单模光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系

1单模光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系2000年6月第2期天津通信技术TIANJINCOMMUNICATIONSTECHNOLOGYJUN2000NO2单模光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系刘世春黄治逊天津电信网管维护中心,天津300012摘要对在弱导条件下的单模光纤弯曲损耗进行了定量分析,导出了弯曲损耗的函数R,R。关键词波长弯曲半径弯曲损耗中图分类号TN9291文献标识码A光纤在实际应用中,不可避免地要发生弯曲,而产生光2纤弯曲损耗。光纤弯曲可模仿成如图1所示的弯曲波导。图1弯曲波导示意图据光纤理论,在正常情况下,光在光纤里沿轴向传播的常数应满足关系式N2K0。当光纤弯曲时,光电磁波在弯曲部分中进行传输,要想保持同相位的电场和同相位的磁场在一个平面里,即保持导行的情况,那么越靠近外侧,其速度就会越大即越小。待到一定的地点时,其相速就会等于所在物质中的光速,待超过这一地点后,电磁波就会成为辐射波,即或损耗功率。对光纤弯曲损耗的理论分析是很复杂的,有几种近似公式,但它们相互之间的差别很大。下面即参照LUCBJEUNHOMME理论进行分析。首先把弯曲光纤场的分布近似成薄膜介质带状波导弯曲场的分布,并假设能满足弱导条件WU23EXP2W3P2A221WVK21W3AA文章编号1006_7442200002_0007_03设单位弧长上的弯曲损耗DB数为R,则由1式可得10LGRPIIW4N022N25NN43429PA2U22A21WVK221W23A632NN由2式可以看出弯曲损耗R随弯曲半径RN1式中U是径向归一化相位常数W是径向的减小而增大,但看不出R随波长增减的变化归一化衰减常数V是归一化频率是纤芯半径R是弯曲半径K1W是一阶第二类修正的贝塞尔函数,如式3K1WLN趋势。对于单模光纤在弱导条件下有CW2099607I1WI027CW/WA3式中0577216,是欧勒常数099601W27484CW75537547482IW22N1481N0NN1274848C09920923CW207606225704C10817930988023收稿日期200002028天津通信技术V2000年222C9光纤,按图2,取03600036,A38M6其中VC240483,是归一化截止频率C是3810M,代入15式得6截止波长。C12367M1236710M。57831C11对于零色散波长在1310NM附近的常规SM22247480UVW25177069920把A、N1、C的值代入13、14式,则有A1022CC1222C803223317211222222UAAN1K0U2AN22AN1C1322AN2ANCCA1076965由以上各式,可近似求得R2,18R的表达式1284342948633C3C2C6A13A1A1CC14R,R42式中K02是自由空间波数,20760614C3C21793C09880N1是纤芯折EXP215R3射率,实际应用的单模通信光纤N114680。CC23810C3C2C66394022935501115953642134800K1W16若纤芯半径和截止波长C确定,则W、V、1711757510138404C3C2CR是和R的函数。U、A都是工作波长的函数,进而可确定P或1504695452906587REXP178032233CC2AN123810VC2从19式可以看出,即使把,R19R对求21812对于常规单模光纤光纤结构参数和16,00和2N1的导,也难以计算出R,R随的增减值,但由19式可以算出在任意工作波长和任意弯曲半径下的弯曲损耗值。下面取一些特定的值和R22值,通过对数值的计算,可以得出R,R与及R相对应的数值,如表1所示。注意用19式计算时,C和的单位用M,而R的单位用M,结果,R的单位为DB/M。、暖截止波长C满足使用的要求,并尽量达到最佳化,同时还应考虑对衰减和弯曲损耗特性的影响。如图2所示使模场直径零色散波长截止波长同19围成的区域。、用表1所对应的R0020M、R00225M、R0025M的数据,描点作图,画出R随变化的曲线如图3所示。从图3可见,R,R随弯曲半径减小而增大,作波长的增大而增大。即在同样的工作波长下,工作波长及随工图2使SM光纤2O、O、C同时满足要求的与的关系图越大,弯曲图3R随的变化曲线第2期20刘世春,黄治逊单模光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系9损耗也越大。例如,当弯曲半径R00375M375MM和R00275M275MM时R155,003754248310DB/MR155,0027501525DB/MR131,0037516624101064MM,否则,在1550NM波长区就会产生明显的弯曲损耗。因为光纤线路在1550NM波长区对弯曲状况特别敏感特别是局内尾纤和光跳线部分,轻微的碰撞、挤压、扭曲或移动都会使线路的损耗猛增。值得注意的是,波长对弯曲损耗的影响也是很大的。例如用HTTP/HTTP/WWWWENKU1COM/NEWS/91860B55862C014DHTML目前光缆线路工程及维护工作常用的测试仪表OTDR进行测试,如表1所示。表1对应不同,M和RM的弯曲损耗RDB/MDB/MR131,002753713910DB/M可见R131,R波长区弯曲损耗的明确规定是21R对于G652光纤,用半径R为375MM1310的松绕100圈,在1550NM波长测得的损耗增10003751662410加值既因弯曲产生的损耗应小于1DB对于7G653003003037710光纤,用半径R为375MM的松绕100圈,在00275373191061550NM波长测得的损耗增加值应小于505DB。002504540510当R375MM时,松绕100圈的弧长为0022555500104235619M,按照上述计算,在1550NM的弯曲00200000681510153016304101646910766991003752166497747259760102253247459010372721018629100931046527221损耗为4248310235169001DB满足G652和G653光纤弯曲半径要求。研究光纤弯曲损耗与波长及弯曲半径的关系1550156015654157043具有十分重要的意义,从上面的计算可以看出在424831041550NM波长区光纤的弯曲损耗要比在1310NM35041102波长区大得多。由于EDFA工作在1550NM01525波长区,而实用化的HDWDM传输系统的工06640作波长也都选择在1550NM波长区,因此1550NM28903波长区从1480NM1580NM,大约23有100NM125813的低损耗带宽可供利用,ITU_T建议的HD_2383976WDM波长范围为152877NM156547NM,其最小信道的间隔是08NM的整数倍。由于在光缆敷设、光纤接头热缩保护、接头盒中余纤的收容盘放、成端尾纤收容、光跳线布放及余长收容等过程中都会产生光纤弯曲的问题,按照6762610853311010042102225056010607421070664104021300897337801025171043344026028821175247925195443325038715942728262181791953077852从表1可以看出,在相同弯曲半径的情况下,241565NM波长的弯曲损耗大约是1550NM波长的14倍以上。若某光纤线路用OTDR在1550NM波长下上面的计算,应注意使光纤弯曲半径不小于20进行测试,其全程损耗是能满足设计要求的,但不一定能保证HDWDM传输的损耗要求。THERELATIONSHIPBETWEENBENDINLOSSOFSINTICALFIBERGLEOPGANDWAVELENGTHANDBENDINGRADIUSLIUSHI_CHUNHUANGZHI_XUNTIANJINTELECOMMUNICATIONNETWORKMANAGEMENTMAINTENANCECENTER,TIANJIN300052,CHINAABSTRACTTHISARTICLEQUANTITATIVELYANALYSEDTHEBEN