為什么光纖的端面要做成8度角

以下文章來源于Optical Fiber Communication，作者愛上半導(dǎo)體

有粉絲在我們的星球私信：“為什么光纖的端面通常以 8° 角拋光?”

對于光纖的結(jié)構(gòu)和傳輸原理相信大家已經(jīng)非常熟悉，我們直接上兩張圖：

下圖是垂直端面的光纖，一部分光以一定角度反射回纖芯中，反射光可能會干擾原始信號，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，嚴(yán)重一點(diǎn)的還會損壞激光光源。

下圖是端面拋光成8度角的斜面，從端面反射的光被引導(dǎo)到的包層中，從而為了防止反射光回到光纖芯中，有利于提高回波損耗，讓更多的光在光纖中傳輸。

這里涉及到回波損耗的概念：

以常見的光纖纖芯折射率n1=1.45 @1550nm為例，空氣的折射率 n2 = 1，代入公式：

回波損耗 ≈ -14.77 dB

其中反射率：

可得出R ≈ 0.03366,即約3.37% 的光會被反射回去。

為此，咱們就得想些辦法了！

比如說將光纖端面研磨拋光等等，以使兩使根光纖的端面能夠更好的接觸，通常為了更好的接觸，還會用彈簧將連接器的端面頂住，優(yōu)化光纖連接器的性能。

基于此，有下面三種物理接觸的端面：

PC（Physical Contact），物理接觸

UPC（Ultra Physical Contact），超物理端面

APC（Angled Physical Contact），斜面物理接觸

其中：

物理接觸（PC），對接端面呈凸面拱型結(jié)構(gòu)，其接頭截面是平的，且插芯表面研磨成輕微球面。

超物理端面（UPC）,是在PC的基礎(chǔ)上優(yōu)化，其連接器端面具有一個微小的弧度，這種設(shè)計使得光纖之間的對接更為精確。

斜面物理接觸（APC），光纖端面通常研磨成 8° 斜面，8° 角斜面讓光纖端面更緊密。

APC的回波損耗是三種最接觸面最優(yōu)的。一般情況下，采用PC研磨方式的光纖跳線的回波損耗為-40dB。UPC回波損耗相對于PC來說更高，一般是在-55dB。APC工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的回波損耗為-60dB。

上面這三種所謂的物理接觸，也就是必須得緊緊地挨著。這里的物理接觸也是為了跟后來的非物理接觸區(qū)別。近些年，很多光模塊采用了“非物理接觸”的新技術(shù)。

那為什么會是 8° 角？不是6°，9°？

這里就又要回憶一下數(shù)值孔徑的定義了：入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。

這個角度α的正弦值就稱為光纖的數(shù)值孔徑。

NA = sinα

G.652單模光纖的數(shù)值孔徑（NA）通常在0.125到0.145之間，我們?nèi)?.13計算α：

α=7.6°

也就是說端面大于7.6°時，光纖端面反射的光就會進(jìn)入了包層。實際上考慮各種因素，如插損，設(shè)備精度等做成了8°。其實 9°，10° 也行，只是會增加插入損耗，不劃算。