G652光纤弯曲损耗的研究

G652光纤弯曲损耗的研究 G.652光纤弯曲损耗的研究 天津工业大学 毕业论文 G.652光纤弯曲损耗的研究 姓 名 学 院 专 业 指导教师 职 称 2014年6 月5 日 摘 要 伴随着互联网的进一步普及和高带宽应用，市场对网络带宽的需求持续增长。最近几年，全球的运营商都将光纤通信网络建设的重点放在光纤接入网。因此，光纤到户技术FTTH(Fiber To The Home )得到了迅猛的发展。但是，目前所使用的接入网光纤有一个很大的问题，那就是弯曲损耗过大。因此，2009年底，国际电信联盟提出了最新的具有弯曲不敏感特性的光纤，也就是G.657光纤，以此来适应市场的需求。和市场上目前使用最广泛的G.652光纤相比，G657光纤的弯曲损耗比较低，其适用于光纤接入网，包括位于光纤接入网终端的建筑物内的各种布线，甚至是弯曲半径最小的墙角。 关键词:抗弯曲光纤;G.657光纤;损耗;G.652光纤;FTTH ABSTRACT With the further popularization of Internet and the high bandwidth applications, the market demand for network bandwidth growth. In recent years, the global operators will focus on the construction of optical fiber communication network in optical access network. Therefore, FTTH technology FTTH (Fiber To The Home) has been the rapid development. However, there is a big problem at present the use of fiber in the access network, the bending loss is too large. Therefore, at the end of 2009, the International Telecommunication Union presented the latest with fiber bend insensitive fiber, also known as G.657, in order to meet the needs of the market. And on the market at present the most widely used G.652 fiber bending loss compared, G657 fiber is relatively low, which is suitable for optical fiber access network, including the fiber access network terminal building wiring, and even the smallest bending radius. The purpose of this paper is to study the G652 fiber bending loss, first analyzes the mechanism of fiber bending loss, then through bending experiment design is reasonable, the bending experiments of bending loss in fiber G.652 related, is important for correct use of G.652 fiber has important reference value and the development of optical fiber technology. Key words:Bending loss;G.657 fiber;Loss;G.652 fiber;FTTH 目 录 第一章 绪论 ............................................. 1 1.1 课题研究背景 .............................................. 1 1.2 国 第二章 光纤的损耗极其测量 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ........................... 4 2.1 光纤的损耗 ................................................ 4 2.1.1 光纤的宏弯损耗....................................... 5 2.1.2 宏弯和微弯对损耗的影响............................... 6 2.2 测量光纤损耗的方法 ........................................ 7 2.2.1 截断法测量光纤的损耗................................. 7 2.2.2 插入法测量光纤的损耗................................. 