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引起光纤损耗的主要原因

光纤传输相比电缆传输和无线传输而言有众多优势。光纤比电缆更轻、更小、更灵活,而且在长距离传输中,光纤比电缆的传播速度更快。然而,影响光纤传输性能的因素很多,为了确保光纤的性能更好更稳定,这些因素不容忽视。光纤的损耗就是其中之一,它已成为许多工程师在选择和使用光纤时最优先考虑的一个因素。这篇教程将为您详细介绍光纤传输中的光损耗。

光信号经光纤传输后,光的强度会逐渐减弱,与此同时,光信号也会逐渐减弱。光纤传输过程中,光信号的损失就叫做光纤损耗或者光的衰减。所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减,单位为dB/km。为了确保光信号安全有效的传输,就要尽可能地降低光纤的损耗。引起光纤损耗的因素主要有两个:内部因素和外部因素,亦即本征光纤损耗和非本征光纤损耗。

本征光纤损耗

本征光纤损耗是指光纤材料固有的一种损耗,引起本征光纤损耗的因素主要有两个:光的吸收和光的散射。

光的吸收是光纤传输中引起光损耗的主要原因,这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的,因此,光的吸收损耗也被称为光纤材料吸收损耗。实际上,光的吸收是光在传播过程中以热能的形式消耗于光纤中,这是由于分子的共振和波长的掺杂不均匀引起的。完全纯净的的原子只吸收特定波长的光,但是绝对纯净的光纤材料几乎不可能生产出来,所以,光纤制造厂商选择掺杂锗这类含有纯硅的材料来优化光纤的性能。

光的散射是光纤损耗的另一个重要原因。光纤的散射损耗是指在玻璃结构中分子水平上的不规则所造成的光的散射。在光纤线路中,当发生散射时,光能量会向各个方向分散,其中一部分能量沿着线路方向继续前行,而其它方向分散的光能量则会丢失,如下图所示。因此,为了减少散射而引起的光纤损耗,必须消除光纤芯的不完善,并对光纤涂层和挤压进行严格控制。

非本征光纤损耗

光纤内光的散射

本征光纤损耗,包括光的吸收和散射,只是光纤损耗的一方面原因。非本征光纤损耗是光纤损耗的另一方面重要原因,通常是由光纤的不当处理引起的。非本征光纤损耗主要有两种类型:弯曲损耗和对接损耗。

弯曲损耗

弯曲损耗是光纤处理不当而引起的常见光纤损耗问题。从字面上理解,弯曲损耗即光纤轴弯曲所引起的损耗。弯曲损耗有两种基本类型,一种是微弯损耗,另一种是宏弯损耗(如上图所示)。其中,宏弯损耗是指光纤的弯曲程度比较大(超过2毫米的曲率半径)。要减少光纤的弯曲损耗,应注意以下几方面的内容:

光纤芯轴偏离轴线;制造缺陷;光纤铺设过程中的机械限制;环境因素如温度、湿度或压力的变化。

光纤接续是非本征光纤损耗的另一个主要原因。在光纤网络中,光纤之间的互相连接是必然的。接续引起的光纤损耗不可避免,但可以通过适当的处理减小到最小。采用光纤熔接或使用高质量的光纤连接器可有效降低因光纤接续所产生的损耗。

光纤损耗

上图显示了光纤损耗的几种主要原因。要减少本征光纤损耗,选择适当的光纤和光学元件是必要的;而要最大程度地减少非本征光纤损耗,正确的光纤处理和相应的技能就显得尤为重要。