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(nèi)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(jī)理 

　　所謂微彎損耗就是光纖受到不均勻應(yīng)力的作用，例如受到側(cè) 壓力或者套塑光纖受到溫度變化時(shí)，光纖軸產(chǎn)生微小不規(guī)則彎 曲，其結(jié)果是傳導(dǎo)模變換為輻射模而導(dǎo)致光能損耗。微彎是一些 隨機(jī)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(yīng)區(qū)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(jīng) 過在這些不完善點(diǎn)處的反射以后，傳播角會發(fā)生變化，結(jié)果就是 不再滿足全內(nèi)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(jī)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(chǎn)生這種變化的物理原因是因?yàn)檩^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(jì)算  

 　　微彎衰減是光纖隨機(jī)畸變而產(chǎn)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(jī)微彎的個(gè)數(shù);h是微彎突起的高度;〈〉表示統(tǒng)計(jì)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(shù)值孔徑，am為纖芯半徑，amm為數(shù)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(guān)心的單模光纖有相同的外徑，并處在相同的機(jī)械環(huán)境中。

 　　光纖微彎損耗效應(yīng)在檢測與自控技術(shù)中的幾種應(yīng)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(dāng)被測物受到外界影響時(shí)，光纖發(fā)生彎曲變形，通過檢測光纖內(nèi)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(jié)構(gòu)，位移較小時(shí)，測量板的位移量與光纖傳輸?shù)墓夤β首兓旧铣删€性關(guān)系。

 　　(2)齒條式傳感器 

　　這種傳感器結(jié)構(gòu)的形式，可適當(dāng)選擇齒條式傳感器的齒間周期?δ，使之與光纖導(dǎo)波模間的傳播系數(shù)相 當(dāng)，滿足條件δ=2?π?Δβ?。當(dāng)外界因素使變形器產(chǎn)生位移時(shí)，嵌入其中的光纖因彎曲引起各相鄰模式間 的有效耦合，導(dǎo)波模不斷轉(zhuǎn)換成包層模，發(fā)生輻射損耗，導(dǎo)致光纖中傳輸?shù)墓夤β拭黠@下降。

 　　(3)另外，結(jié)合OTDR，利用微彎損耗可以準(zhǔn)確找出光纖接續(xù)點(diǎn)，確定光纖序號，判定高損耗點(diǎn)等。

　　微彎損耗的基本原理、理論計(jì)算及利用的介紹就結(jié)束了，了解微彎損耗，可以在光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 中加以充分利用。