什么是光纤弯曲损耗？

通过光纤传输的光信号强度可能会因吸收、散射、弯曲损耗等多种因素而降低。光纤弯曲损耗是由于光纤弯曲而发生的辐射损失，如图1所示。当光纤电缆被弯曲得过紧或过急时，部分光线会从光纤核心逸出。这将导致信号强度下降和整体性能降低。

图1：光纤中的弯曲损耗

光纤通过全内反射在核心区域限制和传输光信号，这种现象在特定光纤的临界角以上发生。弯曲光纤可以改变光在核心-包层界面的入射角，使其小于临界角。这导致在核心区域传播的光被耦合到包层区域，或根据弯曲半径从光纤中传输到包层。虽然某些弯曲损耗是不可避免的，但尽量减少它们以确保最佳性能是非常重要的。

光纤电缆对弯曲损耗的敏感程度取决于多个因素。这些因素包括光纤核心的直径、传输光的波长以及光纤本身的材料特性。一般来说，直径较小的光纤比直径较大的光纤更容易受到弯曲损耗的影响，因为它们的光传播面积更小，从而增加了与光纤包层接触的光量。此外，波长较短的光比波长较长的光更容易受到弯曲损耗，因为短波光具有更高的折射率，在光纤中传播时经历更多的弯曲。

光纤弯曲损耗有几种不同类型，包括宏观弯曲损耗、微观弯曲损耗和辐射损耗。

宏观弯曲损耗

图2：宏观弯曲损耗

宏观弯曲损耗发生在光纤在大半径（例如在拐角处或急弯处）弯曲时。当光纤弯曲超过临界角时，就会发生这种情况。在这种情况下，弯曲半径远大于光纤的直径。宏观弯曲损耗的最大问题是它可能难以检测。在某些情况下，光纤看起来完好无损，但仍然在大半径下弯曲，从而导致显著的信号损失。这可能导致网络性能下降，甚至完全信号失败。高阶模式不如低阶模式与光纤核心紧密结合，因此它们会首先从光纤中辐射出去。图2展示了宏观弯曲损耗，图3显示了弯曲半径与宏观弯曲损耗之间的关系图。

图3：弯曲半径与宏观弯曲损耗的关系图

微观弯曲损耗

图4：微观弯曲损耗

微观弯曲是光纤轴线的曲率半径中出现的小凸起或曲线。它们可能是由于制作光纤时的不均匀性或光纤组装时的不均匀压力造成的。微观弯曲损耗发生在光纤受到小的重复弯曲时，例如振动或拉力造成的弯曲。在这种情况下，弯曲半径与整个光纤的直径相当，即光纤处于急弯状态。这可能是由于布线不良或制造缺陷造成的。微观弯曲会导致更多的信号损失，因为光纤反复弯曲，这使得光纤中不同模式之间的能量转移反复发生。图4展示了微观弯曲损耗。

辐射损耗

图5：辐射损耗

辐射损耗发生在由于材料中的物理缺陷或杂质导致光从光纤泄漏时。当光在光纤核心中遇到折射率变化时，例如核心与包层之间的边界或包层与周围介质之间的界面时，就会发生这种情况。当光的入射角超过临界角时，光将从光纤核心发射到包层或周围介质。这导致光能量损失和信号强度降低。辐射损耗取决于核心直径、光纤的数值孔径以及核心、包层和周围介质的折射率。更大的核心直径和更高的数值孔径将导致更高水平的辐射损耗。图5展示了光纤中的辐射损耗。

减少光纤弯曲损耗的不同方法

为了最小化光纤弯曲损耗，在安装和处理光纤电缆时遵循某些最佳实践非常重要。最重要的是避免将电缆弯曲超过其最小弯曲半径。每根光纤电缆都有一个最小弯曲半径，这是电缆可以安全弯曲而不造成损坏的最小半径。超过此半径可能会导致显著的弯曲损耗，甚至可能损坏电缆本身。

使用较大核心直径的光纤可以避免宏观弯曲损耗。这使得光能够以更大的误差范围通过光纤，从而减少弯曲造成的信号损失。另一种方法是使用专门设计的光纤，专门用于抵抗弯曲，例如弯曲不敏感光纤。

应避免对电缆施加过大的张力或拉力，因为这可能导致微观弯曲损耗。此外，使用高质量的电缆和连接器也很重要，这些设备旨在最小化弯曲损耗。最后，在安装或维护过程中，光纤电缆应小心处理，以避免扭曲或压碎电缆。为了减少微观弯曲损耗，可以用可压缩的外套覆盖光纤。当施加压力时，外套会弯曲，但内部的光纤将保持直线。

使用较低数值孔径的光纤可以减少辐射损耗。这可以通过使用核心直径较小的光纤或使用折射率较低的材料作为包层来实现。此外，还在光纤上使用特殊涂层，这些涂层由多种材料（包括聚合物、金属和陶瓷）制成，以防止光从光纤核心逸出。它们旨在将光反射回核心或吸收光，从而减少通过辐射损失的能量。