Kuidun taivutushäviö viittaa signaalin häviämiseen, joka tapahtuu, kun optista kuitua taivutetaan tietyn säteen yli. Tämä ilmiö johtuu valon vuotamisesta kuidun ytimestä sen kulkiessa kuoren läpi. Kun kuitua taivutetaan, valonsäteet heijastuvat täydellisesti ytimen ja kuoren rajapinnassa. Jos taivutussäde on kuitenkin liian pieni, osa valonsäteistä voi päästä kuoren läpi, mikä johtaa häviöön.

Kuidun taivutushäviö riippuu useista tekijöistä:

Taivutussäde: Mitä pienempi taivutussäde on, sitä suurempi on taivutushäviö. Tämä johtuu siitä, että pienempi taivutussäde aiheuttaa valonsäteiden suuremman kaarevuuden, mikä lisää vuotojen todennäköisyyttä verhouksen läpi.

Kuitutyyppi: Erilaisilla kuiduilla on erilaiset taivutushäviöominaisuudet. Esimerkiksi yksimuotokuiduilla on tyypillisesti pienemmät taivutushäviöt verrattuna monimuotokuituihin.

Aallonpituus: Taivutushäviö voi vaihdella kuidun läpi kulkevan valon aallonpituuden mukaan. Joillakin aallonpituuksilla taivutushäviö voi olla suurempi kuin toisilla.

Kuitusuunnittelu: Kuidun rakenne, mukaan lukien taitekerroinprofiili ja käytetyt materiaalit, voivat vaikuttaa taivutushäviöön.

Pinnoite: Kuidulle levitetyn pinnoitteen tyyppi ja laatu voivat vaikuttaa sen joustavuuteen ja taivutushäviöiden kestävyyteen.

Taivutushäviöiden minimoimiseksi on tärkeää käsitellä optisia kuituja varovasti ja välttää liiallista taivutusta, erityisesti teräviä taivutuksia. Kuituoptiset kaapelit on usein suunniteltu suojaavilla kerroksilla ja vahvikkeilla taivutushäviöiden vähentämiseksi ja signaalien luotettavan siirron varmistamiseksi.

Optisten kuitujen sovelluksissa monimutkaisempi optisen häviön tyyppi on mikrotaivutushäviö. Laitteiden ja optisten kuitujen kehittyessä mikrotaivutushäviö on merkittävämpi häviötekijä. Laitteessa käytetään sähköisen kytkennän sijaan suorempaa optista kytkentää, ja kuitu on altis pitkäaikaiselle rasitukselle hyvin pienessä tilassa. Ohuemman kuidun ja pienemmän halkaisijan omaavan kuidun tapauksessa joko pinnoitteen paksuutta tai kuoren halkaisijaa voidaan pienentää. Vastaavasti moniytimisissä kuiduissa efektiivinen kuoren paksuus pienenee huomattavasti, mikä lisää mikrotaivutushäviön riskiä.

Mikrotaivutushäviö ja makrotaivutushäviö liittyvät kirjaimellisesti taivutukseen, mutta niiden välillä on selviä eroja häviön syntymekanismin näkökulmasta. Siksi käytännön sovelluksissa on erittäin tärkeää erottaa häviö mikrotaivutuksesta ja makrotaivutuksesta häviön luonteen mukaan, mikä edellyttää ongelman oikeaa sijaintia ja ratkaisutapaa.

1. Geometrisen muodonmuutoksen kannalta

Mikrotaivutuksen häviö on itse asiassa kuidun pienen muodonmuutoksen aiheuttama häviö, kun taas makrotaivutuksen häviö on todellisen taivutuksen aiheuttama häviö, ja kuidun ulkohalkaisija pysyy ihanteellisena vakiona. Tämä tekee selvän eron geometriassa. Kuidun pientä muodonmuutosta voidaan pitää geometrisen kehän korkeataajuisena häiriönä kuidun pituussuunnassa. Tällä häiriöllä on kaksi ominaisuutta: amplitudi ja taajuus. Mikrotaivutuksen tilanne tulee korkeasta taajuudesta ja matalasta amplitudista. Ulkoista häiriötä voidaan simuloida, ja sen taajuus ja amplitudi muuttuvat satunnaisesti ajan kuluessa. Tämän satunnaisen vaihtelun Fourier-muunnoksella suuruus vastaa tehoa, ja tehospektritiheyden ja spatiaalisen taajuuden välillä on vastaava vastaavuus.

