O que é curvatura de fibra?

Visão geral da curvatura de fibra

Os sensores de fibra óptica são pequenos e podem ser dobrados. Podem ser instalados em amostras em pequenos espaços. Um raio de curvatura muito pequeno causará perda de sinal óptico e afetará a precisão das medições de detecção. No entanto, em muitos cenários de aplicação prática, os sensores de fibra óptica têm inevitavelmente um pequeno raio de curvatura durante a sua instalação. Como resolver a perda causada pela curvatura da fibra óptica tornou-se o foco das pessoas. Vamos dar uma olhada nos efeitos adversos da curvatura comum da fibra óptica e no princípio de funcionamento do pequeno raio de curvatura da fibra óptica resistente à curvatura.

Por que as fibras ópticas não deveriam ser excessivamente dobradas?

Quando a luz viaja de um meio para outro, ela é refratada e refletida na interface entre os dois meios. À medida que o ângulo de incidência aumenta, a luz refletida torna-se mais forte e a luz refratada torna-se mais fraca. Quando o ângulo de incidência é grande o suficiente, a luz refratada desaparece completamente, restando apenas a luz refletida. Este fenômeno é chamado de reflexão total.

Fenômeno de reflexão total

A fibra óptica consiste em uma estrutura de três camadas de núcleo, revestimento e revestimento. O índice de refração do núcleo é maior que o índice de refração do revestimento. A luz pode atingir a transmissão total de reflexão no núcleo.

 Reflexão total em fibras ópticas

Geralmente, o coeficiente de perda da fibra óptica monomodo padrão no comprimento de onda de 1550 nm é de cerca de 0.2dB/km, o que é uma baixa perda de transmissão. Se a fibra óptica for dobrada (macro-dobra ou micro-dobra), a transmissão da luz não atende à condição de reflexão total e parte da luz vaza do revestimento, resultando em diminuição da potência óptica e perda.

O estado de flexão das fibras ópticas

Como reduzir a perda de flexão

A principal causa de perda em links de fibra óptica é que há curvaturas de grande ângulo em locais de fibras ópticas durante sua instalação e layout, que são comuns em juntas e voltas de fibra óptica. Aumentando o raio de curvatura do fibra ótica melhorará muito a perda de link. Qual é o caminho de transmissão da luz na fibra óptica?

Se utilizarmos equipamento OFDR para medir enlaces de fibra óptica, obteremos uma curva de distribuição OFDR (intensidade/refletividade de distância). A curva pode refletir a perda em cada posição do link de fibra óptica. A perda é apresentada principalmente em forma de etapas, conforme figura abaixo. Os usuários podem usar a curva OFDR para analisar e encontrar a posição de flexão e fazer ajustes.

Curva OFDR quando a fibra óptica é dobrada

Os usuários também podem escolher fibras ópticas insensíveis à flexão (resistentes à flexão) como sensores, o que pode reduzir o impacto das perdas por flexão. A fibra óptica resistente à flexão pode tolerar um raio de curvatura menor. Por exemplo, o raio de curvatura mínimo da fibra óptica resistente à tensão de alta temperatura de modo único (modelo: Pl125) é de cerca de 5 mm. O raio de curvatura mínimo do cabo óptico com detecção de tensão de bainha apertada (modelo: SS-0.9 mm) é de cerca de 8 mm.

Introdução às fibras ópticas resistentes à curvatura

Recomenda-se que o raio de curvatura da fibra óptica monomodo convencional (tipo G.652) seja maior que 5mm (diâmetro 1cm), caso contrário o sinal óptico será significativamente perdido, resultando em uma diminuição na relação sinal-ruído de a medição de detecção e resultados de medição instáveis. Em relação ao raio mínimo de curvatura, a regra é: para aplicações de longo prazo, o raio de curvatura deve exceder 150 vezes o diâmetro do revestimento da fibra; para aplicações de curto prazo, o raio deve exceder 100 vezes o diâmetro do revestimento. O diâmetro do revestimento da fibra óptica monomodo convencional é de 125 μm e os raios de curvatura mínimos dos dois tipos acima são de 19 mm e 13 mm, respectivamente.

A fibra óptica resistente à flexão (tipo G.657) melhora principalmente a resistência à flexão, alterando o design estrutural da fibra óptica. Existe um índice comum na indústria para avaliar a sensibilidade à flexão: valor MAC.

Fórmula MAC

O valor MAC é a razão entre o diâmetro do campo de modo e o comprimento de onda de corte em uma fibra de guia de onda de índice de passo próximo. Quanto menor o valor MAC, menos sensível a fibra é à flexão. Algumas abordagens básicas para projetar fibras insensíveis à flexão incluem reduzir o diâmetro do campo de modo, ou aumentar o comprimento de onda de corte, ou fazer ambos. Os métodos específicos incluem:

(1) Reduza o diâmetro do campo de modo para melhorar o controle da luz. Como reduzir o diâmetro do núcleo ou aumentar o índice de refração do núcleo.

(2) Reduza o diâmetro do revestimento de fibra para aumentar a resistência à flexão. O diâmetro das fibras ópticas resistentes à flexão existentes será reduzido de 125 mícrons para 80 mícrons, e até mesmo um diâmetro externo de 60 mícrons apareceu.

(3) Adicione uma camada de revestimento de trincheiras de baixo índice de refração. A função é semelhante a aumentar o índice de refração do núcleo da fibra.

Todos os métodos acima podem controlar melhor a transmissão de feixes de luz no núcleo da fibra, reduzindo assim o impacto da flexão da fibra nas medições de detecção. O tipo de fibra óptica resistente à flexão comumente usado no mercado é G.657B3. Os parâmetros do raio de curvatura e da perda de flexão são mostrados na tabela abaixo.

Parâmetros de fibras resistentes à curvatura