การสูญเสียจากการดัดงอของเส้นใย หมายถึงการสูญเสียสัญญาณที่เกิดขึ้นเมื่อใยแก้วนำแสงถูกดัดงอเกินรัศมีที่กำหนด ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการรั่วไหลของแสงจากแกนกลางของใยแก้วนำแสงขณะเดินทางผ่านชั้นหุ้ม เมื่อใยแก้วนำแสงถูกดัดงอ รังสีแสงจะเกิดการสะท้อนกลับภายในทั้งหมดที่บริเวณรอยต่อระหว่างแกนกลางและชั้นหุ้ม อย่างไรก็ตาม หากรัศมีของการดัดงอเล็กเกินไป รังสีแสงบางส่วนอาจเล็ดลอดผ่านชั้นหุ้ม ทำให้เกิดการสูญเสียสัญญาณ

การสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอของเส้นใยขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย:

รัศมีการดัด: ยิ่งรัศมีการโค้งงอน้อยลงเท่าใด การสูญเสียจากการโค้งงอก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เนื่องจากรัศมีการโค้งงอที่น้อยลงทำให้รังสีแสงเกิดการโค้งงอมากขึ้น ส่งผลให้มีโอกาสที่แสงจะรั่วผ่านวัสดุหุ้มมากขึ้น

ประเภทเส้นใย: เส้นใยชนิดต่างๆ มีลักษณะการสูญเสียจากการดัดงอที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เส้นใยแบบซิงเกิลโหมดโดยทั่วไปจะมีการสูญเสียจากการดัดงอน้อยกว่าเส้นใยแบบมัลติโหมด

ความยาวคลื่น: การสูญเสียเนื่องจากการโค้งงออาจแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นของแสงที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสง ความยาวคลื่นบางช่วงอาจมีการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอมากกว่าช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ

การออกแบบเส้นใย: การออกแบบเส้นใย รวมถึงลักษณะดัชนีหักเหและวัสดุที่ใช้ สามารถส่งผลต่อการสูญเสียเมื่อโค้งงอได้

การเคลือบผิว: ชนิดและคุณภาพของสารเคลือบที่ใช้กับเส้นใยสามารถส่งผลต่อความยืดหยุ่นและความต้านทานต่อการโค้งงอได้

เพื่อลดการสูญเสียจากการโค้งงอให้น้อยที่สุด สิ่งสำคัญคือต้องจัดการกับเส้นใยแก้วนำแสงอย่างระมัดระวังและหลีกเลี่ยงการโค้งงอมากเกินไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งการโค้งงอที่แหลมคม สายเคเบิลใยแก้วนำแสงมักได้รับการออกแบบให้มีชั้นป้องกันและวัสดุเสริมแรงเพื่อลดการสูญเสียจากการโค้งงอและรับประกันการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้

ในการใช้งานใยแก้วนำแสง การสูญเสียทางแสงประเภทที่ซับซ้อนกว่าคือการสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็ก ด้วยการพัฒนาของอุปกรณ์และใยแก้วนำแสง การสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็กจึงกลายเป็นปัจจัยการสูญเสียที่น่ากังวลมากขึ้น การนำการสวิตช์ด้วยแสงโดยตรงมาใช้ในอุปกรณ์แทนการสวิตช์ด้วยไฟฟ้า ทำให้ใยแก้วนำแสงมีความเสี่ยงต่อความเครียดในระยะยาวในพื้นที่ขนาดเล็กมาก สำหรับใยแก้วนำแสงที่บางกว่าและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่านั้น สามารถทำได้โดยการลดความหนาของชั้นเคลือบหรือลดเส้นผ่านศูนย์กลางของปลอกหุ้ม ในทำนองเดียวกัน สำหรับใยแก้วนำแสงแบบหลายแกน ความหนาของปลอกหุ้มที่มีประสิทธิภาพก็จะลดลงอย่างมาก ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงของการสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็ก

