تلفات خمش فیبر به اتلاف سیگنالی اشاره دارد که هنگام خم شدن فیبر نوری از شعاع مشخصی رخ می‌دهد. این پدیده به دلیل نشت نور از هسته فیبر هنگام عبور از روکش آن است. هنگامی که فیبر خم می‌شود، پرتوهای نور در فصل مشترک هسته-روکش دچار بازتاب داخلی کلی می‌شوند. با این حال، اگر شعاع خمش خیلی کوچک باشد، ممکن است برخی از پرتوهای نور از روکش عبور کرده و منجر به اتلاف شوند.

افت خمش فیبر به چندین عامل بستگی دارد:

شعاع خمش: هرچه شعاع خمش کوچکتر باشد، اتلاف خمش بیشتر است. دلیل این امر آن است که شعاع خمش کوچکتر باعث می‌شود پرتوهای نور انحنای بیشتری را تجربه کنند و احتمال نشت از طریق روکش را افزایش می‌دهد.

نوع فیبر: انواع مختلف فیبرها ویژگی‌های افت خمشی متفاوتی دارند. برای مثال، فیبرهای تک حالته معمولاً در مقایسه با فیبرهای چند حالته، افت خمشی کمتری دارند.

طول موج: تلفات خمشی می‌تواند با طول موج نور عبوری از فیبر تغییر کند. برخی از طول موج‌ها ممکن است تلفات خمشی بیشتری نسبت به بقیه داشته باشند.

طراحی فیبر: طراحی فیبر، شامل پروفیل ضریب شکست و مواد مورد استفاده، می‌تواند بر اتلاف خمشی تأثیر بگذارد.

پوشش: نوع و کیفیت پوشش اعمال شده روی فیبر می‌تواند بر انعطاف‌پذیری و مقاومت آن در برابر افت خمشی تأثیر بگذارد.

برای به حداقل رساندن تلفات خمشی، مهم است که با دقت از فیبرهای نوری استفاده کنید و از خم شدن بیش از حد، به خصوص خم شدن‌های تیز، خودداری کنید. کابل‌های فیبر نوری اغلب با لایه‌های محافظ و تقویت‌کننده‌ها طراحی می‌شوند تا تلفات خمشی را کاهش داده و انتقال مطمئن سیگنال‌ها را تضمین کنند.

در کاربرد فیبر نوری، نوع پیچیده‌تری از تلفات نوری، تلفات خمشی میکرو است. با توسعه دستگاه‌ها و فیبرهای نوری، تلفات خمشی میکرو یک عامل تلفات نگران‌کننده‌تر است. سوئیچینگ نوری مستقیم‌تری به جای سوئیچینگ الکتریکی در دستگاه معرفی شده است و فیبر در فضای بسیار کوچک مستعد تنش طولانی مدت است. برای فیبر، هرچه فیبر نازک‌تر باشد، قطر فیبر کمتر است، یا با کاهش ضخامت پوشش یا با کاهش قطر روکش؛ به طور مشابه برای فیبرهای چند هسته‌ای، ضخامت مؤثر روکش نیز به میزان زیادی کاهش می‌یابد که خطر تلفات خمشی میکرو را افزایش می‌دهد.

افت خمش میکرو و افت خمش ماکرو به معنای واقعی کلمه با خمش مرتبط هستند، اما از نظر مکانیسم وقوع افت، تفاوت‌های آشکاری بین آنها وجود دارد. بنابراین، در کاربردهای عملی، تشخیص افت از خمش میکرو یا خمش ماکرو با توجه به ماهیت افت، که شامل محل صحیح مشکل و روش حل مشکل است، بسیار ضروری است.

۱. از نظر تغییر شکل هندسی

تلفات خمش میکرو در واقع تلفاتی است که توسط تغییر شکل جزئی فیبر ایجاد می‌شود، در حالی که تلفات خمش ماکرو، تلفاتی است که توسط خمش واقعی ایجاد می‌شود و قطر خارجی فیبر ثابت ایده‌آل باقی می‌ماند. این امر تفاوت آشکاری در هندسه ایجاد می‌کند. تغییر شکل کوچک فیبر را می‌توان به عنوان اختلال فرکانس بالای محیط هندسی در جهت طولی فیبر در نظر گرفت. این اختلال دو ویژگی دارد: دامنه و فرکانس. صحنه خمش میکرو از فرکانس بالا و دامنه پایین ناشی می‌شود. اختلال خارجی را می‌توان شبیه‌سازی کرد و فرکانس و دامنه آن به طور تصادفی با زمان تغییر می‌کنند. با در نظر گرفتن تبدیل فوریه این تغییر تصادفی، بزرگی معادل توان است و بین چگالی طیفی توان و فرکانس فضایی تطابق متناظری وجود دارد.

