Втрати на вигин волокна стосується втрати сигналу, яка виникає, коли оптичне волокно згинається понад певний радіус. Це явище зумовлене витоком світла з серцевини волокна під час його проходження через оболонку. Коли волокно згинається, світлові промені зазнають повного внутрішнього відбиття на межі між серцевиною та оболонкою. Однак, якщо радіус вигину занадто малий, частина світлових променів може проходити крізь оболонку, що призводить до втрат.

Втрати на вигин волокна залежать від кількох факторів:

Радіус вигину: Чим менший радіус вигину, тим більші втрати на вигин. Це пояснюється тим, що менший радіус вигину призводить до більшої кривизни світлових променів, що збільшує ймовірність витоку через оболонку.

Тип волокна: Різні типи волокон мають різні характеристики втрат на вигин. Наприклад, одномодові волокна зазвичай мають менші втрати на вигин порівняно з багатомодовими волокнами.

Довжина хвилі: Втрати на вигин можуть змінюватися залежно від довжини хвилі світла, що проходить через волокно. Деякі довжини хвиль можуть мати більші втрати на вигин, ніж інші.

Дизайн волокна: Конструкція волокна, включаючи профіль показника заломлення та використані матеріали, може впливати на втрати на вигині.

Покриття: Тип і якість покриття, нанесеного на волокно, можуть впливати на його гнучкість та стійкість до втрат при вигині.

Щоб мінімізувати втрати на вигин, важливо обережно поводитися з оптичними волокнами та уникати надмірного вигину, особливо різких. Волоконно-оптичні кабелі часто розробляються із захисними шарами та армуванням для зменшення втрат на вигин та забезпечення надійної передачі сигналів.

У застосуванні оптичного волокна більш складним типом оптичних втрат є втрати на мікровигині. З розвитком пристроїв та оптичних волокон втрати на мікровигині стають більш важливим фактором втрат. У пристрої впроваджується більш пряма оптична комутація замість електричної комутації, і волокно схильне до тривалих навантажень у дуже малому просторі. Для волокна, що тонше, що менший діаметр, або шляхом зменшення товщини покриття, або шляхом зменшення діаметра оболонки; аналогічно, для багатожильних волокон ефективна товщина оболонки також буде значно зменшена, що збільшує ризик втрат на мікровигині.

Мікро- та макро-втрати на вигин буквально пов'язані з вигином, але між ними є очевидні відмінності з точки зору механізму виникнення втрат. Тому на практиці дуже важливо розрізняти втрати від мікро- та макро-вигину залежно від характеру втрат, що передбачає правильне визначення місця проблеми та спосіб її вирішення.

1. З точки зору геометричної деформації

Втрати на мікровигині насправді є втратами, спричиненими незначною деформацією волокна, тоді як втрати на макровигині – це втрати, спричинені реальним вигином, а зовнішній діаметр волокна залишається ідеально константним. Це створює очевидну різницю в геометрії. Невелику деформацію волокна можна розглядати як високочастотне збурення геометричної окружності в поздовжньому напрямку волокна. Це збурення має дві властивості: амплітуду та частоту. Сцена мікровигину виникає з високої частоти та низької амплітуди. Зовнішнє збурення можна змоделювати, і його частота та амплітуда випадковим чином змінюються з часом. Взявши перетворення Фур'є цієї випадкової зміни, величина еквівалентна потужності, і існує відповідна відповідність між спектральною щільністю потужності та просторовою частотою.

Це також інтуїтивно легко зрозуміти та зробити якісний висновок: коли частота збурень дуже висока, деформація волокна є рівномірною, а вплив втрат на мікровигин невеликий. Однак, коли частота збурень дуже низька, може утворюватися справжній вигин, і втрати на макровигин є домінуючими.

2. Від механізму втрат

При втратах на макровигині можна вважати, що розподіл поля мод основної моди (одномодове волокно) у волокні дифундує до сторони вигину, а частина, яка дифундує глибоко в оболонку, формує випромінювання та поступово втрачає його. При втратах на мікровигині частина потужності основної моди, що поширюється в ідеальному волокні, пов'язана з різними модами вищого порядку за умови збурення. Зі збільшенням відстані поширення потужність, що переноситься цими модами вищого порядку, випромінюється з десятиелементного волокна Орана і, звичайно, може бути знову пов'язана з основною модою.

Аналіз втрат на мікровигинанні зазвичай базується на теорії зв'язку мод, і основний зв'язок дещо складний.

