科普好文 | 使用OLI對(duì)光纖彎曲情況的測(cè)試及驗(yàn)證

  ICC訊 光纖彎曲是指光纖在安裝或使用過(guò)程中發(fā)生的物理曲率變化。隨著光纖通信技術(shù)的深入發(fā)展，密集、小型化的模塊封裝已被廣泛應(yīng)用。雖然玻璃本身具有彈性，但光纖大曲率彎曲仍會(huì)對(duì)光纖中的光傳輸產(chǎn)生顯著影響，理解這一點(diǎn)對(duì)于光纖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)至關(guān)重要。

  光纖中的回波信號(hào)

  由于光纖中存在結(jié)構(gòu)不均勻，材料密度變化，雜質(zhì)或者離子摻雜等因素，光在光纖中傳輸時(shí)，除了絕大部分光向前傳輸，還有極少數(shù)光粒子和sio2分子作用向四周及向后散射，即瑞利散射。昊衡科技的OLI設(shè)備即是利用白光相干原理分布式檢測(cè)后向的散射光強(qiáng)度，靈敏度達(dá)到-100db(10的10次方分之一)。

  光纖彎曲：內(nèi)部全反射會(huì)破壞

  正常工作： 光纖傳輸光信號(hào)依賴于全內(nèi)反射原理。光在纖芯(高折射率)與包層(低折射率)的界面處發(fā)生反射，從而在纖芯內(nèi)曲折前進(jìn)。

  臨界角突破： 如果彎曲足夠劇烈(曲率半徑足夠小)，入射角會(huì)小于發(fā)生全內(nèi)反射所需的臨界角。

  結(jié)果： 此時(shí)，部分光信號(hào)不再被反射回纖芯內(nèi)部，而是會(huì)折射進(jìn)入包層并最終泄漏出去，造成光功率損耗。

  彎曲的影響

  1. 主要影響：信號(hào)衰減，降低接收端的光功率;可能導(dǎo)致通信鏈路誤碼率上升、速率下降甚至中斷。

  2. 潛在影響： 在光纖中，彎曲會(huì)導(dǎo)致不同傳播模式之間的能量耦合;回波信號(hào)變化;機(jī)械強(qiáng)度下降增加斷裂風(fēng)險(xiǎn);偏振相關(guān)損耗等。

  使用背向散射法對(duì)光纖彎曲進(jìn)行測(cè)試及檢查(OTDR技術(shù)、OFDR技術(shù)、白光相干技術(shù))即是利用光纖大曲率彎曲會(huì)對(duì)回波信號(hào)的強(qiáng)度造成影響這一特點(diǎn)，對(duì)彎曲進(jìn)行測(cè)試及預(yù)警。

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  為了驗(yàn)證OLI設(shè)備對(duì)光纖彎曲的測(cè)試效果，分別對(duì)常規(guī)單模光纖以及耐彎曲光纖在不同的彎曲直徑條件下，進(jìn)行分布式回?fù)p掃描測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

  由以上測(cè)試結(jié)果可以看出，光纖彎曲直徑大于10mm時(shí)，回波信號(hào)低于-100db，設(shè)備無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)強(qiáng)度變化;當(dāng)彎曲直徑小于8mm時(shí)，彎曲部分的回波信號(hào)開(kāi)始顯著增大，并被設(shè)備探測(cè)到(高于底噪靈敏度)，并呈現(xiàn)出彎曲直徑越小，回?fù)p越大規(guī)律(推測(cè)在某一范圍內(nèi))。且結(jié)果曲線呈現(xiàn)一段距離內(nèi)連續(xù)的反射增高情況，這符合彎曲的理論情況(彎曲導(dǎo)致某一段光纖都會(huì)發(fā)生連續(xù)的曲率變化，進(jìn)而造成連續(xù)的高反射區(qū)，而非某個(gè)點(diǎn)的反射增高)。

  針對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用中，不得不將光纖彎曲布設(shè)的情況，人們已開(kāi)發(fā)了多種耐彎曲光纖，以減小光纖彎曲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽Ｍ瑫r(shí)，還有在裸光纖外面封裝2.0mm套管，3.0mm套管等方式以增加光纖抗拉強(qiáng)度，減小斷裂風(fēng)險(xiǎn)。下面以2.0mm套管封裝的G657A2耐彎曲光纖為樣品，進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果如下：

  根據(jù)以上對(duì)耐彎曲的光纖進(jìn)行彎曲測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，G657A2光纖的抗彎曲能力明顯高于G652D光纖，在彎曲直徑3mm時(shí)，回波信號(hào)才開(kāi)始出現(xiàn)明顯變化(對(duì)應(yīng)裸纖時(shí)，彎曲直徑可能更低)。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，再繼續(xù)彎曲時(shí)(彎曲2mm)，光纖直接折斷了。

  總結(jié)：

  光纖彎曲是光通信中一個(gè)關(guān)鍵且需要謹(jǐn)慎處理的現(xiàn)象。它通過(guò)破壞全內(nèi)反射導(dǎo)致光損耗(宏彎和微彎)，影響系統(tǒng)性能甚至可靠性。理解彎曲的原理、類型(宏彎/微彎)、影響以及如何有效管理和避免過(guò)度彎曲(遵守最小彎曲半徑、規(guī)范安裝、使用彎曲不敏感光纖、走線槽、扎帶套管固定等)對(duì)于構(gòu)建穩(wěn)定、高效的光纖網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。

  務(wù)必記?。涸诠饫w安裝和維護(hù)中，“寧松勿緊，寧大勿小”(指彎曲半徑)是黃金法則。

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