光纤的弯曲损耗和微弯损耗都是由于光不满足全内反射的条件而造成的。下面我们来介绍一下光纤的弯曲损耗。
弯曲损耗的机理
现代光纤最重要的优点之一就是它的易弯曲性，如果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＜β＜n1k0。
当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行传输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平面里，则越靠近外侧，其速度就会越大。当传到某一位置时，其相速度就会超过光速，这意味着传导模要变成辐射模，所以，光束功率的一部分会损耗掉，这也就意味着衰减将会增加。光纤成缆、现场敷设、光缆接头等场合都会引起光纤的弯曲损耗。
弯曲损耗的理论计算
按照D.Marcuse的理论，当弯曲半径潍R时，弯曲损耗系数为：
- 2αb=πu2emW32V2Rkm-1(Wa)km+1(Wa)exp-23W3β2R(1)
其中，u,W分别为径向归一化相位常数和径向归一化衰减常数，β是轴向传播常数，a是纤芯半径，V是归一化频率，km是m阶修正贝塞尔函数，em=2(m=0),em=1(m≠0)。式(1)对每种LPmn模都成立。单模光纤中只传播LP01模，所以只考虑LP01模就可以了，即：
- 2αb=πu22W32V2Rk-1(Wa)k1(Wa)exp-23W3β2R(2)
Jeunhumme对单模光纤给出了如下的计算公式,假设半径潍R，则每单位长度的损耗为：
- αc=AcR-12exp(-UR)(3)
- Ac=12πaW3uWk1(W)2(4)
- U=4ΔnW33aV2n2(5)
式中a和Δn分别是纤芯半径和纤芯—包层的折射率差，u,W和V分别为径向归一化相位常数、径向归一化衰减常数、归一化频率。
由：
- V=ak0(n1-n2)12≈ak0(2n2Δn)12=ak0n2(2Δ)12
- V=2.405λcλ
- W≈1.142 8V-0.996≈2.748 4λcλ-0.996
- u=(V2-W2)12
可得分析近似公式：
- U≈0.705(Δn)32λ2.748-0.996λλc3(m-1)
另外，
- W-23u2W2K21(W)
可以简化为
- 3.7λcλ2
则
- Ac=12πa123.7λcλ2(dB/m12)
以上的简化式可在实际计算中使用。
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。在通常波段（1 000 nm）处，有效的RC近似公式为：
- Rc=20λΔn322.748-0.996λλc-1(6)
弯曲损耗的利用
（1）模式过滤器：过滤就是对高级模式的去除，只要弯曲一下，光纤就可以作为模式过滤器。
（2）衰减器：衰减器是在控制状态下减少传输功率的装置。有一类衰减器只要将用于传输的光纤转几圈就可以了，根本不需要引入外部器件，使用这种衰减器，可以通过控制光纤以给定的半径所转的圈数来控制衰减量。
（3）熔接机：使用弯曲损耗来控制熔接质量。熔接是通过将光纤的端面熔化后将两根光纤连接在一起的过程，这个过程与金属焊接过程类似。
（4）光纤识别仪：光纤识别仪是一种利用光纤弯曲效果的仪器。当将一根光纤弯曲时,有些光会从光纤中辐射出来，这些光就会被光纤识别仪检测到，在不切断光纤、不中断通信的条件下，技术人员根据这些光可以将多芯光纤或单根光纤从其他光纤中识别出来，并检测光的状态及方向。大多数的光纤识别仪用于波长为1 310 nm或1 550 nm的单模光纤光缆。
弯曲损耗的基本原理、理论计算及利用的介绍就结束了，了解弯曲损耗，可以在光纤通信系统的设计中加以充分利用。
【编辑推荐】