7 2.2.3 后向散射法(OTDR)测量光纤的损耗..................... 8 第三章 抗弯曲G.657光纤和G.652光纤的介绍 ............... 9 3.1 G.657光纤分类............................................. 9 3.2 G.657光纤抗弯曲特性....................................... 9 3.2.1 G.657A光纤抗弯曲特性 ................................ 9 3.2.2 G.657B光纤抗弯曲特性 ............................... 10 3.3 G.657 低弯曲损耗光纤性能分析 ............................. 10 3.4 G.652光纤分类............................................ 10 3.5 G.652光纤的主要参数...................................... 11 第四章 G.652光纤的弯曲损耗测量 ......................... 12 4.1 实验装置 ................................................. 12 4.3 实验步骤 ................................................. 13 4.4 实验数据 ................................................. 13 4.5 结论与分析 ............................................... 14 第五章 总结 ............................................ 17 参考文献 ................................................ 18 附录 .................................................... 20 1.英文文献 ........................................... 20 2.中文翻译 ........................................... 23 致 谢 .................................................. 25 天津工业大学2014届本科生毕业论文 第一章 绪论 1.1 课题研究背景 光纤通信是指利用光纤为载体，通过光信号传播来传输信息通信方式，虽然它的出现和发展历史不过三四十年，但是已经给世界通信界带来了巨大的变化。目前现代通信网络主要的传输方式就是光纤通信[1]。要实现光纤通信，就是要尽量地降低光纤的损耗，因为光纤损耗的大小直接影响到光纤通信系统中继距离的长短，这也是考验光纤通信发展的一个重要问题[2]。光纤损耗是指光纤在每单位长度上的衰减，单位为dB/km。 随着光纤到户技术FTTH的迅速发展，以往通用的G.652光纤已经不能够完全适用，所以，G.657光纤的问世完全满足了目前光纤接入网所需的条件。日本是FTTH技术发展最快的国家，日本自2000年提出FTTH计划后，在FTTH技术的应用上处于国际领先水平。美国也自从2003年以后FTTH得到了飞速的发展。在中国，近几年在政府的带领牵头下，网络运营商、设备生产商、各科研院所甚至包括房地产商都积极发展FTTH 技术，但是目前国 国内外研究现状和应用情况 光纤通信技术自问世以来已经产生了很多种光纤类型。一共有六个不同传输性能的光纤，他们各自的色散、损耗、工作波长等参数各不相同。目前使用的光纤，是根据光纤传输系统和服务网络的需求，从短距离、低容量、低速率到长距离，高容量、高速率这几方面需求的光纤。为此，国际电信联盟将其分别命名为G.651(多模光纤)，G.652(非色散位移单模光纤)，G.653(色散位移单模光纤)，G.654(截止位移单模光纤)，G.655(即非零色散位移单模光纤)，G.656 [4](即宽带光传输带非零色散位移单模光纤)。而使用做广泛的也是 G.652光纤。 [3] 伴随着宽带服务的广泛化，网络通信也经历由核心网到接入网以及光纤入户的发展。光纤的建设必须经过拥挤狭窄的地方，而且还要经过反复的弯曲才能被安装在网络终端的设备中[5]。这种苛刻的条件使得以往通用的光纤类型统统没有了用武之地，这就需要一种新的结构简单并且有着较小的弯曲损耗的光纤，同时 1 天津工业大学2014届本科生毕业论文 也应该和以往通用光纤相互兼容。 国际电信联盟为了规范各种抗弯曲光纤的标准，在2006年瑞士的日内瓦会议上通过了G.657光纤即“接入网用弯曲不敏感单模光纤和光缆特性”的标准[6]。G.657光纤的弯曲直径很小，完全可以使用于狭窄的室内空间的安置和布放，完全满足了FTTH 的要求。 国外许多知名的大型公司已经开发出一种弯曲损耗不敏感单模光纤，例如美国的康宁和OFS公司、日本的住友和藤仓公司、欧洲的普睿司曼公司、韩国的LS(原 LG 电缆)公司，这些公司目前都推出了自己的G.657的光纤。中国的长飞、中天、亨通公司也宣布推出各自的G.657光纤[7]。 