perdita per flessione della fibra Si riferisce alla perdita di segnale che si verifica quando una fibra ottica viene piegata oltre un certo raggio. Questo fenomeno è dovuto alla dispersione della luce dal nucleo della fibra mentre attraversa il rivestimento. Quando una fibra viene piegata, i raggi luminosi subiscono una riflessione interna totale all'interfaccia tra nucleo e rivestimento. Tuttavia, se il raggio di curvatura è troppo piccolo, alcuni raggi luminosi possono fuoriuscire attraverso il rivestimento, causando una perdita.

La perdita dovuta alla flessione della fibra dipende da diversi fattori:

Raggio di curvatura: Minore è il raggio di curvatura, maggiore è la perdita di luce. Questo perché un raggio di curvatura minore fa sì che i raggi luminosi subiscano una curvatura maggiore, aumentando la probabilità di dispersione attraverso il rivestimento.

Tipo di fibra: I diversi tipi di fibre presentano caratteristiche di perdita per flessione differenti. Ad esempio, le fibre monomodali hanno in genere perdite per flessione inferiori rispetto alle fibre multimodali.

Lunghezza d'onda: La perdita per curvatura può variare in base alla lunghezza d'onda della luce trasmessa attraverso la fibra. Alcune lunghezze d'onda possono subire una perdita per curvatura maggiore rispetto ad altre.

Progettazione delle fibre: La progettazione della fibra, compreso il profilo dell'indice di rifrazione e i materiali utilizzati, può influenzare la perdita per curvatura.

Rivestimento: Il tipo e la qualità del rivestimento applicato alla fibra possono influenzarne la flessibilità e la resistenza alla flessione.

Per ridurre al minimo la perdita di segnale dovuta alla curvatura, è importante maneggiare le fibre ottiche con cura ed evitare piegature eccessive, soprattutto curve strette. I cavi in ​​fibra ottica sono spesso progettati con strati protettivi e rinforzi per mitigare la perdita di segnale dovuta alla curvatura e garantire una trasmissione affidabile dei segnali.

Nell'ambito delle applicazioni delle fibre ottiche, una tipologia di perdita ottica più complessa è la perdita dovuta alla microcurvatura. Con lo sviluppo di dispositivi e fibre ottiche, la perdita dovuta alla microcurvatura è diventata un fattore di perdita sempre più rilevante. Nei dispositivi si introducono sempre più spesso commutazioni ottiche dirette al posto di quelle elettriche, e la fibra è soggetta a stress prolungato in uno spazio molto ridotto. Per quanto riguarda la fibra, più sottile è la fibra, più piccolo è il diametro, sia riducendo lo spessore del rivestimento che il diametro del cladding; analogamente, per le fibre multicore, anche lo spessore effettivo del cladding si riduce notevolmente, aumentando il rischio di perdita dovuta alla microcurvatura.

Le perdite dovute a microflessioni e quelle dovute a macroflessioni sono letteralmente correlate alla flessione, ma presentano differenze evidenti dal punto di vista del meccanismo di insorgenza. Pertanto, nelle applicazioni pratiche, è fondamentale distinguere le perdite dovute a microflessioni o macroflessioni in base alla natura del problema, il che implica la corretta individuazione della causa e la soluzione più appropriata.

1. In termini di deformazione geometrica

La perdita dovuta alla microflessione è in realtà una perdita introdotta dalla leggera deformazione della fibra, mentre la perdita dovuta alla macroflessione è la perdita introdotta dalla flessione reale, e il diametro esterno della fibra rimane idealmente costante. Ciò determina una netta differenza geometrica. La piccola deformazione della fibra può essere trattata come una perturbazione ad alta frequenza della circonferenza geometrica nella direzione longitudinale della fibra. Questa perturbazione ha due attributi: ampiezza e frequenza. La microflessione deriva da un'alta frequenza e una bassa ampiezza. È possibile simulare un disturbo esterno, la cui frequenza e ampiezza variano casualmente nel tempo. Applicando la trasformata di Fourier a questa variazione casuale, l'ampiezza è equivalente alla potenza, e vi è una corrispondenza tra la densità spettrale di potenza e la frequenza spaziale.

Anche questo è intuitivamente facile da comprendere e da cui trarre una conclusione qualitativa: quando la frequenza del disturbo è molto alta, la deformazione della fibra è uniforme e l'influenza della perdita per microflessione non è significativa. Tuttavia, quando la frequenza del disturbo è molto bassa, può formarsi una flessione reale e la perdita per macroflessione diventa dominante.

2. Dal meccanismo di perdita

Nella perdita per macro-curvatura, si può considerare che la distribuzione del campo modale del modo fondamentale (fibra monomodale) nella fibra si diffonda verso il lato di curvatura, e la parte che si diffonde in profondità nel rivestimento formerà radiazione e si disperderà gradualmente. Nella perdita per micro-curvatura, parte della potenza del modo fondamentale che si propaga nella fibra ideale si accoppia a vari modi di ordine superiore in presenza di perturbazione. Man mano che la distanza di propagazione aumenta, la potenza trasportata da questi modi di ordine superiore viene irradiata fuori dalla fibra Oran a dieci elementi e, naturalmente, può essere riaccoppiata al modo fondamentale.

L'analisi della perdita per microflessione si basa in genere sulla teoria dell'accoppiamento dei modi, e la relazione di base è piuttosto complessa.

