Perda por curvatura da fibra Refere-se à perda de sinal que ocorre quando uma fibra óptica é curvada além de um determinado raio. Esse fenômeno se deve ao vazamento de luz do núcleo da fibra à medida que ela atravessa o revestimento. Quando uma fibra é curvada, os raios de luz sofrem reflexão interna total na interface núcleo-revestimento. No entanto, se o raio de curvatura for muito pequeno, alguns raios de luz podem escapar pelo revestimento, resultando em perda.

A perda por curvatura da fibra depende de vários fatores:

Raio de curvatura: Quanto menor o raio de curvatura, maior a perda por curvatura. Isso ocorre porque um raio de curvatura menor faz com que os raios de luz sofram maior curvatura, aumentando a probabilidade de vazamento através do revestimento.

Tipo de fibra: Diferentes tipos de fibras apresentam diferentes características de perda por curvatura. Por exemplo, as fibras monomodo geralmente têm perdas por curvatura menores em comparação com as fibras multimodo.

Comprimento de onda: A perda por curvatura pode variar com o comprimento de onda da luz transmitida pela fibra. Alguns comprimentos de onda podem apresentar maior perda por curvatura do que outros.

Design de fibra: O design da fibra, incluindo o perfil do índice de refração e os materiais utilizados, pode influenciar a perda por curvatura.

Revestimento: O tipo e a qualidade do revestimento aplicado à fibra podem afetar sua flexibilidade e resistência à perda por curvatura.

Para minimizar as perdas por curvatura, é importante manusear as fibras ópticas com cuidado e evitar curvaturas excessivas, especialmente curvas acentuadas. Os cabos de fibra óptica são frequentemente projetados com camadas protetoras e reforços para mitigar as perdas por curvatura e garantir a transmissão confiável dos sinais.

Na aplicação de fibra óptica, um tipo mais complexo de perda óptica é a perda por microcurvatura. Com o desenvolvimento de dispositivos e fibras ópticas, a perda por microcurvatura tornou-se um fator de perda cada vez mais preocupante. A comutação óptica direta, em vez da comutação elétrica, é cada vez mais utilizada nos dispositivos, e a fibra fica suscetível a tensões prolongadas em um espaço muito pequeno. Para fibras mais finas e com menor diâmetro, isso pode ser obtido reduzindo-se a espessura do revestimento ou o diâmetro da casca. Da mesma forma, em fibras multicore, a espessura efetiva do revestimento também é bastante reduzida, o que aumenta o risco de perda por microcurvatura.

As perdas por microcurvatura e por macrocurvatura estão literalmente relacionadas à curvatura, mas existem diferenças óbvias entre elas do ponto de vista do mecanismo de ocorrência da perda. Portanto, em aplicações práticas, é fundamental distinguir a perda por microcurvatura da perda por macrocurvatura de acordo com a natureza da perda, o que envolve a correta localização do problema e a forma de solucioná-lo.

1. Em termos de deformação geométrica

A perda por microcurvatura é, na verdade, uma perda introduzida pela ligeira deformação da fibra, enquanto a perda por macrocurvatura é a perda introduzida pela curvatura real, mantendo-se o diâmetro externo da fibra constante. Isso resulta em uma clara diferença geométrica. A pequena deformação da fibra pode ser tratada como uma perturbação de alta frequência na circunferência geométrica, na direção longitudinal da fibra. Essa perturbação possui dois atributos: amplitude e frequência. O fenômeno da microcurvatura resulta de alta frequência e baixa amplitude. A perturbação externa pode ser simulada, e sua frequência e amplitude variam aleatoriamente com o tempo. Ao aplicar a transformada de Fourier a essa variação aleatória, a magnitude é equivalente à potência, havendo uma correspondência entre a densidade espectral de potência e a frequência espacial.

Isso também é intuitivamente fácil de entender e permite chegar a uma conclusão qualitativa: quando a frequência da perturbação é muito alta, a deformação da fibra é uniforme e a influência da perda por microcurvatura não é grande. No entanto, quando a frequência da perturbação é muito baixa, pode ocorrer curvatura real e a perda por macrocurvatura torna-se dominante.

2. A partir do mecanismo de perda

Na perda por macrocurvatura, pode-se considerar que a distribuição do campo modal do modo fundamental (fibra monomodo) na fibra se difunde para o lado da curvatura, e a parte que se difunde profundamente no revestimento forma radiação e se perde gradualmente. Na perda por microcurvatura, parte da potência do modo fundamental que se propaga na fibra ideal é acoplada a vários modos de ordem superior sob a condição de perturbação. À medida que a distância de propagação aumenta, a potência transportada por esses modos de ordem superior é irradiada para fora da fibra de dez elementos de Oran e, naturalmente, pode ser reacoplada ao modo fundamental.

A análise da perda por microcurvatura é normalmente baseada na teoria de acoplamento de modos, e a relação básica é um tanto complicada.

