Der minimale Biegeradius einer optischen Faser ist definiert als der kleinste Radius, auf den die Faser verbogen werden kann und gleichzeitig die normale Übertragung von optischen Signalen beibehalten. In praktischer Hinsicht ist es der minimale Krümmungsradius, den die Faser ertragen kann, ohne übermäßigen Signalverlust, modale Dispersion oder einen anderen Leistungsabbau zu verursachen. Dieser Parameter wird typischerweise als kürzester Abstand von der zentralen Achse der Faser bis zur Kurve der Biegung gemessen, und die Messeinheit beträgt normalerweise Millimeter (mm).
Diese Spezifikation ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Integrität des übertragenen Lichtsignals untermauert. Angenommen, die Faser ist mit einem Radius kleiner als der empfohlene Mindestschwelle gebeugt. In diesem Fall kann das Licht innerhalb der Faser Streuung und Absorption aufweisen, was den Signalverlust erhöht und die Qualität der Übertragung negativ beeinflusst. In schwereren Fällen kann übermäßiges Biegen die Faser brechen und die Signalübertragung vollständig unterbrechen.
Darüber hinaus ist der minimale Biegenradius ein Indikator für die mechanische Festigkeit der Faser. Obwohl optische Fasern mit einem gewissen Grad an mechanischer Robustheit ausgelegt sind, kann Überbiegung ihre inhärente Kapazität überschreiten, was zu Schäden führt. Wenn Sie sich an den geeigneten Mindestbogenradius halten, erhalten Sie nicht nur die Signalqualität, sondern erweitert auch die Betriebsdauer der optischen Faser und senkt die Wartungskosten.
Es ist auch wichtig zu erkennen, dass der minimale Biegenradius von einer Faserart bis zu einer anderen variiert. Mehrere Faktoren beeinflussen diesen Parameter, einschließlich:
Fasertyp: Unterschiedliche optische Fasern haben unterschiedliche Struktur- und Materialeigenschaften, was wiederum ihre minimalen Biegerradien beeinflussen. Beispielsweise benötigen Einzelmodusfasern im Allgemeinen einen größeren Mindestbogenradius als Multimode-Fasern, da Einzelmodusfasern einen kleineren Kerndurchmesser aufweisen, was ihre optischen Signale empfindlicher für Biegung macht.
Faserbeschichtung: Das für die Außenbeschichtung der Faser verwendete Material und seine Dicke spielen eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung des Mindestbiegenradius. Hochwertige Beschichtungen können die Flexibilität und den Schutz der Faser verbessern und damit die nachteiligen Auswirkungen der Biegung mildern.
Umgebungsbedingungen: Externe Faktoren wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen ebenfalls den Mindestbiegenradius. In Hochtemperaturumgebungen können die Materialien, aus denen die Faser bestehen, ausdehnen oder weicher werden, was ihre mechanische Festigkeit verringert und einen größeren Biegenradius erfordert, um die Leistung zu erhalten.
Häufiger minimaler Biegerradius optischer Fasern
Das ITU-T gibt den Mindestbiegeradius für verschiedene Arten von optischen Fasern an. Eine häufig akzeptierte Definition lautet wie folgt:
Zum Beispiel ist die Faser für eine G.652D -Faser lose 1 0 0 -mal um einen zylindrischen Dorn. Unter diesen Bedingungen muss die Zunahme der Dämpfung für eine Wellenlänge von 1625 nm weniger als 0,1 dB betragen. Der Radius des kleinsten solchen Zylinders, der diese Anforderung erfüllt, wird als minimaler Biegerradius für die Wellenlänge von 1625 nm definiert.
Auswirkungen auf die Leistung der optischen Faserübertragung, wenn der Radius der Mindestbiegung überschreitet
Basierend auf akkumuliertem Felderlebnis kann die Bereitstellung optischer Fasern mit einem Biegeradius, der kleiner als das angegebene Minimum ist, mehrere nachteilige Auswirkungen haben:
Optischer Signalverlust
Erhöhter Biegeverlust: Wenn die Faser über ihren minimalen zulässigen Radius hinaus gebeugt ist, wird der Ausbreitungsweg des Lichts innerhalb der Faser verändert. Ein Teil des Lichts weicht vom Kern ab und dringt in die Verkleidung ein oder leckt sogar in die äußere Umgebung; Dies ist als Biegeverlust bekannt. Je kleiner der Biegeradius, desto ausgeprägter wird der Biegeverlust. In einem optischen Kommunikationssystem kann das Biegen der Faser beispielsweise die optische Signalstärke erheblich verringern, wodurch die empfangene Leistung unter den für den richtigen Betrieb erforderlichen Schwellenwert sinkt, was wiederum die Qualität und den effektiven Übertragungsbereich beeinträchtigt.
