横向抗弯曲范文

横向抗弯曲范文（精选3篇）

横向抗弯曲 第1篇

熟悉数据中心布线系统的人都知道, 从MDA至各个HDA、EDA或ZDA的布线, 几乎全部采用光缆敷设, 路由会是机柜上方或下方桥架, 进入机柜内部的配线架, 再通过光纤跳线连接至设备的端口, 这种情况下就会经常遇到小角度弯曲。传统的光缆如果进行小角度弯曲的话往往会造成信号损失, 严重时会导致传输中断。

大家都知道, 多模光纤的纤芯中有多种模式的光信号传播, 而在外层传播的模式对弯曲更为敏感。多模光纤通过很多模式在光纤的纤芯中传输, 传统的多模光纤, 在弯曲半径减小的情况下, 能量会从纤芯泄露出去, 从而造成损耗的增大。

光是沿直线传播的。当你弯曲一根传统光纤, 光就会在弯曲处泄露出去, 这就是我们所说的“宏弯损耗”。当弯曲半径减小, 从纤芯所泄漏的光的总量就会增加。光信号衰减, 将导致传输误差的产生, 如图1所示。

如前所述, 由于多模光纤弯曲半径的限制, 在某些场合下 (如数据中心和FTTD) , 用户不得不面临两难的选择:低成本/高带宽性能与可靠性。

如果能有一种新型抗弯曲多模光纤, 能在不需要对标准现场安装, 终端监控或维护程序作出任何调整的情况下, 提供超弯曲状态下的卓越带宽性能, 那将可以解决这一问题。

在常规情况下, 要改善多模光纤的抗弯曲性能非常困难。如果把光都集中在纤芯传输, 将对光纤的带宽产生不利影响。获取高带宽又抗弯曲的多模光纤, 在技术和制造工艺的要求上要有大的突破。

康宁光纤的最新重大发明, ClearCurve®抗弯曲光纤, 使用特殊的技术, 使得几乎所有模式的能量都被限制在了纤芯之间, 也就是说, 由于弯曲而外泄的能量在纤芯和覆层之间又被反射回到了纤芯中, 像两堵墙一样, 将能量的外泄控制到了很小的程度, 进而大幅度的降低了光纤的损耗, 如图2所示。

康宁公司通过采用光纤折射率“沟槽”技术, 将多模光纤大部分的模式控制在纤芯传输, 就可以提高光纤的抗弯曲性能。采用该技术, 当光纤受弯曲时, 原来容易漏光的高阶模式就会被限制在纤芯, 承载的数字信息就不会受损失。反映到用户端, 就不会有丢包或数据损害。

我们可以这样做一个比喻:想象多模光纤纤芯是一条路, 而模群是车队, 车队的车辆正平行行驶在多车道高速公路上, 目标是使它们尽可能多的同时到达终点, 这相当于多模光纤的高带宽和低耗损。

通过表1所示, 看一下目前国际标准对光纤在弯曲时的性能要求。

通过表2所示, 我们可以看到, ClearCurve®抗弯曲光纤的实测值, 远远好于目前国际上的标准, 比IEC 60793-2-10和ITU-G.651.1标准的性能高出90%。

而ClearCurve多模抗弯曲光纤, 是能经受半径小于等于10mm的小角度弯曲而其信号损失却远远小于传统的多模光纤, 是全球首款激光优化抗弯曲多模光纤。这种新型光纤使包括局域网、数据中心以及工业网络在内的企业网络的设计者、安装者以及运营商能够以比铜缆更易操作与安装的方式来提供宽带所有的特性, 从而得以在更多的地方部署光纤。康宁ClearCurve多模光纤在弯曲性能上得到了大幅改善, 在紧密弯曲情况下拥有更大的信号保护, 从而提供更大的系统安全性与可靠性, 这意味着更少的系统停运时间和更低的成本, 可以使信号损失最小化, 实现更快更高效的光缆路径、布线与安装。