Tämä on myös intuitiivisesti helppo ymmärtää ja tehdä laadullinen johtopäätös: kun häiriötaajuus on erittäin korkea, kuidun muodonmuutos on tasainen ja mikrotaivutushäviön vaikutus ei ole suuri. Kuitenkin, kun häiriötaajuus on hyvin alhainen, todellinen taivutus voi muodostua ja makrotaivutushäviö on hallitseva.

2. Häviömekanismista

Makrotaivutushäviössä voidaan olettaa, että kuidun perusmoodin (yksimuotoisen kuidun) moodikentän jakauma diffundoituu taivutuspuolelle, ja se osa, joka diffundoituu syvälle kuoreen, muodostaa säteilyä ja häviää vähitellen. Mikrotaivutushäviössä osa ideaalisessa kuidussa etenevän perusmoodin tehosta kytkeytyy erilaisiin korkeamman asteen moodeihin perturbaatiotilanteessa. Etenemismatkan kasvaessa näiden korkeamman asteen moodien kuljettama teho säteilee ulos Oran-kymmenen elementin kuidusta, ja se voidaan luonnollisesti kytkeä takaisin perusmoodiin.

Mikrotaivutushäviön analyysi perustuu tyypillisesti moodikytkentäteoriaan, ja perussuhde on hieman monimutkainen.

Jossa C on perusmoodin ja jonkin korkeamman asteen moodin välinen kytkentäkerroin, joka osoittaa, kuinka paljon tehoa kytketään ohjatusta moodista korkeamman asteen moodiin tai verhousmoodiin (yksimuotoinen skenaario). Qfiber on kuidun häiriö suoran rasituksen alaisena ja Qenv on häiriö epäsuoran rasituksen alaisena ympäristön muuttuessa. Tämän mallinnusanalyysin tarkkuus on vaikeaa, koska mikrotaivutushäviöitä aiheuttavat häiriöt ovat hyvin satunnaisia, mutta analyysin tarkoituksena on tarjota vahva ohje, ja tietyissä skenaarioissa simulaatiotulosten approksimointiin voidaan käyttää lisäkertoimia.

Olshansky tutki ja ehdotti havaintoihin perustuvaa suhdetta varhaisessa vaiheessa.

a -Ydinsäde

b - Verhouksen säde

Delta - taitekertoimen ero

EE-polymeeripinnoitteen kimmokerroin

Esim. - Optisen lasikuidun kimmokerroin

Useimmissa käyttötapauksissa tämä suhde on hyödyllisempi

3. Mikrotaivutushäviön lähde

Mikrotaivutushäviön lähde on pääasiassa ulkoiset tekijät. Jos kuitua käytetään vain paljaana kuituna ilman kaapelin muodostusta, jos vapaassa tilassa ei ole ulkoista voimaa, mikrotaivutushäviötä ei ole. Vaikka kuidun itsensä geometrinen epäsäännöllisyys voi aiheuttaa mikrotaivutushäviön, itse kuidun mikrotaivutushäviön vaikutus voidaan jättää huomiotta, koska häviötesti on läpäissyt tehdastestin. Se ottaa huomioon vain optisen kuidun mikrotaivutushäviön vaikutuksen, joka liittyy ulkoiseen kiinnitykseen optisessa kaapelissa tai laitteessa.

Mikrotaivutushäviön lähteet tulevat pääasiassa kolmesta näkökulmasta

Ensimmäinen on itse kuidun rakenne. Kuidun rakenne ei itsessään ole mikrotaivutushäviön lähde, vaan herkkyys mikrotaivutukselle määräytyy itse kuidun rakenteen perusteella. Kuituytimen rakenteeseen vaikuttaa pääasiassa MAC-arvo. Tämä on yhdenmukaista Olshanskyn ominaisuuskaavan kanssa.

