Потери при изгибе оптоволокна

В большинстве случаев потери при изгибе сильно возрастают при больших длинах волн. Зависимость потерь от длины волны сильно определяется наличием интерференции света, отраженного от оболочки/ границы покрытия и/или от внешней поверхности покрытия. Увеличение потерь при изгибе волокна на больших длинах волн ограничивает  диапазон пропускания одномодовых волокон. Например, волокно с одномодовым режимом с длиной волны отсечки 800нм, которое можно использовать в диапазоне до 1 мкм, он не может быть использовано для 1500 нм, т. к. потери при изгибе на этой длине волны будут очень большими.

 

Известно, что даже при отсутствии макроскопических изгибов волокна, все равно могут быть потери, вызванные микроизгибами, т. е. микроскопическими неровностями (нарушениями структуры) в волокне, которые объясняются несовершенством технологии изготовления.

В многомодовых волокнах критический радиус изгиба, как правило, меньше для поперечных мод более высокого порядка. При правильном определении радиуса изгиба можно внести значительные потери для мод более высоких порядков, не затрагивая моды низших порядков. Это свойство часто используется при конструировании волоконных усилителей и волоконных лазеров большой мощности, где может быть достигнута большая эффективная площадь поперечной моды, когда используется волокно с множеством поперечных мод.

Для оценки величины потерь при изгибе используется метод эквивалентного индекса. Основная идея этого метода состоит в вычислении распределения мод для эффективного индекса, который показывает темп изменения длины пути в разных поперечных точках выходной апертуры. Он удобен и, как правило, хорошо аппроксимируется, однако предусматривается, что это не отраженный свет, например, от поверхности внешней оболочки обратно в ядро волокна. Более сложные методы включают такие эффекты, и таким образом выявляют полную зависимость от длины волны, однако они сложнее в использовании.

Величина потерь при изгибе в некоторой степени зависит от поляризации излучения. Это используется, например, для получения стабильного линейно-поляризованного излучения в волоконных лазерах.

Замечено, что изгибы являются причиной не только потерь, но и уменьшения эффективной площади поперечной моды. Это особенно заметно для волокон со ступенчатым профилем, которые имеют большую площадь поперечной моды. Также изгибы вызывают двулучепреломление.

Фотоннокристаллические волокна могут иметь низкие потери при изгибе, даже превышая длину волны отсечки одномодовых волокон. Поэтому они могут работать в «бесконечно одномодовом режиме» (endlessly single-mode), т. е. они имеют хорошие характеристики в одномодовом режиме в очень большом волновом диапазоне.