运用光波导技术的单模光纤弯曲性能研究.doc

运用光波导技术的单模光纤弯曲性能研究 马骏 李朋 （皖西学院信息工程系 通信工程专业 0901班） 摘要 本文从运用了光波导技术的单模光纤剖面设计的角度，，提出了改善光纤弯曲敏感性的措施。利用了PVCD优势和拉丝时采用低弯曲性能的涂料，制备了具有低水峰衰耗弯曲不敏感单模光纤。研究了这种光纤的微弯和宏弯性能，分析了光纤剖面结构对弯曲损耗的影响。 关键词：光波导； 单模光纤； 弯曲损耗；光纤剖面；耗损 目录 前言 实验过程 光纤预制棒的剖面设计 光纤研制与测试 结果与讨论 光纤结果 光纤剖面图 微弯与宏弯测试结果 结论 参考文献 前言 介质光波当工作于光频范围时，通常称其为光波导。光纤是一种常用的光波导，它具频带宽、性能稳定、保密性好、体积小、重量轻、强度高、结构柔软、耐腐蚀、大批量生产时价格低等优点。当今单模光纤通信系统已经表现出了卓越的性能特性，但是随着F1]m、接入网等业务的快速度发展，这些对光纤的性能提出了更高的要求。常规的单模光纤在L波段具有较大的弯曲损耗，而F][TH的一个显著特点就是：光纤的节点多以及曲折布线较多，因此普通单模光纤在F]陌H中受弯曲损耗的影响较大。降低单模光纤的弯曲损耗成为业界研究的热点之一。光纤的衰耗主要分为内部衰耗和外部衰耗。其内部衰耗由IR和UV共振以及瑞利散射确 定j这主要与材料的特性有关。外部衰耗包括吸收和弯曲损耗，吸收还是由制造光纤的基本 材料硅的属性引起的。本文通过对光纤剖面的优化设计并且在拉丝过程中，采用低弯曲性能 的涂料，改善了光纤的弯曲损耗。并对光纤的各项光学性能进行了分析讨论。 2 实验过程． 2.1 光纤预制棒的剖面设计 一个光束在单模光纤中的传播主要是在纤芯中进行，同时还有一部分在包层中完成。在 单模光纤中最常用的模型就是高斯曲线，表达式为： I(r)=I(0)exp(-2r2／w2) 其中，I(r)为光束强度在半径r处的值，I(0)为r=0时所取得的最大光束强度，W为模场 半径。如果将r----W代入上式，得到： I(r)=I(0)／e2=0．135I(0) 所以，模场直径MFD为光束强度下降到其峰值的1／e2时的横截面尺寸2w。对光纤造成 的任何弯曲会首先引起高斯曲线的中心偏移到包层的外侧，从而导致模场的重新分布，于是 曲线不在是高斯曲线。这样，光束功率的一部分会损耗掉，则光纤的衰减增加?。显然，当 MFD比较大的时候弯曲损耗也比较大。模场在纤芯中限制得越紧，弯曲损耗就越小【2J。 从上诉理论出发，采用专业软件对光纤预制棒剖面重新设计，并结合光纤的拉丝结果， 进一步进行优化，得到如下的预制棒剖面示意图(图1)。 预制棒剖面示意图 将预制棒中的匹配包层，设计为下陷包层。这样设计的结果是减少了MFD，从而优化了光纤的弯曲损耗。 2.2 光纤研制与测试 光纤预制棒剖面的优化后，利用长飞公司先进的PCVD工艺精确的控制光纤的波导结构 设计，制备出低水峰光纤预制棒。采用低微弯性能的涂敷材料，控制拉丝条件，并对光纤进 行氘气处理，以降低光纤的氢敏感性，最后生产出低水峰弯曲不敏感光纤。微弯的测试条件为：使用3．0N的复绕张力将400m被测光纤绕在表面敷以粒度为400m的A120，PSA砂纸的直径为500mm的复绕桶上，测试光功率；然后将圆圈放开，在测试光功率的变化，以次作为光纤的微弯损耗。 宏弯测试方法参照1EC60793—1．4的规定。由于波长越长对弯曲越敏感，所以主要测试光纤在1625nm的弯曲损耗。将光纤按一定直径绕成1圈或100圈，测试光功率；然后将圆圈放开；再测试光功率的变化，以此作为光纤的宏弯损耗。 3 结果与讨论 3.1 光纤结果 用上述工艺所制备的光线的光学参数列于下表。参考光线结果同时列于表1所示，作为比较。 表1 光线的各项光学参数 由表1可见光纤属于ITU—TG652D光纤范畴，因此与现有的G652光纤具有良好的兼容性。在1310nm处的模场直径由以前的9．25减小到9．10，从理论上分析弯曲损耗会减少。 3_2光纤剖面图 用Nr9000测试出光纤的剖面图。典型的光纤剖面图(图2)如下。 光纤剖面示意图 从上图可以看到，光线的包层为明显的下陷，正是这样在纤芯周围的下陷环“锁住”光束在纤芯中传输，减小弯曲诱发损耗。根据光纤中传输的标量波动方程，一根光纤中传播模式数量由归一化频率参数V来决定： 其中，d为纤芯直径，λ为工作波长。对于单模光纤，仅支持基模LP01传输的截止条件为V=2.405，此时的工作波长为λc。在满足截止条件的情况下，V值越高，限制在纤芯中的模场就越多，则光纤抗弯曲敏感性能就越好。增加Δ可以完成这一想法，减少紧围纤芯的包层的折射率可以达到增加Δ的效果。凹