近几年来，欧美的网络运营商在FTTH 领域开始大量使用新型的G.657光纤，中国的电信和联通公司也开始大规模采购和使用G.657光纤。 图 1-1 日本FTTH技术的发展 在美国，FTTH经历了一个曲折的发展过程。在2003年之前，美国传统的电信网络运营商们并没有意识到FTTH技术的发展。自从2003年以后，美国FTTH的用户数每年以3倍的增长速度飞速发展。截止到2012年10月底，美国国内FTTH用户已经达到了1770万户[8]。 在中国，由于国家“863”计划推动，在国家“十五”规划期间开展了对于无源光网络(PON)技术的研究。2003年开始了对 FTTH 的宣传和研究，在2004年，国家分别在武汉、成都等多地建设了光纤到户的试验网。中国电信公司分别在武汉、北京、上海和广州开展了试点运行工作。而中国网通也在北京等地的商务中心区和高档住宅区布点试验，进行FTTH设备的测试[9]。同时，中国通信标准化协会也对FTTH技术标准进行了的制定。除了以上几大运营商以外，国内的许多通信设备制造商也把FTTH技术作为分割光纤通信技术发展这个大蛋糕的途径，光纤光缆以及光器件制造商也推出了适用于光纤到户的光电子器件和光纤光缆等设备，这一切有利的推动了FTTH 技术在中国的发展[10]。 但是，FTTH技术目前在国内还只是处于初级发展阶段，距离大规模的商业部署还要经过很大的发展。不过可以预见在未来的几年，全国的FTTH技术将会得到极大的发展，我们国内的网络用户也一定能享受到FTTH技术带来的新鲜的 2 天津工业大学2014届本科生毕业论文 网络体验。 1.3 第一章 这一章为本论文的绪论，简明介绍了光纤通信的发展以及FTTH 技术的发展应用，说明了课题研究的背景和意义，主要介绍了G.657光纤的提出及研究现状和目前的应用情况，说明G.657光纤的优越性。对本论文的研究 本章对光纤的弯曲损耗进行较为详细物理的介绍，并且介绍测量光纤损耗的方法，以及几种方法的实验仪器和各种方法的优缺点及适用性。 第三章 本章对抗弯曲G.657光纤和通用的G.652光纤进行分类、特性以及属性的介绍。 第四章 本章是论文的重点，选择插入法方法对G.652光纤进行弯曲设计性实验，对其的弯曲损耗进行研究，得到实验数据，并对实验数据进行分析。 第五章 最后一章是此论文的结尾部分，对全文进行总结，指出文章的优点和局限性。 3 天津工业大学2014届本科生毕业论文 第二章 光纤的损耗极其测量方法 2.1 光纤的损耗 首先来讲，光纤损耗是指光在光纤中传输时，由于传输距离越来越长，光功率就会慢慢降低，这种现象即称为光纤的损耗。 光纤损耗分为固有损耗和附加损耗。其中固有损耗包含散射损耗、吸收损耗和光纤本身结构不完善引起的损耗;附加损耗分为弯曲损耗和连接损耗。 散射损耗是指光线在光纤中传播时如果遇到不均匀或者不连续的部分时，部分光线就会散射到传播方向以外的别的方向上去，不能传输到终点，造成散射损耗。因为光纤在纤芯的制 做过程可能会有缺陷，如不溶性粒子和杂质气泡等，都是会引起光纤的散射损耗的，还有就是光纤在使用过程中经过拉制造成纤芯粗细不均匀以及导致光纤截面形状的改变等，都是会引起散射损耗的[11]。 吸收损耗是光纤材料本身以及其中参杂的杂质对光的吸收而引起的，它们把光能吸收以后，光纤材料中的离子产生振动，发热，从而将能量散失掉。光纤材料中参杂的一些杂质离子，比如铜、铁、铬、锰等，另外还有氢氧根负离子，这些粒子都会对光纤进行不必要的损耗吸收[12]。 光纤的连接损耗一般由多根光纤在连接使用过程中引起的。例如，接触时的轴心偏移、接续端面不平整、对接光纤的纤芯直径不相同或者熔接质量不高等引起的连接损耗[13]。下图为石英光纤的损耗谱线。 图 2-1 石英光纤的损耗谱线 4 天津工业大学2014届本科生毕业论文 对于制成并使用的光纤，我们无法改变其固有损耗和连接损耗，所以要想降低其使用时的损耗，我们只能通过降低弯曲损耗来实现。 因为光纤是柔软的，一定会发生弯曲的情况，可是一旦弯曲到一定程度后，光纤虽然可以导光，但会使光的传输途径改变，使一部分光能向外泄漏损失掉，从而产生损耗[14]。光纤的弯曲损耗分为宏观弯曲损耗和微观弯曲损耗，简称宏弯损耗和微弯损耗。 宏弯损耗:它是由光纤实际应用中经过盘绕、弯曲引起的损耗。 微弯损耗:这是由于在制造过程光纤纤维由于 光纤的宏弯损耗 图 2-2 光纤宏弯损耗场的示意图 5 天津工业大学2014届本科生毕业论文 图 2-3 光纤弯曲曲率半径与宏弯损耗指数的关系 从上图可以知道，弯曲曲率半径的越小，光纤的宏弯损耗指数越大。 2.1.2 宏弯和微弯对损耗的影响 图 2-4 宏弯和微弯对损耗的影响 6 天津工业大学2014届本科生毕业论文 2.2 测量光纤损耗的方法 2.2.1 截断法测量光纤的损耗 截断法是一种测量光纤损耗精度最好的方法，但是其缺点就是要截断光纤，这样也就会损坏光纤。测得的结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为输出功率与离输出端面的距离L的关系。目前，两点测量法已经得到了广泛的使用，虽然只损失了几米的光纤，但是为了测量精度足够高，对光纤进行正确的激励是极为重要的，以便至少可以使光纤包层中不存在任何光功率，特别是在必须进行剪切的那个截面处。利用以下设备可以进行正确的激励:(1)扰模器;(2)包层模剥除器;(3)特殊的光源[15]。 