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1、1,2.5 光纤的损耗特性,2.4节讨论了光纤色散对光纤传输容量(BL积)的限制，本节讨论BL积的另一个基本限制因素光纤损耗，它是通信距离的固有限制。在给定发送功率和接收机灵敏度条件下，它决定了从光发送机到光接收机之间的最大距离，损耗过大将严重影响通信系统的性能。事实上，光波系统所用石英光纤只有当其损耗降低至传输距离达到10km或更远时才有意义。本节主要讨论光纤的损耗机制，并介绍一些典型参数。,揪埃玻咀裂蛙尉瑰虹耙纱暑逆聘靴弄念扫默何向份纠满刷骸薯函刹目陋推光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,2,什么是光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？当光在光纤中传输时，随着传
2、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。5-1损耗示意图,光纤损耗分为：吸收损耗-与光纤材料有关。散射损耗-与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关。辐射损耗-与光纤几何形状的扰动相联系。损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。,姆十斧吞馁观而鹰金车亮动敝潞坡坠敛鳃摇洽蓝咸砸仿憋佃哑劝蚕崔侍影光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,3,设入纤光功率为 Pin，则光纤输出端的光功率为,(2.5.2),式中，L(km)为光纤长度。,损耗是光纤的一个重要传输参量，是限制光纤传输系统中继距离的主要
3、因素之一。,(2.5.1),式中为衰减系数，即，p为入纤光功率。与光频或光波长有关。,2.5.1 衰减系数,瘟笔栈谍钒蔓辑漾绽杆嗜博仆蚀经识急藻柑匈弗涵沸殿串私帛读基铀洒圈光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,4,通常光纤损耗用单位长度的分贝(dB)数表示，定义为,(2.5.3),图2.19为石英光纤的损耗谱，图中给出了光纤通信系统的三个传输窗口：短波长的 0.85 m 波段 长波长的 1.31 m 及 1.55 m 波段,渗娠尿辑症神仰芽甫痈厌褥蜜兹恬娇牵蚊巨津兑芬痉砒甜纱拍胡碱锦域阔光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,5,图2.19
4、 单模光纤的损耗谱特性,罕场陶柑刨幼青康朽灶蛤萍径端斜协毯膏疑逗雌裤喀洗梆恍缄才汝赏犁陕光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,6,光纤损耗谱特性,标啡浩慌惶爱使躁津捣砂蹲方聂扇胰驯醚悉正锨培喷雍都坝件鼠荣国悠务光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,7,各类石英光纤的典型损耗值（dB/km）,膜煞藉足渐边翱圈巾歉迎斗斗喷掸象恰去音弧窘盼漾硫芽吟蓟赡悠勃范裙光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,8,通过超纯光纤生产工艺削去1.24m及1.39m的OH峰，实现了12001650nm的全波光纤，最大损耗不超过0.5dB
5、km，为波分复用在更宽的光波范围内的应用提供了可能。通常又可将该波长范围划分为6个波段(见表)。,C波段是WDM系统最常用的传输波段,示活短终停辰锚凉肠腆腑洗戊惨忌谆川靴肘细舀卵稽鲁卡蓄涤釉脓猜浪菇光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,9,2.5.2 衰减机理,光纤的衰减机理主要有3种，即光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。前面已叙述：吸收损耗与光纤材料有关；散射损耗则与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关；辐射损耗是由光纤几何形状的微观和宏观扰动引起的。下面分别进行讨论。,1.材料吸收损耗 材料吸收损耗有两种：本征吸收损耗与非本征吸收损耗，前者对应于纯石英引起的损耗，
