ファイバーベンドとは何ですか?

ファイバーベンドの概要

光ファイバーセンサーはサイズが小さいため、曲げることができます。 狭いスペースのサンプルにも設置可能です。 曲げ半径が小さすぎると、光信号の損失が発生し、センシング測定の精度に影響します。 ただし、実際のアプリケーションの多くのシナリオでは、光ファイバー センサーの取り付け時の曲げ半径は必然的に小さくなります。 光ファイバーの曲げによる損失をどう解決するかが注目されています。 通常の光ファイバの曲げによる悪影響と、耐曲げ光ファイバの小さな曲げ半径の動作原理を見てみましょう。

なぜ光ファイバーを過度に曲げてはいけないのでしょうか?

光が XNUMX つの媒体から別の媒体に移動するとき、光は XNUMX つの媒体間の界面で屈折および反射されます。 入射角が大きくなると反射光は強くなり、屈折光は弱くなります。 入射角が十分に大きい場合、屈折光は完全に消え、反射光だけが残ります。 この現象を全反射といいます。

全反射現象

光ファイバーはコア、クラッド、コーティングの三層構造で構成されています。 コアの屈折率はクラッドの屈折率よりも大きい。 光はコア内で全反射透過を達成できます。

 光ファイバー内の全反射

一般に、標準的なシングルモード光ファイバの波長1550nmにおける損失係数は0.2dB/km程度であり、伝送損失が低い。 光ファイバが曲げられる（マクロベンドまたはマイクロベンド）と、光の伝播が全反射条件を満たさず、光の一部がクラッドの外に漏れ出し、光パワーが低下し、損失が発生します。

光ファイバーの曲げ状態

曲げ損失を減らす方法

光ファイバ リンクにおける損失の主な原因は、光ファイバの取り付けやレイアウト中に光ファイバの局所的な位置に大きな角度の曲げが発生することです。これは、光ファイバの接合部や曲がりによく見られます。このタイプの曲げ損失は可逆的です。 曲げ半径を大きくすると、 光ファイバ リンク損失が大幅に改善されます。 光ファイバーにおける光の伝送経路は何ですか?

OFDR装置を使用して光ファイバーリンクを測定すると、OFDR分布曲線（距離強度/反射率）が得られます。 曲線は、光ファイバ リンクの各位置での損失を反映している可能性があります。 以下の図に示すように、損失は主にステップの形で表示されます。 ユーザーは、OFDR カーブを使用して、曲げ位置を分析して見つけ、調整を行うことができます。

光ファイバーを曲げた時のOFDR曲線

ユーザーは、曲げの影響を受けない (曲げに強い) 光ファイバーをセンサーとして選択することもでき、曲げ損失の影響を軽減できます。 耐屈曲性光ファイバは、より小さな曲げ半径に耐えることができます。 例えば、シングルモード耐高温ひずみ光ファイバ（型式：Pl125）の最小曲げ半径は約5mm、密着シースひずみセンシング光ケーブル（型式：SS-0.9mm）の最小曲げ半径は約8mmです。

耐屈曲光ファイバーの紹介

従来のシングルモード光ファイバ（G.652タイプ）の曲げ半径は5mm（直径1cm）以上にすることを推奨します。曲げ半径を大きくしないと光信号が大幅に失われ、信号対雑音比が低下します。センシング測定や測定結果が不安定になる場合があります。 最小曲げ半径に関する経験則は次のとおりです。長期用途の場合、曲げ半径はファイバ クラッド直径の 150 倍を超える必要があります。 短期間の用途では、半径はクラッド直径の 100 倍を超える必要があります。 従来のシングルモード光ファイバのクラッド径は125μmで、上記19種類の最小曲げ半径はそれぞれ13mm、XNUMXmmです。

耐屈曲光ファイバ（G.657タイプ）は、主に光ファイバの構造設計を変更することで耐屈曲性を向上させています。 曲げ感度を評価するための業界共通の指標として MAC 値があります。

MACフォーミュラ

MAC 値は、近似ステップ インデックス導波路ファイバーのモード フィールド直径とカットオフ波長の比率です。MAC 値が低いほど、ファイバーの曲げに対する感度が低くなります。曲げに対する感度が低いファイバーを設計するための基本的なアプローチには、モード フィールド直径を小さくする、カットオフ波長を大きくする、またはその両方を行うなどがあります。具体的な方法は次のとおりです。

(1) 光制御を改善するためにモードフィールド直径を縮小します。 コア径を小さくしたり、コアの屈折率を高くしたりするなど。

(2) ファイバのクラッド径を小さくして、曲げ抵抗を増加させます。 既存の耐屈曲光ファイバの直径は125ミクロンから80ミクロンに縮小され、外径60ミクロンのものも登場している。

(3) 低屈折率トレンチのクラッド層を追加します。 この機能は、ファイバー コアの屈折率を増加させるのと似ています。

上記の方法はすべて、ファイバーコア内の光ビームの伝送をより適切に制御できるため、センシング測定におけるファイバーの曲げの影響を軽減できます。 市場で一般的に使用されている耐屈曲性光ファイバーのタイプは G.657B3 です。 曲げ半径と曲げ損失のパラメータを下表に示します。

耐屈曲繊維のパラメータ