Onde C é o coeficiente de acoplamento entre o modo fundamental e um dos modos de ordem superior, que indica quanta potência será acoplada do modo guiado para o modo de ordem superior ou modo de revestimento (cenário monomodo). Qfiber é a perturbação da fibra sob tensão direta e Qenv é a perturbação sob tensão indireta quando o ambiente muda. A precisão desta análise de modelagem é difícil porque as perturbações que causam as perdas por microcurvatura são altamente aleatórias, mas o objetivo da análise é fornecer uma orientação robusta e, em certos cenários, coeficientes adicionais podem ser usados ​​para aproximar os resultados da simulação.

Olshansky estudou e propôs uma relação observacional no estágio inicial.

um -Raio do núcleo

b - Raio de revestimento

Delta - diferença no índice de refração

Módulo de elasticidade do revestimento de polímero EE

Exemplo: Módulo de elasticidade da fibra óptica de vidro

Para a maioria dos casos de uso, essa relação é mais útil.

3. Fonte de perda por microcurvatura

A principal causa da perda por microcurvatura são fatores externos. Se a fibra for utilizada apenas como fibra nua, sem a formação de um cabo, e não houver força externa no espaço livre, não haverá possibilidade de perda por microcurvatura. Embora a irregularidade geométrica da própria fibra possa contribuir para essa perda, sua influência pode ser ignorada, visto que o teste de perda já foi realizado na fábrica. Considera-se apenas a influência da perda por microcurvatura da fibra óptica correspondente à fixação externa no cabo ou dispositivo óptico.

As principais fontes de perda por microcurvatura provêm de três aspectos.

O primeiro fator é o próprio projeto da fibra. O projeto da fibra em si não é a causa da perda por microcurvatura, mas a sensibilidade à microcurvatura é determinada pelo projeto da fibra. O projeto do núcleo da fibra é influenciado principalmente pelo valor MAC. Isso está de acordo com a fórmula de Olshansky.

Quanto menor for o MAC, menor será a perda por microcurvatura sob a mesma perturbação externa.

Isso se reflete na fibra específica; geralmente, a fibra G657 apresenta menos perdas por microcurvatura do que a fibra G652.

Embora a redução do raio do núcleo e o aumento da diferença do índice de refração possam diminuir a perda por microcurvatura, é improvável que exista correlação entre os parâmetros da fibra e a padronização da mesma no cenário em que apenas um parâmetro é alterado enquanto os demais permanecem inalterados. Mas essa tendência persiste.

O design do revestimento da fibra também pode trazer melhorias. A dependência do comprimento de onda na perda por microcurvatura varia bastante quando um design de ranhura específico é adicionado ao revestimento.

A dependência do comprimento de onda na perda por microcurvatura da fibra ranhurada na figura é muito diferente daquela da fibra padrão. A dependência do comprimento de onda da fibra padrão nesta figura está ligeiramente além dos dados convencionais, principalmente para a fibra com ranhuras, cuja perda por microcurvatura é atenuada. Isso significa que a localização e a análise usuais do problema precisam considerar o projeto da fibra; caso contrário, basear-se apenas na experiência pode ser enganoso. Em resumo, o projeto da fibra otimiza a perda por microcurvatura, o que é benéfico em determinados cenários.

Em segundo lugar, a origem da perda por microcurvatura está relacionada ao fator do cabo de fibra óptica, que é mais complexo. A complexidade reside no fato de existirem muitos tipos de cabos de fibra óptica e seus projetos serem muito diferentes, embora seja relativamente fácil especificar um tipo específico. Um fator típico é a influência do revestimento. Intuitivamente, pode-se concluir que o revestimento, como primeira linha de defesa para proteger a fibra, desempenha o papel de condutor de tensão eficaz. Se o revestimento for usado como uma função de transferência de tensão, quanto menor o módulo de elasticidade interno e maior o módulo de elasticidade externo, menor será o valor da função de transferência de tensão e, consequentemente, menor será a influência da perda por microcurvatura correspondente. Sabe-se que quanto maior o diâmetro do revestimento, menor será a influência da perda por microcurvatura.

Obviamente, o diâmetro de 900 µm é muito menor que a perda por microcurvatura de uma fibra de 250 µm. Também se pode observar que, no mesmo projeto de cabo de fibra óptica, embora o espaço ativo da fibra de 900 µm seja pequeno, em circunstâncias normais, sua perda por microcurvatura é de fato muito menor no cabo.

O terceiro fator é o impacto do ambiente em que o cabo está localizado. Devido à complexidade da perda por microcurvatura, não existe atualmente um método de teste padronizado, sendo geralmente utilizado o método fornecido pela norma IEC/TR62221. É difícil determinar a perturbação. Mesmo para determinados métodos de teste, ambientes e equipamentos de teste, diferentes locais de instalação podem apresentar resultados distintos. Os resultados de diferentes laboratórios e métodos de teste não podem ser comparados diretamente, sendo apenas comparações qualitativas. Para cada resultado de teste, é necessário avaliá-lo individualmente.