取一条被测的长光纤接入测量系统中，先测量经过这条光纤衰减后的输出功率P2(λ)，然后在光纤的输入端附近保留一定的长度(几十cm，必须保证原来的接入点损耗不变)截断，测量截断后的功率P1(λ)，设截断的光纤长度为L，则在波长λ下截断的衰减定义为: A(λ)=10lg [P1(λ)/ P2(λ)] (3-1) 对于均匀光纤，可以得出不依赖所选光纤长度的单位长度的衰减。即单模光纤的损耗 α(λ),A(λ)/L (3-2) 剪断法测光纤损耗和关键是在测Pi与Po时要保证注入条件不变，通常采用稳态注入条件方式，经扰模器和滤模器和包层模剥除器来达到模式稳态分布模型。 图 2-5 剪断法测光纤损耗系统图 2.2.2 插入法测量光纤的损耗 插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之间用1,2m长的短光纤连 7 天津工业大学2014届本科生毕业论文 接，测出光功率Pi，然后插入被测光纤，再测出光功率Po，据此计算损耗系数。 具体操作:将光源用跳线连接到功率计上，测得P1(λ)，然后用待测光纤代替上一步的跳线，测得P2(λ)。则A(λ),P2(λ)-P1(λ)，其中A(λ)包含了光纤衰减和连接器的损耗，因此这种方法准确度和重复性不如前一种好，但插入法相对简便，快速，所以对于已经做好连接头的光纤，常常用这种办法进行估计测量。 图 2-6 插入法测量光纤损耗系统图 2.2.3 后向散射法(OTDR)测量光纤的损耗 测量原理:在被测光纤的输入端射入一个强的光脉冲，这个脉冲在光纤后向散射法测光纤损耗系统图 8 天津工业大学2014届本科生毕业论文 第三章 抗弯曲G.657光纤和G.652光纤的介绍 3.1 G.657光纤分类 按照国际电信联盟的标准，以是否与G.652光纤兼容的原则，将G.657光纤划分成了A类和B类两种光纤，其中A类和G.652光纤性能完全兼容，B类不要求与G.652光纤兼容，同时按照最小可弯曲半径的原则，将弯曲等级分为1，2，3三个等级，其中1对应10mm最小弯曲半径，2对应7.5mm最小弯曲半径，3对应5mm最小弯曲半径[17]。A类要符合 G.652D的使用规范，。B类的特点是更加充分的提高光纤弯曲损耗的特点，主要是在 G.657光纤抗弯曲特性 3.2.1 G.657A光纤抗弯曲特性 G.657A光纤的性能是与G.652D光纤相同，与G.652D光纤不同的是，G.657A光纤具有更强的抗弯曲性能[18]。下表为G.657A光纤的属性表 表 3-1 G.657A光纤的属性表 9 天津工业大学2014届本科生毕业论文 3.2.2 G.657B光纤抗弯曲特性 G.657B光纤与G.657A光纤不同，在于其传输工作波长分别是 1310、1550 和 1625 nm[19]。是在有限的建筑物 G.657 低弯曲损耗光纤性能分析 提高光纤抗弯曲性能的技术途径主要有以下三种: 1.减少模场直径(MFD)，通过减小光纤芯径来实现，为了提高抗弯曲性能。 2.提高光纤纤芯和包层折射率差，主要是光纤纤芯和包层之间的差值，通常在纤芯掺杂锗或包层中掺杂少量的 P2O5和F来增加折射率的差，来减小模场直 径，从而提高了该光纤的抗弯曲能力。 3.通过光子晶体(PCF)、孔助光纤(HAF)等特殊的技术改变现有G.652 光纤折射率分布结构，提高光纤纤芯场能量的束缚能力，从而降低其光纤弯曲损耗。 3.4 G.652光纤分类 G.652 光纤是目前广泛使用的单模光纤，它是在1310nm性能最佳，又叫非色散位移光纤。按纤芯折射率剖面，可分为匹配包层光纤和下陷包层光纤两类，10 天津工业大学2014届本科生毕业论文 两者的性能非常相近，但是前者制造简单，1550nm波长区的宏弯损耗和微弯损耗略大;而后者的连接损耗略大。我国已使用的光纤光缆大部分是这类光纤。G.652单模光纤按特性分为A B C D四类[20]。 1.G.652.A型光纤支持10Gbit/s系统传输距离可达400km，支持40Gbit/s系统的距离为2km。 2.G.652.B型光纤，支持10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上，支持40Gbit /s系统的传输距离为80km。 3.G.652.C型光纤，基本属性与G.652A相同，但在1550nm波段的衰减系数很低，可以在1360~1530nm波段工作。 4.G.652D型光纤与G.652B光纤的属性基本相同，和G.652C光纤的衰减系数相同。G.652.D是G.652系列中指标最严格的光纤，并且性能方面完全兼容，是目前最好的非色散位移光纤[21]。 3.5 G.652光纤的主要参数 11 天津工业大学2014届本科生毕业论文 第四章 G.652光纤的弯曲损耗测量 4.1 实验装置 图 4-1 实验装置 实验仪器由红外光源、光功率计及G.652光纤组成。 图 4-2 实验所用测试的G.652光纤 12 天津工业大学2014届本科生毕业论文 4.2 实验设计 本实验是通过插入法来测量G.652光纤在不同弯曲状态下的损耗情况。分别通过不同的弯曲圈数和直径来实现实验。 4.3 实验步骤 1.打开红外光源和光功率计开关，选择1310nm波长，将红外光源进行预热 5分钟，然后将所测光纤在正常情况下连接红外光源和光功率计，这时光 纤没有弯曲，所以没有弯曲损耗(当然存在其他损耗，所以此时读数不为 0). 2.