第5光纤波导3

1、损耗l光纤损耗成为限制光纤传输容量的另因素，它是通信距离的固有限制。l给定发送功率和接收机灵敏度条件下，损耗决定了从光发送机到光接收机之间的最大距离。l损耗过大会影响通信系统的性能。1损耗l光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实现远距离光纤通信的前提。l在光纤线路中,光源和光纤的输入耦合,熔接点,连接器以及光纤本身都会产生功率衰耗 l研究与光纤本身相关的损耗l研究0.5m到1.6m 波长范围内的光纤损耗2损耗l对光纤材料的要求主要包括 低损耗,以及能拉制成很长很细和可卷绕的纤维l玻璃光纤比塑料光纤具有更低的衰耗,所以比较适合应用于长距离的光通信系统。l光纤的传输损耗很低，

2、目前1.55m波长石英光纤批量生产的损耗可在0.22dB/km以下，1.31m波长的损耗在0.34dB/km以下3玻璃l玻璃材料是由熔融石英分子（SiO2）构成。最后形成的玻璃不是一种化合物，而是二氧化硅分子通过改变材料中分子的位置形成的化合物。l为了形成折射率的差异，掺入钛 铊 锗 硼等。l具有极高化学纯度的高石英含量的玻璃可以制成低损耗的光纤。4l玻璃光纤的损耗因素主要可以分成以下三类： 材料的吸收 散射 和几何效应5吸收l 吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收和杂质吸收。6光纤吸收损耗l

3、本征吸收是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收，并不是有杂质或缺陷所引起的。因此，本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收的下限。l吸收损耗的大小与波长有关，对于SiO2石英系光纤，本征吸收有两个吸收带，一个是紫外吸收带；一个是红外吸收带。7l紫外区的波长范围是：610-30.39m，它吸收的峰值在0.16m附近，是在现用的光通信频段之外 l红外区的波长范围是0.761000 m，对于纯SiO2的吸收峰值在7 12m，吸收带的尾部可展伸1.51.7m，已影响到目前使用的石英系光纤工作波长的上限，这也是波段扩展困难的原因之一8l本征吸收的损耗在光纤通信系统工作波长范围内的影响并不明显，但是这

4、种衰耗限制了光纤通信系统的工作波长向紫外和更长的波段延伸910图5.9 掺锗玻璃光纤的损耗玻璃的红外吸收根吸收峰散射损耗玻璃的紫外吸收l杂质吸收杂质吸收l它是由光纤材料的不纯净而造成的附加的吸收损耗。影响最严重的是：过渡金属离子吸收和水的氢氧根离子吸收 11l 过渡金属离子主要包括铁、铬、钴和铜等，它们在光纤工作波段都有自己的吸收峰，其含量越多，损耗越严重。为了降低损耗，需要严格控制这些离子的含量1213光纤中过渡金属离子含量的限制（峰值损耗为1 dB/km） 离子名称吸收峰波长（ mm）离子浓度的限度（ppb）Cu + +（铜） 0.80.450Fe + +（铁） 1.10.40Ni + +

5、（镍）0.650 0.20V + + +（钒） 0.1750.90Cr + + +（铬）0.6750.40Mn + + +（锰）0.5000.90l l氢氧根离子吸收氢氧根离子吸收 l熔融的石英玻璃中含水时，由水分子中的氢氧根离子振动而造成的吸收。氢氧根离子的吸收峰值在2.73m附近，其谐波和由此产生的组合频带会落在光纤通信的使用频带以内。l石英光纤中OH 根离子最主要的三个吸收波长分别为1.37 m，1.23 m ，0.95 m14l为了在石英光纤的低本征损耗波长区域实为了在石英光纤的低本征损耗波长区域实现低损耗，高效率的传输，现低损耗，高效率的传输，OH 根离子的吸根离子的吸收峰决定了哪些

6、波长是必须避开的收峰决定了哪些波长是必须避开的15l原子缺陷同样会造成光纤传输损耗 可以在光纤的拉制过程中采取适当的工艺来尽可能减少这种钛离子的转化概率16瑞利散射l定义：纤芯折射率起伏不均匀引起光信号的散射。l原因：制造光纤过程中形成的局部浓度微观漂移，浓度漂移导致折射率在比波长小的尺度上发生随机的变化。1718图5.10 瑞利散射，局部折射率的变化导致入射光子流的衰耗当光线通过这种结构的材料传播时，有一部分光能量会由于颗粒的影响而发生散射，如图5.10 所示。这种类型的损耗就是所谓的 瑞利散射损耗衰耗l瑞利散射与波长的四次方成反比，当波长减小时，瑞利散射的影响变得越来越重要。l图5.9 给出了瑞利散射损耗与波长的关系1920图5.9 掺锗玻璃光纤的损耗玻璃的红外吸收根吸收峰散射损耗玻璃的紫外吸收l这也是光纤的本征散射损耗。这种散射是由于光纤材料的折射率随机性变化而引起的。材料的折射率变化是由于密度不均匀或者内部应力不均匀而产生散射。当折射率变化很小时，引起的瑞