光纤的损耗ppt课件.ppt

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1、七、光纤的损耗1.损耗的表述2.损耗的种类3.损耗的测量光纤的特性主要包括损耗、色散和带宽等。作为信息传输的介质，光纤的信息传输能力是由信息的速率和无中继距离决定的，而无中继距离是与光纤的损耗密切相关的。光纤的损耗限制了光信号到达光接受机的光功率，同时也限制了光通信系统两中继站之间的距离。1966年，高锟关于通过提纯光纤原材料来降低损耗的重要论文，以及近些年EDFA光纤放大器的发明在光纤损耗的控制上取得重大成就。当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。光纤的损耗是衡量光纤性能的关键指标之一，它决定了

2、光纤通信系统的传输距离长短和中继距离的选择。一般可定义为每单位长度光纤光功率衰减分贝数，即：1.光纤损耗的表述光纤通信系统中，光功率常用dBm来表示，dBm和mW之间的换算关系这样，损耗又可以表示为另外一种形式除此之外，光纤的损耗还可以用光纤的损耗系数来表示，即即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗(吸收损耗)。比较(7-1)和(7-4)式，可看到光纤的损耗和损耗系数有如下关系光信号在光纤中传输过程中的损耗主要来自以下几个方面：1)光纤材料的吸收与散射损耗；2)光纤的微弯与宏弯辐射损耗；3)光纤的连接与耦合损耗；1.损耗的种类1)吸收损

3、耗；本征吸收：材料本身特性决定的，即使光纤结构非常完美且材料不含任何杂质，此吸收也会存在。根据机理的不同，还可分为紫外本征吸收和红外本征吸收。在紫外波段，构成光纤的基质材料会产生紫外电子跃迁吸收带，这种紫外吸收带很强，达到单模光纤总损耗的1/3，因此必须加以消除；而在红外波段，光纤基质材料将产生振动或多声子吸收带，这种吸收带在红外很强，构成了石英光纤工作波长的上限。总的影响要比紫外吸收带小。杂质吸收：这里的杂质不是指光纤中的掺杂物，而是指由于材料不纯净及工艺不完善而引入的杂质，主要是过渡金属离子和OH离子；目前，由于原材料的改进及光纤制备工

4、艺的完善，光纤中金属离子吸收引起的损耗已基本消除；但OH离子吸收问题还没有最终解决。在低损耗光纤中，甚至一切吸收都可以归于OH离子的吸收，它构成了三个吸收峰1.39μm、1.24μm和0.95μm；而光纤的三个低损耗窗口0.85μm、1.31μm和1.55μm正好是OH离子吸收谱的谷口。原子缺陷吸收：这种吸收损耗是由于材料受到热辐射或光辐射作用引起的。它不是普遍存在的，只在某些环境中才有。损耗可以很大，达到几百dB/Km，甚至几万dB/Km。为此，光纤材料一般需要选择对辐射不敏感的石英玻璃，以避免原子缺陷吸收。2)散射损耗；散射损耗是由于光

5、纤材料中某种远小于波长的不均匀性(如：折射率不均匀、掺杂浓度不均匀)引起光的散射而构成的损耗。这种光纤也是光纤的固有本征损耗，它的降低成为光纤损耗降低的最终限制因素。根据散射机理，光纤中存在有瑞利散射、受激拉曼散射和受激布里渊散射三种。第一种散射是线性散射(不产生频率的变化)，后两种为非线性散射。瑞利散射是一种不可能被消除的损耗，它的特点是与波长的四次方成反比，可表示为而受激喇拉曼散射和受激布里渊散射则仅当光纤中传输功率大于某一阈值才能产生。室温下，芯径较粗的多模光纤不容易出现，而单模光纤就可能存在受激布里渊散射和受激拉曼散射。综合来看石英

6、光纤的吸收、散射损耗分析，其损耗谱如下图示。OH离子吸收的存在，使石英光纤低损耗区形成了三个窗口，而瑞利散射决定了损耗的最低极限值。3)弯曲损耗；光纤在实际使用中不可避免地要发生弯曲，这就伴随着产生光纤的弯曲辐射损耗。构成这种损耗的原因是当光纤发生弯曲时，原来在纤芯中以导模形式传播的功率将部分地转化为辐射模功率并就逸出纤芯形成损耗。弯曲损耗进一步可以分为宏弯损耗、过渡弯曲损耗和微弯损耗三种。宏弯损耗：它是由光纤实际应用中必需的盘绕、曲折等引起的宏观弯曲导致的损耗；它是曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲引起的损耗。消逝场q¢qcq¢R

7、qqCladdingCore场分布弯曲曲率半径减小宏弯损耗指数增加P包层1

8、有完全释放而造成的，也可能是使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同而导致的后果。这种弯曲损耗主要是光在纤芯和包层交界面上引起的散射，它也是由于弯曲而引起的导模功率的横向泄漏。理