将光功率计调零，然后对待测光纤分别进行不同弯曲直径30，25，21， 20， 19，18，17，16，15，14，13，12，11，10mm(由于弯曲1圈可能 存在不必要的误差，所以弯曲圈数为5圈)，分别读取光功率的读数。 3.同上，将光功率计调零以后，对待测光纤在25，21，20，19，16，13mm 不同弯曲直径下分别弯曲5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15圈， 读取光功率计的读数。 4.4 实验数据 表4-1 G.652光纤弯曲直径与损耗的关系 13 天津工业大学2014届本科生毕业论文 表4-2 G.652光纤弯曲圈数与损耗的关系 首先解释一下，为何得出的弯曲损耗为负值:由于光功率计测量光纤损耗的工作原理是通过对通过其的输出功率和输入功率进行相减来计算出来的。测量弯曲损耗时，输入功率P0是始终不变的(假设红外光源发出的光非常稳定，不 存在任何变化误差)，这样在光纤不会产生弯曲损耗时(但是存在其他损耗)，输出功率为P1，当光纤产生弯曲损耗时，输出功率为P2,这样P2肯定小于P1;然后 在不会产生弯曲损耗的状态下给光功率计调零，这样，一旦产生弯曲损耗时，光功率计显示的损耗(db)就是负数了。 4.5 结论与分析 由以上数据数据，可以绘制出两种不同曲线图: 图4-3 G.652光纤弯曲直径与损耗的关系 14 天津工业大学2014届本科生毕业论文 图4-4(A) G.652光纤弯曲圈数与损耗的关系 图4-4(B) G.652光纤弯曲圈数与损耗的关系 从表4-1可以看出，所测试的G.652光纤在小于20mm的弯曲直径(10mm弯曲半径)下就会产生弯曲损耗。 从图4-3可以直观的看出，该光纤的弯曲损耗会随着弯曲直径(弯曲半径)的减小呈指数型增长。 从图4-4可以看出，该光纤会随着弯曲圈数的增加，其弯曲损耗会呈线性变大增长，并且在不同的弯曲直径(弯曲半径)下随着弯曲圈数的增加，弯曲损耗的增长变化各不相同:弯曲直径(弯曲半径)越小，随着弯曲圈数的增加，弯曲损耗增长越大。 从表4-2可以看出，随着弯曲圈数的增加，该光纤会在21mm的弯曲直径逐渐产生弯曲损耗，但是产生的损耗非常小，变化也非常小;在20mm的弯曲直径时产生弯曲损耗也比较小，而且在21mm和20mm的弯曲直径下其损耗随着弯曲圈数的增加并不是呈线性增长的。这一方面可能是实验操作方面的误差所致;也可能是由于红外光源发出的激光不是非常稳定，再加上光功率计的灵敏度比较高，这样在会导致在20mm弯曲直径附近产生误差。 从表4-2还可以发现一个现象，那就是光纤的弯曲直径不变的情况下，随着弯曲圈数的增加，其损耗会呈线性增大。但是在19mm弯曲直径下，其中在弯曲 15 天津工业大学2014届本科生毕业论文 圈数为8圈的时候，此时这个数据并不是线性值，同样，在16mm弯曲直径下，分别在弯曲圈数为7圈和12圈的时候的数据也不是线性值，在13mm弯曲直径下，分别在弯曲圈数为7圈11圈和14圈的时候也不是线性值。导致这一现象的原因，一方面可能是实验操作方面存在误差;还有一个可能性，那就是光纤随着弯曲直径(弯曲半径)的减小，可能会改变光纤本身的属性，也就是说，光纤的弯曲直径(弯曲半径)越小，就越有可能改变其本身的属性。 16 天津工业大学2014届本科生毕业论文 第五章 总结 但是由于受到实验设备的限制，研究的时间以及本人知识的欠缺等原因，此论文还有不少应该更加值得深入探讨研究的问题和结果。例如，插入法测量光纤的弯曲损耗的精确性不是很高，但是目前实验室没有其他更好的实验仪器;本来准备对两种光纤G.652光纤和抗弯曲G.657光纤分别进行测试，但是由于买不到所需要符合条件的抗弯曲G.657光纤，只能对G.652光纤进行测试，缺乏比较性。再加上实验室的红外光源在1550nm工作波长是坏的，不能发光，所以只能测量在1310nm工作波长的损耗。另外，由于实验是个人手工操作，这样会产生一定的误差，再加上光纤在弯曲后，需要一定的恢复过程，也会导致测量误差。 下一步的研究应该尽量使用较为精密的实验仪器，并对几种不同类型的光纤分别在不同的工作波长进行更加精准的测试。 17 天津工业大学2014届本科生毕业论文 参考文献 [1] 汪宏伟.光纤通信技术优势及发展前景.中国科技纵横.2011年5期 [2] 边建钢.浅谈光纤通信技术.数字技术与应用.2012年4期 [3] 胡先志.G.657光纤的性能特点.光通信研究. 2007年5期 [4] 贺仁明.通信网光纤选型及应用解析.科技风.2012年9期 [5] 薛光辉.低弯曲损耗光纤的分析测试及其在FTTH中的应用.上海交通大学.2008 [6] 胡先志.G.657光纤的性能特点.光通信研究. 2007年5期 [7] 任健.抗弯曲损耗光纤及纳米结构型光纤的研究.南京邮电大学. 2013 [8] 陈海霞.国白建兵.FTTH下一代有线宽带接入技术.科技信息(学术版).2008年26期 [10] 许广南.光纤通信技术新发展.通信世界B.2007年30期 [11] 邢雪宁.基于弯曲损耗效应的光纤在线识别技术研究.浙江工业大学.2005 [12] 李伟.空芯塑料光纤传光机理及制备工艺.沈阳建筑大学学报(自然科学版).2001年3 期 [13] 林培勇.光缆生产和施工过程中光纤附加衰减的成因及避免方法浅析.中国高新技术企 业. 2008年7期 [14] 王高刚.光波导弯曲损耗理论研究.江南大学.2007 [15] 马凌云.光纤损耗的测量和使用设备.甘肃科技.2004年8期 [16] 包玉莲 朱凯东.