《光纤通信技术教学资料》第2章第5节

1、1，2.5光纤损耗特性，第2.4节讨论光纤色散对光纤传输容量(BL产品)的限制，本节讨论BL产品的另一个基本限制因素，光纤损耗，即通信距离的固有限制。给定发射功率和接收器灵敏度，它决定了从光发射器到光接收器的最大距离。过度损耗将严重影响通信系统的性能。实际上，光波系统中使用的应时光纤只有当其损耗降低到10千米或更远时才有意义。本节主要讨论光纤的损耗机理，并介绍一些典型参数。2.什么是光纤损耗？光纤损耗的原因是什么？当光在光纤中传输时，光功率随着传输距离的增加而逐渐减小，这就是光纤损耗。5-1损耗图，光纤损耗分为：吸收损耗-与光纤材料有关。散射损耗与光纤材料和光波导中的结构缺陷和非线性效应有关。

2、辐射损耗与光纤几何形状的扰动有关。损耗的主要原因是光纤材料的吸收和散射以及使用中光纤的连接和弯曲引起的附加光功率损耗。3。如果输入光纤的光功率为Pin，则光纤输出端的光功率为(2.5.2)，其中L(km)为光纤长度。损耗是光纤的一个重要传输参数，也是限制光纤传输系统中继距离的主要因素之一。(2.5.1)，其中为衰减系数，即p为入射光功率。它与光的频率或波长有关。2.5.1衰减系数，4，通常光纤损耗以单位长度分贝数表示，定义为(2.5.3)。图2.19显示了应时光纤的损耗谱，给出了光纤通信系统的三个传输窗口：短波长0.85米波段、长波长1.31米波段和1.55米波段，图5，图2.19光纤损耗谱特

3、性，图7，各种应时光纤的典型损耗值(db/km)，图8，通过超纯光纤生产工艺切断1.24米和1.39米的OH峰，实现了12001650纳米的全波光纤并且最大损耗不超过0.5分贝/千米)，8这为波分复用在更宽的光波范围内的应用提供了可能性。 通常，波长范围可分为6个波段(见表)。c波段是WDM系统中最常用的传输波段。9、2.5.2衰减机理光纤主要有三种衰减机理，即光能的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。已经描述了吸收损耗与光纤材料有关；散射损耗与光纤材料和光纤中的结构缺陷有关。辐射损耗是由光纤几何形状的微观和宏观扰动引起的。下面将分别讨论。材料的吸收损耗有两种：本征吸收损耗和非本征吸收损耗，前者对应

4、于纯应时损耗，后者对应于杂质损耗。任何波长的固有吸收损耗，任何材料的吸收都与电子共振有关，而振动共振与特定分子有关。对于应时(二氧化硅)分子，电子共振发生在紫外区(0.4m)，而振动共振发生在红外区(0.7m)。由于熔融应时的无定形性质，这些共振是吸收带的形式，其延伸到可见区域。图2.19显示应时的固有材料吸收在0.8米1.6米的范围内，低于0.1分贝/公里。实际上，光波系统中常用的光纤在1.3 m和1.6 m窗口内的吸收损耗小于0.03dB/km，说明杂质的存在导致了非本征材料的吸收。过渡金属杂质，如铁、铜、钴、镍、锰和铬。它在0.6米1.6米范围内有很强的吸收。现在，由于工艺的改进，这些杂

5、质的含量低于以下，所以它们的影响可以忽略不计。这种高纯度的应时可以通过现代技术获得，但是水蒸气的存在大大增加了外部吸收。OH-的振动共振发生在2.73米处，其基波与应时振动波的相互作用将在1.39米处产生强吸收分子密度的这种波动导致折射率在小于光波长的线性范围内随机波动，这将导致信号光的散射，这被称为瑞利散射。瑞利散射与光波长的四次方成反比。因此，它对短波长窗口有很大的影响。在应时光纤的波长下，由瑞利散射引起的固有损耗可以表示为(2.5.4)，其中c是常数，14。当理想的圆柱形光纤受到某种外力时，它会以一定的曲率半径弯曲，导致能量泄漏到包层。这种由能量泄漏引起的损失称为辐射损失。光纤弯曲：有两

6、种类型。一是光纤的弯曲半径远大于光纤的直径。另一种是光缆连接时光纤轴的随机轻微弯曲。在第一类中，当弯曲度增加而曲率半径减小时，损耗将随着exp(-R/Rc)成比例地增加，其中R是光纤弯曲的曲率半径，Rc是临界曲率半径：3。辐射损耗，当曲率半径达到Rc时，可以观察到弯曲损耗。15。对于单模光纤，Rc典型值为0.2mm0.4mm.当曲率半径大于5毫米时，弯曲损耗小于0.01分贝/公里，可以忽略不计。大多数弯曲半径大于5毫米，这种弯曲损失实际上可以忽略不计。然而，当弯曲的曲率半径进一步减小到比Rc小得多时，损耗将变得非常大。当第二种类型的光纤成缆时，由随机失真和微弯引起的附加损耗通常非常小，这很难观察到。16，4，光纤连接损耗，5-2光纤熔接图，5-3光纤连接点不连续现象分类图，17，练习1:注入单模光纤的光衰减的LD功率为1mW，光纤输出端光