افت خمش در کابل فیبر نوری

افت خمش در کابل فیبر نوری،‌ هر گاه یک فیبر نوری از مسیر مستقیم منحرف شود، افت (تلفات) تشعشعی رخ می دهد. یا به عبارت دیگر فیبرهای نوری در پیچ و خم ها و یا خمش های مسیر خود دچار تلفات تابشی می شوند، که در واقع به دلیل فروپاشی یا محو شدن انرژی در دایره خمش و افزایش سرعت نور در روکش ایجاد می شود و مکانیسم هدایت نور (فرایند بازتابش کلی داخلی) مختل می شود و افت نوری به واسطه خمیدگی شکل می گیرد.

فیبر نوری

 

افت خمش در کابل فیبر نوری

فیبرهای نوری به دلایل مختلف به هنگام نصب و استقرار در محل پروژه و به ویژه در زمان سربندی تجهیزات با خمش مواجه می شوند. خم شدن منجر به “نشت” انرژی از هسته فیبر به داخل روکش کلد فیبر می شود که منجر به افت اضافی می شود.

چنانچه فیبر دچار خمش با شعاع انحنای محدود شود،‌و از لحاظ هندسی شعاع خمش قابل اندازه گیری باشد، میتوان با محاسباتی میزان افت خمش را بدست آورد،‌روش دیگر اندازه گیری افت خمش استفاده از دستگاه OTDR می باشد.

انواع خمش :

خم های بزرگ یا مایکرو – Macrobend:

خم هایی هستند که دارای شعاع هایی می باشند که در مقایسه با قطر فیبر بزرگتر هستند. چنین خم هایی زمانی که فیبر در گوشه ای می چرخد ایجاد می شوند.

خم ماکرو MACRO

خم های کوچک یا میکرو – Microbend:

خمیدگی های بسیار کوچک با زوایای بسته و محدود در مقیاس بسیار کوچک در شعاع انحنای فیبر نوری می باشند.

خم میکرو Micro

 

خمش میکرو به دلیل فشار جانبی یکنواخت ایحاد شده در فرایند نصب کابل فیبر نوری رخ می دهد.

خمش در فیبر نوری

افت ماکرو خمش Macrobend  :

افت تشعشعی با انحنای زیاد، افت ماکرو خمش نامیده می شود. برای خمیدگی های جزئی افت مضاعف بسیار ناچیز است و در تست OTDR نیز قابل مشاهده نیست، گرچه مبتوان با محاسبات رفتارهای نور آن را محاسبه نمود که بسیار زمان بر خواهد بود. با کاهش شعاع انحنا، افت بصورت تصاعدی تا جایی که به یک شعاع بحرانی مشخص نزدیک شود افزایش می یابد . چناچه خم پس از رسیدن به این به نقطه آستانه از نظر کمی کوچکتر شود، افت به صورت ناگهانی افزایش چند برابری خواهد داشت.

حالت اساسی یک موجبر خم شده

زمانی که فیبر نوری دچار خم می شود، بدلیل اینکه نور نمی تواند در کلد به جهت خروج از هسته با توجه به ضریب شکست پایین تر کلد با سرعت بیشتری نسبت به هسته فیبر حرکت نماید انرژی تشعشعی در کلد و پس از رسیدن به نقطه  Xc محو میشود،(در شکل بالا پس از رسیدن به یک فاصله بحرانی معین X، از مرکز فیبر نوری.)

مقدار تابش نوری از یک فیبر به شدت خمش Xc و میزان انحنای آن R بستگی دارد.

خمش در فیبر نوری با شعاع خم (r) مشخص می شود – شعاع انحنای خم (شعاع دایره ای که قوس آن به خم نزدیک می شود R). هرچه خم «بسته تر» باشد، شعاع خمش کوچک‌تر و تضعیف نوری بیشتر است. شعاع خمش باید در حد چند سانتی متر باشد تا افت خمشی کم باشد. همچنین تلفات خمشی در 1550 نانومتر بیشتر از 1310 نانومتر است.

استانداردهای ITU-T مشخص می نمایند که افت اضافی در 1550 نانومتر به دلیل خمش باید در محدوده 0.5 تا 1 دسی بل، بسته به نوع فیبر، به ازای 100 دور پیچش فیبر با شعاع 37.5 میلی متر باشد. بنابراین یک خم با شعاع 4 سانتی متر منجر به افت خمشی < 0.01 dB. دسی بل می شود. با این حال، با کاهش شعاع خمش، تلفات به سرعت افزایش می‌یابد، بنابراین باید مراقب بود که از خمیدگی‌های تند و تیز، به‌ویژه در داخل تجهیزات سربندی و نصب کابل، جلوگیری شود.

