Vezelbuigingsverlies Dit verwijst naar het signaalverlies dat optreedt wanneer een optische vezel voorbij een bepaalde straal wordt gebogen. Dit fenomeen wordt veroorzaakt door het weglekken van licht uit de kern van de vezel tijdens de doorgang door de mantel. Wanneer een vezel wordt gebogen, ondergaan de lichtstralen totale interne reflectie op het grensvlak tussen de kern en de mantel. Als de buigradius echter te klein is, kunnen sommige lichtstralen door de mantel ontsnappen, wat resulteert in verlies.

Het vezelbuigingsverlies is afhankelijk van verschillende factoren:

Buigradius: Hoe kleiner de buigradius, hoe groter het buigverlies. Dit komt doordat een kleinere buigradius ervoor zorgt dat de lichtstralen een grotere kromming ondervinden, waardoor de kans op lekkage door de bekleding toeneemt.

Vezeltype: Verschillende soorten vezels hebben verschillende buigingsverlieskarakteristieken. Zo hebben single-mode vezels doorgaans een lager buigingsverlies dan multimode vezels.

Golflengte: Het buigingsverlies kan variëren afhankelijk van de golflengte van het licht dat door de vezel wordt gestuurd. Sommige golflengten kunnen een hoger buigingsverlies ondervinden dan andere.

Vezelontwerp: Het ontwerp van de vezel, inclusief het brekingsindexprofiel en de gebruikte materialen, kan het buigingsverlies beïnvloeden.

Coating: Het type en de kwaliteit van de coating die op de vezel wordt aangebracht, kunnen de flexibiliteit en de weerstand tegen buigverlies beïnvloeden.

Om buigverlies te minimaliseren, is het belangrijk om glasvezels voorzichtig te behandelen en overmatig buigen, met name scherpe bochten, te vermijden. Glasvezelkabels zijn vaak ontworpen met beschermende lagen en versterkingen om buigverlies te beperken en een betrouwbare signaaloverdracht te garanderen.

Bij de toepassing van optische vezels is microbuigingsverlies een complexere vorm van optisch verlies. Met de ontwikkeling van apparaten en optische vezels is microbuigingsverlies een steeds belangrijkere verliesfactor geworden. Door de toepassing van directe optische schakeling in plaats van elektrische schakeling, wordt de vezel gevoeliger voor langdurige spanningen in een zeer kleine ruimte. Bij dunnere vezels en vezels met een kleinere diameter, hetzij door een kleinere coatingdikte, hetzij door een kleinere manteldiameter, neemt de effectieve manteldikte eveneens sterk af. Dit verhoogt het risico op microbuigingsverlies.

Microbuigingsverlies en macrobuigingsverlies hebben beide letterlijk met buiging te maken, maar er zijn duidelijke verschillen in het mechanisme waarmee het verlies optreedt. Daarom is het in de praktijk essentieel om het verlies door microbuiging of macrobuiging te onderscheiden op basis van de aard ervan. Dit is cruciaal voor het correct lokaliseren van het probleem en het bepalen van de juiste oplossing.

1. In termen van geometrische vervorming

Het verlies door microbuiging is feitelijk een verlies dat wordt veroorzaakt door de lichte vervorming van de vezel, terwijl het verlies door macrobuiging het verlies is dat wordt veroorzaakt door de daadwerkelijke buiging, waarbij de buitendiameter van de vezel constant blijft. Dit zorgt voor een duidelijk verschil in geometrie. De kleine vervorming van de vezel kan worden beschouwd als een hoogfrequente verstoring van de geometrische omtrek in de lengterichting van de vezel. Deze verstoring heeft twee eigenschappen: amplitude en frequentie. Microbuiging wordt veroorzaakt door een hoge frequentie en een lage amplitude. De externe verstoring kan worden gesimuleerd, waarbij de frequentie en amplitude willekeurig in de tijd veranderen. Door de Fourier-transformatie van deze willekeurige variatie te nemen, is de grootte gelijk aan het vermogen, en er bestaat een correspondentie tussen de vermogensspectrale dichtheid en de ruimtelijke frequentie.

Dit is ook intuïtief gemakkelijk te begrijpen en er kan een kwalitatieve conclusie uit worden getrokken: wanneer de verstoringsfrequentie zeer hoog is, is de vervorming van de vezel uniform en is de invloed van microbuigingsverlies niet groot. Wanneer de verstoringsfrequentie echter zeer laag is, kan er daadwerkelijke buiging optreden en is het macrobuigingsverlies dominant.

2. Vanuit het verliesmechanisme

Bij macrobuigingsverlies kan worden aangenomen dat de modusveldverdeling van de grondmodus (single-mode vezel) in de vezel diffundeert naar de buigzijde, en dat het deel dat diep in de mantel diffundeert, straling vormt en geleidelijk verloren gaat. Bij microbuigingsverlies wordt een deel van het vermogen van de grondmodus die zich voortplant in de ideale vezel gekoppeld aan verschillende hogere-orde modi onder invloed van verstoringen. Naarmate de voortplantingsafstand toeneemt, wordt het vermogen dat door deze hogere-orde modi wordt gedragen, uitgestraald uit de Oran tien-elementenvezel, en kan het uiteraard weer teruggekoppeld worden naar de grondmodus.

De analyse van microbuigingsverliezen is doorgaans gebaseerd op de moduskoppelingstheorie, en de basisrelatie is enigszins complex.

