pérdida por flexión de la fibra Se refiere a la pérdida de señal que ocurre cuando una fibra óptica se dobla más allá de un cierto radio. Este fenómeno se debe a la fuga de luz desde el núcleo de la fibra al atravesar el revestimiento. Cuando una fibra se dobla, los rayos de luz experimentan reflexión interna total en la interfaz núcleo-revestimiento. Sin embargo, si el radio de curvatura es demasiado pequeño, parte de los rayos de luz pueden escapar a través del revestimiento, lo que provoca pérdidas.

La pérdida por flexión de la fibra depende de varios factores:

Radio de curvatura: Cuanto menor sea el radio de curvatura, mayor será la pérdida por flexión. Esto se debe a que un radio de curvatura menor provoca que los rayos de luz experimenten una mayor curvatura, lo que aumenta la probabilidad de fugas a través del revestimiento.

Tipo de fibra: Los distintos tipos de fibras presentan diferentes características de pérdida por flexión. Por ejemplo, las fibras monomodo suelen tener menores pérdidas por flexión que las fibras multimodo.

Longitud de onda: La pérdida por flexión puede variar según la longitud de onda de la luz transmitida a través de la fibra. Algunas longitudes de onda pueden experimentar una mayor pérdida por flexión que otras.

Diseño de fibra: El diseño de la fibra, incluyendo el perfil del índice de refracción y los materiales utilizados, puede influir en las pérdidas por flexión.

Revestimiento: El tipo y la calidad del recubrimiento aplicado a la fibra pueden afectar su flexibilidad y resistencia a la deformación por flexión.

Para minimizar las pérdidas por flexión, es importante manipular las fibras ópticas con cuidado y evitar doblarlas en exceso, especialmente las curvas pronunciadas. Los cables de fibra óptica suelen diseñarse con capas protectoras y refuerzos para mitigar las pérdidas por flexión y garantizar una transmisión fiable de las señales.

En la aplicación de fibra óptica, un tipo de pérdida óptica más complejo es la pérdida por microcurvatura. Con el desarrollo de dispositivos y fibras ópticas, la pérdida por microcurvatura se ha convertido en un factor de pérdida cada vez más relevante. En los dispositivos se introduce una conmutación óptica más directa en lugar de la conmutación eléctrica, lo que hace que la fibra sea susceptible a sufrir tensiones prolongadas en un espacio muy reducido. En el caso de las fibras, cuanto más delgadas y de menor diámetro sean, ya sea reduciendo el grosor del recubrimiento o el diámetro del revestimiento; de forma similar, en las fibras multicore, el grosor efectivo del revestimiento también se reduce considerablemente, lo que aumenta el riesgo de pérdida por microcurvatura.

Las pérdidas por microflexión y macroflexión están relacionadas literalmente con la flexión, pero existen diferencias evidentes entre ellas desde el punto de vista del mecanismo de ocurrencia de la pérdida. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, es fundamental distinguir entre pérdidas por microflexión y macroflexión según su naturaleza, lo que implica la correcta localización del problema y la forma de solucionarlo.

1. En términos de deformación geométrica

La pérdida por microcurvatura es en realidad una pérdida introducida por la ligera deformación de la fibra, mientras que la pérdida por macrocurvatura es la pérdida introducida por la flexión real, y el diámetro exterior de la fibra permanece constante idealmente. Esto crea una clara diferencia en la geometría. La pequeña deformación de la fibra puede tratarse como una perturbación de alta frecuencia de la circunferencia geométrica en la dirección longitudinal de la fibra. Esta perturbación tiene dos atributos: amplitud y frecuencia. El fenómeno de la microcurvatura proviene de alta frecuencia y baja amplitud. La perturbación externa puede simularse, y su frecuencia y amplitud cambian aleatoriamente con el tiempo. Al tomar la transformada de Fourier de esta variación aleatoria, la magnitud es equivalente a la potencia, y existe una correspondencia correspondiente entre la densidad espectral de potencia y la frecuencia espacial.

Esto también resulta intuitivamente fácil de comprender y permite llegar a una conclusión cualitativa: cuando la frecuencia de perturbación es muy alta, la deformación de la fibra es uniforme y la influencia de las pérdidas por microflexión no es significativa. Sin embargo, cuando la frecuencia de perturbación es muy baja, puede producirse una flexión real y predominan las pérdidas por macroflexión.

2. Del mecanismo de pérdida

En la pérdida por macrocurvatura, se puede considerar que la distribución del campo modal del modo fundamental (fibra monomodo) en la fibra se difunde hacia el lado de la curvatura, y la parte que se difunde profundamente en el revestimiento formará radiación y se perderá gradualmente. En la pérdida por microcurvatura, parte de la potencia del modo fundamental que se propaga en la fibra ideal se acopla a varios modos de orden superior bajo la condición de perturbación. A medida que aumenta la distancia de propagación, la potencia transportada por estos modos de orden superior se irradia fuera de la fibra Oran de diez elementos, y por supuesto puede volver a acoplarse al modo fundamental.

El análisis de las pérdidas por microcurvatura se basa normalmente en la teoría del acoplamiento de modos, y la relación básica es un tanto complicada.

