低彎曲損耗光纖需求背景

近年來，短距離光通信已經成為(wei) 光纖通信的重點發展目標，蘊藏著巨大的市場潛力。短距離光通信中主要的是光纖到戶(FTTH)。隨著當前全球信息技術的快速發展，人們(men) 對帶寬的需求與(yu) 日俱增，伴隨著4G及高速光纖網絡的部署，光通信市場也迎來了新一輪的市場機遇。

在FTTH建設中，由於(yu) 光纜被安放在擁擠的管道中或者經過多次彎曲後被固定在接線盒或插座等狹小空間的線路終端設備中（如圖1所示），所以FTTH用的光纜應該是結構簡單、敷設方便的光纜，在複雜的入戶應用環境中，光纖可以進行小角度的彎曲，此時普通光纖的彎曲性能已經不能滿足要求。

圖1 光纖在接線盒中的彎曲場景

為(wei) 了規範低彎曲損耗光纖產(chan) 品的性能，國際上，ITU-T發布了“接入網用彎曲不敏感單模光纖和光纜特性”，即G.657光纖標準，先後曆經2006、2009和2012三個(ge) 版本。

光纖彎曲理論

根據波導理論，彎曲光纖可以用折射率發生擾動的直光纖來近似，其公式為(wei) [1]：

其中，x 指光纖中相應點的x坐標軸，坐標原點位於(yu) 光纖中心，即圖中虛線圓的中心。χ是存在光彈效應時材料修正係數，而Rb是光纖的彎曲半徑。對於(yu) 階躍光纖來說，如果光纖沿x軸方向彎曲，則對於(yu) 位於(yu) y軸右側(ce) 的纖芯和包層部分來說，其折射率會(hui) 升高；而位於(yu) y軸左側(ce) 的纖芯和包層部分，其折射率會(hui) 降低。當彎曲半徑小到一定程度以至於(yu) y軸右側(ce) 部分包層的折射率增加過多而導致光無法被束縛在纖芯中時，將會(hui) 出現光的泄露現象，即產(chan) 生了彎曲損耗，如圖2所示。

圖2 階躍光纖彎曲後的等效折射率分布，其中實線表示階躍型光纖的徑向折射率分布，虛線表示光纖被彎曲後的等效的折射率分布。

因此，為(wei) 了製作出具有低彎曲損耗的光纖，光纖的纖芯與(yu) 包層的折射率差應該較大。這樣，光纖彎曲時，纖芯和包層才能仍然保持一定的折射率差，保證全內(nei) 反射條件仍可以得到滿足。低彎曲損耗光纖實現的難點在於(yu) 要保證低彎曲損耗、低連接損耗、單模傳(chuan) 輸這三個(ge) 條件的同時滿足。目前常見的解決(jue) 方案包括采用包層帶凹槽結構光纖[2]、在包層中引入微納米量級的空氣孔[3]、采用少模光纖等效傳(chuan) 輸[4,5]等。

未來應用前景

目前G.657光纖的需求量隨著FTTH（光纖到戶）的發展而不斷增長，潛在市場巨大。G.657光纖在色散、衰減等方麵標準的不斷提高也意味著其與(yu) G.652光纖相比有更為(wei) 明顯的競爭(zheng) 力。隨著產(chan) 量的增大，其生產(chan) 成本不斷趨近G.652光纖，因而能夠在光學性能（模場直徑、色散）上與(yu) G.652光纖完全兼容，而同時又允許具有超小彎曲半徑(7.5 mm乃至5 mm)的低彎曲損耗光纖必將完全替代G.652光纖在光纖到戶等短距離通信中的應用。這種具有強抗彎曲能力的光纖也可以廣泛地運用於(yu) 飛機、汽車、輪船、音響設備、衛星以及光器件和係統的短距離連接等對光纖彎曲性能有極端苛刻的要求的場合。