康宁光纤对折射率分布的高级测量技术和制造控制工艺无人能及。因此, ClearCurve多模光纤为大部分应用需求提供了超高带宽和出众的传输性能, 同时能够使用低成本、高速度的850nm垂直腔面发射激光器 (VCSELs) 。ClearCurve®超抗弯激光优化多模光纤提供了产业最佳的宏弯性能, 同时保持了与当前光纤、设备、应用以及程序的兼容性。ClearCurve®OM2、OM3和OM4多模光纤的设计旨在实现更小的宏弯性能、保证信号损失比传统光纤更少同时挑战网络布线的极限。

为保证ClearCurve多模抗弯曲光纤的品质, ClearCurve多模光纤经过了比市场上任何其他多模光纤都更为全面的测量。针对ClearCurve多模光纤采用了直接制造程序控制和综合测量技术, 以确保其在基于激光系统内的优良性能。

基于康宁Infini Cor®光纤的带宽能力已经证实, Clear Curve多模光纤作为世界首创的激光优化多模光纤将提高您获取成功的能力:

◆产业领先的宏弯性能, 低于10mm弯曲半径;

◆通过最小有效模带宽计算法 (minEMBc) 验证的高性能带宽, 支持10Gbps或更高数据率的850nm波长传输;

◆主干、垂直空间和高速平行互连中的更高数据集成;

◆对前期产品的全面兼容且理想的适用于在当前和未来大泛围的基于激光的协议与应用;

◆高级测量技术和制造控制;

◆产业领先的CPC®涂层, 具有优秀的微弯表现与环境性能。

我们通过最小有效模带宽计算法 (minEMBc) 确保所有ClearCurve多模光纤的有效模带宽 (EMB) 。minEMBc是一种以差分模延迟为基础的带宽值, 它能够更准确地预计多模系统在基于高带宽激光器1Gbps和10Gbps以及未来40Gbps和100Gbps系统中的性能。康宁是首家对激光优化多模光纤采用minEMBc测量的光纤生产商。

◆通过最小有效模带宽计算法 (minEMBc) 确保满足高速激光系统满足TIA/EIA 455-220A以及IEC 60793-1-49, 最高支持10Gbps。

◆通过OFL BW确保传统LED系统满足TIA/EIA 455-204以及IEC 60793-1-41, 一般最高支持100Mbps。

表4是康宁ClearCurve®抗弯曲光纤性能。

◆假设IEC的草案与TIA标准通过的492AAAD相符。

结合到数据中心的实际应用, 我们会发现, 在数据中心布线系统的工程实施过程中, 会经常发生图3中的问题, 为了线缆的美观, 我们经常会使用塑料扎带将光缆捆扎整齐, 不经意间, 就会将光缆捆扎过紧。

此种情况下, 光纤在扎带捆扎处, 就形成了“微弯损耗”, 人为的将光纤的损耗增大, 降低了光纤的传输性能, 尽管用测试仪器现场测试, 结果可能是“PASS”, 但光纤的传输性能是下降了, 没有达到原设计的最佳性能。

我们再来看一下跳线管理的实例, 如表5所示。

在布线系统工程完工后, 布线系统的管理与维护经常是不规范的, 这就很容易导致光缆在配线架端的错误操作, 如表5图中所示, 光缆没有从配线架的进线口进线, 同时, 光缆被配线架的门挤压了, 当然, 并不是所有的项目都会发生这样的事情, 但这样的误操作却很难避免。如果发生了类似的操作, 即使采用了最佳操作方法, 仍然可能发生错误, 并导致光缆扭结和弯曲超出建议的最小弯曲半径, 通常较为严重的情况下, 光纤链路的误码率会在10-6, 链路处于中断的状态, 而如果采用康宁ClearCurve抗弯曲光纤跳线, 误码率>10-12, 链路几乎不受影响。也就是说, 即使由于疏忽所造成的误操作, ClearCurve抗弯曲光纤也能从一定程度上弥补所造成的影响。

还有, 我们知道, 订购光纤跳线的时候, 通常都是标准长度, 2m、3m、5m等, 但配线架的端口至网络设备的端口的长度, 往往不是标准的, 我们会使用更长的光纤跳线来完成光纤链路的连接, 多余部分的光纤跳线, 我们会将它盘绕在机柜内部或线槽内部, 如表6所示, 为了让光纤跳线稳固可靠, 还经常会采用扎带捆扎, 这样就会造成两个问题:一个是在扎带处由于捆扎过紧造成的“微弯损耗”, 另一个就是盘绕的弯曲半径过小, 造成的“宏弯损耗”。严重时, 它的损耗会>5dB, 对布线系统是个很大的损耗, 对网络来说是个潜在的隐患, 甚至可能网络中断。但如果使用康宁ClearCurve抗弯曲光纤, 损耗约为0.5dB, 链路几乎不受影响。