درک این موضوع و نتیجه‌گیری کیفی از آن نیز به طور شهودی آسان است: وقتی فرکانس اختلال بسیار بالا باشد، تغییر شکل فیبر یکنواخت است و تأثیر تلفات خمش میکرو زیاد نیست. با این حال، وقتی فرکانس اختلال بسیار پایین باشد، ممکن است خمش واقعی شکل بگیرد و تلفات خمش ماکرو غالب باشد.

۲. از مکانیسم ضرر

در اتلاف خمشی ماکرو، می‌توان در نظر گرفت که توزیع میدان مد مد اساسی (فیبر تک مد) در فیبر به سمت خمش پخش می‌شود و بخشی که در عمق روکش پخش می‌شود، تابش تشکیل می‌دهد و به تدریج از دست می‌دهد. در اتلاف خمشی میکرو، بخشی از توان مد اساسی که در فیبر ایده‌آل منتشر می‌شود، تحت شرایط اختلال به مدهای مرتبه بالاتر مختلف کوپل می‌شود. با افزایش فاصله انتشار، توان حمل شده توسط این مدهای مرتبه بالاتر از فیبر ده عنصری اوران تابش می‌شود و البته ممکن است دوباره به مد اساسی کوپل شود.

تحلیل تلفات خمش میکرو معمولاً مبتنی بر نظریه کوپلینگ مد است و رابطه اساسی آن کمی پیچیده است.

که در آن C ضریب جفت‌شدگی بین مد بنیادی و یکی از مدهای مرتبه بالاتر است که نشان می‌دهد چه مقدار توان از مد هدایت‌شده به مد مرتبه بالاتر یا مد روکش (سناریوی تک مد) جفت خواهد شد. Qfiber اختلال فیبر تحت تنش مستقیم است و Qenv اختلال تحت تنش غیرمستقیم هنگام تغییر محیط است. دقت این تحلیل مدل‌سازی دشوار است زیرا اختلالاتی که باعث تلفات خمش میکرو می‌شوند بسیار تصادفی هستند، اما هدف از این تحلیل ارائه یک راهنمای قوی است و در سناریوهای خاص، می‌توان از ضرایب اضافی برای تقریب نتایج شبیه‌سازی استفاده کرد.

اولشانسکی در مراحل اولیه، رابطه‌ای مشاهده‌ای را بررسی و پیشنهاد کرد.

الف - شعاع هسته

ب - شعاع روکش

دلتا - اختلاف ضریب شکست

مدول الاستیک پوشش پلیمری EE

به عنوان مثال - مدول الاستیک شیشه فیبر نوری

برای اکثر موارد استفاده، این رابطه مفیدتر است

۳. منبع تلفات خمش میکرو

منبع تلفات خمیدگی میکرو عمدتاً عوامل خارجی است. اگر فیبر فقط به عنوان یک فیبر لخت و بدون تشکیل کابل استفاده شود، اگر هیچ نیروی خارجی در فضای آزاد وجود نداشته باشد، احتمال تلفات خمیدگی میکرو وجود ندارد. اگرچه بی‌نظمی هندسی خود فیبر ممکن است احتمال تلفات خمیدگی میکرو را داشته باشد، اما می‌توان از تأثیر تلفات خمیدگی میکرو خود فیبر چشم‌پوشی کرد زیرا آزمایش تلفات در آزمایش کارخانه با موفقیت پشت سر گذاشته شده است. این آزمایش فقط تأثیر تلفات خمیدگی میکرو فیبر نوری مربوط به تثبیت خارجی در کابل یا دستگاه نوری را در نظر می‌گیرد.

