光纖的損耗

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。