Elyaf bükülme kaybı Optik fiberin belirli bir yarıçapın ötesinde bükülmesi sonucu oluşan sinyal kaybını ifade eder. Bu olay, fiberin çekirdeğinden gelen ışığın kaplama tabakasından geçerken sızmasından kaynaklanır. Fiber büküldüğünde, ışık ışınları çekirdek-kaplama arayüzünde tam iç yansımaya uğrar. Ancak, bükülme yarıçapı çok küçükse, ışık ışınlarının bir kısmı kaplama tabakasından kaçabilir ve bu da kayba neden olur.

Elyaf bükülme kaybı çeşitli faktörlere bağlıdır:

Bükme Yarıçapı: Bükülme yarıçapı ne kadar küçükse, bükülme kaybı o kadar yüksek olur. Bunun nedeni, daha küçük bir bükülme yarıçapının ışık ışınlarının daha fazla eğrilmesine neden olması ve kaplamadan sızıntı olasılığını artırmasıdır.

Elyaf Türü: Farklı fiber türlerinin farklı bükülme kaybı özellikleri vardır. Örneğin, tek modlu fiberler genellikle çok modlu fiberlere kıyasla daha düşük bükülme kayıplarına sahiptir.

Dalga boyu: Bükülme kaybı, fiberden iletilen ışığın dalga boyuna bağlı olarak değişebilir. Bazı dalga boylarında bükülme kaybı diğerlerine göre daha yüksek olabilir.

Elyaf Tasarımı: Fiberin tasarımı, kırılma indisi profili ve kullanılan malzemeler de dahil olmak üzere, bükülme kaybını etkileyebilir.

Kaplama: Elyafa uygulanan kaplamanın türü ve kalitesi, elyafın esnekliğini ve bükülme kaybına karşı direncini etkileyebilir.

Bükülme kayıplarını en aza indirmek için, optik fiberleri dikkatli bir şekilde kullanmak ve özellikle keskin bükülmelerden kaçınmak önemlidir. Fiber optik kablolar, bükülme kayıplarını azaltmak ve sinyallerin güvenilir bir şekilde iletilmesini sağlamak için genellikle koruyucu katmanlar ve takviyelerle tasarlanmıştır.

Optik fiber uygulamalarında, daha karmaşık bir optik kayıp türü mikro-bükülme kaybıdır. Cihazların ve optik fiberlerin gelişmesiyle birlikte, mikro-bükülme kaybı daha çok endişe duyulan bir kayıp faktörü haline gelmiştir. Cihazlarda elektriksel anahtarlama yerine daha doğrudan optik anahtarlama kullanılmaya başlanmış ve fiber çok küçük bir alanda uzun süreli gerilime maruz kalmıştır. Fiber için, kaplama kalınlığının azaltılması veya kaplama çapının azaltılması yoluyla, fiber ne kadar ince ve çaplı olursa o kadar küçük olur; benzer şekilde çok çekirdekli fiberler için de etkili kaplama kalınlığı büyük ölçüde azalır, bu da mikro-bükülme kaybı riskini artırır.

Mikro-bükülme kaybı ve makro-bükülme kaybı, kelimenin tam anlamıyla bükülmeyle ilgili olsa da, kayıp oluşum mekanizması açısından aralarında belirgin farklılıklar vardır. Bu nedenle, pratik uygulamalarda, kaybın niteliğine göre mikro-bükülme veya makro-bükülme kaybını ayırt etmek çok önemlidir; bu da sorunun doğru yerinin belirlenmesini ve çözüm yolunu içerir.

1. Geometrik deformasyon açısından

Mikro-bükülme kaybı aslında lifin hafif deformasyonundan kaynaklanan bir kayıptır, makro-bükülme kaybı ise gerçek bükülmeden kaynaklanan kayıptır ve lifin dış çapı ideal sabit kalır. Bu, geometride belirgin bir fark yaratır. Lifin küçük deformasyonu, lifin uzunlamasına yönündeki geometrik çevrenin yüksek frekanslı bir bozulması olarak ele alınabilir. Bu bozulmanın iki özelliği vardır: genlik ve frekans. Mikro-bükülme sahnesi yüksek frekans ve düşük genlikten kaynaklanır. Dış bozulma simüle edilebilir ve frekansı ve genliği zamanla rastgele değişir. Bu rastgele değişimin Fourier dönüşümü alındığında, genlik güce eşdeğerdir ve güç spektral yoğunluğu ile uzamsal frekans arasında karşılık gelen bir ilişki vardır.