Mitä pienempi MAC on, sitä pienempi on mikrotaivutushäviö saman ulkoisen häiriön vaikutuksesta.

Tämä heijastuu tietyssä kuidussa, yleensä G657-kuidulla on vähemmän mikrotaivutushäviötä kuin G652-kuidulla ·

Vaikka ytimen säteen pienentäminen ja taitekerroineron lisääminen voivat vähentää mikrotaivutushäviötä, kuituparametrien ja kuidun standardoinnin välinen korrelaatio on epätodennäköistä skenaariossa, jossa vain yhtä parametria muutetaan ja muut pysyvät muuttumattomina. Mutta suuntaus jatkuu.

Myös kuidun verhouksen suunnittelu voi tuoda parannuksia. Mikrotaivutushäviön aallonpituusriippuvuus vaihtelee suuresti, kun verhoukseen lisätään tietty uramuotoilu.

Kuvassa olevan uritetun kuidun mikrotaivutushäviön aallonpituusriippuvuus on hyvin erilainen kuin standardikuidun. Tässä kuvassa standardikuidun aallonpituusriippuvuus ylittää hieman tavanomaisen datan, pääasiassa uritetun kuidun osalta, jonka mikrotaivutushäviö on litistynyt. Tämä tarkoittaa, että tavanomaisessa ongelman sijainnin määrittämisessä ja ongelma-analyysissä on otettava huomioon kuidun suunnittelu, muuten pelkkä kokemusperäinen lähestymistapa voi olla harhaanjohtava. Yhteenvetona voidaan todeta, että kuidun suunnittelu optimoi mikrotaivutushäviön, mikä on hyödyllistä tietyissä tilanteissa.

Toiseksi, mikrotaivutushäviön lähde liittyy optisen kuitukaapelin tekijään, joka on monimutkaisempi. Monimutkaisuus piilee siinä, että optisia kuitukaapeleita on liian montaa tyyppiä ja niiden rakenne on hyvin erilainen, mutta on suhteellisen helppo olla spesifinen tietylle tyypille. Tyypillinen tekijä on pinnoitteen vaikutus. Intuitiivisesti voidaan myös päätellä, että pinnoite, kuidun ensimmäisenä puolustuslinjana, toimii tehokkaana jännityksen johtumisena. Jos pinnoitetta käytetään jännityksensiirtofunktiona, mitä pienempi sisäinen kimmomoduuli on ja mitä suurempi ulkoinen kimmomoduuli on, sitä pienempi on jännityksensiirtofunktion arvo ja vastaavan mikrotaivutushäviön vaikutus on myös pienempi. Mitä suurempi pinnoitteen halkaisija on, sitä pienempi on mikrotaivutushäviön vaikutus, joka tietoisesti tiedetään.

On selvää, että 900 μm:n halkaisija on paljon pienempi kuin 250 μm:n kuidun mikrotaivutushäviö. On myös tiedettävä, että samassa valokuitukaapelin rakenteessa, vaikka 900 μm:n kuidun aktiivisuustila on pieni, sen mikrotaivutushäviö on normaaleissa olosuhteissa paljon pienempi kaapelissa.

Kolmas tekijä on kaapelin sijaintiympäristön vaikutus. Mikrotaivutushäviöiden monimutkaisuuden vuoksi ei ole tällä hetkellä standardoitua testausmenetelmää, ja IEC/TR62221-standardin mukaista testausmenetelmää käytetään yleensä suoraan. Häiriön määrittäminen on vaikeaa. Jopa tietyillä testausmenetelmillä, testausympäristöillä ja testauslaitteilla eri sijoituspaikoilla voi olla erilaisia ​​tuloksia. Eri laboratorioiden ja eri testausmenetelmien tuloksia ei voida verrata suoraan, vaan ne ovat kaikki laadullisia vertailuja. Testitulokset on arvioitava erikseen.