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光纤损耗详解:全面解析各类损耗原因及影响

光纤通信的损耗问题一直是业界关注的焦点。为了提高光纤通信的传输效率和距离,我们需要深入了解光纤损耗的来源和特点。以下将从光纤的吸收损耗、散射损耗、波导散射损耗和弯曲产生的辐射损耗四个方面进行详细介绍。
首先,我们来看光纤的吸收损耗。这种损耗是由于光纤材料和杂质对光能的吸收所引起的。吸收损耗主要包括以下三种类型:
1. 物质本征吸收损耗:这是由于物质固有的吸收引起的损耗,主要发生在近红外和紫外波段。 2. 掺杂剂和杂质离子引起的吸收损耗:光纤材料中的跃迁金属离子和杂质离子的存在,会导致吸收损耗的产生。 3. 原子缺陷吸收损耗:光纤材料中的原子缺陷会导致光能的吸收,从而产生损耗。
其次,光纤的散射损耗也不容忽视。散射损耗主要包括瑞利散射和其它散射类型。瑞利散射是由光纤材料内部的密度和成分变化引起的,当光波遇到这些不均匀物质时,会发生散射,从而产生损耗。
接下来,我们要了解波导散射损耗。这种损耗是由于交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射,它是由表面畸变或粗糙所引起的模式转换或模式耦合。波导散射损耗对光纤通信的传输性能有较大影响,因此,提高光纤制造工艺是降低这种损耗的关键。
最后,我们来看光纤弯曲产生的辐射损耗。当光纤弯曲到一定程度后,会使光的传输途径改变,由传输模转换为辐射模,从而使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉,从而产生损耗。
综上所述,为了提高光纤通信的传输性能,我们需要从以下几个方面着手:
1. 优化光纤材料,降低吸收损耗; 2. 改善光纤制造工艺,减少散射损耗和波导散射损耗; 3. 在光纤设计和应用中,尽量避免光纤过度弯曲,降低辐射损耗。
只有充分了解和掌握光纤损耗的来源和特点,才能在光纤通信领域取得更好的成果。相信随着技术的不断进步,光纤通信的传输性能将会得到进一步的提升。近年来,光纤通信在许多领域得到了广泛的应用。实现光纤通信,一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减,单位为dB/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近,因此,了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。 


一、 光纤的吸收损耗 

  这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的,它们把光能以热能的形式消耗于光纤中,是光纤损耗中重要的损耗,吸收损耗包括以下几种: 
1.物质本征吸收损耗 这是由于物质固有的吸收引起的损耗。它有两个频带,一个在近红外的8~12μm区域里,这个波段的本征吸收是由于振动。另一个物质固有吸收带在紫外波段,吸收很强时,它的尾巴会拖到0.7~1.1μm波段里去。 
2.掺杂剂和杂质离子引起的吸收损耗 光纤材料中含有跃迁金属如铁、铜、铬等,它们有各自的吸收峰和吸收带并随它们价态不同而不同。由跃迁金属离子吸收引起的光纤损耗取决于它们的浓度。另外,OH-存在也产生吸收损耗,OH-的基本吸收极峰在2.7μm附近,吸收带在0.5~1.0μm范围。对于纯石英光纤,杂质引起的损耗影响可以不考虑。 
3.原子缺陷吸收损耗 光纤材料由于受热或强烈的辐射,它会受激而产生原子的缺陷,造成对光的吸收,产生损耗,但一般情况下这种影响很小。 

二、光纤的散射损耗 

  光纤内部的散射,会减小传输的功率,产生损耗。散射中最重要的是瑞利散射,它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。 
光纤材料在加热过程中,由于热骚动,使原子得到的压缩性不均匀,使物质的密度不均匀,进而使折射率不均匀。这种不均匀在冷却过程中被固定下来,它的尺寸比光波波长要小。光在传输时遇到这些比光波波长小,带有随机起伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生散射,引起损耗。另外,光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射,产生损耗。 

三、波导散射损耗 

  这是由于交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射,实际上它是由表面畸变或粗糙所引起的模式转换或模式耦合。一种模式由于交界面的起伏,会产生其他传输模式和辐射模式。由于在光纤中传输的各种模式衰减不同,在长距离的模式变换过程中,衰减小的模式变成衰减大的模式,连续的变换和反变换后,虽然各模式的损失会平衡起来,但模式总体产生额外的损耗,即由于模式的转换产生了附加损耗,这种附加的损耗就是波导散射损耗。要降低这种损耗,就要提高光纤制造工艺。对于拉得好或质量高的光纤,基本上可以忽略这种损耗。 

四、光纤弯曲产生的辐射损耗 

  光纤是柔软的,可以弯曲,可是弯曲到一定程度后,光纤虽然可以导光,但会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模,使一部分光能渗透到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉,从而产生损耗。当弯曲半径大于5~10cm时,由弯曲造成的损耗可以忽略。




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