Verschlechterung des Streuverlusts: Unregelmäßiges oder übermäßiges Biegen kann auch die Streuung innerhalb der Faser intensivieren. Wenn sich Licht ausbreitet, interagiert es mit den Inhomogenitäten innerhalb der Faser und erzeugt verstreutes Licht, das von seiner ursprünglichen Richtung abweicht. Wenn die Faser mit einem Radius kleiner als dem Minimum verbogen ist, verstärkt die verstärkte Krümmung die Streuung, die weitere Verbreitung der optischen Energie und erhöht den Gesamtsignalverlust.
Signalübertragungsqualität
Erhöhte modale Dispersion: Bei Multimode-Fasern reisen unterschiedliche Ausbreitungsmodi mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, was zur Verbreiterung optischer Pulses-ein Phänomen führt, das als modale Dispersion bekannt ist. Die Biegung der Faser verändert die Strukturgeometrie der Faser mehr als zugelassen, wodurch die Ausbreitungswege und -geschwindigkeiten dieser Modi und die Verschlechterung der modalen Dispersion beeinflusst werden. Infolgedessen erweitern sich optische Impulse und verschmelzen und verringern die Unterscheidung zwischen benachbarten Impulsen. Diese Überlappung erhöht die Bitfehlerrate und untergräbt sowohl die Qualität als auch die Zuverlässigkeit des Signals, ein Effekt, der in Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen besonders wichtig ist.
Variationen des Polarisationszustands: Im Fall von Einzelmodusfasern ist der Polarisationszustand ideal stabil. Das Biegen der Faser unter dem minimalen Biegenradius führt jedoch zu mechanischen Spannungen, die die Spannungsverteilung innerhalb der Faser verändern. Diese Änderung kann den Polarisationszustand ändern und zur Polarisationsmodus (PMD) führen. PMD kann zusätzliche Verzögerungen und Phasenverzerrungen während der Signalübertragung einführen, wodurch möglicherweise eine Signalverzerrung und eine erhöhte Fehlerrate-Kälte verursacht werden, die besonders in Hochgeschwindigkeits- und kohärenten optischen Kommunikationssystemen ausgeprägt sind.
Langzeitstabilität und mechanische Integrität
Erhöhtes Risiko für mechanische Schäden: Wenn die Faser zu fest gebogen wird, konzentriert sich die mechanische Spannung an der Biegung. Eine längere Exposition gegenüber solchen Stresszuständen kann die mechanischen Eigenschaften der Faser allmählich verschlechtern, wodurch die Wahrscheinlichkeit von Mikro-Cracks oder sogar einen vollständigen Bruch erhöht wird. Diese mechanischen Schäden beeinträchtigen nicht nur die optische Leistung der Faser, sondern auch die Verbindungszuverlässigkeit. Im Laufe der Zeit kann ein solcher Schaden zu erhöhten Wartungskosten und zu einem höheren Risiko für das Systemversagen führen, insbesondere bei dichtem Kabelinstallationen, bei denen sich der kumulative Effekt eines unsachgemäßen Biegens nachteilig auf das gesamte Kommunikationsnetz auswirkt.
Anleitung für praktische technische Anwendungen
Im praktischen Einsatz ist es wichtig, unnötige enge Biegung optischer Fasern zu vermeiden. Besonderes Sorgfalt sollte an Orten vorgenommen werden, die zu scharfen Biegungen wie Anschlüssen und Wendepunkten neigen, um sicherzustellen, dass der Biegeradius nicht unter das angegebene Minimum fällt. Während des Entwurfs und der Installation von Glasfasernetzwerken müssen die Planer ausreichend Platz für den erforderlichen Bend-Radius bereitstellen und somit sowohl die Leistung als auch die langfristige Zuverlässigkeit des Netzwerks schützen.