有线电视技术.2000，(8):79 -83 [17] 梁演奇.光纤通信最新进展与趋势.大科技?科技天地.2010年6期 [18] 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The work described in this paper aims to extend an initial previous analysis concerning planar optical waveguides, light en-ergy loss, to circular optical waveguides. The paper also presents a novel intrinsic fiber optic sensing device base on this study allowing to measure temperatures parameters. The simulation results are validated theoretically in the case of sil-ica/silicone optical fiber. A comparison is done between results obtained with an optical fiber and the results obtained from the previous curved optical planar waveguide study. It is showed that the bending losses and the temperature measurement range depend on the curvature radius of an optical fiber or waveguide and the kind of the optical wave- guide on which the sensing process is implemented. Keywords: Optical Fiber; Losses; Curvature; Sensor; Temperature; Micro Technology 1. Introduction A curvature effect is easily reached with optical fibers; therefore many laboratories have investigated the effects of curvatures on optical fiber measuring responses. Grat- ings implemented in optical fibers provide measuring performances related to bending that were investiated . Therefore, the power attenuation coefficient of bent fibers is one of the parameters that must be determined for using the fiber as a transducer. We described a geometrical method to determine the local numerical aperture and the light output power attenuation with the bending of an optical waveguide. We showed that this metho can be applied only when the optical waveguide is curved during the manufacturing at a temperature close to glass melting. In this case, the core and the cladding refractive index are modified by temperature effects independently of the curvature radius. In this a previous work , we described a set of methods for using a flat optical waveguide as a transducer for measuring temperature by bending, in which only some transmitted light intensity effects are involved. We also investigated previously some 20 天津工业大学2014届本科生毕业论文 photonic effects allowing using a multimode integrated optical waveguide as an intrinsi temperatur sensor operating by light in-tensity modulation at the output of the sensor. The