几种低水峰光纤损耗特性的对比分析

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1、第三届中国通信光电线缆产业高峰论坛暨中国光纤光缆30年大会几种低水峰光纤损耗特性的对比分析吴金东吴海港李群星浙江富通光纤技术有限公司摘要：本文对比三种低水峰光纤产品的损耗特性，分析了影响损耗的因素以及改进光纤损耗的途径，并对超低损耗光纤的开发进行了探讨。一，引言自1998年美国朗讯的OFS首先推出了全波光纤(AllWaveFiber)以来，G．652光纤在1383nm附近由于OH-吸收造成的损耗峰(水峰)被成功抑制或消除，这种光纤通常称为低水峰光纤(G．652C／D)，在城域网、接入网方面得到大量的应

2、用，在G．652光纤市场中占据了主导的地位。以市场为导向和驱动力，全世界的主要光纤厂家都推出了低水峰光纤产品，其产品性能也在不断提高。尤其是最近几年来，制造技术的发展十分迅速，低水峰光纤产品性能得到提高，并且把低水峰特性推广到其它单模光纤，相继开发出G．655类和G．656类低水峰非零色散位移光纤，纯二氧化硅芯低水峰光纤，提高受激布里渊散射阈值的低水峰光纤，抗弯曲的低水峰光纤等新型光纤。尽管多年以来，在降低光纤损耗方面没有取得多大实质性进展，但是光纤的损耗依然是最为关键的技术参数，由于减小光纤损耗是进

3、一步增大传输的中继距离，减少中继放大器的关键，尤其对于城域网的建设仍然是至关重要的，所以一直以来降低光纤的损耗是一个焦点。全合成工艺在大规模低成本生产低水峰光纤方面具有独到的优势，占据很大的市场份额。本文对比分析了三种全合成低水峰光纤产品的损耗组成特性，对进一步改善光纤损耗以及开发超低损耗光纤进行了探讨。二、损耗理论光纤的传输损耗是由两方面原因引起的：一是光纤材料的内在原因引起的本征损耗，包括红外吸收，紫外吸收拖尾以及光散射。红外吸收起源于分子振动态的改变，紫外吸收拖尾起源于光纤材料的电子能态跃迁，当

4、紫外吸收很强时，它的尾巴会拖到长波段引起损耗。本征散射损耗有三种，即瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射，分别是由材料的密度和浓度起伏、声学声子和光学声子之间的相互作用所引起的，三种散射的强度与波长都存在入一4关系，说明在更长波长处，散射损耗明显地降低。二是外在原因引起的非本征损耗，这是在光纤制造过程中所引入的，包括光纤结构不完善所引起的光散射和杂质的吸收。杂质吸收包括过渡金属离子、OH一离子等杂质对光的吸收。在可见光和近红外区，石英玻璃中过渡金属离子会引起宽阔和强烈的吸收，在低损耗光纤研制初期，过渡金属离

5、子曾是损耗的主要来源。对于一139—第二届中国通信光电线缆产业高峰论坛暨中国光纤光缆30年大会石英玻璃光纤而言，瑞利散射通常是布里渊散射的二十几倍，更比拉曼散射大三个数量级。但是当入射进光纤的光功率足够强时，会由于非线性效应引起受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)，使信号光的能量被非线性地衰减。在非线性条件下，SBS和SRS是不能忽视的。因此，除非线性的的受激拉曼散射和受激布里渊散射外，光纤的损耗是各种损耗叠加的结果，可以表示为：QT=aIR+Quv+QR+QIM+aOH+aM(1)式中Q

6、T为总的光纤损耗，QIR为红外吸收损耗，aUV为紫外吸收拖尾，QR为瑞利散射损耗，aIM为芯包界面不完善的结构散射损耗，QOH为叫一离子对光的吸收损耗，aM为金属杂质离子的吸收损耗。对于掺锗单模光纤，由于光纤原材料与制备工艺的完善，过渡金属离子的吸收损耗已经降到测量不出的水平，紫外吸收拖尾在波长大于O．6um的波长区域，属于弱吸收拖尾，且相对于瑞利散射等其它损耗非常小，对光纤的损耗特性不产生影响，为便于分析，可以将QM、QUv两项从(1)中略去，得到：aT≈aIR+QRq-QIM+QOH(2)这样，光

7、纤的损耗取决于红外吸收，瑞利散射，0H吸收，芯包结构不完善散射。其中，oH吸收和芯包结构不完善散射，可以通过制造工艺的改进完善加以抑制，低水峰光纤就是这一技术进步的典型成就。因此，光纤的损耗将主要由本征的红外吸收和瑞利散射决定。光纤的红外吸收损耗aIR由文献[1]可以表示为：‰=曰exp(一手)㈤式中系数B，Q依赖于光纤材料。当材料和入波长一定时，为QIR常数瑞利散射损耗QR与光纤中光强分布P(r)成正比，与波长的四次方成反比，由文献[2]可以写作：吼={∑"，(5)^?式中，Ai为每层的瑞利散射系数

8、，ri为该层的功率限制因子。对于纯石英玻璃材料，瑞利散射系数A0由文献[3]可以得到：凡：孚张2P‰口丁，(6)其dgA0是纯石英玻璃的瑞利散射系数，n，p，kB，13，Tf分别为材料的折射率，光弹系数，玻尔兹曼常数，绝热压缩比，假想温度。假想温度Tf定义为石英玻璃中结构不再发生驰豫时的温度。显然，A0—140—第三届中国通信光电线缆产业高峰论坛暨中国光纤光缆30年人会与假想温度Tf成正比。降低假想温度将会有效减小瑞利散射系数。此外瑞利散射系数还与材料的