Donde C es el coeficiente de acoplamiento entre el modo fundamental y uno de los modos de orden superior, que indica cuánta potencia se acoplará del modo guiado al modo de orden superior o al modo de revestimiento (escenario monomodo). Qfibra es la perturbación de la fibra bajo tensión directa, y Qenv es la perturbación bajo tensión indirecta cuando cambia el entorno. La precisión de este análisis de modelado es difícil debido a que las perturbaciones que causan las pérdidas por microcurvatura son altamente aleatorias, pero el propósito del análisis es proporcionar una guía sólida, y en ciertos escenarios, se pueden usar coeficientes adicionales para aproximar los resultados de la simulación.

Olshansky estudió y propuso una relación observacional en la etapa inicial.

a -Radio del núcleo

b - Radio del revestimiento

Delta - diferencia del índice de refracción

Módulo de elasticidad del recubrimiento de polímero EE

Por ejemplo, módulo de elasticidad de la fibra óptica de vidrio.

Para la mayoría de los casos de uso, esta relación es más útil.

3. Origen de las pérdidas por microcurvatura

La pérdida por microcurvatura se debe principalmente a factores externos. Si la fibra se utiliza como fibra desnuda, sin formar un cable, y no hay fuerzas externas en el espacio libre, no existe la posibilidad de pérdida por microcurvatura. Si bien la irregularidad geométrica de la propia fibra podría generar pérdida por microcurvatura, su influencia puede ignorarse, ya que la prueba de pérdida se ha superado en fábrica. Solo se considera la influencia de la pérdida por microcurvatura de la fibra óptica correspondiente a la fijación externa en el cable o dispositivo óptico.

Las fuentes de pérdida por microcurvatura provienen principalmente de tres aspectos.

El primer factor es el diseño de la fibra. Si bien el diseño de la fibra no es la causa de las pérdidas por microcurvatura, la sensibilidad a la microcurvatura está determinada por dicho diseño. El diseño del núcleo de la fibra se ve influenciado principalmente por el valor MAC. Esto concuerda con la fórmula de Olshansky.

Cuanto menor sea el MAC, menor será la pérdida por microcurvatura bajo la misma perturbación externa.

Esto se refleja en la fibra específica; generalmente, la fibra G657 tiene menos pérdidas por microcurvatura que la fibra G652.

Si bien reducir el radio del núcleo y aumentar la diferencia del índice de refracción puede disminuir las pérdidas por microcurvatura, es improbable que exista una correlación entre los parámetros de la fibra y su estandarización si solo se modifica un parámetro mientras los demás permanecen inalterados. Sin embargo, esta tendencia continúa.

El diseño del revestimiento de la fibra también puede aportar mejoras. La dependencia de la pérdida por microcurvatura con respecto a la longitud de onda varía considerablemente cuando se añade un diseño de ranura específico al revestimiento.

La dependencia de la longitud de onda de la pérdida por microcurvatura de la fibra ranurada en la figura es muy diferente a la de la fibra estándar. La dependencia de la longitud de onda de la fibra estándar en esta figura se desvía ligeramente de los datos convencionales, principalmente para la fibra con diseño ranurado, cuya pérdida por microcurvatura se aplana. Esto significa que la localización y el análisis habituales del problema deben considerar el diseño de la fibra; de lo contrario, basarse únicamente en la experiencia puede resultar engañoso. En resumen, el diseño de la fibra optimiza la pérdida por microcurvatura, lo cual es beneficioso en ciertos escenarios.

En segundo lugar, la fuente de la pérdida por microcurvatura está relacionada con el cable de fibra óptica, lo cual es más complejo. Esta complejidad radica en la gran variedad de tipos de cables de fibra óptica y sus diseños, aunque resulta relativamente sencillo identificar un tipo específico. Un factor típico es la influencia del recubrimiento. Intuitivamente, se puede concluir que el recubrimiento, como primera línea de defensa para proteger la fibra, actúa como conductor eficaz de la tensión. Si se utiliza el recubrimiento como función de transferencia de tensión, cuanto menor sea el módulo de elasticidad interno y mayor el módulo de elasticidad externo, menor será el valor de la función de transferencia de tensión y, por consiguiente, menor será la influencia de la pérdida por microcurvatura. Se sabe que cuanto mayor sea el diámetro del recubrimiento, menor será la influencia de la pérdida por microcurvatura.

Obviamente, el diámetro de 900 µm es mucho menor que la pérdida por microcurvatura de la fibra de 250 µm. También se puede saber que en el mismo diseño de cable de fibra óptica, aunque el espacio de actividad de la fibra de 900 µm es pequeño, en circunstancias normales, su pérdida por microcurvatura es de hecho mucho menor en el cable.

El tercer factor es el impacto del entorno en el que se encuentra el cable. Debido a la complejidad de la pérdida por microcurvatura, actualmente no existe un método de prueba estandarizado, y generalmente se utiliza directamente el método de prueba proporcionado por IEC/TR62221. Resulta difícil determinar la perturbación. Incluso para ciertos métodos, entornos y equipos de prueba, diferentes ubicaciones de instalación pueden generar resultados distintos. Los resultados de diferentes laboratorios y métodos de prueba no se pueden comparar directamente, sino que se trata de comparaciones cualitativas. Por lo tanto, es necesario evaluar los resultados de las pruebas por separado.