为什么光纤的端面要做成 8° 角？

2024-06-06 10:15:55

有粉丝在我们的星球私信：“为什么光纤的端面通常以 8° 角抛光？”

对于光纤的结构和传输原理相信大家已经非常熟悉，我们直接上两张图：

下图是垂直端面的光纤，一部分光以一定角度反射回纤芯中，反射光可能会干扰原始信号，导致信号质量下降，严重一点的还会损坏激光光源。

这里涉及到回波损耗的概念：

下图是端面抛光成8度角的斜面，从端面反射的光被引导到的包层中，从而为了防止反射光回到光纤芯中，有利于提高回波损耗，让更多的光在光纤中传输。

这里涉及到回波损耗的概念：

以常见的光纤纤芯折射率n1=1.45 @1550nm为例，空气的折射率 n2 = 1，代入公式：

回波损耗 ≈ -14.77 dB

其中反射率：

可得出R ≈ 0.03366,即约3.37% 的光会被反射回去。

为此，咱们就得想些办法了！

比如说将光纤端面研磨抛光等等，以使两使根光纤的端面能够更好的接触，通常为了更好的接触，还会用弹簧将连接器的端面顶住，优化光纤连接器的性能。

基于此，有下面三种物理接触的端面：

其中：

物理接触（PC），对接端面呈凸面拱型结构，其接头截面是平的，且插芯表面研磨成轻微球面。

超物理端面（UPC）,是在PC的基础上优化，其连接器端面具有一个微小的弧度，这种设计使得光纤之间的对接更为精确。

斜面物理接触（APC），光纤端面通常研磨成 8° 斜面，8° 角斜面让光纤端面更紧密。

APC的回波损耗是三种最接触面最优的。一般情况下，采用PC研磨方式的光纤跳线的回波损耗为-40dB。UPC回波损耗相对于PC来说更高，一般是在-55dB。APC工业标准的回波损耗为-60dB。

上面这三种所谓的物理接触，也就是必须得紧紧地挨着。这里的物理接触也是为了跟后来的非物理接触区别。近些年，很多光模块采用了“非物理接触”的新技术。

那为什么会是 8° 角？不是6°，9°？

这里就又要回忆一下数值孔径的定义了：入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。

这个角度α的正弦值就称为光纤的数值孔径。

NA = sinα

G.652单模光纤的数值孔径（NA）通常在0.125到0.145之间，我们取0.13计算α：

α=7.6°

也就是说端面大于7.6°时，光纤端面反射的光就会进入了包层。实际上考虑各种因素，如插损，设备精度等做成了8°。其实 9°，10° 也行，只是会增加插入损耗，不划算。

来源：Optical Fiber Communication

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