การสูญเสียจากการดัดงอขนาดเล็กและการสูญเสียจากการดัดงอขนาดใหญ่มีความเกี่ยวข้องกับการดัดงอในเชิงตัวอักษร แต่มีความแตกต่างที่ชัดเจนระหว่างกันในแง่ของกลไกการเกิดการสูญเสีย ดังนั้น ในการใช้งานจริง จึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแยกแยะการสูญเสียจากการดัดงอขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ตามลักษณะของการสูญเสีย ซึ่งเกี่ยวข้องกับการระบุตำแหน่งของปัญหาและวิธีการแก้ไขปัญหาอย่างถูกต้อง

1. ในแง่ของการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิต

การสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยนั้นแท้จริงแล้วคือการสูญเสียที่เกิดจากการเสียรูปเพียงเล็กน้อยของเส้นใย ในขณะที่การสูญเสียจากการโค้งงอขนาดใหญ่คือการสูญเสียที่เกิดจากการโค้งงอจริง โดยที่เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของเส้นใยยังคงที่ในอุดมคติ ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างที่ชัดเจนในทางเรขาคณิต การเสียรูปเล็กน้อยของเส้นใยสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการรบกวนความถี่สูงของเส้นรอบวงทางเรขาคณิตในทิศทางตามยาวของเส้นใย การรบกวนนี้มีคุณสมบัติสองประการคือ แอมพลิจูดและความถี่ การโค้งงอเล็กน้อยเกิดจากความถี่สูงและแอมพลิจูดต่ำ การรบกวนภายนอกสามารถจำลองได้ และความถี่และแอมพลิจูดจะเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มตามเวลา เมื่อทำการแปลงฟูริเยร์ของการเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มนี้ ขนาดจะเทียบเท่ากับกำลัง และมีความสอดคล้องกันระหว่างความหนาแน่นสเปกตรัมกำลังและความถี่เชิงพื้นที่

สิ่งนี้เข้าใจได้ง่ายและสามารถสรุปได้ในเชิงคุณภาพเช่นกัน กล่าวคือ เมื่อความถี่ของการรบกวนสูงมาก การเสียรูปของเส้นใยจะสม่ำเสมอ และอิทธิพลของการสูญเสียจากการโค้งงอระดับจุลภาคจะไม่มากนัก อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่ของการรบกวนต่ำมาก อาจเกิดการโค้งงอจริงขึ้น และการสูญเสียจากการโค้งงอระดับมหภาคจะเด่นชัดขึ้น

2. จากกลไกการสูญเสีย

ในการสูญเสียจากการโค้งงอระดับมหภาค สามารถพิจารณาได้ว่าการกระจายสนามโหมดของโหมดพื้นฐาน (ใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว) ในใยแก้วนำแสงจะแพร่กระจายไปยังด้านที่โค้งงอ และส่วนที่แพร่กระจายลึกเข้าไปในชั้นหุ้มจะก่อให้เกิดการแผ่รังสีและค่อยๆ สูญเสียไป ในการสูญเสียจากการโค้งงอระดับจุลภาค พลังงานส่วนหนึ่งของโหมดพื้นฐานที่แพร่กระจายในใยแก้วนำแสงในอุดมคติจะถูกส่งต่อไปยังโหมดลำดับสูงต่างๆ ภายใต้เงื่อนไขของการรบกวน เมื่อระยะการแพร่กระจายเพิ่มขึ้น พลังงานที่ส่งผ่านโดยโหมดลำดับสูงเหล่านี้จะแผ่รังสีออกจากใยแก้วนำแสงแบบสิบองค์ประกอบของ Oran และแน่นอนว่าอาจถูกส่งกลับไปยังโหมดพื้นฐานอีกครั้ง

โดยทั่วไป การวิเคราะห์การสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็กจะอิงตามทฤษฎีการจับคู่โหมด และความสัมพันธ์พื้นฐานนั้นค่อนข้างซับซ้อน