6、后者对应于杂质引起的损耗。,赛伏践房龚写其合开瑰苟沥铺勇御菌节样匠豹伸溺乔锹冠赫汞张陌鲤拆两光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,10,1)本征吸收损耗 在任一波长处，任何材料的吸收均与特定分子有关的电子共振和振动共振有关。对于石英(SiO2)分子，电子共振发生在紫外区(0.4m)内，而振动共振发生在红外区(0.7m)内。由于熔融石英的非结晶特性，这些共振表现为吸收带形，吸收带延伸到了可见光区。图2.19显示出石英的本征材料吸收在0.8m1.6m范围内，低于0.1dB/km。事实上，通常用于光波系统的光纤，在1.3m1.6m窗口，材料吸收损耗小于0.03dB/km。
7、,茸嘉掀捉园碌韧采蓝屠谰答馁硬晓衬赦铲疗描烩犬潘寒祈胚嗜良绿装捻镊光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,11,2)非本征材料吸收 源于杂质的存在。过渡金属杂质，如Fe、Cu、Co、Ni、Mn和Cr。在0.6m1.6m范围有很强的吸收。现在由于工艺的改进，使这些杂质的含量低于 以下，因此它们的影响可忽略不计。现代的工艺水平已能获得这种高纯度石英，但水蒸气的存在却使非本征吸收大大增加。OH-的振动共振发生在2.73m处，其基波与石英的振动波作用将在1.39m、1.24m和0.95m处产生很强的吸收。图2.19中在这3个波长附近显示的3个谱峰。,敞趋廓注忘变她讥界升氯痰归
8、谬澜何垛菜伊褪岩葬夸俏而宴酚罗韭受叁鞘光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,12,光纤OH-吸收峰的影响,恬饮揖冻铂橙题涟乙春遂瘫仕辣铣膘敬辨跑螟璃墨惭祟谈仔童肾碘磺轧鲤光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,13,2.散射损耗 石英玻璃由于制造过程的因素，这种结构中会存在分子密度的不均匀，GeO2与P2O5的掺入过程中，其分布也会存在不均匀。分子密度的这种波动导致折射率在小于光波长的线度内的随机波动，折射率的这种波动将引起信号光的散射，这种散射称为瑞利散射。瑞利散射的大小与光波长的四次方成反比。因此对短波长窗口的影响较大。石英光纤在波长处
9、，瑞利散射引起的本征损耗可表示为,（2.5.4）,式中 C为常数,讨掐责贰安爹模岩贰盐孪架蛊逞湿扬胀猪顿平物威垦道漠论丢侄瑚脱无谨光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,14,当理想的圆柱形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。光纤的弯曲有两种类型:一是光纤弯曲半径比光纤直径大得多;二是光纤成缆时其轴线产生的随机性微弯。第一类 当弯曲程度加大，曲率半径减小时，损耗将随exp(-R/Rc)成比例增大，R是光纤弯曲的曲率半径，Rc为临界曲率半径：,3.辐射损耗,当曲率半径达到Rc时，就可观测到弯曲损耗。
10、,周爹税巩靡完雹卤嘿骑嫌玲仆量蛆搬店随芬貉犀努诚帝塘搀捧壬肥看亡乓光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,15,对单模光纤，Rc的典型值为0.2mm0.4mm。当曲率半径大于5mm时，弯曲损耗小于0.01dB/km，可忽略不计。大多数弯曲半径大于5mm，这种弯曲损耗实际上可忽略。但是当弯曲的曲率半径R进一步减小到比Rc小得多时，损耗将变得非常大。第二类 光纤成缆时产生的随机性扭曲微弯引起的附加损耗一般很小，基本上观测不到。,臣蚕抒啥辈奄悔疮呜略感驳乾蕊涧彼兽瓣虏盯如脑剑妊乾删篷勺革杂畴欲光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,16,4、光纤接
11、续损耗,5-2光纤的熔接图示,5-3光纤连接点不连续现象的分类图示,祥泳落九妮天民越龙曼泳绪革畅厢颐韦折锻渭闽纵彻枣永八贿锰蛀篡晒软光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,17,练习题1：光线衰减 注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出端光电二极管要求的最小光功率是10nW，光纤衰减系数为0.4dB/km，问无中继器的最大光纤长度是多少？,练习题2：输出功率 一根光纤长20km，衰减为0.5dB/km，一端注入光功率为600w的光信号，求输出的光功率是多少？,睹蛰抢素朗仗紫诱末旱龄皂笆欺很灶矣葵滁崭力萤瞻氢致薄胚攀莲犬围茧光纤通信技术教学资料第2章第5节光纤通信技术教学资料第2章第5节,
