Page 28 - 网络电信2020年3月刊下
P. 28

F(z)=D(t)sin(fz)                    （38）      相位函数φ(y)；聚焦法(focusing)测量跨过光纤预制棒像平
                式中，D(t)为随时间t变化的动态振幅，即光纤的波状弯曲                     面的光强分布P(y)；全息法(holographic)和直接显示(direct
            程度，受外界信号（被测量）控制，z为变形点到光纤入射端的                         display)法则可直接测量偏转函数ψ(y)。各函数间有下列关系：
            距离。
                根据光的波动理论可导出微弯损耗系数α的一阶近似表达
            式:
                                                           (39)      式中K和B为比例常数。
                                                                     在光纤预制棒折射率剖面分布测量系统中，还可利用其软
                                                                 件所包含的等效阶跃型折射率Equivalent Step Index (ESI)的
                式中K为比例系数；L为光纤产生微弯变形部位的长度；                        算法程序去预估单模光纤的模场直径和截止波长以及多模光纤
            Δβ为光纤中光波传播常数差。                                       折射率剖面的 值。
                对于阶跃光纤，光纤的最佳微弯周期为：
                                                                  图 11 偏转函数示意图
                                                           (40)



                式中m为序数，M为模总数。因为辐射模与高阶导模最容易
            耦合，可令M=m，阶跃光纤的最佳弯曲周期可写成

                                                           (41)


                对于梯度光纤，光纤的最佳微弯周期可写成

                                                           (42)      6.弯曲不敏感多模光纤
                                                                     弯曲不敏感多模光纤(Bend Insensitive Multimode Fiber
                                                                 BIMMF)的模场如图12所示: 在常规的多模光纤MMF中, 低价导模
                上述诸式中， 为微弯光纤纤芯半径，Δ为相对折射率差。                       处于强导状态,  而在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模,因其
                光纤由变形器引起微弯变形时，纤芯中的光有一部分逸                         有效折射率n eff 接近包层折射率n 2 ,故处于弱导状态（当导模的
            出到包层，造成损耗。通过探测光强的变化，可求得位移变化                          有效折射率n eff 等于包层折射率n 2 时，模式截止）。处于弱导状
            量，据此可以制作出温度、振动、位移、应变等光纤传感器。                          态的高阶导模在光纤弯曲半径太小时,  传导模转变为輻射模,其
                5.光纤预制棒的折射率剖面分布测量                                光强逸出纤芯,  造成弯曲损耗。而在弯曲不敏感光纤BIMMF中，
                光纤预制棒折射率剖面分布测量方法采用“偏转函数技术                        下陷的环沟型折射率分布区有两个导光界面，其内界面折射率从大
            “（Deflection  Function  Technique）。一般采用侧向投射          到小，形成导光界面。由于此界面的存在，增强了光纤纤芯中导模
            的方式，使用波长为632.8nm的He-Ne激光器发出的单模激光光                    的传导性，从而使原为弱导状态的高阶导模转化为强导状态，如图
            束投射向浸润在匹配液中的光纤预制棒，光束通过预制棒时，                          13所示。另外，下陷的环沟型折射率分布区的外界面折射率从小到
            因匹配液、预制棒包层、预制棒芯层存在折射率的差异，使得                          大，形成折光界面。由于这一特殊的折射率剖面结构，在BIMMF光
            投射的光束产生折射偏转，并在预制棒另一侧的探测器采集偏                          纤中存在着传导性的漏泄模,  漏泄模的有效折射率n eff 小于包层折
            转后的光束，通过接收射出的偏转光谱计算出光棒测量位置剖                          射率n 2 。在常规多模光纤中，漏泄模耗衰得很快，因为常规光纤中
            面的折射率分布。“偏转函数技术”不测量光纤的导模，而是                          没有折射率结构可支持其在光纤中传播。而正是BIMMF光纤中，这
            测量光纤的折射光（輻射模）。同时，亦能通过旋转光纤预制                          一特殊的折射率剖面结构形式，支持了漏泄模的存在,  从而强势地
            棒，测得该预制棒在测量区域周向上折射率分布的偏差情况。                          维持着在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模的传导性，从而有效
            此外，也能够通过移动光纤预制棒的位置，测得光纤预制棒在                          地改善了光纤的抗弯曲性能。
            纵向不同区域上折射率的分布情况。
                                                                  图 12 常规的多模光纤 MMF 和弯曲不敏感光纤 BIMMF 的模场
                偏转函数ψ(y)是将探测光的出射角作为其入射位置y函
            数，见图11。折射率剖面为：





                式中为光纤预制棒半径，n 0 为匹配液的折射率。
                偏 转 函 数 ψ ( y ) 有 多 种 测 量 方 法 ： 干 涉 法
            （interferometric）测量每个光束穿越光纤预制棒截面时的

                                                       网络电信 二零二零年三月                                            51
   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33