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光纖的損耗
近年來,光纖通信在許多領域得到了廣泛的應用。實現光纖通信,一個重要的問題是盡可能地降低光纖的損耗。所謂損耗是指光纖每單位長度上的衰減,單位為dB/km。光纖損耗的高低直接影響傳輸距離或中繼站間隔距離的遠近,因此,了解并降低光纖的損耗對光纖通信有著重大的現實意義。

一、 光纖的吸收損耗

    這是由于光纖材料和雜質對光能的吸收而引起的,它們把光能以熱能的形式消耗于光纖中,是光纖損耗中重要的損耗,吸收損耗包括以下幾種:



    1.物質本征吸收損耗  這是由于物質固有的吸收引起的損耗。它有兩個頻帶,一個在近紅外的8~12μm區域里,這個波段的本征吸收是由于振動。另一個物質固有吸收帶在紫外波段,吸收很強時,它的尾巴會拖到0.7~1.1μm波段里去。



    2. 摻雜劑和雜質離子引起的吸收損耗   光纖材料中含有躍遷金屬如鐵、銅、鉻等,它們有各自的吸收峰和吸收帶并隨它們價態不同而不同。由躍遷金屬離子吸收引起的光纖損耗取決于它們的濃度。另外,OH-存在也產生吸收損耗,OH-的基本吸收極峰在2.7μm附近,吸收帶在0.5~1.0μm范圍。對于純石英光 纖,雜質引起的損耗影響可以不考慮。



    3.原子缺陷吸收損耗   光纖材料由于受熱或強烈的輻射,它會受激而產生原子的缺陷,造成對光的吸收,產生損耗,但一般情況下這種影響很小。

    二、光纖的散射損耗

    光纖內部的散射,會減小傳輸的功率,產生損耗。散射中最重要的是瑞利散射,它是由光纖材料內部的密度和成份變化而引起的。



     光纖材料在加熱過程中,由于熱騷動,使原子得到的壓縮性不均勻,使物質的密度不均勻,進而使折射率不均勻。這種不均勻在冷卻過程中被固定下來,它的尺寸比光波波長要小。光在傳輸時遇到這些比光波波長小,帶有隨機起伏的不均勻物質時,改變了傳輸方向,產生散射,引起損耗。另外,光纖中含有的氧化物濃度不均勻 以及摻雜不均勻也會引起散射,產生損耗。

    三、波導散射損耗

    這是由于交 界面隨機的畸變或粗糙所產生的散射,實際上它是由表面畸變或粗糙所引起的模式轉換或模式耦合。一種模式由于交界面的起伏,會產生其他傳輸模式和輻射模式。由于在光纖中傳輸的各種模式衰減不同,在長距離的模式變換過程中,衰減小的模式變成衰減大的模式,連續的變換和反變換后,雖然各模式的損失會平衡起來,但 模式總體產生額外的損耗,即由于模式的轉換產生了附加損耗,這種附加的損耗就是波導散射損耗。要降低這種損耗,就要提高光纖制造工藝。對于拉得好或質量高的光纖,基本上可以忽略這種損耗。

    四、光纖彎曲產生的輻射損耗

    光纖是柔軟的,可以彎曲,可是彎曲到一定程度后,光纖雖然可以導光,但會使光的傳輸途徑改變。由傳輸模轉換為輻射模,使一部分光能滲透到包層中或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉,從而產生損耗。當彎曲半徑大于5~10cm時,由彎曲造成的損耗可以忽略。

 
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