浅谈光纤的弯曲损耗

第44卷 第11期 2017年11月

天 津 科 技

TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGY

V ol.44 No.11Nov. 2017

收稿日期：2017-11-05

基础研究

浅谈光纤的弯曲损耗

张 勇，韩志辉

(中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津300200)

摘 要：众所周知，光纤的涂覆性能、包层不圆度、模场直径以及光纤的弯曲损耗都会对光纤的传输性能产生影响。其中光纤的弯曲损耗是对光纤的传输性能和传输功率产生影响的重要参数之一。因此针对光纤弯曲损耗的研究对光纤的实际应用有非常重要的意义。简要分析了光纤弯曲时芯区折射率的变化与弯曲损耗的对应关系；其次对单模光纤的弯曲损耗进行了理论研究，将光纤的弯曲半径对光纤弯曲损耗的影响进行分析总结，从理论上进行研究，得出两者的相关性，对以后的工作具有一定的借鉴意义。 关键词：单模光纤 弯曲半径 弯曲损耗

中图分类号：TN206 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2017)11-0050-02

On Bending Loss of Optical Fiber

ZHANG Yong ，HAN Zhihui

(CETC46，Tianjin 300200，China )

Abstract ：It is well known that coating performance of optical fiber ，roundness of cladding ，field diameter and bending loss of light have an influence on the transmission performance of optical fiber ．Bending loss of fiber is one of the important parameters that affect the transmission performance and transmission power of fiber ．Therefore ，the study of bending loss of optical fiber is very important for the practical application of optical fiber ．In this paper ，the influence of refractive index of the c ore on bending loss was analyzed ．Secondly ，the bending loss of single-mode fiber and the panda-type polarization maintaining fiber were studied theoretically ．The relevance of the two was obtained ，which has some reference for future studies.

Key words ：single mode fiber ；bending radius ；bending loss

1 光纤损耗的研究背景与意义

随着光通信系统和光纤传感等领域从幅度调制向相位或偏振态调制的深入发展，光纤通信技术取得了长足进展。随着通信系统传输速率的提高和光纤陀螺[1]等高级光纤传感器件[2]的发展，研究影响光纤损耗等问题变得非常重要。国内外各大科研机构和相关公司相应开展了关于减少光纤损耗的深入研究。保偏光纤是20世纪80年代发展起来的一种特种光纤，因其具有优良的保偏特性，被广泛应用于航天、航空、航海、工业制造及通信等国民经济的各个领域。在以光学相关检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤[3]能够保证线偏振、光偏振方向不变，提高信噪比，以实现对物理量的高精度测量。利用保偏光纤双折射对环境的响应，提出了通过探测

偏振光偏振度[4]的变化进行实时检测得出光纤线路

在何地遭遇了强烈的破坏或者窃听的光纤通信系统，显著提高了光纤通信的保密程度。如果保偏光纤的弯曲损耗过高，会严重影响光纤的通信质量以及通信的保密程度。因此研究如何降低光纤的弯曲损耗，对实际应用有重大意义。

光纤的弯曲损耗[5]主要包括两部分：一种是因光波从直波导进入弯曲波导时耦合为其他高阶导模而引起的模式耦合损耗；另一种是因光波能量从波导弯曲处辐射到周围空间而引起的辐射损耗。但这不是说所有以上两种形态从基模中辐射出去的光将永远损耗，光纤中还会有一少部分光，经过在包层的全反射又重新耦合到芯层中的基模。

本文简要分析了光纤弯曲时芯区折射率的变化与弯曲损耗的对应关系；其次对单模光纤的弯曲损耗

2017年11月 张勇等：浅谈光纤的弯曲损耗 ·51·

进行了理论研究，将光纤的弯曲半径对光纤弯曲损耗的影响进行分析总结，经研究，得出两者的相关性，对以后的工作具有一定的借鉴意义。

2 光纤弯曲损耗的研究

我们通过比较浅显易懂的理论来建立产生光纤

弯曲损耗的理论示意图，见图1[6]。图1通过研究光纤折弯曲时折射率的变化进行光纤弯曲损耗研究。 2.1 实验原理及实验装置 光在光纤中传播时，功率沿着光纤轴线方向衰减，满足下列关系：

P out /P in ＝exp (-αp L ) 式中：P in 、P out 分别为输入、输出光纤的功率，单位为W (瓦特)，αp 为功率损耗系数，L 为光纤的长度，单位为m (米)或km (公里)。

图1 光纤弯曲损耗的实验示意图

Fig.1 Schematic diagram of optical fiber bending loss

习惯上αp 的单位用dB/km ，即每km 长度光纤损耗系数为：

out p in

1ln P

L P α=−

如果输入光纤弯曲部分光信号功率为P in ，

经过光纤部分弯曲后的输出功率为P out ，该光纤弯曲部分

引起的弯曲损耗αR (单位为dB )为：

out R in 10ln P

P α=−

2.2 光纤弯曲损耗测试实验

表1 光纤弯曲损耗αr 与弯曲半径R 的实验数据

Tab.1 Experimental data of bending loss αr and bending

radius R of single -mode polarizing fiber

半径/mm 损耗/dB (90 °)

损耗/dB (100 °)

损耗/dB (120 °)

2.0 26.4 24.5 16.5

2.5 20.6 18.9 12.6

3.0 18.4 1

4.2 10.3 3.5 1

5.9 11.3 7.9 4.0 14.4 10.2

6.4 4.5 13.5 8.7

5.6

选取工作波长为1550nm 的单模光纤，在弯曲半径为2.0mm 、2.5mm 、3.0mm 、3.5mm 、4.0mm 、

4.5mm 时，弯曲角度分别为90 °、100 °、120 °时，光

纤损耗αR 与弯曲半径R 的关系如表1所示。 由上面的实验数据，我们作出损耗与半径的关系图如图

2～4所示。

图2θ＝120 °时单模光纤的弯曲损耗αR 与弯曲半径R 的

关系

Fig.2The bending loss αR of the single mode fiber

is

related to the bending radius R when θ＝120 °

图3θ＝100 °时单模光纤的弯曲损耗αR 与弯曲半径R 的

关系

Fig.3The bending loss αR of

the single mode fiber is

related to the bending radius R when θ＝100 °

图4θ＝90 °时单模光纤的弯曲损耗αR 与弯曲半径R 的

关系

Fig.4The bending loss αR of the single mode fiber is

related to the bending radius R when θ＝90 °

3 结 论

根据光纤的弯曲损耗的实验原理，通信光纤的结构参数和弯曲半径对光纤的弯曲损耗有着重要影

下转第54页