什么是光纤弯曲损耗（Fiber Bending Losses）？

通过光纤传输的光信号的强度会因为各种因素而降低，如吸收、散射、弯曲损耗等。光纤弯曲损耗是指由于光纤弯曲而发生的辐射性损耗，如图1所示。当光缆弯曲得太紧或太急时，它就会发生，导致一些光从光纤芯中逸出。这导致了信号强度的损失和整体性能的下降。

图1：光纤的弯曲损耗

光纤通过全内反射将光信号限制在核心区域并进行传输，全内反射发生在特定光纤的某个临界角度以上。弯曲光纤可以改变芯包界面的入射角，使其小于临界角。这导致在纤芯区域传播的光被耦合到包层区域，或者根据弯曲半径通过包层传输出光纤。虽然一些弯曲损失是不可避免的，但重要的是尽可能地减少它们以确保最佳性能。

光缆易受弯曲损失的程度取决于许多因素。这些因素包括光纤芯的直径，传输的光的波长，以及光纤本身的材料特性。一般来说，小直径的光纤比大直径的光纤更容易受到弯曲损耗的影响，因为它们的光线通过的面积较小，这就增加了与光纤包层接触的光线量。另外，短波长的光比长波长的光更容易受到弯曲损失，因为它们的折射率更高，在通过光纤时经历更多的弯曲。

有几种不同类型的光纤弯曲损失，包括宏观弯曲损失、微观弯曲损失和辐射损失。

宏观弯曲损耗

图2：宏观弯曲损耗

宏观弯曲损耗发生在光纤在一个大半径上弯曲时，如在一个角落或一个紧密的弯曲处。它发生在光纤弯曲的程度超过临界角的时候。在这种情况下，弯曲半径比光纤的直径大得多。宏观弯曲损耗的一个最大问题是，它可能难以检测。在某些情况下，光纤可能看起来完全没有问题，但仍然以较大的半径弯曲，导致显著的信号损失。这可能导致网络性能下降，甚至是完全的信号失败。高阶模式不像低阶模式那样与光纤芯紧密结合，因此它们将首先辐射出光纤。图2描述了宏观弯曲损耗，图3显示了弯曲半径和宏观弯曲损耗之间的图表。

图3：弯曲半径与宏观弯曲损耗的关系图

微观弯曲损失

图4：微观弯曲损失

微弯是发生在光纤轴线曲率半径上的微小颠簸或曲线。它们可能是由制作光纤时的不均匀性或光纤拼接时的不均匀压力造成的。当纤维受到小的、重复的弯曲时，例如由振动或张力引起的弯曲，就会发生微弯曲损失。在这里，弯曲半径与整个光纤的直径相当。也就是说，光纤正在发生急剧的弯曲。这可能是由于布线不良或制造缺陷而发生的。微弯会造成更多的信号损失，因为光纤反复弯曲，使得能量在光纤中不同模式之间反复传递。微弯损失如图4所示。

辐射损耗

图5：辐射损失

辐射损耗是由于材料中的物理缺陷或杂质导致光从光纤中漏出。它发生在光纤芯中的光遇到折射率的变化时，如芯和包层之间的边界或包层和周围介质之间的界面。当光的入射角度超过一个临界角时，光将从纤芯中发射出来，进入包层或周围介质。这将导致光能的损失和信号强度的下降。它取决于纤芯直径、光纤的数值孔径以及纤芯、包层和周围介质的折射率。较大的纤芯直径和较高的数值孔径将导致较高的辐射损耗水平。图5显示了光纤中的辐射损耗。

减少光纤弯曲损耗的不同方法

为了最大限度地减少光纤弯曲损失，在安装和处理光纤电缆时，必须遵循某些最佳做法。最重要的事情之一是避免弯曲电缆超过其最小弯曲半径。每根光缆都有一个最小弯曲半径，这是光缆可以安全弯曲而不造成损坏的最小半径。超过这个半径会造成巨大的弯曲损失，甚至可能损坏电缆本身。

使用具有较大核心直径的光纤是为了避免宏观弯曲损失。这使得光在穿越光纤时有更大的误差，减少了弯曲造成的信号损失。另一种方法是使用专门为抗弯曲而设计的专用光纤，如抗弯曲光纤。

要避免对电缆的过度紧张或拉扯，因为这可能导致微弯曲损失。另外，使用高质量的电缆和连接器是很重要的，它们的设计可以使弯曲损失降到最低。最后，要小心处理光缆，以避免在安装或维护过程中扭结或压坏光缆。为了减少微弯损失，用可压缩的护套覆盖光纤。当施加压力时，护套会弯曲，但里面的光纤会保持直线。

使用具有较低数值孔径的光纤来减少辐射损失。这可以通过使用具有较小芯体直径的光纤或使用具有较低折射率的材料作为包层来实现。另外，在光纤上使用各种材料的特殊涂层，包括聚合物、金属和陶瓷，以防止光从光纤芯中漏出。它们被设计为将光反射回纤芯或吸收光，从而减少通过辐射损失的能量。