再来看看我们所做的实地测试, 左侧图片是使用标准的多模OM3光缆进入配线架和在机柜上进行固定, 使用扎带进行捆扎, 我们使用光功率计进行实时检测。而右侧是使用康宁抗弯曲光纤进行同样的安装, 并进行实时的检测。

从光功率计所显示的数值, 我们可以看到数值的明显变化, 但这并不绝对, 也许扎带再紧一点, 损耗也许会更大一些, 但也许扎带再松一点, 损耗值就小一些。但通过这两张图片, 我们可以知道, 采用康宁的抗弯曲光纤在损耗上, 在损耗上是优于普通光纤一个数量级的, 在数据中心布线系统的应用上, 将会带给用户怎样的安全保障。

众所周知, 数据中心的布线标准, TIA-942标准, 如图4所示, 我们模拟了一个典型的SAN EDA至服务器EDA的连接, 中间通过MDA进行跳接的链路。

仔细查看图4, 我们会发现, 从SAN交换机的端口至服务器端口的链路中, 所使用的光纤会有大概超过30个弯曲的地方, 这其中包括:光纤跳线在网络设备端口的弯曲、配线架内的弯曲、机柜内的盘绕;主干光缆在配线架内部的盘绕、机柜内的盘绕、桥架内的敷设弯曲路由等;MDA内的跳接等, 这里还不包含每隔2m左右一次的扎带的捆扎, 而在工程的认证测试中, 也不会对整个链路进行测试, 都是只对SAN EDA至MDA和Server EDA至MDA的测试。

数据中心整个光纤链路中, 由于光缆的弯曲而造成的损耗究竟是多少, 无人能够准确的知道, 但一定是无法忽视的, 这和我们的设计指标也许相差很多, 传输距离也会缩短很多, 但这个问题往往是我们很难发现的, 也容易被忽视的。也许我们原本设计的是万兆系统, 但由于以上所讨论的情况发生, 也许我们的布线系统只能达到千兆了, 而不是万兆系统了, 严重时, 系统都会中断。

而如果采用抗弯曲光纤的解决方案, 这样的风险就会大大降低, 从而更有效的支持网络系统的传输。

我们再来从整个链路的角度上分析一下, 数据中心采用抗弯曲光纤的必要性:

随着网络传输速率的需求越来越高, 对布线“连通性”的要求也更严格。新的布线系统不是仅仅满足施工验收时是否通过, 还要求整个系统必须要有很大的功率冗余, 保证过小光缆弯曲程度而导致的计划外衰减不会影响系统性能。

目前, 业界正逐步使用万兆或更快的传输系统。当收发器高速运转时, 它的规格也明显比在1Gbps时更为苛刻, 现有系统冗余也变的越来越小。对一个典型的OM310GBase-SR 300m链路而言, 通道的衰减预算最大为2.59dB。最坏情况下, 收发器和光缆本身以及接头的损耗会将该预算消耗殆尽。甚至对于具有更好性能的收发器而言, 弯曲导致的衰减也使得系统只有极少的余量。超越可允许余量, 将会导致系统响应速度大幅度下降, 甚至导致失败。

每一次系统传输速率的升级都对连接组件的质量和性能提出更严峻的考验。使用OM3光纤时, 千兆以太网在布线标准距离 (600m) 传输时, 对系统功率要求极低, 因此, 光纤/光缆/连接系统有很大的冗余。同时也意味着, 产品可以做到在不影响系统性能的前提下, 延长连接距离或容纳更多的接头, 连接器或承受更大限度的弯曲。

形状与抗弯曲能力教学反思 第2篇

从设计到试教《形状与抗弯曲能力》一课，我都尽力在追求科学学习的生活性和探究性，努力去培养学生综合的科学素养，但在具体的操作过程中却有得有失：

自认为有“得”的地方：

1、科学“生活性”的有效体现!

