阅读说明：本技术 评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法 (Method for evaluating time-dependent change of optical fiber bending loss in high-power optical communication system ) 是由 朱晓波 顾文华 桂桑 李现勤 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光通信技术领域,具体公开了一种评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法,包括以下步骤：收集高功率光通信系统的系统相关参数；根据系统相关参数,确定并输出高功率光通信系统中随时间变化的光纤截止波长；根据系统相关参数和光纤截止波长,确定并输出高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径；将光纤弯曲部分的目标弯曲半径与高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径进行比较,若光纤弯曲部分的目标弯曲半径大于光纤临界曲率半径,则忽略该光纤弯曲部分对高功率光通信系统的影响；若光纤弯曲部分的目标弯曲半径小于光纤临界曲率半径,则拉直或更换高功率光通信系统中的光纤的弯曲部分。(The invention relates to the technical field of optical communication, and particularly discloses a method for evaluating the time-dependent change of optical fiber bending loss in a high-power optical communication system, which comprises the following steps: collecting system-related parameters of a high-power optical communication system; determining and outputting the time-varying cut-off wavelength of the optical fiber in the high-power optical communication system according to the system related parameters; determining and outputting the critical curvature radius of the optical fiber which changes along with time in the high-power optical communication system according to the relevant parameters of the system and the cut-off wavelength of the optical fiber; comparing the target bending radius of the optical fiber bending part with the critical curvature radius of the optical fiber changing with time in the high-power optical communication system, and if the target bending radius of the optical fiber bending part is larger than the critical curvature radius of the optical fiber, neglecting the influence of the optical fiber bending part on the high-power optical communication system; if the target bend radius of the curved portion of the optical fiber is less than the critical radius of curvature of the optical fiber, the curved portion of the optical fiber in the high power optical communication system is straightened or replaced.)

评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，更具体地，涉及一种评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法。

背景技术

目前新兴的5G技术正如火如荼的发展着，光纤通信传输系统朝着更高的传输功率、更大的传输容量和更远的传输距离的方向发展着。在通信系统实际排布线路过程中光纤难免会发生弯曲，尤其是光纤连接处等，对于普通G652型光纤，临界曲率半径为15mm，即当弯曲半径低于15mm时，这对光纤传输系统造成的损耗就无法忽视。而且在传输系统中，高功率激光的持续影响下光纤弯曲损耗可能会被放大，这将对我们高功率长距离的光通信系统造成很大的影响。对于长时间使用的高功率光通信系统，光纤弯曲损耗随着使用时间会慢慢增大，这也给我们光通信系统带来很多麻烦。目前光纤弯曲损耗(宏弯损耗)和微弯损耗的形成机理和理论计算公式，以及实验测量方法已经有很多研究可以参考和借鉴。高功率激光注入时光纤损伤的机理并给出提高光纤抗激光损伤能力的措施也有很多人进行了很深入的研究。然而现有的研究很少针对高功率激光对光纤弯曲损耗的影响进行研究。

发明内容

本发明提供了一种评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法，以解决现有技术中存在的在高功率光通信系统中，光纤弯曲损耗可能会被放大，对高功率光通信系统造成很大影响的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法，包括以下步骤：

S110：收集所述高功率光通信系统的系统相关参数；其中，所述系统相关参数包括光纤纤芯半径、纤芯折射率、包层折射率、光纤相对折射率、光纤工作波长以及光纤弯曲部分的目标弯曲半径和弯曲圈数；

S120：根据所述系统相关参数，确定并输出所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤截止波长；

S130：根据所述系统相关参数和所述光纤截止波长，确定并输出所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径；

S140：将所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径与所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径进行比较，若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径大于所述光纤临界曲率半径，则忽略该光纤弯曲部分对所述高功率光通信系统的影响；若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径小于所述光纤临界曲率半径，则拉直或更换所述高功率光通信系统中的光纤的弯曲部分。

进一步地，S140中所述将所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径与所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径进行比较；

若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径大于所述光纤临界曲率半径，则获取光纤临界曲率半径随时间变化的模型；

根据所述模型计算所光纤弯曲部分的目标弯曲半径开始小于所述临界曲率半径所需的时间，预判所述高功率光通信系统正常工作的时限。

进一步地，所述光纤截止波长的计算公式为：

其中，λc为光纤截止波长，t为高功率激光开启时间，L为高功率激光对光纤造成的损伤等效成的裂缝宽度，η为热损伤系数，R为光纤弯曲半径，m为光纤弯曲圈数，a为纤芯半径，△为光纤相对折射率，n_core为纤芯折射率，n_air为空气折射率。

进一步地，所述光纤临界曲率半径的计算公式为：

其中，Rc为光纤临界曲率半径，λ为光纤工作波长，△n为纤芯包层折射率差。

本发明提供的评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法，可以减少光纤弯曲损耗对高功率光通信系统造成的影响。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的

具体实施方式

一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法的流程示意图。

图2为本发明光纤截止波长变化图。

图3为本发明光纤临界曲率半径变化图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。显然，所描述的实施例为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在本实施例中提供了一种评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S110：收集所述高功率光通信系统的系统相关参数；其中，所述系统相关参数包括光纤纤芯半径、纤芯折射率、包层折射率、光纤相对折射率、光纤工作波长以及光纤弯曲部分的目标弯曲半径和弯曲圈数；