Waarbij C de koppelingscoëfficiënt is tussen de fundamentele modus en een van de hogere-orde modi. Deze coëfficiënt geeft aan hoeveel vermogen er van de geleide modus naar de hogere-orde modus of de mantelmodus wordt gekoppeld (scenario met één modus). Qfiber is de verstoring van de vezel onder directe spanning, en Qenv is de verstoring onder indirecte spanning wanneer de omgeving verandert. De nauwkeurigheid van deze modelleringsanalyse is lastig te garanderen, omdat de verstoringen die de microbuigingsverliezen veroorzaken zeer willekeurig zijn. Het doel van de analyse is echter om een ​​sterke leidraad te bieden, en in bepaalde scenario's kunnen extra coëfficiënten worden gebruikt om de simulatieresultaten te benaderen.

Olshansky bestudeerde en stelde in een vroeg stadium een ​​verband voor op basis van observaties.

a - Kernstraal

b - Bekledingsradius

Delta - verschil in brekingsindex

Elasticiteitsmodulus van de EE-polymeercoating

Bijvoorbeeld: de elasticiteitsmodulus van optisch glasvezelglas.

In de meeste gevallen is deze relatie nuttiger.

3. Bron van microbuigingsverlies

De oorzaak van microbuigingsverlies ligt voornamelijk in externe factoren. Als de vezel alleen als kale vezel wordt gebruikt, zonder kabelvorming, en er geen externe kracht in de vrije ruimte aanwezig is, is er geen kans op microbuigingsverlies. Hoewel de geometrische onregelmatigheid van de vezel zelf mogelijk microbuigingsverlies kan veroorzaken, kan de invloed hiervan worden verwaarloosd omdat de verliestest in de fabriek al is geslaagd. Er wordt alleen rekening gehouden met de invloed van microbuigingsverlies van de optische vezel als gevolg van de externe bevestiging in een optische kabel of apparaat.

De oorzaken van microbuigingsverlies zijn hoofdzakelijk afkomstig van drie aspecten.

Het eerste aspect betreft het ontwerp van de vezel zelf. Het ontwerp van de vezel is niet de oorzaak van het verlies door microbuiging, maar de gevoeligheid voor microbuiging wordt wel bepaald door het vezelontwerp. Het ontwerp van de vezelkern wordt voornamelijk beïnvloed door de MAC-waarde. Dit komt overeen met de formule van Olshansky.

Hoe kleiner de MAC is, hoe kleiner het microbuigingsverlies zal zijn onder dezelfde externe verstoring.

Dit wordt weerspiegeld in de specifieke vezel; over het algemeen heeft de G657-vezel minder microbuigingsverlies dan de G652-vezel.

Hoewel het verkleinen van de kernradius en het vergroten van het verschil in brekingsindex het microbuigingsverlies kunnen verminderen, is het onwaarschijnlijk dat er een verband bestaat tussen de vezelparameters en de standaardisatie van de vezel wanneer slechts één parameter wordt gewijzigd terwijl de andere ongewijzigd blijven. Maar deze trend zet zich voort.

Ook het ontwerp van de bekleding in de vezel kan verbeteringen opleveren. De golflengteafhankelijkheid van het microbuigingsverlies varieert sterk wanneer een specifiek groefontwerp aan de bekleding wordt toegevoegd.

De golflengteafhankelijkheid van het microbuigingsverlies van de gegroefde vezel in de afbeelding verschilt sterk van die van de standaardvezel. De golflengteafhankelijkheid van de standaardvezel in deze afbeelding ligt iets buiten de conventionele waarden, met name voor de gegroefde vezel waarvan het microbuigingsverlies is afgevlakt. Dit betekent dat bij de gebruikelijke probleemlokalisatie en probleemanalyse rekening moet worden gehouden met het vezelontwerp; anders kan een analyse op basis van ervaring misleidend zijn. Kortom, het vezelontwerp optimaliseert het microbuigingsverlies, wat in bepaalde scenario's voordelig is.

Ten tweede is de bron van microbuigingsverlies gerelateerd aan de optische vezelkabel zelf, wat complexer is. De complexiteit zit hem in het feit dat er te veel soorten optische vezelkabels bestaan ​​met zeer uiteenlopende ontwerpen, hoewel het relatief eenvoudig is om een ​​specifieke factor voor een bepaald type te bepalen. Een typische factor is de invloed van de coating. Intuïtief kan worden geconcludeerd dat de coating, als eerste verdedigingslinie ter bescherming van de vezel, een effectieve spanningsgeleidingsfunctie vervult. Als de coating als spanningsoverdrachtsfunctie wordt gebruikt, geldt dat hoe kleiner de interne elasticiteitsmodulus en hoe groter de externe elasticiteitsmodulus, hoe kleiner de waarde van de spanningsoverdrachtsfunctie en hoe kleiner de invloed van het bijbehorende microbuigingsverlies. Hoe groter de diameter van de coating, hoe kleiner de invloed van het microbuigingsverlies.

Het is duidelijk dat de diameter van 900 µm veel kleiner is dan het microbuigingsverlies van een vezel van 250 µm. Bovendien is het zo dat, ondanks de kleine actieve ruimte van een 900 µm vezel, het microbuigingsverlies in de kabel onder normale omstandigheden aanzienlijk kleiner is bij een glasvezelkabel van hetzelfde ontwerp.

De derde factor is de invloed van de omgeving waarin de kabel zich bevindt. Vanwege de complexiteit van microbuigingsverliezen bestaat er momenteel geen gestandaardiseerde testmethode, en wordt over het algemeen de testmethode van IEC/TR62221 direct gebruikt. Het is moeilijk om de verstoring te bepalen. Zelfs bij bepaalde testmethoden, testomgevingen en testapparatuur kunnen verschillende plaatsingslocaties tot verschillende resultaten leiden. De resultaten van verschillende laboratoria en verschillende testmethoden kunnen niet direct met elkaar worden vergeleken, maar zijn allemaal kwalitatieve vergelijkingen. De testresultaten moeten daarom afzonderlijk worden geëvalueerd.