Qu'est-ce que la courbure de la fibre ?

Présentation de la courbure de la fibre

Les capteurs à fibre optique sont de petite taille et peuvent être pliés. Ils peuvent être installés par échantillons dans de petits espaces. Un rayon de courbure trop petit entraînera une perte de signal optique et affectera la précision des mesures de détection. Cependant, dans de nombreux scénarios d'application pratiques, les capteurs à fibre optique présentent inévitablement un petit rayon de courbure lors de leur installation. Comment résoudre les pertes causées par la courbure des fibres optiques est devenu une préoccupation majeure. Jetons un coup d'œil aux effets néfastes de la courbure d'une fibre optique ordinaire et au principe de fonctionnement du petit rayon de courbure de la fibre optique résistante à la courbure.

Pourquoi les fibres optiques ne devraient-elles pas être trop pliées ?

Lorsque la lumière passe d’un milieu à un autre, elle est réfractée et réfléchie à l’interface entre les deux milieux. À mesure que l’angle d’incidence augmente, la lumière réfléchie devient plus forte et la lumière réfractée s’affaiblit. Lorsque l’angle d’incidence est suffisamment grand, la lumière réfractée disparaît complètement, ne laissant que la lumière réfléchie. Ce phénomène est appelé réflexion totale.

Phénomène de réflexion totale

La fibre optique est constituée d'une structure à trois couches composée d'un noyau, d'une gaine et d'un revêtement. L'indice de réfraction du noyau est supérieur à l'indice de réfraction de la gaine. La lumière peut atteindre une transmission par réflexion totale dans le noyau.

 Réflexion totale dans les fibres optiques

Généralement, le coefficient de perte de la fibre optique monomode standard à la longueur d'onde de 1550 0.2 nm est d'environ XNUMX dB/km, ce qui représente une faible perte de transmission. Si la fibre optique est courbée (macro-courbure ou micro-courbure), la transmission lumineuse ne remplit pas la condition de réflexion totale et une partie de la lumière s'échappe de la gaine, entraînant une diminution de la puissance optique et une perte.

L'état de flexion des fibres optiques

Comment réduire la perte de flexion

La principale cause de perte dans les liaisons par fibre optique est qu'il existe des courbures à grand angle à des endroits locaux des fibres optiques lors de leur installation et de leur disposition, ce qui est courant dans les joints et les spires des fibres optiques. Ce type de perte par courbure est réversible. Augmenter le rayon de courbure du fibre optique améliorera grandement la perte de lien. Quel est le chemin de transmission de la lumière dans la fibre optique ?

Si nous utilisons un équipement OFDR pour mesurer les liaisons par fibre optique, nous obtiendrons une courbe de distribution OFDR (distance intensité/réflectivité). La courbe peut refléter la perte à chaque position de la liaison par fibre optique. La perte est principalement présentée sous forme d’étapes, comme le montre la figure ci-dessous. Les utilisateurs peuvent utiliser la courbe OFDR pour analyser et trouver la position de pliage et effectuer des ajustements.

Courbe OFDR lorsque la fibre optique est pliée

Les utilisateurs peuvent également choisir des fibres optiques insensibles à la courbure (résistantes à la courbure) comme capteurs, ce qui peut réduire l'impact des pertes par courbure. La fibre optique résistante à la flexion peut tolérer un rayon de courbure plus petit. Par exemple, le rayon de courbure minimum d'une fibre optique monomode résistante à la déformation à haute température (modèle : Pl125) est d'environ 5 mm. Le rayon de courbure minimum d'un câble optique à détection de contrainte à gaine serrée (modèle : SS-0.9 mm) est d'environ 8 mm.

Introduction aux fibres optiques résistantes à la courbure

Il est recommandé que le rayon de courbure de la fibre optique monomode conventionnelle (type G.652) soit supérieur à 5 mm (diamètre 1 cm), sinon le signal optique sera considérablement perdu, entraînant une diminution du rapport signal/bruit de la mesure de détection et les résultats de mesure instables. Concernant le rayon de courbure minimum, la règle empirique est la suivante : pour les applications à long terme, le rayon de courbure doit dépasser 150 fois le diamètre de la gaine de la fibre ; pour les applications à court terme, le rayon doit dépasser 100 fois le diamètre du revêtement. Le diamètre de gaine de la fibre optique monomode conventionnelle est de 125 µm et les rayons de courbure minimaux des deux types ci-dessus sont respectivement de 19 mm et 13 mm.

La fibre optique résistante à la flexion (type G.657) améliore principalement la résistance à la flexion en modifiant la conception structurelle de la fibre optique. Il existe un indice commun dans l'industrie pour évaluer la sensibilité à la flexion : la valeur MAC.

Formule MAC

La valeur MAC est le rapport entre le diamètre du champ de mode et la longueur d'onde de coupure dans une fibre guide d'ondes à saut d'indice proche. Plus la valeur MAC est faible, moins la fibre est sensible à la courbure. Certaines approches de base pour concevoir des fibres insensibles à la courbure incluent la réduction du diamètre du champ de mode, ou l'augmentation de la longueur d'onde de coupure, ou les deux. Les méthodes spécifiques incluent :

(1) Réduisez le diamètre du champ de mode pour améliorer le contrôle de la lumière. Comme réduire le diamètre du noyau ou augmenter l'indice de réfraction du noyau.

(2) Réduisez le diamètre de la gaine de fibre pour augmenter la résistance à la flexion. Le diamètre des fibres optiques résistantes à la courbure existantes sera réduit de 125 microns à 80 microns, et même un diamètre extérieur de 60 microns est apparu.

(3) Ajoutez une couche de revêtement de tranchées à faible indice de réfraction. La fonction est similaire à l’augmentation de l’indice de réfraction du cœur de la fibre.

Toutes les méthodes ci-dessus permettent de mieux contrôler la transmission des faisceaux lumineux dans le cœur de la fibre, réduisant ainsi l'impact de la courbure de la fibre lors des mesures de détection. Le type de fibre optique résistante à la courbure couramment utilisé sur le marché est le G.657B3. Les paramètres de rayon de courbure et de perte par courbure sont indiqués dans le tableau ci-dessous.

Paramètres des fibres résistantes à la flexion