אובדן כיפוף סיבים מתייחס לאובדן אות המתרחש כאשר סיב אופטי מכופף מעבר לרדיוס מסוים. תופעה זו נובעת מדליפת אור מליבת הסיב כשהוא עובר דרך הציפוי. כאשר סיב מכופף, קרני האור עוברות החזרה פנימית מלאה בממשק הליבה-ציפוי. עם זאת, אם רדיוס הכיפוף קטן מדי, חלק מקרני האור עלולות להיחלץ דרך הציפוי, וכתוצאה מכך להיעלם.

אובדן כיפוף הסיבים תלוי במספר גורמים:

רדיוס כיפוף: ככל שרדיוס הכיפוף קטן יותר, כך אובדן הכיפוף גבוה יותר. הסיבה לכך היא שרדיוס כיפוף קטן יותר גורם לקרני האור לחוות עקמומיות גדולה יותר, מה שמגדיל את הסבירות לדליפה דרך החיפוי.

סוג סיב: לסוגים שונים של סיבים יש מאפייני אובדן כיפוף שונים. לדוגמה, לסיבים חד-מודיים יש בדרך כלל הפסדי כיפוף נמוכים יותר בהשוואה לסיבים רב-מודיים.

אֹרֶך גַל: אובדן הכיפוף יכול להשתנות בהתאם לאורך הגל של האור המועבר דרך הסיב. אורכי גל מסוימים עשויים לחוות אובדן כיפוף גבוה יותר מאחרים.

עיצוב סיבים: עיצוב הסיב, כולל פרופיל מקדם השבירה והחומרים המשמשים, יכולים להשפיע על אובדן הכיפוף.

שִׁכבָה: סוג ואיכות הציפוי המוחל על הסיב יכולים להשפיע על גמישותו ועמידותו בפני אובדן כיפוף.

כדי למזער את אובדן הכיפוף, חשוב לטפל בסיבים אופטיים בזהירות ולהימנע מכיפוף מוגזם, במיוחד כיפופים חדים. כבלי סיבים אופטיים מתוכננים לעתים קרובות עם שכבות מגן וחיזוקים כדי להפחית את אובדן הכיפוף ולהבטיח העברה אמינה של אותות.

ביישום של סיבים אופטיים, סוג מורכב יותר של אובדן אופטי הוא אובדן מיקרו-כיפוף. עם התפתחות התקנים וסיבים אופטיים, אובדן מיקרו-כיפוף הוא גורם אובדן מודאג יותר. מיתוג אופטי ישיר יותר מוצג במכשיר במקום מיתוג חשמלי, והסיב רגיש ללחץ ארוך טווח במרחב קטן מאוד. עבור סיבים דקים יותר, סיבים בקוטר קטן יותר, בין אם על ידי הפחתת עובי הציפוי, או על ידי הפחתת קוטר החיפוי; באופן דומה עבור סיבים מרובי ליבות, עובי החיפוי האפקטיבי גם יופחת משמעותית, מה שמגדיל את הסיכון לאובדן מיקרו-כיפוף.

אובדן כיפוף מיקרו ואובדן כיפוף מאקרו קשורים לכיפוף פשוטו כמשמעו, אך ישנם הבדלים ברורים ביניהם מבחינת מנגנון התרחשות האובדן. לכן, ביישומים מעשיים, חשוב מאוד להבחין בין אובדן לכיפוף מיקרו או לכיפוף מאקרו בהתאם לאופי האובדן, הכולל את המיקום הנכון של הבעיה ואת הדרך לפתור אותה.

1. מבחינת עיוות גיאומטרי

אובדן הכיפוף המיקרו הוא למעשה אובדן שנגרם על ידי עיוות קל של הסיב, בעוד שאובדן הכיפוף המקרו הוא האובדן שנגרם על ידי הכיפוף האמיתי, והקוטר החיצוני של הסיב נשאר קבוע אידיאלי. זה יוצר הבדל ברור בגיאומטריה. ניתן להתייחס לעיוות הקטן של הסיב כהפרעה בתדר גבוה של ההיקף הגיאומטרי בכיוון האורך של הסיב. להפרעה זו שתי תכונות: אמפליטודה ותדירות. סצנת הכיפוף המיקרו נובעת מתדר גבוה ומאמפליטודה נמוכה. ניתן לדמות את ההפרעה החיצונית, והתדירות והמשרעת שלה משתנות באופן אקראי עם הזמן. בביצוע טרנספורמציית פורייה של וריאציה אקראית זו, הגודל שווה ערך להספק, ויש התאמה מקבילה בין צפיפות הספק הספקטרלית לתדר המרחבי.

