Основные принципы волоконной оптики: микро- и макроизгибы
В волоконной оптике «изгиб» относится к способу прохождения света по оптоволоконному кабелю. Когда свет проходит по оптоволоконному кабелю, он постоянно преломляется или отражается по мере прохождения по неровностям кабеля.
В волоконной оптике возможны два типа изгиба: микроизгиб и макроизгиб.
Микроизгиб
Микроизгиб – круглая деформация оптоволоконного кабеля с малым радиусом, менее 1 см. Этот тип изгиба возникает, когда кабель подвергается небольшим изменениям температуры, давления или механического напряжения.
Микроизгиб может привести к рассеиванию света, проходящего через волокно, что приведет к потере сигнала и снижению качества передачи. Микроизгибы — это несущественные искажения пограничного слоя между сердцевиной и оболочкой, вызванные сдавливанием.
Микроизгибы изменяют угол прохождения света внутри волокна. Изменение угла падения заставляет световые лучи высокого порядка отражаться под углами, которые препятствуют дальнейшему отражению, в результате чего они теряются в оболочке и поглощаются.
Заметим, что одним из наиболее распространенных типов оболочки на оптоволоконном сердечнике является акрилат.
Что такое акрилат
Акрилатные покрытия представляют собой тонкие слои полимера, которые наносятся на различные поверхности для создания защитного барьера, улучшения внешнего вида и повышения производительности изделия. Они изготавливаются из полимера, обладающего превосходной гибкостью, прочностью и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению.
Акрилатные покрытия используются довольно широко, в том числе в автомобильной, аэрокосмической и строительной промышленности. Их можно наносить различными способами, такими как распыление, нанесение кистью или погружение, и их можно отверждать с помощью тепла, УФ-излучения или химической реакции.
В оптоволоконных кабелях для покрытия сердцевины волокна используется акрилат. Из-за этого превышение рабочей температуры акрилатного покрытия может также вызвать микроизгибы в оптоволоконных кабелях, что приводит к значительному затуханию.
Макроизгиб
Макроизгибом в волоконной оптике считается деформация кабеля со значительным радиусом, более 1 см. Этот тип изгиба может возникнуть, когда кабель подвергается значительным изменениям температуры, давления или механического напряжения, например, при изгибании или натяжении кабеля в процессе монтажа.
Макроизгиб также может привести к рассеиванию света, проходящего через волокно, что приводит к потере сигнала и снижению качества передачи.
Как микроизгиб, так и макроизгиб может оказывать негативное влияние на производительность оптоволоконных систем, поэтому предпринимаются попытки минимизировать оба типа изгиба в оптоволоконных кабелях.
По сравнению с микроизгибом, макроизгиб имеет гораздо больший радиус, и заметен невооруженным глазом. Радиус макроизгибов можно измерить в миллиметрах. Эти малые радиусы изменяют угол падения внутри волокна, заставляя часть световых лучей отражаться кнаружи волокна и, как и при микроизгибе, теряться в оболочке и поглощаться.
Характеристики одномодового макроизгиба
Одномодовое волокно можно разделить на две группы: чувствительное к изгибу и нечувствительное к изгибу. Существует значительная разница в затухании изгиба двух групп. Стандарты ITU G.652 и G.655 определяют макроизгибные потери для чувствительного к изгибу оптического волокна, а G.657 определяет макроизгибные потери для нечувствительного к изгибу волокна.
Потери на макроизгибе в каждом стандарте указаны для оптического волокна, которое не было помещено в кабель (оболочка с арамидной пряжей и т. д.). Потери на макроизгибе будут меняться, когда оптическое волокно помещается в кабель. Информация об этих значениях потерь может быть получена от производителя кабеля. Но, чтобы продемонстрировать, как рассчитываются потери на макроизгибе, предполагается, что значения оптического волокна, указанные в стандартах, совпадают с общими потерями кабеля.
ITU-T G.652 допускает максимальное затухание 0,1 дБ на 1550 нм при 100 оборотах вокруг оправки радиусом 30 мм. Радиус оправки 30 мм немного меньше радиуса теннисного мяча. Уменьшение радиуса изгиба увеличит затухание. Оптическое волокно с такой спецификацией макроизгиба не является хорошим выбором для случаев, когда может потребоваться нескольких резких изгибов, особенно если они намного меньше 30 мм.
ITU-T G.657 определяет макроизгибные потери для нечувствительного к изгибу одномодового оптического волокна. Этот тип оптического волокна обычно используется в пассивных оптических сетях (PONS), которые ведут к частному дому или квартире.
Установка оптоволоконного кабеля в стене дома или квартиры может потребовать одного или нескольких резких изгибов. Один резкий изгиб на 90 градусов с оптоволокном, нечувствительным к изгибу, может вызвать достаточное затухание, чтобы помешать функционированию соединения.
Потери при многомодовом макроизгибе
Нечувствительное к изгибу многомодовое волокно (или BIMMF) имеет очевидные преимущества. В коммутационных панелях оно не должно страдать от потерь на изгиб, когда кабели плотно изгибаются вокруг стоек. В зданиях оно позволяет прокладывать волокно внутри молдинга вокруг потолка или пола и вокруг дверей или окон, не вызывая больших потерь. Это также страховка от проблем, вызванных небрежной установкой. Волокна BI доступны в версиях 50/125 MM ( OM3, OM4 и OM5).
Учитывая преимущества волокна BI и небольшую дополнительную стоимость его производства, некоторые производители решили сделать все свои волокна 50/125 MM нечувствительными к изгибу. Нечувствительное к изгибу многомодовое волокно предлагается несколькими производителями с чрезвычайно низкими потерями на изгибе на 850 нм и 1300 нм.
Учет микро- и макроизгибов в волоконно-оптической кабельной системе очень важен, когда речь идет об обеспечении оптимального затухания при тестировании волоконно-оптического кабеля. Всегда учитывайте, где и как будет установлено волокно.
Нечувствительный к изгибам волоконно-оптический кабель значительно облегчает эту работу, но лучше обеспечить надлежащие методы монтажа, чтобы ваша волоконно-оптическая линия имела оптимальную производительность.