光纤通讯导论期末报告

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1、8光纖通訊導論期末報告—光纖的傳輸損耗陳立言I.目錄壹.前言1貳.吸收損失(ABSORPTION)2一.本質所引起的吸收2二.雜質所引起的吸收3參.散射損失(SCATTERINGLOSS)5肆.幾何效應(GEOMETRICEFFECT)6伍.結論8陸.參考文獻9II.圖表目錄圖表I過渡金屬離子與水分子吸收光譜圖3圖表II核蕊中參雜其他雜質所造成的損失光譜4圖表III玻璃光纖之典型損失因素圖4圖表IV大彎曲所造成的損失示意圖7壹.前言由於光纖具有傳統電線電纜所沒有的的優點，如：低損耗、高頻寬、重量輕、不受電磁干擾‧‧

2、‧8等特性，因此非常適合作為通訊的傳輸媒介。但是，早期光纖通訊並不像現在這樣的成熟。事實上，光通訊系統之所以能夠實用化，半導體製造技術、雷射的發明以及光纖傳輸損失的降低都佔有極重要的地位。在1930年左右，已有科學家利用玻璃纖維作為導光介質，但當時光纖的傳輸損失高達1000分貝/公里以上，因此當時人們任為玻璃纖維並不適宜用來作為傳送光的波導介質。隨著科技的進步，1960年紅寶石雷射以及後續許多半導體雷射的發明，再度燃起人們利用光來通訊的希望。但是好的光源由於雷射的發明已經不是問題，如何導引光波卻成為另一需要解決的課

3、題。西元1966年高錕博士提出了一篇有關於光纖中雜質吸收的關鍵性論文之後，波導介質的問題已不再是問題，光通訊系統至此得以真正的實現。而光纖的發展也隨著光傳輸損耗因素的研究及光纖製造技術的日漸成熟而一日千里。目前光纖的損失已由早期每公里上千分貝(dB)降低至目前的每公里0.2分貝。光纖損失的單位為分貝/公里(dB/km)，其定義如下此處，z為光進入光纖點與量測點的距離，P(0)為光在進入光纖點所具有的能量，P(z)為光在量測點的能量。事實上，光纖通訊系統的應用和光纖傳輸損失的降低有著密不可分的關係。當光纖傳輸損失降低

4、時，相對的表示在同樣距離下，中繼器(repeater)數目的降低。也因此在成本及傳輸品質上能得到較好的結果。然而，光纖傳輸損失值的大小，與光纖的合成成份、製造方法及光纖的設計有關，這些因素都會影響到光纖的傳輸損失值。因此我們應該深入了解這些因素，以免在設計時，因為不當的使用造成傳輸損失的增加而使得傳輸品質降低。8光纖傳輸損失因素如表一所示，主要是由以下三種主要機制(mechanism)所造成：(A)吸收損失，(B)散射損失，(C)幾何效應損失(彎曲損失)。以下貳、參、肆節即針對此三項損失做一探討，在第伍節則針對探討

5、結果作一結論。壹.吸收損失(absorption)吸收損失主要由三種不同的作用所導致：一.本質所引起的吸收縱使製造出再純淨的玻璃光纖，其對於某種波長範圍的光波仍然存有吸收光線的效應，這將使得光功率會隨傳送距離而衰減。這種吸收特性常稱為本質吸收(intrinsicabsorption)，它是玻璃本身特質所引起。以電磁頻譜分佈而言，短波長的紫外線(ultraviolet:UV)區域吸收的能力特別強烈。這種吸收乃是由於強烈的電子以及分子之轉換帶(transitionband)的緣故。它的特徵是：在紫外光區域的吸收達到極大

6、點，而在可見光區域則逐漸減低。所以，光纖系統應儘量避免使用到紫外光區的頻譜。對於紅外光區的頻譜範圍的光波，玻璃光纖也會產生類似的吸收效應。它也是屬於一種玻璃本身的本質吸收。這類吸收的最大頻譜大約是介於7mm~12mm8之間。這對於一般光纖系統設計而言，也不常使用到它。紅外線的衰減乃與化學鍵(如氧-矽鍵)的振動有關。熱能造成原子的固定移動，促使氧化矽鍵不斷的收縮。此項振動在紅外光頻譜區有一個共振頻存在。圖表I過渡金屬離子與水分子吸收光譜圖一.雜質所引起的吸收在此所指的雜質包括不純物及添加物。不純物的吸收主要是由於光纖

7、的玻璃材質中含有過渡金屬離子(如：Fe、Cu、Cr)及水分子，不純物所造成的吸收和其所含濃度高低有關。濃度愈高吸收的損失值就相對的愈大。為了能夠得到每公里20分貝以下的衰減特性，許多不純淨的金屬雜質離子必須保持在10-9比例以下。以目前技術而言，只要在好的玻離光纖之中，已經很容易便達到以上所要求的純淨度。因此這項衰減並未帶來太大的影響。雜質吸收所造成的衰減的主要因素來自於氫氧離子，也就是OH-。它是因為氫氧離子伸展振動而造成。而其最重要的吸收頻譜在下列幾個波長：0.95mm、1.23mm、1.37mm。為了降低氫氧

8、離子吸收的影響，必須在玻離光纖製造過程中，將水分子含量降至10-7以下，這樣氫氧離子吸收所造成的衰減才不會帶來太大的影響。除了過渡金屬離子和氫氧離子的吸收外，有時為了改變光纖的折射率以改善光纖的傳輸特性，因此常在光纖中參雜其它的雜質(如：GeO2、P2O5、B2O38)，當這些雜質加入核蕊的量增加時，核蕊的折射率會增加，數值孔徑也隨之增加。圖表II核蕊中參雜