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第二章光纤的损耗特性 第一页，共三十八页，2022年，8月28日 光纤的特性较多，可以归纳如下： 光纤特性 传输特性 光学特性 几何尺寸 机械特性 温度特性 损耗 色散 折射率分布 数值孔径 芯径 外径 偏心度 椭圆度 第二页，共三十八页，2022年，8月28日 其中最基本的是传输特性，传输特性包括损耗特性和色散特性，本节主要介绍光纤的损耗特性。 第三页，共三十八页，2022年，8月28日 一、光纤的损耗特性(衰减) 二、吸收损耗 三、散射损耗 四、其它损耗 五、光纤的损耗特性曲线 光纤的损耗特性 第四页，共三十八页，2022年，8月28日 光纤通信是随着光纤损耗的不断降低而发展起来的。光纤损耗是决定光纤通信中继距离的主要因素之一。造成光纤损耗的原因很多，其损耗机理也非常复杂，接下来就以石英光纤为例分别讨论各原因引起的情况。 第五页，共三十八页，2022年，8月28日 一、光纤的损耗特性(衰减) 衰减是光纤的一个重要的传输参数。它表明了光纤对光能的传输损耗，其对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十分重要的作用。 第六页，共三十八页，2022年，8月28日 一、光纤的损耗特性(衰减) (1)衰减 光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少，即： 式中：P(0)—在L=0处注入光纤的光功率； P(L)—传输到轴向距离L处的光功率。 ( ) 10 10 ) 0 ( ) ( L P L P -a = 第七页，共三十八页，2022年，8月28日 一、光纤的损耗特性(衰减) (2)衰减系数 衰减系数α，则定义为单位长度光纤引起的光功率衰减。当长度为L时 (dB/km) 式中：α(λ)—在波长为λ处的衰减系数与波长的函数关系，其数值与选择的光纤长度无关。 ( ) ( ) ( ) 0 lg 10 P L P L a - = l 第八页，共三十八页，2022年，8月28日 一、光纤的损耗特性(衰减) 引起光纤的损耗有很多因素。归纳起来，光纤的损耗大致可分为吸收损耗、散射损耗和其它损耗。 第九页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 吸收损耗，就是由于组成光纤的材料及其中的杂质(过渡金属杂质和氢氧根OH-离子等)对光波的吸收，使一部分光能转变为散失的热能，从而造成光功率的损失。 吸收损耗包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗和原子缺陷吸收损耗三部分。 第十页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 1、本征吸收损耗 本征吸收即光纤材料自身的固有吸收。在不含任何杂质的纯净材料中也存在这种吸收损耗。不同的光纤材料，对光的吸收作用也不同，其主要取决于材料的原子结构，即使是同一种光纤材料，对于不同波长的光波，其吸收作用也不同。 第十一页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 1、本征吸收损耗 对于石英玻璃光纤，本征吸收在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式。一个是紫外吸收，另一个是红外吸收。如下图所示。 第十二页，共三十八页，2022年，8月28日 SiO2光纤的损耗-波谱曲线 第十三页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 1、本征吸收损耗 对于石英玻璃光纤本征吸收在光学波长及其附近有两种基本的吸收方式。一个是紫外吸收，另一个是红外吸收。紫外吸收是由光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子激发到高能级时，光子流中的能量将被电子吸收，因而引起损耗。又被称为电子跃迁吸收损耗。 吸收峰在0.16μm附近，吸收损耗曲线已经延伸到光纤通信波段。 第十四页，共三十八页，2022年，8月28日 第二章 光纤与光缆§4光纤的损耗特性 二、吸收损耗 1、本征吸收损耗 另一种吸收称为红外吸收。由于光纤材料本身原子之间的化学键形成晶格振动，当光纤中传播的光波与晶格相互作用时，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，因而引起损耗。又被称为分子振动吸收损耗。 吸收峰在8－12μm之间，对短波长不引起损耗，λ1.7μm时，损耗显著增加。 第十五页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 1、本征吸收损耗 以上两种吸收带，构成了光纤的本征吸收损耗带，它是SiO2材料本身固有的，是不可克服的，只有改变材料成分才能有微小改变。 第十六页，共三十八页，2022年，8月28日 二、吸收损耗 2、杂质吸收损耗 杂质吸收是由于光纤中的杂质对光的吸收作用而造成的附加的吸收损耗。它是造成光纤损耗的主要原因。光纤材料中的杂质大致可分为两类，即过渡金属离子和