Bu durum sezgisel olarak da kolayca anlaşılabilir ve niteliksel bir sonuca varılabilir: Bozucu frekans çok yüksek olduğunda, lifin deformasyonu homojendir ve mikro-bükülme kaybının etkisi büyük değildir. Ancak, bozucu frekans çok düşük olduğunda, gerçek bükülme oluşabilir ve makro-bükülme kaybı baskın hale gelir.

2. Kayıp mekanizmasından

Makro-bükülme kaybında, fiberdeki temel modun (tek modlu fiber) mod alanı dağılımının bükülme tarafına yayıldığı ve kaplamanın derinliklerine yayılan kısmın radyasyon oluşturarak kademeli olarak kaybolduğu düşünülebilir. Mikro-bükülme kaybında ise, ideal fiberde yayılan temel modun gücünün bir kısmı, bozulma koşulu altında çeşitli yüksek dereceli modlara bağlanır. Yayılma mesafesi arttıkça, bu yüksek dereceli modlar tarafından taşınan güç, Oran on elemanlı fiberden dışarıya yayılır ve elbette temel moda tekrar bağlanabilir.

Mikro-bükülme kayıplarının analizi tipik olarak mod eşleşme teorisine dayanır ve temel ilişki biraz karmaşıktır.

Burada C, temel mod ile daha yüksek dereceli modlardan biri arasındaki bağlantı katsayısıdır ve yönlendirilmiş moddan daha yüksek dereceli moda veya kaplama moduna ne kadar güç aktarılacağını gösterir (tek modlu senaryo). Qfiber, doğrudan gerilme altındaki fiberin bozulmasını, Qenv ise ortam değiştiğinde dolaylı gerilme altındaki bozulmayı ifade eder. Mikro bükülme kayıplarına neden olan bozulmalar oldukça rastgele olduğundan, bu modelleme analizinin doğruluğu zordur, ancak analizin amacı güçlü bir kılavuz sağlamaktır ve belirli senaryolarda, simülasyon sonuçlarını yaklaşık olarak belirlemek için ek katsayılar kullanılabilir.

Olshansky, erken dönemde gözlemsel bir ilişkiyi incelemiş ve önermiştir.

a - Çekirdek yarıçapı

b - Kaplama yarıçapı

Delta - kırılma indisi farkı

EE-polimer kaplamanın elastik modülü

Örnek - Optik fiber camın elastik modülü

Çoğu kullanım senaryosunda bu ilişki daha faydalıdır.

3. Mikro-bükülme kaybının kaynağı

Mikro bükülme kaybının kaynağı esas olarak dış faktörlerdir. Eğer fiber sadece kablo oluşturulmadan çıplak fiber olarak kullanılıyorsa ve serbest alanda dış kuvvet yoksa, mikro bükülme kaybı olasılığı da yoktur. Fiberin kendisinin geometrik düzensizliği mikro bükülme kaybına neden olabilse de, fabrika testinde kayıp testi başarıyla tamamlandığı için fiberin kendisinin mikro bükülme kaybının etkisi göz ardı edilebilir. Sadece optik kablo veya cihazda dıştan sabitlemeye karşılık gelen optik fiberin mikro bükülme kaybının etkisi dikkate alınır.

Mikro-bükülme kayıplarının kaynakları esas olarak üç açıdan kaynaklanmaktadır.

Birincisi, fiberin tasarımıdır. Fiberin tasarımı mikro-bükülme kaybının kaynağı değildir, ancak mikro-bükülmeye duyarlılık fiber tasarımının kendisi tarafından belirlenir. Fiber çekirdeğinin tasarımı esas olarak MAC değerinden etkilenir. Bu, Olshansky'nin özellik formülüyle tutarlıdır.

