Насколько сильно можно согнуть оптоволокно при установке? Если согнуть его слишком сильно, сигнал пропадет?
В физике и волоконной инженерии «радиус изгиба» относится к минимальному радиусу, при котором оптическое волокно может сохранять нормальные оптические характеристики и механический срок службы при изгибе. Если при прокладке волокно изгибается слишком сильно, действительно может возникнуть явление «обрыва света», которое в основном определяется физическими механизмами в следующих двух аспектах:
1. Физические ограничения на оптическом и механическом уровне
1) Оптическое ограничение: потери на изгиб (Bending Loss)
Передача света внутри сердцевины оптического волокна зависит от условия полного внутреннего отражения (Total Internal Reflection). При изгибе волокна изменяется угол падения света на границе сердцевины и оболочки.
- Потери на макроизгиб (Macrobending Loss): Когда радиус изгиба уменьшается до определенного критического значения, часть света, которая ранее удовлетворяла условию полного внутреннего отражения, перестает ему соответствовать, просачивается в оболочку и рассеивается как излучаемый мод.
- Ослабление интенсивности света: Чем сильнее изгиб, тем больше энергии света теряется. Если волокно слишком сильно изогнуто при прокладке, даже если оно физически не сломано, из-за экспоненциального затухания оптической мощности приемник не сможет обнаружить эффективный световой сигнал, что в прикладном слое проявится как «обрыв света» (прерывание сигнала).
2) Механическое ограничение: хрупкое разрушение
Сердцевина и оболочка оптического волокна обычно изготавливаются из высокочистого диоксида кремния (кварцевого стекла). Кварцевое стекло является хрупким материалом.
- При изгибе волокна внешняя сторона изгиба подвергается большому растягивающему напряжению (Tensile Stress), а внутренняя — сжимающему.
- Когда радиус изгиба слишком мал, если растягивающее напряжение с внешней стороны превысит предел распространения микротрещин на поверхности стекла (порог хрупкого разрушения), волокно физически сломается (обрыв волокна). При физическом обрыве световой сигнал полностью прерывается.
2. «Пределы изгиба» различных оптических волокон при прокладке
При фактической прокладке возможности изгиба различных типов оптических волокон значительно различаются. Отрасль обычно использует стандарты Международного союза электросвязи (например, Рекомендации МСЭ-Т) для регулирования минимального радиуса изгиба:
- Обычное одномодовое оптическое волокно (соответствующее стандарту G.652D):
Предел изгиба обычных оптических волокон (например, стандартных оптических волокон, используемых в OFSCN® 2.0mm Micro Steel Armored Fiber Optic Patch Cord или OFSCN® 2.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord от Dacheng Yongsheng) обычно соответствует следующим инженерным рекомендациям:- Динамический радиус изгиба (при натяжении во время прокладки): Обычно не менее чем в 20 раз больше внешнего диаметра голой сердцевины волокна (для обычных голых волокон при комнатной температуре рекомендуется не менее 30\text{mm}).
- Статический радиус изгиба (после завершения прокладки и фиксации): Обычно не менее чем в 10 или 15 раз больше внешнего диаметра голой сердцевины волокна (для обычных голых волокон обычно рекомендуется не менее 30\text{mm}).
- Одномодовое оптическое волокно с нечувствительностью к изгибу (соответствующее стандарту G.657):
Для прокладки в узких или сложных пространствах отрасль разработала оптические волокна с нечувствительностью к изгибу, которые удерживают свет с помощью специальной структуры с пониженным показателем преломления (Trench) в оболочке. Их радиус изгиба может быть значительно уменьшен:- Минимальный радиус изгиба G.657.A1: 10\text{mm}
- Минимальный радиус изгиба G.657.A2: 7.5\text{mm}
- Минимальный радиус изгиба G.657.B3: может достигать 5\text{mm}
3. Решения для защиты от изгиба в специальных инженерных применениях
В суровых промышленных условиях или при прокладке точных датчиков, если изгиб неизбежен, можно использовать продукты с высокой устойчивостью к изгибу и высокой степенью защиты:
-
Высокопрочные патч-корды, устойчивые к растяжению и изгибу:
Например, OFSCN® 3.0mm Steel Wire Rope Fiber Optic Patch Cord внутри использует по умолчанию одномодовое оптическое волокно с нечувствительностью к изгибу стандарта G.657, а снаружи интегрирована структура из стальной проволоки и бесшовная стальная трубка. Даже в суровых условиях прокладки, благодаря защите внешней оболочки с высокой механической прочностью и собственной конструкции волокна, устойчивой к изгибу, можно в значительной степени избежать потерь света и механических повреждений, вызванных чрезмерным изгибом. -
Термостойкие специальные волокна, устойчивые к изгибу:
В некоторых специальных применениях, например, в полиимидных волокнах с температурой 200°C из серии OFSCN® Special Fiber Optic Products, могут быть изготовлены версии, устойчивые к изгибу, соответствующие стандартам G.657 A2 или G.657 B3 по индивидуальному заказу. Эти специальные волокна не только выдерживают высокие температуры, но и обладают отличной оптической устойчивостью к изгибу.
Резюме
При прокладке обычных оптических кабелей рекомендуется соблюдать радиус изгиба не менее 30\text{mm}. Если пространство для прокладки крайне ограничено, следует использовать оптическое волокно с нечувствительностью к изгибу, соответствующее стандарту G.657 (минимальный радиус изгиба составляет от 5\text{mm} до 10\text{mm}). Если степень изгиба превышает предел, оптическое волокно не только будет испытывать серьезные потери на макроизгиб, приводящие к «прерыванию сигнала», но и будет подвержено высокому риску механического обрыва.