منابع تلفات خمش میکرو عمدتاً از سه جنبه ناشی می‌شوند

اولین مورد، طراحی خود فیبر است. طراحی خود فیبر منبع تلفات خمش میکرو نیست، اما حساسیت به خمش میکرو توسط طراحی خود فیبر تعیین می‌شود. طراحی هسته فیبر عمدتاً تحت تأثیر مقدار MAC قرار دارد. این با فرمول ویژگی اولشانسکی سازگار است.

هرچه MAC کوچکتر باشد، تلفات خمش میکرو تحت همان اغتشاش خارجی کمتر خواهد بود.

این موضوع در فیبر خاص منعکس می‌شود، به طور کلی فیبر G657 تلفات خمش میکرو کمتری نسبت به فیبر G652 دارد.

اگرچه کاهش شعاع هسته و افزایش اختلاف ضریب شکست می‌تواند تلفات خمش میکرو را کاهش دهد، اما بعید است که همبستگی بین پارامترهای فیبر و استانداردسازی فیبر در سناریوی تغییر تنها یک پارامتر و ثابت ماندن سایر پارامترها وجود داشته باشد. اما این روند همچنان ادامه دارد.

طراحی روکش در فیبر نیز می‌تواند بهبودهایی را به همراه داشته باشد. وابستگی طول موج به تلفات خمش میکروسکوپی، زمانی که یک طراحی شیار خاص به روکش اضافه می‌شود، بسیار متفاوت است.

وابستگی طول موج به تلفات خمش میکروفیبر شیاردار در شکل با فیبر استاندارد بسیار متفاوت است. وابستگی طول موج فیبر استاندارد در این شکل کمی فراتر از داده‌های مرسوم است، عمدتاً برای فیبر طراحی شیاردار که تلفات خمش میکرو آن مسطح است. این بدان معناست که مکان‌یابی معمول مشکل و تحلیل مشکل باید طراحی فیبر را در نظر بگیرد، در غیر این صورت فقط بر اساس تجربه می‌تواند گمراه‌کننده باشد. به طور خلاصه، طراحی فیبر، تلفات خمش میکرو را بهینه می‌کند که برای سناریوهای خاص مفید است.

ثانیاً، منبع تلفات خمشی میکرو به عامل کابل فیبر نوری مربوط می‌شود که پیچیده‌تر است. پیچیدگی در این واقعیت نهفته است که انواع بسیار زیادی از کابل فیبر نوری وجود دارد و طراحی آنها بسیار متفاوت است، اما به راحتی می‌توان آن را به یک نوع خاص اختصاص داد. یک عامل معمول، تأثیر پوشش است. به طور شهودی، می‌توان نتیجه گرفت که پوشش، به عنوان اولین خط دفاعی برای محافظت از فیبر، نقش هدایت مؤثر تنش را ایفا می‌کند. اگر از پوشش به عنوان تابع انتقال تنش استفاده شود، هرچه مدول الاستیک داخلی کوچکتر و مدول الاستیک خارجی بزرگتر باشد، مقدار تابع انتقال تنش کوچکتر است و تأثیر تلفات خمشی میکرو مربوطه نیز کمتر است. هرچه قطر پوشش بزرگتر باشد، تأثیر تلفات خمشی میکرو به طور آگاهانه کمتر است.

بدیهی است که قطر 900um بسیار کوچکتر از تلفات خمش میکروسکوپی فیبر 250um است. همچنین می‌توان دریافت که در طراحی یکسان کابل فیبر نوری، اگرچه فضای فعالیت فیبر 900um کوچک است، اما در شرایط عادی، تلفات خمش میکروسکوپی آن در کابل بسیار کوچکتر است.

عامل سوم، تأثیر محیطی است که کابل در آن قرار دارد. به دلیل پیچیدگی تلفات خمشی میکرو، در حال حاضر هیچ روش آزمایش استانداردی وجود ندارد و روش آزمایش ارائه شده توسط IEC/TR62221 عموماً مستقیماً استفاده می‌شود. تعیین میزان اختلال دشوار است. حتی برای روش‌های آزمایش خاص، محیط‌های آزمایش و تجهیزات آزمایش، مکان‌های قرارگیری مختلف ممکن است نتایج متفاوتی داشته باشند. نتایج آزمایشگاه‌های مختلف و روش‌های آزمایش مختلف را نمی‌توان مستقیماً مقایسه کرد، بلکه همه مقایسه‌های کیفی هستند. برای نتایج آزمایش آن، باید جداگانه ارزیابی شود.