，amm為數值孔徑為NA、纖芯半徑為am?的突變型多模光纖的微彎 損耗。該突變型多模光纖與我們所關心的單模光纖有相同的外徑，并處在相同的機械環境中。

 　　光纖微彎損耗效應在檢測與自控技術中的幾種應用 

　　(1)光纖微彎及多圈螺旋式傳感器 

　　光纖微彎可有多種彎曲變形形式,當被測物受到外界影響時，光纖發生彎曲變形，通過檢測光纖內傳輸 的光功率變化量而定出被測量。為了提高靈敏度，將微彎曲傳感光纖做成多圈螺旋管狀，圖2所示是一種小 位移微彎傳感器結構，位移較小時，測量板的位移量與光纖傳輸的光功率變化基本上成線性關系。

 　　(2)齒條式傳感器 

　　這種傳感器結構的形式，可適當選擇齒條式傳感器的齒間周期?δ，使之與光纖導波模間的傳播系數相 當，滿足條件δ=2?π?Δβ?。當外界因素使變形器產生位移時，嵌入其中的光纖因彎曲引起各相鄰模式間 的有效耦合，導波模不斷轉換成包層模，發生輻射損耗，導致光纖中傳輸的光功率明顯下降。

 　　(3)另外，結合OTDR，利用微彎損耗可以準確找出光纖接續點，確定光纖序號，判定高損耗點等。

　　微彎損耗的基本原理、理論計算及利用的介紹就結束了，了解微彎損耗，可以在光纖通信系統的設計 中加以充分利用。