โดยที่ C คือสัมประสิทธิ์การเชื่อมต่อระหว่างโหมดพื้นฐานและหนึ่งในโหมดลำดับสูงกว่า ซึ่งบ่งชี้ว่าพลังงานจะถูกส่งผ่านจากโหมดนำทางไปยังโหมดลำดับสูงกว่าหรือโหมดหุ้ม (สถานการณ์โหมดเดี่ยว) มากน้อยเพียงใด Qfiber คือการรบกวนของเส้นใยภายใต้แรงกดโดยตรง และ Qenv คือการรบกวนภายใต้แรงกดทางอ้อมเมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลง ความแม่นยำของการวิเคราะห์แบบจำลองนี้ทำได้ยากเนื่องจากการรบกวนที่ทำให้เกิดการสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็กนั้นเป็นแบบสุ่มสูง แต่จุดประสงค์ของการวิเคราะห์คือเพื่อให้เป็นแนวทางที่แข็งแกร่ง และในบางสถานการณ์ สามารถใช้สัมประสิทธิ์เพิ่มเติมเพื่อประมาณผลการจำลองได้

โอล์ชานสกีได้ศึกษาและเสนอความสัมพันธ์เชิงสังเกตในระยะเริ่มต้น

รัศมีแกนกลาง

ข - รัศมีของวัสดุหุ้ม

เดลต้า - ความแตกต่างของดัชนีหักเห

โมดูลัสความยืดหยุ่นของสารเคลือบโพลีเมอร์ EE

เช่น ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นของใยแก้วนำแสง

ในกรณีการใช้งานส่วนใหญ่ ความสัมพันธ์นี้จะมีประโยชน์มากกว่า

3. แหล่งที่มาของการสูญเสียจากการดัดงอขนาดเล็ก

สาเหตุหลักของการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอเล็กน้อยมาจากปัจจัยภายนอก หากใช้ใยแก้วนำแสงแบบเปลือยโดยไม่มีการขึ้นรูปเป็นสายเคเบิล และไม่มีแรงภายนอกในพื้นที่ว่าง ก็ไม่มีโอกาสเกิดการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอเล็กน้อย แม้ว่าความไม่สม่ำเสมอทางเรขาคณิตของใยแก้วนำแสงเองอาจทำให้เกิดการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอเล็กน้อยได้ แต่ผลกระทบของการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอเล็กน้อยของใยแก้วนำแสงนั้นสามารถละเลยได้ เนื่องจากผ่านการทดสอบการสูญเสียจากโรงงานแล้ว จึงพิจารณาเฉพาะผลกระทบของการสูญเสียเนื่องจากการโค้งงอเล็กน้อยของใยแก้วนำแสงที่เกิดจากการยึดตรึงภายนอกในสายเคเบิลหรืออุปกรณ์ใยแก้วนำแสงเท่านั้น

สาเหตุหลักของการสูญเสียจากการดัดงอเล็กน้อยนั้นมาจากสามด้านหลัก ๆ

ประการแรกคือการออกแบบเส้นใยเอง การออกแบบเส้นใยเองไม่ใช่สาเหตุของการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อย แต่ความไวต่อการโค้งงอเล็กน้อยนั้นถูกกำหนดโดยการออกแบบเส้นใยเอง การออกแบบแกนกลางของเส้นใยได้รับอิทธิพลหลักจากค่า MAC ซึ่งสอดคล้องกับสูตรคุณลักษณะของ Olshansky

ยิ่งค่า MAC น้อยลงเท่าใด การสูญเสียจากการโค้งงอระดับไมโครก็จะยิ่งน้อยลงภายใต้การรบกวนภายนอกเดียวกันเท่านั้น

สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นในเส้นใยชนิดเฉพาะ โดยทั่วไปแล้วเส้นใย G657 จะมีการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยน้อยกว่าเส้นใย G652

แม้ว่าการลดรัศมีแกนกลางและการเพิ่มความแตกต่างของดัชนีหักเหจะช่วยลดการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยได้ แต่ความสัมพันธ์ระหว่างพารามิเตอร์ของเส้นใยและการกำหนดมาตรฐานของเส้นใยนั้นไม่น่าจะมีอยู่จริงในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงเพียงพารามิเตอร์เดียวในขณะที่พารามิเตอร์อื่นๆ ยังคงเหมือนเดิม แต่แนวโน้มนี้ก็ยังคงดำเนินต่อไป

