光纤通讯中光纤曲折损耗和微弯损耗详解
光纤的曲折损耗和微弯损耗都是由于光不满意全内反射的条件而构成的。

　　曲折损耗

　　1曲折损耗的机理

　　现代光纤最首要的利益之一即是它的易曲折性，假定光纤曲折的曲率半径太小，将致使光的传达途径

　　的改动，使光从纤芯浸透到包层，乃至有或许穿过包层向外渗漏。在正常状况下，光在光纤里沿轴向传达

　　的常数?β应满意：n2k0<β

　　电场和磁场在一个平面里，则越挨近外侧，其速度就会越大。当传到某一方位时，其相速度就会跨过光

　　速，这意味着传导模要变成辐射模，所以，光束功率的一有些会损耗掉，这也就意味着衰减将会添加。

　　光纤成缆、现场敷设、光缆接头号场合都会致使光纤的曲折损耗。

　　2曲折损耗的理论核算

　　依照D.Marcuse的理论，当曲折半径潍R?时，曲折损耗系数为： ?

　　2αb=?π?u?2emW?32V?2Rkm-1(Wa)km+1(Wa)?exp?-23W?3β?2R(1)

　　其间，u,W别离为径向归一化相位常数和径向归一化衰减常数，β是轴向传达常数，a是纤芯半径，

　　V是归一化频率，km是m阶批改贝塞尔函数，em=2(m=0),em=1(m≠0)?。式(1)对每种LPmn模都

　　树立。单模光纤中只传达LP01模，所以只思考LP01模就能够了，即：?

　　2αb=?π?u?22W?32V?2Rk-1(Wa)k1(Wa)?exp?-23W?3β?2R?(2)

　　Jeunhumme对单模光纤给出了如下的核算公式,假定半径潍R，则每单位长度的损耗为：

　　αc=AcR?-12?exp?(-UR)(3)

　　Ac=12?π?aW?3uWk1(W)?2(4)

　　U=4ΔnW?33aV?2n2(5)

　　式中a和Δn别离是纤芯半径和纤芯—包层的折射率差，u,W和V别离为径向归一化相位常数、径向

　　归一化衰减常数、归一化频率。

　　由：

　　V=ak0(n1-n2)?12≈ak0(2n2Δn)?12=ak0n2(2Δ)?12

　　V=2.405λcλ

　　W≈1.142 8V-0.996≈2.748 4λcλ-0.996

　　u=(V?2-W?2)?12

　　可得剖析近似公式：

　　U≈0.705(Δn)?32λ2.748-0.996λλc?3(?m?-1?)

　　别的，W?-23u?2W?2K?21(W)能够简化为3.7λcλ?2

　　则Ac=12?π?a?123.7λcλ?2?(dB/m?12)

　　以上的简化式可在实习核算中运用。

　　一般，关于给定的折射率差、作业波长和截止波长，有一个临界曲率半径?RC，当实习曲率半径

　　挨近RC?时，曲折损耗从能够疏忽的数值急剧添加到不行忍耐的数值。在一般波段(1 000 nm)处，

　　有用的?RC近似公式为：

　　Rc=20λΔn?322.748-0.996λλc?-1(6)?

　　3曲折损耗的运用

　　(1)办法过滤器：过滤即是对高档办法的去掉，只需曲折一下，光纤就能够作为办法过滤器。

　　(2)衰减器：衰减器是在操控状况下削减传输功率的设备。有一类衰减器只需将用于传输的光纤

　　转几圈就能够了，根柢不需求引进外部器材，运用这种衰减器，能够经过操控光纤以给定的半径所转

　　的圈数来操控衰减量。

　　(3)熔接机：运用曲折损耗来操控熔接质量。熔接是经过将光纤的端面熔化后将两根光纤联接

　　在一同的进程，这个进程与金属焊接进程相似。

　　(4)光纤辨认仪：光纤辨认仪是一种运用光纤曲折效果的仪器。当将一根光纤曲折时,有些光会

　　从光纤中辐射出来，这些光就会被光纤辨认仪查看到，在不堵截光纤、不接连通讯的条件下，技能人

　　员依据这些光能够将多芯光纤或单根光纤从别的光纤中辨认出来，并查看光的状况及方向。大大都的

　　光纤辨认仪用于波长为1 310 nm或1 550 nm的单模光纤光缆。

　　3微弯损耗

　　3.1微弯损耗的机理

　　所谓微弯损耗即是光纤遭到不均匀应力的效果，例如遭到侧压力或许套塑光纤遭到温度改动时，

　　光纤轴发作纤细不规矩曲折，其效果是传导模改换为辐射模而致使光能损耗。

　　微弯是一些随机的、曲率半径能够与光纤的横截面规范比照拟的畸变。

　　纤芯包层接口在几许上的不完善或许会构成在相应区域上微观的凸起或洼陷。尽管光是在光纤的

　　直分段中传输，光束碰到这些不完善的本地会改动其方向。光束开端以临界传达角传输，经过在这些

　　不完善点处的反射往后，传达角会发作改动，效果即是不再满意全内反射条件，有些光被折射掉，即

　　走漏出纤芯，这即是微弯损耗的机制。

　　单模光纤中的微弯损耗是依托于波长的，即单模光纤对微弯损耗的敏理性跟着波长的添加会有少

　　量的添加，发作这种改动的物理要素是由于较长的波长会使MFD添加，然后使更多的功率辐射到纤芯外。

　　3.2微弯损耗的理论核算

　　微弯衰减是光纤随机畸变而发作的高次模与辐射模之间的模耦合所构成的使的光功率扔掉，其微弯衰

　　减巨细由下式求出：

　　Am=N〈h?2〉a?4b?6Δ?3EEf?32(7)

　　式中：N是随机微弯的个数;

　　h是微弯突起的高度;

　　〈〉标明核算均匀符号;

　　E是涂层料的杨氏模量;

　　Ef是光纤的杨氏模量;

　　a为纤芯半径，b?为光纤外半径;

　　Δ为光纤的相对折射率差。

　　Jeunhumme关于单模光纤的微弯损耗给出了下述公式：

　　asm=0.05ammk?4w?60(NA)?4a?2m(8)

　　式中：NA为数值孔径，am为纤芯半径，amm为数值孔径为NA、纤芯半径为am?的骤变型多

　　模光纤的微弯损耗。该骤变型多模光纤与咱们所关怀的单模光纤有相同的外径，并处在相同的机械环

　　境中。

　　3.3光纤微弯损耗效应在查看与自控技能中的几种运用

　　(1)光纤微弯及多圈螺旋式传感器

　　光纤微弯可有多种曲折变形办法,当被测物遭到外界影响时，光纤发作曲折变形，经过查看光纤

　　内传输的光功率改动量而定出被丈量。为了跋涉活络度，将微曲折传感光纤做成多圈螺旋管状，图2

　　所示是一种小位移微弯传感器构造，位移较小时，丈量板的位移量与光纤传输的光功率改动根柢上成

　　线性联络。

　　(2)齿条式传感器

　　这种传感器构造的办法，可恰当挑选齿条式传感器的齿间周期?δ，使之与光纤导波模间的传达

　　系数恰当，满意条件δ=2?π?Δβ?。当外界要素使变形器发作位移时，嵌入其间的光纤因曲折致使

　　各相邻办法间的有用耦合，导波模不断改换成包层模，发作辐射损耗，致使光纤中传输的光功率显着降低。

　　(3)别的，联络OTDR，运用微弯损耗能够精确找出光纤接续点，断定光纤序号，断定高损耗点等。

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