purpose of this new work is to extend the analysis of the planar optical waveguide response to the temperature , to a circular optical waveguide. An optical fiber is a good example of cylindrical opti-cal waveguide. The optical fiber bending loss phenomena is used as a transduction effect in some types of intrinsic optical fiber sensors (temperature, displacement, strain„) . The step-index optical fiber that we use is curved during its manufacturing at a high temperature. A geometrical modeling is used to describe the light propagation in the optical fiber and to determine the light power attenuation at the output of the fiber due to the fiber bending. In this case the geometrical approach is similar to the one presented fo the planar waveguide sensing modeling. 2.An Approach of the Description of the Light Propagation in the Bent Optical Fiber The ray paths in the core of a step index fiber are straight lines, but the geometrical description is more complicated than in a planar waveguide, that we analyzed previously , due to the presence of the skew rays and of the depending on when the optical fiber is curved. In the bent planar waveguide , the angle of incidence of a ray on the outer core-cladding interface remains the same along a given ray path, and this property is true for all the ray paths. However, in the bent optical fiber, only the rays entering the bent part of the fiber in the meridional- plane containing this bent part behave in this manner. For the skew rays entering this plane, the subsequent reflec- tions within the core do no follow a simple repeatable pattern because of the asymmetry introduced by bending the fiber. The complicated form of the ray invariants and the differential equations describing the ray path offer no possibility of a simplification. We therefore pro pose a numerical technique for tracing each ray separately along the bent fiber. 3. Conclusion The response to temperature variation on the bending light power loss of a multimode optical fiber with different bent fiber curvature radii have been analyzed. It has been found that the bending losses due to the internal ptical fiber numerical aperture variations increase when the fiber bending angle increase. The more important losses are caused by refraction and tunnel effects. We have