淺析光纖的微彎損耗的利用
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(lái)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(huì)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(huì)改變其方向。光束最初以臨界傳播角傳輸，經(jīng)過(guò)在這些不完善點(diǎn)處的反射以后，傳播角會(huì)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(zhǎng)的，即單模光纖對(duì)微彎損耗的敏感性隨著波長(zhǎng)的增加會(huì)有少量的增長(zhǎng)，產(chǎn)生這種變化的物理原因是因?yàn)檩^長(zhǎng)的波長(zhǎng)會(huì)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〈h2〉a4b6Δ3EEf32(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(hào)；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(duì)折射率差。
Jeunhumme對(duì)于單模光纖的微彎損耗給出了下述公式：
- asm=0.05ammk4w60(NA)4a2m(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(cè)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(cè)物受到外界影響時(shí)，光纖發(fā)生彎曲變形，通過(guò)檢測(cè)光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β首兓慷ǔ霰粶y(cè)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(cè)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=2πΔβ。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(hào)，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。
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