光纤弯曲损耗理论计算.ppt

主要内容 光纤的发展历程 光纤的弯曲特性 光纤弯曲损耗机理 高强度耐弯单模光纤 的研究与应用 高强度抗弯曲单模光纤的应用 光纤的使用寿命——机械性能可靠性 光纤中弯曲损耗的控制因素 光纤的弯曲损耗机理及理论计算 光纤的弯曲特性 2005年 1979年 1970年 1966年 1966-华裔科学家“光纤之父” 高锟 预言光纤将用于通信； 1970-美国康宁公司成功研制成传输损耗只有20dm/km的光纤； 1977-首次实际安装电话光纤网路； 1979-赵梓森拉制出我国自主研发的第一根实用光纤，被誉为“中国光纤之父”； 1990-区域网路及其他短距离传输应用之光纤； 2000-到屋边光纤=到桌边光纤； 2005-FTTH(Fiber To The Home)光纤直接到家庭。 宏观弯曲：光纤轴心弯成环形，其直径远大于光纤的本身直径，约几个毫米，光功率就在环形弯曲处从光纤内部向外辐射，以致光纤传输损耗加大。 光纤的弯曲特性 微观弯曲：光纤轴心发生偏移，其直径小于光纤本身的直径。偏移的间隔为几个微米，光功率沿光纤长度间断地从光纤内部向外辐射，引起的损耗。 当光纤弯曲的曲率半径太小，将引起光的传播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至有可能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光在光纤里沿轴向传播的常数β应满足： n2k0 βn1k0 当光纤弯曲时，光在弯曲部分中传输，为了要保持同相位的电场和磁场在同一平面里，则越靠近外侧，速度就越大；而当距纤芯的距离达到某一个临界距离时，其运动速率必须大于光速才能跟上纤芯中的场，这显然是不可能的。因而这个临界距离以外的场就丢失损耗。 纯弯曲损耗也就是宏弯损耗，即在恒定曲率半径光纤中的损耗，Jeunhumme单模光纤给出了如下公式，假设半径R，则每单位长度的损耗为： αc =AcR-1/2exp(-UR) (1) Ac=(1/2)( π/aW3)1/2{U/[WK1(W)]}2 (2) U=4＆n W3/(3aV2n2) (3) 式中a和＆n分别是纤芯半径和纤芯/包层的折射率差，αc，U，W和V分别为弯曲损耗系数、径向归一化相位常数、径向归一化衰减常数、归一化频率。 一般，对于给定的折射率差、工作波长和截止波长，有一个临界曲率半径Rc，当实际曲率半径接近Rc时，弯曲损耗从可以忽略的数值急剧增加到不可容忍的数值，如图1所示。在通常波段（1000nm）处，有效的Rc近似公式为： Rc=20λ(＆n)-3/2(2.748-0.996λ/λc)-1 (4) 左图为 光纤弯曲损耗和弯曲半径的关系。从图中可以看出，随着弯曲半径的减小，其弯曲损耗不断的增大。而且在减小到某一值后，由于弯曲带来的损耗将会突然急剧的增大。 光纤弯曲损耗理论计算——宏弯损耗 光纤受到不均匀应力的作用，例如受到侧压力或者温度变化时，光纤轴产生微小不规则弯曲，其结果是传导模变为辐射模 而导致光能损耗。 单模光纤中的微弯损耗是依赖于波长的，即单模光纤对微弯损耗的敏感性随着波长的增加会有少量的增长，产生这种物理原因是因为较长的波长会使MFD增加，从而使更多的功率辐射到纤芯外。 微弯损耗的理论计算 微弯损耗是光纤随机畸变而产生的高次模与辐射模之间的模耦合所引起的光功率损失，Jeunhumme对于单模光纤的微弯损耗给出如下公式： Asm=0.05amm*k4*w06(NA)4/a2m (5) amm=(K/4)*(kn1w0)2*(kn1w0)2p