การออกแบบชั้นหุ้มในเส้นใยยังสามารถนำมาซึ่งการปรับปรุงได้อีกด้วย การสูญเสียจากการโค้งงอขนาดเล็กที่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นจะแตกต่างกันอย่างมากเมื่อมีการเพิ่มการออกแบบร่องเฉพาะลงในชั้นหุ้ม

ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นกับการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยของเส้นใยแบบมีร่องในรูปนั้นแตกต่างจากเส้นใยมาตรฐานอย่างมาก ความสัมพันธ์ระหว่างความยาวคลื่นกับการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยของเส้นใยมาตรฐานในรูปนี้อยู่นอกเหนือข้อมูลทั่วไปเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเส้นใยแบบมีร่องที่มีการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยที่ราบเรียบกว่า ซึ่งหมายความว่าการระบุตำแหน่งปัญหาและการวิเคราะห์ปัญหาตามปกติจำเป็นต้องพิจารณาการออกแบบของเส้นใย มิฉะนั้นการพิจารณาจากประสบการณ์เพียงอย่างเดียวอาจทำให้เกิดความเข้าใจผิดได้ สรุปแล้ว การออกแบบเส้นใยช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อย ซึ่งเป็นประโยชน์ในบางสถานการณ์

ประการที่สอง แหล่งที่มาของการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยนั้นเกี่ยวข้องกับปัจจัยของสายเคเบิลใยแก้วนำแสง ซึ่งมีความซับซ้อนมากกว่า ความซับซ้อนอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่ามีสายเคเบิลใยแก้วนำแสงหลายประเภทและการออกแบบที่แตกต่างกันมาก แต่การระบุเฉพาะประเภทใดประเภทหนึ่งนั้นค่อนข้างง่าย ปัจจัยทั่วไปคืออิทธิพลของสารเคลือบ โดยทั่วไปแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่าสารเคลือบซึ่งเป็นด่านแรกในการปกป้องเส้นใย มีบทบาทในการนำส่งแรงเค้นอย่างมีประสิทธิภาพ หากใช้สารเคลือบเป็นฟังก์ชันการถ่ายโอนแรงเค้น ยิ่งค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นภายในน้อยลงและค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นภายนอกมากขึ้น ค่าของฟังก์ชันการถ่ายโอนแรงเค้นก็จะยิ่งน้อยลง และอิทธิพลของการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยที่สอดคล้องกันก็จะยิ่งน้อยลง เป็นที่ทราบกันดีว่ายิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของสารเคลือบมีขนาดใหญ่เท่าใด อิทธิพลของการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

เห็นได้ชัดว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย 900 ไมโครเมตรนั้นเล็กกว่าการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยของเส้นใย 250 ไมโครเมตรมาก นอกจากนี้ยังสามารถทราบได้ว่าในการออกแบบสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบเดียวกัน แม้ว่าพื้นที่ใช้งานของเส้นใย 900 ไมโครเมตรจะเล็ก แต่ภายใต้สถานการณ์ปกติ การสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อยของมันในสายเคเบิลนั้นน้อยกว่ามาก

ปัจจัยที่สามคือผลกระทบจากสภาพแวดล้อมที่ติดตั้งสายเคเบิล เนื่องจากความซับซ้อนของการสูญเสียจากการโค้งงอเล็กน้อย ปัจจุบันจึงยังไม่มีวิธีการทดสอบที่เป็นมาตรฐาน และโดยทั่วไปจะใช้วิธีการทดสอบที่กำหนดโดย IEC/TR62221 โดยตรง ซึ่งทำให้ยากต่อการระบุการรบกวน แม้แต่สำหรับวิธีการทดสอบ สภาพแวดล้อมการทดสอบ และอุปกรณ์ทดสอบที่เหมือนกัน ตำแหน่งการติดตั้งที่แตกต่างกันอาจให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์จากห้องปฏิบัติการที่แตกต่างกันและวิธีการทดสอบที่แตกต่างกันไม่สามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้โดยตรง แต่เป็นการเปรียบเทียบเชิงคุณภาพเท่านั้น สำหรับผลการทดสอบ จำเป็นต้องประเมินแยกต่างหาก