Де C – коефіцієнт зв'язку між основною модою та однією з мод вищого порядку, який вказує, яка потужність буде передана від керованої моди до моди вищого порядку або моди оболонки (одномодовий сценарій). Qfiber – це збурення волокна під прямим напруженням, а Qenv – це збурення під непрямим напруженням, коли середовище змінюється. Точність цього моделювання є складною, оскільки збурення, що спричиняють втрати на мікровигині, є дуже випадковими, але метою аналізу є надання надійного орієнтира, а в певних сценаріях для апроксимації результатів моделювання можна використовувати додаткові коефіцієнти.

Ольшанський вивчав та запропонував спостережувальне співвідношення на ранній стадії.

a -Радіус ядра

b - Радіус обшивки

Дельта - різниця показників заломлення

Модуль пружності EE-полімерного покриття

Наприклад - Модуль пружності оптичного скловолокна

Для більшості випадків використання цей зв'язок є більш корисним

3. Джерело втрат від мікровигину

Джерелом втрат на мікровигині є переважно зовнішні фактори. Якщо волокно використовується лише як голе волокно без формування кабелю, то за відсутності зовнішньої сили у вільному просторі немає можливості втрат на мікровигині. Хоча геометрична нерівність самого волокна може мати можливість втрат на мікровигині, вплив втрат на мікровигині самого волокна можна ігнорувати, оскільки випробування на втрати було пройдено під час заводських випробувань. Воно враховує лише вплив втрат на мікровигині оптичного волокна, що відповідають зовнішньому закріпленню в оптичному кабелі або пристрої.

Джерела втрат від мікровигину в основному походять з трьох аспектів.

Перший – це сама конструкція волокна. Сама конструкція волокна не є джерелом втрат на мікровигинах, але чутливість до мікровигинів визначається самою конструкцією волокна. На конструкцію серцевини волокна головним чином впливає значення MAC. Це узгоджується з формулою характеристик Ольшанського.

Чим менший MAC, тим меншими будуть втрати на мікровигин за того ж зовнішнього збурення.

Це відображається на специфічності волокна, загалом волокно G657 має менші втрати на мікровигин, ніж волокно G652.

Хоча зменшення радіуса серцевини та збільшення різниці показників заломлення може зменшити втрати на мікровигинах, кореляція між параметрами волокна та стандартизацією волокна навряд чи існуватиме у сценарії, коли змінюється лише один параметр, а інші залишаються незмінними. Але ця тенденція зберігається.

Конструкція оболонки волокна також може призвести до покращень. Залежність втрат на мікровигин від довжини хвилі значно змінюється, коли до оболонки додається специфічна конструкція канавки.

Залежність втрат на мікровигинах канавчастого волокна на рисунку від довжини хвилі дуже відрізняється від залежності стандартного волокна. Залежність довжини хвилі стандартного волокна на цьому рисунку дещо виходить за межі звичайних даних, головним чином для волокна з канавками, у якого втрати на мікровигинах вирівняні. Це означає, що звичайне визначення місця проблеми та аналіз проблеми повинні враховувати конструкцію волокна, інакше лише на основі досвіду це може ввести в оману. Таким чином, конструкція волокна оптимізує втрати на мікровигинах, що є корисним для певних сценаріїв.

По-друге, джерело втрат на мікровигині пов'язане з фактором волоконно-оптичного кабелю, який є більш складним. Складність полягає в тому, що існує забагато типів волоконно-оптичних кабелів, а їхня конструкція дуже різна, але відносно легко визначитися з певним типом. Типовим фактором є вплив покриття. Інтуїтивно також можна зробити висновок, що покриття, як перша лінія захисту волокна, відіграє роль ефективного провідника напруження. Якщо покриття використовується як функція передачі напруження, то чим менший внутрішній модуль пружності та чим більший зовнішній модуль пружності, тим менше значення функції передачі напруження, а отже, менший вплив відповідних втрат на мікровигині. Чим більший діаметр покриття, тим менший вплив втрат на мікровигині є свідомим.

Очевидно, що діаметр 900 мкм набагато менший, ніж втрати на мікровигинах волокна 250 мкм. Також відомо, що в тій самій конструкції волоконно-оптичного кабелю, хоча простір активності волокна 900 мкм невеликий, за нормальних обставин його втрати на мікровигинах у кабелі справді набагато менші.

Третім фактором є вплив середовища, в якому знаходиться кабель. Через складність мікровтрат на вигині наразі не існує стандартизованого методу випробувань, і метод випробувань, наданий IEC/TR62221, зазвичай використовується безпосередньо. Важко визначити збурення. Навіть для певних методів випробувань, випробувальних середовищ та випробувального обладнання різні місця розміщення можуть давати різні результати. Результати різних лабораторій та різних методів випробувань не можна безпосередньо порівнювати, але всі вони є якісними порівняннями. Результати випробувань необхідно оцінювати окремо.