S120：根据所述系统相关参数，确定并输出所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤截止波长；

S130：根据所述系统相关参数和所述光纤截止波长，确定并输出所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径；

S140：将所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径与所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径进行比较，若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径大于所述光纤临界曲率半径，则忽略该光纤弯曲部分对所述高功率光通信系统的影响；若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径小于所述光纤临界曲率半径，则拉直或更换所述高功率光通信系统中的光纤的弯曲部分。

优选地，S140中所述将所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径与所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤临界曲率半径进行比较；

若所述光纤弯曲部分的目标弯曲半径大于所述光纤临界曲率半径，则获取光纤临界曲率半径随时间变化的模型；

根据所述模型计算所光纤弯曲部分的目标弯曲半径开始小于所述临界曲率半径所需的时间，预判所述高功率光通信系统正常工作的时限。

具体地，根据得到的光纤弯曲的临界曲率半径随时间变化的模型，若已知系统中存在的弯曲部分的弯曲半径大于此时的临界曲率半径，可以根据模型判断经过多长时间后，该弯曲半径会开始小于临界曲率半径，此时弯曲损耗不可以忽略，需要对弯曲部分进行处理，从而预判系统正常工作的时限。

如果此时的光纤弯曲半径小于临界曲率半径，那么说明该弯曲部分带来的损耗已经不可以忽略，需要将系统该处的弯曲部分拉直或更换。

如果此时的光纤弯曲半径大于临界曲率半径，那么该弯曲部分就可以忽略，不会对系统带来很大的影响；但我们可以根据模型得到经过多长时间以后，光纤弯曲半径会开始小于临界曲率半径，即系统不受光纤弯曲损耗影响能正常工作的时限，这样我们可以得到经过多长时间以后需要对该弯曲部分进行处理。

优选地，所述光纤截止波长的计算公式为：

其中，λc为光纤截止波长；t为高功率激光开启时间；L为高功率激光对光纤造成的损伤等效成的裂缝宽度；η为热损伤系数，用来描述高功率激光对光纤造成的损伤等效成的裂缝宽度与时间的关系；R为光纤弯曲半径；m为光纤弯曲圈数；a为纤芯半径；△为光纤相对折射率；n_core为纤芯折射率；n_air为空气折射率。

优选地，所述光纤临界曲率半径的计算公式为：

其中，Rc为光纤临界曲率半径，λ为光纤工作波长，△n为纤芯包层折射率差。

当光纤弯曲部分的弯曲半径大于临界曲率半径R_c，此时光纤弯曲损耗极小，可以忽略不计；当光纤弯曲部分的弯曲半径小于临界曲率半径R_c，此时光纤弯曲损耗会迅速增大，不可以忽略。

实施案例：

以G654型光纤为例，首先收集到的系统相关参数如下：纤芯半径a为4-5μm，纤芯折射率n_core为1.4682，空气折射率n_air为1，纤芯包层折射率差△n约为0.0053，光纤相对折射率△为0.36％，光纤工作波长λ为1550.12nm，高功率光通信系统中存在两个光纤弯曲部分，第一个光纤弯曲部分的弯曲半径为20mm，第二个光纤弯曲部分的弯曲半径为35mm，完成S110的数据收集工作；

收集到系统相关参数后，利用S120根据所述系统相关参数，计算所述高功率光通信系统中随时间变化的光纤截止波长，如图2所示，为本发明光纤截止波长变化图。根据光纤截止波长的计算公式，计算出上述实施案例的光纤截止波长；

然后，我们将得到的光纤截止波长带入光纤临界曲率半径的计算公式中，计算出上述实施案例的光纤临界曲率半径，如图3所示，为本发明光纤临界曲率半径变化图；

最后，我们可以根据得到的结果对高功率光通信系统中存在的光纤弯曲部分进行判断；

从图3我们可以看出，在高功率激光开启以后，光纤临界曲率半径产生变化。当高功率光通信系统开启6000小时(250天)以后，我们使用本方法对系统中存在的光纤弯曲损耗进行评估，可以得到此时光纤临界曲率半径为25mm。对于系统中存在的两处光纤弯曲，第一处光纤弯曲部分的弯曲半径为20mm，此时小于临界曲率半径，需要将该弯曲部分拉直或更换，否则会影响光通信质量。第二处光纤弯曲半径为35mm，此时大于临界曲率半径25mm，弯曲损耗可以忽律不计，不需要处理，但在6000小时(250天)以后，即光通信系统开启12000小时后，此时光纤临界曲率半径大于35mm，第二处光纤弯曲部分的弯曲半径35mm小于此时的临界曲率半径，此时给高功率光通信系统造成的弯曲损耗就不能忽略。因此弯曲半径为35mm的第二处光纤弯曲部分需要在250天以后将该弯曲部分更换或拉直，否则弯曲损耗随着时间推移还会越来越大，最终会给高功率光通信系统造成很大影响。

本发明提供的评估高功率光通信系统中光纤弯曲损耗随时间变化的方法，可以减少光纤弯曲损耗对高功率光通信系统造成的影响。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。