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为什么光纤的端面要做成 8° 角 ?

时间:2024-06-06 10:15:55

有粉丝在我们的星球私信:“为什么光纤的端面通常以 8° 角抛光?”

 

对于光纤的结构和传输原理相信大家已经非常熟悉,我们直接上两张图:

 

下图是垂直端面的光纤,一部分光以一定角度反射回纤芯中,反射光可能会干扰原始信号,导致信号质量下降,严重一点的还会损坏激光光源。
 

这里涉及到回波损耗的概念:

 
1.png
 
下图是端面抛光成8度角的斜面,从端面反射的光被引导到的包层中,从而为了防止反射光回到光纤芯中,有利于提高回波损耗,让更多的光在光纤中传输。

 

2.png

这里涉及到回波损耗的概念:
 
3.png
以常见的光纤纤芯折射率n1=1.45 @1550nm为例,空气的折射率 n2 = 1,代入公式:
回波损耗 ≈ -14.77 dB
 
其中反射率:
4.png
可得出R ≈ 0.03366,即约3.37% 的光会被反射回去。
为此,咱们就得想些办法了!
比如说将光纤端面研磨抛光等等,以使两使根光纤的端面能够更好的接触,通常为了更好的接触,还会用弹簧将连接器的端面顶住,优化光纤连接器的性能。
基于此,有下面三种物理接触的端面:
  • PC(Physical Contact),物理接触
  • UPC(Ultra Physical Contact),超物理端面
  • APC(Angled Physical Contact),斜面物理接触
其中:
物理接触(PC),对接端面呈凸面拱型结构,其接头截面是平的,且插芯表面研磨成轻微球面。
 
5.png
超物理端面(UPC),是在PC的基础上优化,其连接器端面具有一个微小的弧度,这种设计使得光纤之间的对接更为精确。
 
6.png
斜面物理接触(APC),光纤端面通常研磨成 8° 斜面,8° 角斜面让光纤端面更紧密。
 
7.png
APC的回波损耗是三种最接触面最优的。一般情况下,采用PC研磨方式的光纤跳线的回波损耗为-40dB。UPC回波损耗相对于PC来说更高,一般是在-55dB。APC工业标准的回波损耗为-60dB。
 
上面这三种所谓的物理接触,也就是必须得紧紧地挨着。这里的物理接触也是为了跟后来的非物理接触区别。近些年,很多光模块采用了“非物理接触”的新技术。
 
那为什么会是 8° 角?不是6°,9°?
 
这里就又要回忆一下数值孔径的定义了:入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。
 
8.png
 
这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径。
 
NA = sinα
 
G.652单模光纤的数值孔径(NA)通常在0.125到0.145之间,我们取0.13计算α:
 
α=7.6°
 
也就是说端面大于7.6°时,光纤端面反射的光就会进入了包层。实际上考虑各种因素,如插损,设备精度等做成了8°。其实 9°,10° 也行,只是会增加插入损耗,不划算。
 
9.png

 

 



  来源:Optical Fiber Communication  
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