shown that a bent optical fiber can be used as a temperature transducer. The use of an optical fiber curved during its manufacturing at high temperature allows to minimize some residual mechanical effects, and allows to use rigorously the geometrical approach to describe the light propagation, to evaluate the losses in light power output values and to calibrate the temperature sensor. We have shown that if we use, for example a silica/ silicone 21 天津工业大学2014届本科生毕业论文 fiber as a transducer, we can obtain good performances with an excellent sensitivity and an excellent linearity associated to a large temperature measurement range, mainly because the thermo-optic effect value on the silicone is negative and important. 22 天津工业大学2014届本科生毕业论文 2.中文翻译 柔性光波导弯曲损耗衰减效应分析与建模应用到内在光纤温度传感器 收到2011年11月29日;经修订的2011年12月20日;接受2012年1月12日 1.摘要 曲率效应很容易与光纤到达;因此许多实验室已经研究曲率对光纤测量反应的影响。在光纤中实现GRAT- 英格斯提供与被investiated的弯曲测量的表演。因此，弯曲的纤维的功率衰减系数是必须使用光纤作为传感器来确定的参数之一。 我们描述一个几何方法确定本地数值孔径和光输出功率衰减与光波导的弯曲。我们发现，这METHO可以应用于只有当光波导是在制造过程中以接近玻璃熔点的温度下弯曲。在这种情况下，芯和包层的折射率是由曲率半径的温度效应独立地修改。 在此以前的工作中，我们描述了一组方法，使用一个平面光波导作为一个传感器，用于通过弯曲，其中只有部分的透射光强度的影响是涉及测量温度。我们还研究了先前一些光子效应允许使用多模集成光波导作为本安温度场传感器由光化强度调制的传感器的输出操作。 这种新的工作的目的是延长的平面光波导响应于温度的分析，以圆形光波导。 光纤是圆柱形的光学波导的一个很好的例子。该光纤弯曲损耗的现象被用作某些类型的本征光纤传感器(温度，位移，应变...)一个传导效果。 其在高温下的制造过程中，我们使用了阶跃折射率光纤是弯曲的。甲几何造型是用来描述光的传播中的光纤，并确定在光纤的输出光功率的衰减是由于在纤维的弯曲。在这种情况下，几何方法是一个类似于呈现FO平面波导测量建模。 2.光传播的弯曲光纤的描述的方法 在阶跃折射率光纤的纤芯的射线路径是直线的，但几何描述是比在平面波导更复杂，我们先前分析，由于歪斜射线和的取决于所涉及的光纤时，就存在是弯曲的。在弯曲平面波导，外芯 - 包层界面上的光线的入射角仍然沿着给定的射线路径是相同的，并且该属性是适用于所有的射线路径。但是，在弯曲的光纤中，只有光线进入包含该弯曲部分以这种方式运行的子午平面上的纤维的弯曲部分。 23 天津工业大学2014届本科生毕业论文 进入此平面偏斜光线，内芯的后续反射系统蒸发散也没有跟随，因为通过弯曲光纤引入了不对称的简单重复的图案。光线不变量和描述射线路径的微分方程的复杂的形式提供了一个简化的可能性。因此，我们亲构成的数字技术沿着弯曲的纤维分别跟踪每一条光线。 3.结论 在多模光纤具有不同的弯曲光纤的曲率半径的弯曲的光功率损失的温度变化的响应进行了分析。已经发现，当纤维弯曲角的增加，由于内部ptical光纤的数值孔径的变化的弯曲损耗增加。更重要的损失是由折射和隧道效应引起的。我们已经表明，一个弯曲的光纤可被用作一个温度传感器。使用的光纤其在高温下的制造过程中弯曲的允许，以减少某些残留的机械效应，并允许使用严格的几何方法来描述光的传播，以评估在灯的功率输出值的损失和校 准温度传感器。我们已经表明，如果我们使用，例如二氧化硅/硅纤维作为传感器，可以得到良好的性能具有优异的灵敏度和其关联到一个大的温度范围内测量了优良的线性度，这主要是因为在热光效应值硅氧烷是负的和重要的。 24 天津工业大学2014届本科生毕业论文 致 谢 四年的大学时光匆匆而过，在完成论文的这一刻起，预示着我四年的大学学习生活的结束。四年大学生活的一点一滴在脑海历历在目，久久让人回味。 首先，感谢母校给了我良好的学习生活环境，在这里我成长了许多，也学到了很多，我相信这是我人生的一大财富。 其次感谢我的指导老师，感谢老师在这次论文的完成工作对于我的细心指导和帮助，没有她，我是没有办法完成论文的。老师严谨的治学态度、专业的学术知识永远是我日后学习和生活的榜样。 最后感谢父母对于我这四年大学生活的支持和鼓励，我会在以后的生活中努力工作，好好报答他们，回报母校和社会。 25