一直以来光纤被认为是高带宽，长距离信号传输的最佳介质，而实现这一功能的关键在于光纤具有非常低的损耗。

　　使用过程中保持光纤的低衰减特性非常重要。当光纤受力偏离轴线时会产生微弯损耗，这是光纤损耗的一个常见来源。在使用过程中，有一些弯曲现象不可避免，如运输和存储过程，光缆的制作和安装过程，光纤接续及布线过程。深入理解微弯损耗的内在物理特性，可以在弯曲条件下保持低损耗的光纤产品。下面介绍几种提高光纤抗微弯性能的设计方法。

　　微弯损耗的背景介绍

　　微弯损耗产生的原因是光纤在轴向受到高频扰动而导致损耗增加(图1)。这些扰动会引起光纤芯径小尺度的弯曲，使得原本在基波(LP01)中传输的光功率耦合进入大损耗的高阶模传播。通常侧向的表面接触会产生这种扰动，如光缆制作过程。

　　一般认为半径小于1mm的弯曲才会引起微弯损耗，而且这个弯曲形成的扰动在间距和幅度上是个随机变量，下面几个参数和光纤微弯损耗的灵敏度有关：弯曲变量的功率谱密度，光纤几何尺寸，折射率分布。

　　为更好的理解微弯的物理特性，设想用探针来测量光纤接触表面的粗糙度。沿着光纤表面移动探针，可以获得测试表面沿长度分布的“凸起”的高度。对这个表面高度曲线做傅里叶变换，得到代表测试光纤表面的空间周期谱，如图2所示。左图是表面高度的曲线，代表了扰动尺寸和间距的分布情况。右图是左图数据经过傅里叶变换以后的功率谱密度图。

　　另外，需要把微弯损耗和宏弯损耗区分开。宏弯损耗也是一个常见的导致光纤损耗增加的原因，对于较长周期的扰动(大于1mm)，不会产生微弯损耗而导致光功率耦合到包层的高阶模中，但会引起宏弯损耗。而对于更短周期的扰动(小于200um)，一般不会增加光纤的衰减。对于微弯损耗而言，0.2到1mm周期的扰动是影响最大的，因为这种扰动会影响包层的传输模式，使光纤纤芯发生变形。

　　影响微弯损耗的光纤参数和属性

　　方程表明了在设计中提高抗微弯损耗的需要考虑的几方面因素：其中Y是微弯引起的损耗，N是单位长度上平均高度为h的凸起数目，b是光纤直径，a是纤芯半径，△是光纤折射率差，E1和E是光纤和包围光纤材料(如涂层)的弹性模量。

　　如公式(1)所示，纤芯半径和折射率差对光纤微弯损耗的灵敏度影响非常大。如图3的例子所示，其中蓝色方块表示用Wire Mesh Drum方法测量ITUT G652D单模光纤的微弯损耗，红色棱形表示测量ITUT G657A1光纤的微弯损耗的结果。横坐标代表MAC值，MAC表示模场直径和截至波长的比值。

　　这两种光纤的折射率分布非常相似。G657A1光纤具有更小的芯径和更大的折射率差，因此MAC值更小。根据公式(1)可以看出，G657A1具有更好的抗微弯性能。很多文献中也提到了MAC值和微弯损耗的关系。

　　然而，在实际使用的时候，用优化纤芯尺寸和折射率分布来提高抗微弯性能的方法也会受到限制。一方面，这些方法可以用来设计某一类光纤产品，另一方面，又受限于这类产品的行业标准。例如，ITUT G652标准规定了光纤的色散，模场直径，截至波长等，因此公式(1)中a，等参数必须满足标准规定，设计时修改余量很小。

　　光纤的涂层是另外一个可以优化抗微弯性能的方法。由公式(1)可知，最显而易见的方式是提高涂层的直径。实际上，对光纤涂层的较大改变会对微弯性能产品非常积极的影响。

　　图4所示椒微弯损耗和涂层直径的关系。涂层直径增加时，微弯损耗的灵敏度降低，分别是对涂层直径分别是250um，500um，900um的单模光纤抗微弯性能测试的结果。当施加到光纤上的应力不断增加，涂层直径较小的光纤衰减增加的最快。

　　回顾公式(1)，可以得到另外一种提高抗微弯特性的方法是改变光纤和涂层的弹性模量。目前商用通信光纤材料都是硅，参数E1无法进一步修改。因此只能在改变涂层的弹性模量上想办法。事实证明，使用低弹性模量的涂层，可以降低微弯附加损耗。最常用的方法是减小一次涂层的弹性模量，即包围在玻璃光纤周围材料的弹性模量。

　　图5演示了改变内涂层弹性模量的效果。该实验测试了G652光纤在不同弹性模量内涂层条件下微弯损耗的结果。需要注意光纤直径的微小差别对微弯性能影响不大。图5中微弯性能最好的光纤直径是242um，其他光纤直径为245um。

　　然而仅采仅依靠低弹性模量涂层并不足以完全改善微弯特性。涂层的不合理设计，化学因素以及不同应用可能会抵消低弹性模量带来的优势。图6是将同样的涂层应用到不同结构的光纤上，用wire mesh drum方法测试的微弯损耗结果。使用同样的涂层，样品A的抗弯性能最好，而样品B和C则差强人意，原因在于这两个样品的结构设计不合理。

　　然而，光纤标准再一次限制了该方法的应用。ITUT和IEC规定未成缆且带涂层的光纤直径大约250um。对于光缆制作厂家，通常会把直径250um光纤通过紧包工艺加至900um。这种应用的结果如图4中展现那样，直径由250um变化到900um，会改善光纤的微弯损耗。

　　最后，在光纤使用时，必须考虑所有影响微弯损耗的因素：光纤结构设计，涂层选择，制造，成缆。图7用wire mesh drum微弯测试方法测试了几种不同涂层和结构的光纤。其中一部分数据和图3相同，增加了G657B3(5mm弯曲半径)的测试结果。实际上G657B3的光纤涂层比其他样品对微弯更敏感，然而从图7可以看出，G657B3具有非常好的抗弯特性。光纤折射率分布结构的特殊设计，完全弥补了使用微弯敏感涂层带来的不利影响。

　　整体大于局部之和

　　深入理解弯曲给光纤带来的衰减机制对于保证光纤低损耗特性非常重要。光纤因弯曲而引起各种损耗中，微弯损耗是一种重要表现方式。产品抗微弯性能改善不是简单的改变光纤涂层，还需要从光纤结构本身，涂层设计，生产工艺及采用最佳测试方法等方面整体考虑。