从课前谈话：“寻找身边的科学”开始，我就拉近了学生与“科学”的距离。让孩子们感悟到：原来自己的身边就藏着这么多的“科学”。接着创设“生活中各种形状的钢材”这样具体的生活情境，激发出本节课探究的重任形状与抗弯曲能力有关吗?课的引入到孩子们自己提出探究的问题，显得非常自然!在借助“纸”完成探究之后，我再次让孩子们来回顾：为什么钢材要加工成各种形状?首尾呼应，有效构建了一个完整的生活情境。孩子们在这个具体的生活情境中也就更容易理解其中的科学道理了。科学从生活中来，在具体的生活情境中完成探究，同样不能忘记让科学回到生活中去。所以最后，我借助上课盛放器木才的纸包装箱这一实物及瓦楞纸板的深入观察，让科学回归了孩子们的生活。

生活化的科学课堂不但是孩子们容易进入的课堂，同样也是老师容易准备的课堂，因为体现了生活化，我的材料准备非常的简单，这样一节课，材料的准备时间在10到20分钟之间就可以完成，成本在5元左右(就是几张纸的价钱)。我想科学教学要体现实效性，材料准备的简洁性和可操作性是必须要重点考虑的。

2、科学“探究性”的充分体现。

基于探究是科学学习的核心这一重要理念的考虑，我在本课的实施过程中，让学生自己观察，自己提出问题，自己猜想假设，自己设计实验方案，自己通过实验测试的出事实数据，自己进行解释分析，最后的出科学的结论。真正做到了放手让孩子们自行探究，经历科学探究的全过程，构建属于自己的知识结构，同时在探究的能力上有所提高。但放手让孩子们探究并不是放任自由，必要的引导和讨论必须做的扎实有效，所以我在课堂上非常注重讨论的展开，引导孩子们在动手前的深入思考和计划。

3、良好科学素养的培养。

探究的习惯培养对学生整体科学素养的提高起到决定性的作用!行动前思考的习惯，小组合作分工的`习惯，安静探究的习惯，交流的习惯，整理材料的习惯等等。我在上完这节课的时候，不经意间其实已经引导孩子们整理好了所有的器木才，这不禁可以大大减轻老师的负担，同时也非常有助于孩子们良好习惯的培养。我觉得是非常有价值的!

让我感到遗憾的地方：

叶谰教授这样说过：没有十全十美的课堂，如果有，那就是表演。好课肯定是有其缺陷的，这才是真实的课堂。

最大的遗憾是：没有充分的了解孩子，脱离孩子实际的教学注定要失败!由于对孩子们的了解不够，总感觉自己的课和孩子们之间有层隔阂，没有那么亲近!

其次，对实验测试及记录的铺垫还欠充分、扎实。以至于在实验开始后，还需要老师进行中途的引导。而理想中这个时候应该是孩子们完全独立活动的时间，并不需要老师进入。

新型抗弯曲单模光子晶体光纤的研究 第3篇

关键词：光子晶体光纤,低弯曲损耗,单模,光纤到户

0引言

FTTH(光纤到户)是一种全新的、“三网融合”的驻地网接入模式,在国际上可作为接入网的主要解决方案。在FTTH的建设中,光纤为适应安装环境不可避免地会发生弯曲,通过减小纤芯半径或在纤芯中掺锗能在一定程度上降低普通单模光纤的弯曲损耗。PCF(光子晶体光纤)通过在包层引入适当数量的空气孔,可实现良好的弯曲不敏感特性。近年来,陆续提出 了多种新 型的低弯 曲损耗PCF。2005年,Himeno等[1]提出一种由不同尺寸空气孔构成的掺锗芯抗弯曲PCF,当弯曲半径为5mm时,在波长1550nm处的弯曲损耗为0.012dB/圈,模场面积约为47.8μm2,色散系数 为28.2ps/(nm·km)。2010年,Matsui等[2]通过在PCF纤芯周围引入一圈大空气孔,使该光纤能在30mm弯曲半径下实现弯曲损耗低于8.48×10-4dB/圈的单模传输。2013年,Wang等[3]提出一种三角芯结构的弯曲不敏感PCF,当弯曲半径为5mm时,在波长1550nm处的弯曲损耗低于4.71×10-3dB/圈,模场面积约为80μm2。