MAC değeri ne kadar küçük olursa, aynı dışsal etki altında mikro-bükülme kaybı da o kadar küçük olur.

Bu durum, kullanılan elyaf türünde de kendini gösterir; genel olarak G657 elyafı, G652 elyafına göre daha az mikro bükülme kaybına sahiptir.

Çekirdek yarıçapının azaltılması ve kırılma indisi farkının artırılması mikro bükülme kaybını azaltabilse de, diğer parametreler değişmeden kalırken yalnızca bir parametrenin değiştirilmesi durumunda fiber parametreleri ile fiberin standardizasyonu arasındaki ilişkinin var olması olası değildir. Ancak bu eğilim devam etmektedir.

Fiberdeki kaplama tasarımı da iyileştirmeler sağlayabilir. Kaplamaya belirli bir oluk tasarımı eklendiğinde, mikrobükülme kaybının dalga boyuna bağlılığı büyük ölçüde değişir.

Şekildeki oluklu fiberin mikro bükülme kaybının dalga boyuna bağlılığı, standart fiberinkinden oldukça farklıdır. Bu şekildeki standart fiberin dalga boyuna bağlılığı, özellikle mikro bükülme kaybı düzleştirilmiş oluklu tasarım fiber için, geleneksel verilerin biraz ötesindedir. Bu, olağan problem yeri tespiti ve problem analizinin fiber tasarımını dikkate alması gerektiği anlamına gelir; aksi takdirde sadece deneyime dayalı değerlendirmeler yanıltıcı olabilir. Özetle, fiber tasarımı mikro bükülme kaybını optimize eder ve bu da belirli senaryolar için faydalıdır.

İkinci olarak, mikro-bükülme kaybının kaynağı, daha karmaşık olan optik fiber kablo faktörüyle ilgilidir. Karmaşıklık, çok fazla optik fiber kablo türü olması ve tasarımlarının çok farklı olmasından kaynaklanmaktadır, ancak belirli bir türe özgü olmak nispeten kolaydır. Tipik bir faktör, kaplamanın etkisidir. Sezgisel olarak, fiberi korumak için ilk savunma hattı olarak kaplamanın etkili gerilim iletimi rolünü oynadığı sonucuna varılabilir. Kaplama bir gerilim transfer fonksiyonu olarak kullanılırsa, iç elastik modül ne kadar küçük ve dış elastik modül ne kadar büyükse, gerilim transfer fonksiyonunun değeri o kadar küçük olur ve buna karşılık gelen mikro-bükülme kaybının etkisi de o kadar küçük olur. Kaplamanın çapı ne kadar büyükse, mikro-bükülme kaybının etkisi o kadar az olur.

Açıkçası, 900 µm'lik çap, 250 µm'lik fiberin mikro bükülme kaybından çok daha küçüktür. Ayrıca, aynı fiber optik kablo tasarımında, 900 µm'lik fiberin aktivite alanı küçük olmasına rağmen, normal koşullar altında, kablodaki mikro bükülme kaybının gerçekten çok daha küçük olduğu da bilinmektedir.

Üçüncü faktör, kablonun bulunduğu ortamın etkisidir. Mikro bükülme kaybının karmaşıklığı nedeniyle, şu anda standartlaştırılmış bir test yöntemi bulunmamaktadır ve genellikle IEC/TR62221 tarafından sağlanan test yöntemi doğrudan kullanılmaktadır. Bu durum, bozulmanın belirlenmesini zorlaştırmaktadır. Hatta bazı test yöntemleri, test ortamları ve test ekipmanları için bile, farklı yerleştirme konumlarında farklı sonuçlar elde edilebilir. Farklı laboratuvarların ve farklı test yöntemlerinin sonuçları doğrudan karşılaştırılamaz, ancak hepsi niteliksel karşılaştırmalardır. Test sonuçlarının ayrı ayrı değerlendirilmesi gerekmektedir.