Dove C è il coefficiente di accoppiamento tra il modo fondamentale e uno dei modi di ordine superiore, che indica quanta potenza verrà accoppiata dal modo guidato al modo di ordine superiore o al modo di rivestimento (scenario monomodale). Qfiber è la perturbazione della fibra sotto stress diretto e Qenv è la perturbazione sotto stress indiretto quando l'ambiente cambia. L'accuratezza di questa analisi di modellazione è difficile perché le perturbazioni che causano le perdite per microflessione sono altamente casuali, ma lo scopo dell'analisi è fornire una guida affidabile e, in alcuni scenari, è possibile utilizzare coefficienti aggiuntivi per approssimare i risultati della simulazione.

Olshansky studiò e propose una relazione osservazionale nella fase iniziale.

un - Raggio del nucleo

b - raggio di rivestimento

Delta - differenza dell'indice di rifrazione

Modulo elastico del rivestimento in polimero EE

Esempio: modulo elastico del vetro della fibra ottica

Nella maggior parte dei casi d'uso, questa relazione è più utile

3. Fonte della perdita per microflessione

La causa principale delle perdite dovute a micro-flessioni è da ricercarsi in fattori esterni. Se la fibra viene utilizzata come fibra nuda, senza essere inserita in un cavo, e in assenza di forze esterne nello spazio libero, non vi è possibilità di perdite dovute a micro-flessioni. Sebbene l'irregolarità geometrica della fibra stessa possa causare perdite dovute a micro-flessioni, l'influenza di tali perdite può essere trascurata poiché il test di perdita è già stato superato in fabbrica. Si considera quindi solo l'influenza delle perdite dovute a micro-flessioni della fibra ottica in relazione al fissaggio esterno nel cavo o nel dispositivo ottico.

Le fonti di perdita per microflessione derivano principalmente da tre aspetti

Il primo fattore è il design della fibra stessa. Il design della fibra in sé non è la causa della perdita dovuta alle microflessioni, ma la sensibilità alle microflessioni è determinata dal design della fibra stessa. Il design del nucleo della fibra è influenzato principalmente dal valore MAC. Ciò è coerente con la formula delle caratteristiche di Olshansky.

Quanto più piccolo è il MAC, tanto minore sarà la perdita per microflessione sotto la stessa perturbazione esterna.

Ciò si riflette nella fibra specifica; in generale, la fibra G657 presenta una minore perdita per microflessione rispetto alla fibra G652.

Sebbene la riduzione del raggio del nucleo e l'aumento della differenza dell'indice di rifrazione possano ridurre le perdite dovute alla microcurvatura, è improbabile che esista una correlazione tra i parametri della fibra e la standardizzazione della fibra nello scenario in cui si modifica un solo parametro mentre gli altri rimangono invariati. Ma la tendenza continua.

Anche il design del rivestimento della fibra può apportare miglioramenti. La dipendenza dalla lunghezza d'onda della perdita per microcurvatura varia notevolmente quando al rivestimento viene aggiunto uno specifico design di scanalatura.

La dipendenza dalla lunghezza d'onda della perdita per microcurvatura della fibra scanalata in figura è molto diversa da quella della fibra standard. La dipendenza dalla lunghezza d'onda della fibra standard in questa figura si discosta leggermente dai dati convenzionali, soprattutto per la fibra con design scanalato la cui perdita per microcurvatura è appiattita. Ciò significa che la localizzazione e l'analisi del problema usuali devono considerare il design della fibra, altrimenti basarsi solo sull'esperienza può essere fuorviante. In sintesi, il design della fibra ottimizza la perdita per microcurvatura, il che è vantaggioso in determinati scenari.

In secondo luogo, la causa della perdita per microflessione è legata al cavo in fibra ottica, un fattore più complesso. La complessità risiede nel fatto che esistono troppi tipi di cavi in ​​fibra ottica e la loro progettazione è molto diversa, ma è relativamente facile essere specifici per un determinato tipo. Un fattore tipico è l'influenza del rivestimento. Intuitivamente, si può anche concludere che il rivestimento, come prima linea di difesa per proteggere la fibra, svolge il ruolo di un'efficace conduzione delle sollecitazioni. Se si utilizza il rivestimento come funzione di trasferimento delle sollecitazioni, minore è il modulo elastico interno e maggiore è il modulo elastico esterno, minore è il valore della funzione di trasferimento delle sollecitazioni e minore è anche l'influenza della corrispondente perdita per microflessione. È noto che maggiore è il diametro del rivestimento, minore è l'influenza della perdita per microflessione.

Ovviamente, il diametro di 900 µm è molto più piccolo della perdita per microcurvatura della fibra da 250 µm. Si può anche notare che, nello stesso progetto di cavo in fibra ottica, sebbene lo spazio di attività della fibra da 900 µm sia piccolo, in circostanze normali, la sua perdita per microcurvatura è effettivamente molto più piccola nel cavo

Il terzo fattore è l'impatto dell'ambiente in cui è posizionato il cavo. A causa della complessità delle perdite dovute alle microflessioni, al momento non esiste un metodo di prova standardizzato e generalmente si utilizza direttamente il metodo di prova fornito dalla norma IEC/TR62221. È difficile determinare la perturbazione. Anche con determinati metodi di prova, ambienti di prova e apparecchiature di prova, diverse posizioni di installazione possono dare risultati diversi. I risultati di diversi laboratori e diversi metodi di prova non possono essere confrontati direttamente, ma sono tutti confronti qualitativi. Per i risultati dei test, è necessario valutarli separatamente.