本文提出一种新型抗弯曲单模PCF,其结构采用三角格子排布的两种尺寸空气孔形成的对称结构,模场面积及色散均与普通单模光纤相匹配。在波长1550nm处、弯曲半径为5 mm时,光纤的弯曲损耗仅为8.73×10-5dB/圈。

1光纤结构与弯曲特性分析

在传统三角格子PCF结构的基础上,本文设计的抗弯曲 单模PCF结构如图1所示。纤芯 由中心的基底材料SiO2构成;包层由两种尺寸的圆形空气孔组成,空气孔间距为Λ;包层第二层和第四层各有6个以纤芯为中心、呈周期性排列、直径为d2的大空气孔,包层其余空气孔直径为d1。图1中浅灰色区域代表基底材料SiO2,其折射率在波长1550nm处为1.444。

本文采用全矢量有限元法结合PML(完美匹配层)边界条件[4],对所提出的PCF的传输特性进行理论分析。理论研究表明,采用PML边界条件计算光纤损耗较采用吸收和散射边界条件精度高。光纤模式的限制损耗L可以通过下式计算[5]:

式中,λ为工作波长;Im(neff)为各阶模式有效折射率的虚部。

光纤基模的等效模场面积可以表示为[6]

式中,E为电场矢量;S为光纤横截面。

光纤发生弯曲后,折射率分布会发生改变,从而影响光纤的传输特性并产生弯曲损耗。本文利用弯曲等效折射率 模型分析PCF的弯曲特 性。Martynkien等[7]经研究发现采用此模型分析光纤特性与实际实验结果具有良好的近似性,误差小于1%。当光纤沿x轴负方向弯曲时,光纤横截面的折射率分布可以表示为[8]

式中,n0(x,y)为光纤初始折射率分布;R为光纤弯曲半径。

光纤色散包括材料色散和波导色散。本文提出的低弯曲损耗PCF材料色散可用Sellmeier公式计算。采用全矢量有限元法得到有效折射率neff的实部,进而可以求得波导色散。于是,色散可由下式计算[9,10]:

式中,c为真空中的光速;λ为工作波长;Re(neff)为模式有效折射率的实部。

2结构参数对光纤特性的影响

为了获得弯曲性能良好的单模PCF,本节研究图1所示PCF结构参数对光纤特性的影响。将光纤直径定为125μm,以保证该PCF能与普通单模光纤相匹配。通过理论分析与计算,给出初始结构参数如下:Λ = 6.75μm,d1= 1.45μm,d2=2.60μm。初步仿真研究发现,光纤在波长1550nm处,弯曲半径为5mm时的弯曲损耗随包层层数的增加而减小,但当层数超过5层时,弯曲损耗均较低且处于同一个数量级,综合考虑孔间距与制造的可行性,将光纤包层层数定为5层。在此基础上分析结构参数对PCF单模特性与弯曲特性的影响。

2.1结构参数对单模特性的影响

FTTH光网络建设中所用光纤常为单模光纤,在实际应 用中,只要保证 基模限制 损耗小于0.1dB/m,二阶模限制损耗大于1dB/m,就可以认为光纤满足单模运转条件[11]。

仿真研究得到此PCF基模的限制损耗远小于0.1dB/m,为简化分析,本节仅讨论二阶模四个简并态对应的最小限制损耗。经过初步计算发现,随着PCF小孔直径d1的增大,基模和二阶模限制损耗均减小,但是d1较大容易导致二阶模限制损耗过小,使光纤无法维持单模运转,因此本文设定d1=1.45μm,重点讨论大孔直径d2与孔间距Λ对光纤特性的影响。为了大致满足PCF的单模运转条件,选取d2=2.60~2.75μm、Λ =6.75~6.95μm。

图2给出了在1550nm波长处,d1为1.45μm时,d2和Λ变化对二阶模限制损耗的影响。由图可知,当d2和Λ减小时,二阶模限制损耗对应增大。因此,当d1为常数时,通过改变d2与Λ的值,可以获得具有单模特性的PCF。由于d2=2.75μm时,二阶模限制损耗小于1dB/m,光纤无法满足单模运转条件,因此选取d2=2.60~2.70μm。