همانطور که بیان شد فیبر نوری در اثر خمش دچار تلفات تابشی می شود که باعث می شود انرژی نور از فیبر به داخل روکش کلد تابیده شود ( از روکش عبور نماید یا نشت نماید). تصویری از این وضعیت را در شکل پایین مشاهده می فرمایید. بخشی از حالت نور که در خارج از خم قرار دراد بسیار سریعتر از قسمت هسته داخلی حرکت می نماید به طوری که یک جبهه موج عمود بر جهت انتشار حفظ می شود.

محاسبه خمش در فیبر نوری

بنابراین، با نفوذ بخشی از حالت نور در روکش کلد و لزوم پایداری سرعت که بایستی سریعتر از سرعت نور در هسته فیبر نوری حرکت نماید، و از آنجایی که این موضوع به دلیل ضریب شکست متفاوت روکش کلد امکان پذیر نمی باشد، انرژی مربوط به این بخش از حالت از طریق تشعشع از دست می رود (مطابق شکل بالا به عنوان X radiation ) و افت تابشی در شبکه نوری رخ می دهد. افت تابشی را می توان به طور کلی با یک ضریب تضعیف تشعشع نشان داد که به شکل زیر قابل بیان می باشد:

 

محاسبه افت خمش فیبر نوری

 

در معادله مربوطه R شعاع انحنای خم فیبر است و C1، C2 مقدار های ثابتی هستند که مستقل از R می باشند. علاوه بر این، افت خمشی گسترده در فیبر های نوری مالتی مد یا چند حالته در شعاع بحرانی انحنای Rc رخ می دهد که از معادله زیر تخمین زده می شود:

 

افت خمش فیبر نوری

در معادله بالا n2 و n ضریب شکست کلد و هسته نوری می باشند

همچنین با توجه به معادله بالا می توان افت بالقوه خمش را توسط موارد زیر کاهش داد:

خمش در فیبر نوری

تصویری از تشعشع در هنگام افت خمش در فیبر نوری

 

افت خمشی میکرو Micro bend loss :

خم های کوچک میکرو دارای انحرفات تصادفی در موقعیت خط مستقیم اسمی فیبر می باشند. که به شکل زیر میتوان آن ها را نشان داد، میکروخمش باعث افت قابل توجهی در کابل فیبر می شود. افزایش در تضعیف ناشی از خمش میکرو، بدلیل انحنای فیبر باعث ترکیب مکرر انرژی بین حالت های هدایت شده و حالت های نشتی یا غیر هدایت شونده در فیبر می شود.

 

خم میکرو فیبر

 

یک روکش بهینه شده آرمید که بر روکش تار فیبر نوری اکسترود شده باشد، به میزان بسیاری افت خمش را به حداقل می رساند.چنانچه نیروهای جانبی به این نوع کابل ها وارد شود ، روکش اکسترود شده تغییر شکل میدهد و مانع از تغییر خود تار فیبر نوری می شود.

فیبر آرمید

 

معیارهای فوق جهت کاهش تلفات خمشی در مورد تار فیبر نوری سینگل مد (تک حالته) نیز اعمال می شود. یک نظریه، مبتنی بر مفهوم حالت شبه هدایت‌ شده منفرد، بیانی را ارائه می نماید که از آن می‌ توان شعاع بحرانی انحنای Rcs  فیبر تک حالته را به شکل زیر تخمین زد.

 

افت خمش فیبر نوری فرمول

 

که در آن λc طول موج قطع برای فیبر تک حالته است. از این رو دوباره، برای یک فیبر تک حالته خاص (یعنی یک تفاوت شاخص نسبی ثابت و طول موج قطع)، طول موج بحرانی نور تابیده شده با کاهش شعاع خمشی به تدریج کوتاه‌تر می‌شود.

 

راهنمای کامل تست فیبر نوری با OTDR

 

اطلاعات بیشتر در مورد کابل های فیبر نوری :

link

اطلاعات بیشتر در مورد کابل های شبکه مسی :

link

تجهیزات فیبر نوری:

link

 

مجتبی منتخبی

دیدگاه‌ها (0)

*
*