קל גם להבין זאת באופן אינטואיטיבי ולהסיק ממנו מסקנה איכותית: כאשר תדירות ההפרעה גבוהה מאוד, העיוות של הסיב אחיד, וההשפעה של אובדן הכיפוף המיקרו אינה גדולה. עם זאת, כאשר תדירות ההפרעה נמוכה מאוד, ייתכן כיפוף אמיתי, ואובדן הכיפוף המקרו הוא הדומיננטי.

2. ממנגנון ההפסד

בהפסד המקרו-כיפוף, ניתן להסיק כי התפלגות שדה המודים של המודן הבסיסי (סיב חד-מודי) בסיב מתפזרת לצד הכיפוף, והחלק המתפזר עמוק לתוך הציפוי ייצור קרינה ויאבד בהדרגה. בהפסד המיקרו-כיפוף, חלק מההספק של המודן הבסיסי המתפשט בסיב האידיאלי מצומד למצבים שונים מסדר גבוה יותר בתנאי הפרעה. ככל שמרחק ההתפשטות גדל, ההספק הנישא על ידי מצבים מסדר גבוה יותר אלה מוקרן החוצה מסיב אוראן בעל עשרת האלמנטים, וכמובן שהוא עשוי להיות מצומד חזרה למוד הבסיסי.

ניתוח אובדן המיקרו-כיפוף מבוסס בדרך כלל על תורת צימוד המצבים, והקשר הבסיסי מעט מסובך.

כאשר C הוא מקדם הצימוד בין המצב הבסיסי לאחד מהמצבים מסדר גבוה יותר, המציין כמה הספק יצומד מהמצב המודרך למצב מסדר גבוה יותר או למצב ציפוי (תרחיש מצב יחיד). Qfiber הוא ההפרעה של הסיב תחת מאמץ ישיר, ו-Qenv הוא ההפרעה תחת מאמץ עקיף כאשר הסביבה משתנה. הדיוק של ניתוח מידול זה קשה מכיוון שההפרעות הגורמות להפסדי המיקרו-כיפוף הן אקראיות ביותר, אך מטרת הניתוח היא לספק הנחיה חזקה, ובתרחישים מסוימים ניתן להשתמש במקדמים נוספים כדי לקרב את תוצאות הסימולציה.

אולשנסקי חקר והציע קשר תצפיתי בשלב מוקדם.

רדיוס ליבה א

ב - רדיוס החיפוי

דלתא - הפרש מקדם שבירה

מודול אלסטיות של ציפוי EE-פולימר

לדוגמה - מודול אלסטיות של סיב זכוכית אופטי

עבור רוב מקרי השימוש, קשר זה מועיל יותר

3. מקור אובדן מיקרו-כיפוף

מקור אובדן הכיפוף המיקרו הוא בעיקר גורמים חיצוניים. אם הסיב משמש רק כסיב חשוף ללא יצירת כבל, אם אין כוח חיצוני במרחב הפנוי, אין אפשרות לאובדן כיפוף מיקרו. למרות שאי-הסדירות הגיאומטרית של הסיב עצמו עשויה להוות אפשרות לאובדן כיפוף מיקרו, ניתן להתעלם מהשפעת אובדן הכיפוף המיקרו של הסיב עצמו מכיוון שמבחן ההפסד עבר במבחן המפעל. הוא מתחשב רק בהשפעת אובדן הכיפוף המיקרו של הסיב האופטי התואם לקיבוע חיצוני בכבל או במכשיר האופטי.