2.2结构参数对弯曲特性的影响

研究发现,基模两偏振态随PCF结构的变化具有较好的一致性,因此下面分析光纤的弯曲特性时,只分析基模x偏振态的变化情况。图3给出了波长1550nm处,弯曲半径为5mm且d1=1.45μm时,d2 和Λ变化对PCF基模弯曲损耗和模场面积的影响。由图3(a)可知,增大d2或者减小Λ的值,基模的弯曲损耗均减小。可见纤芯周围大空气孔的引入或是孔间距的减小可以抵消光纤包层因弯曲导致的折射率增大,从而提高 纤芯对光 的束缚能 力。由图3(b)可知,基模模场面积随着Λ减小而减小,但模场面积受d2的影响不大。Λ减小导致光纤纤芯与包层之间的有效折射率差值变大,使光能量大多集中在纤芯中传播,导致了模场面积的减小。

由图3(a)可知,Λ =6.75μm且d2=2.70μm时,PCF的基模弯 曲损耗最 小值仅为8.73×10-5dB/圈,此时二阶 模限制损 耗为1.3dB/m,光纤能够保持单模运转。于是最优结构参数为Λ =6.75μm,d1=1.45μm,d2=2.70μm。

3优化后PCF的弯曲特性

通过仿真分 析发现,当Λ = 6.75μm,d1=1.45μm,d2=2.70μm时,优化后的PCF在工作波长1550nm处,基模x偏振态和y偏振态的限制损耗分别为4.97×10-10和5.11×10-10dB/m;模场面积分别为61.57和61.62μm2;色散系数分别为11.127和11.134ps/(nm·km)。两偏振态的模场面积差值 仅为0.08%,色散系数 差值仅为0.063%,且光纤双折射约为4.62×10-6,色散斜率约为0.005ps/(nm2·km),因此光纤基模的两个偏振态属于良好的简并态。此外,该结构的PCF能实现超低损耗传输并与普通单模光纤相匹配。

图4所示为本 文设计的 抗弯曲单 模PCF在1550nm波长处基模弯曲损耗及模场面积随弯曲半径的变化关系。图中FM-x和FM-y分别代表基模的x偏振态和y偏振态。从图4(a)中可以看出,基模的弯曲损耗随弯曲半径增大而减小。在弯曲半径大于4.5 mm时,弯曲损耗 始终低于2.38×10-4dB/圈,且PCF在5mm弯曲半径下的损耗仅为8.73×10-5dB/圈;当弯曲半径低至4.5mm以下时,弯曲损耗随着弯曲半径的减小急剧增大,光纤无法满足单模运转条件。图4(b)表明PCF的模场面积变化趋势近似呈一条水平直线,在弯曲半径分别为9.0、5.0和4.5mm时,其相应的模场面积分别为61.4、61.3和61.2μm2,模场面积近似不变。可见,当光纤发生弯曲后,大部分光能量仍然集中在纤芯中传输,优化后的PCF具有良好的抗弯曲能力。

4结束语

本文提出了一种新型抗弯曲单模PCF,并研究了结构参数对光纤特性的影响。经过仿真优化,该光纤能满足单模运转条件,且无论光纤弯曲与否,在波长1550nm处,其模场面积约为61μm2,色散系数约为11.13ps/(nm·km),与普通单模光纤相匹配。当光纤弯曲半径为5mm时,在波长1550nm处的弯曲损耗仅为8.73×10-5dB/圈。该PCF最小弯曲半径可 达4.5 mm,此时弯曲 损耗也仅 为2.38×10-4dB/圈。该研究成果为低弯曲损耗PCF的设计奠定了良好的基础。

参考文献

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[3]Wang Z,Zhao C L,Jin S.Design of a bending-insensitive single-mode photonic crystal fiber[J].Optical Fiber Technology,2013,(19):213-218.

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[8]Olszewski J,Szpulak M,Martynkien T,et al.Analytical evaluation of bending loss oscillations in photonic crystal fibers[J].Optics Communications,2007,(269):261-270.

[9]Reeves W H,Knight J C,Russell P St J,et al.Demonstration of ultra-flattened dispersion in photonic crystal fibers[J].Optics Express,2002,10(14):609-613.

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