מקורות אובדן המיקרו-כיפוף נובעים בעיקר משלושה היבטים

הראשון הוא תכנון הסיב עצמו. תכנון הסיב עצמו אינו מקור אובדן הכיפוף המיקרו, אלא הרגישות לכיפוף מיקרו נקבעת על ידי תכנון הסיב עצמו. תכנון ליבת הסיב מושפע בעיקר מערך ה-MAC. זה עולה בקנה אחד עם נוסחת התכונות של אולשנסקי.

ככל ש-MAC קטן יותר, כך אובדן המיקרו-כפיפה יהיה קטן יותר תחת אותה הפרעה חיצונית.

זה בא לידי ביטוי בסיב הספציפי, בדרך כלל לסיב G657 יש פחות אובדן כיפוף מיקרו מאשר לסיב G652.

למרות שהפחתת רדיוס הליבה והגדלת הפרש מקדם השבירה יכולים להפחית את אובדן הכיפוף המיקרו, סביר להניח שהקורלציה בין פרמטרי הסיבים לסטנדרטיזציה של הסיבים לא תתקיים בתרחיש של שינוי פרמטר אחד בלבד בעוד שהאחרים נשארים ללא שינוי. אך המגמה נמשכת.

עיצוב הציפוי בסיב יכול גם הוא להביא לשיפורים. התלות באורך הגל של אובדן הכיפוף המיקרו משתנה מאוד כאשר מתווסף עיצוב חריץ ספציפי לציפוי.

תלות אורך הגל של אובדן הכיפוף המיקרו של הסיב המחורץ באיור שונה מאוד מזו של הסיב הסטנדרטי. תלות אורך הגל של הסיב הסטנדרטי באיור זה חורגת מעט מהנתונים המקובלים, בעיקר עבור סיב בעיצוב מחורץ שאובדן הכיפוף המיקרו שלו שטוח. משמעות הדבר היא שאיתור הבעיה הרגיל וניתוח הבעיה צריכים לקחת בחשבון את עיצוב הסיב, אחרת התבססות על ניסיון בלבד יכולה להיות מטעה. לסיכום, עיצוב הסיב מייעל את אובדן הכיפוף המיקרו, דבר המועיל בתרחישים מסוימים.

שנית, מקור אובדן הכיפוף המיקרו קשור לגורם של כבל סיב אופטי, שהוא מורכב יותר. המורכבות טמונה בעובדה שישנם סוגים רבים מדי של כבלי סיב אופטי והעיצוב שונה מאוד, אך קל יחסית להיות ספציפי לסוג מסוים. גורם טיפוסי הוא השפעת הציפוי. באופן אינטואיטיבי, ניתן גם להסיק שהציפוי, כקו ההגנה הראשון להגנה על הסיב, ממלא את התפקיד של הולכת מאמץ יעילה. אם הציפוי משמש כפונקציית העברת מאמץ, ככל שמודול האלסטיות הפנימי קטן יותר וככל שמודול האלסטיות החיצוני גדול יותר, כך ערך פונקציית העברת המאמץ קטן יותר, וההשפעה של אובדן הכיפוף המיקרו המתאים גם קטנה יותר. ככל שקוטר הציפוי גדול יותר, כך השפעת אובדן הכיפוף המיקרו ידועה במודע.

ברור שקוטרו של 900 מיקרון קטן בהרבה מאובדן הכיפוף המיקרו של סיב 250 מיקרון. ניתן גם לדעת שבאותו עיצוב של כבל סיב אופטי, למרות שמרחב הפעילות של סיב 900 מיקרון קטן, בנסיבות רגילות, אובדן הכיפוף המיקרו שלו קטן בהרבה בכבל.

הגורם השלישי הוא השפעת הסביבה בה נמצא הכבל. בשל מורכבות אובדן הכיפוף המיקרו, אין כיום שיטת בדיקה סטנדרטית, ושיטת הבדיקה המסופקת על ידי IEC/TR62221 משמשת בדרך כלל ישירות. קשה לקבוע את ההפרעה. אפילו עבור שיטות בדיקה, סביבות בדיקה וציוד בדיקה מסוימים, מיקומי מיקום שונים עשויים להניב תוצאות שונות. לא ניתן להשוות ישירות את התוצאות של מעבדות שונות ושיטות בדיקה שונות, אלא כולן השוואות איכותיות. עבור תוצאות הבדיקה שלה, יש להעריך אותן בנפרד.