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光纖衰減是怎樣產(chǎn)生的?

在通信工程中,光纖的應用范圍越來越廣。但是,光纖在使用過程中,多多少少會產(chǎn)生衰減現(xiàn)象,造成一定的光損耗。那么,造成這一現(xiàn)象的原因究竟有哪些呢?

當光從光纖的一端射入,從另一端射出時,光的強度會減弱。光信號通過光纖傳播后,光能量損耗了一部分,這說明是光纖中的某些物質(zhì)或某種原因,阻擋了光信號的通過。

所謂損耗,是指光纖每單位長度上的衰減,單位為dB/km,光纖損耗的高低直接影響著光纖的傳輸距離和中繼站間隔距離。因此,要想使光信號暢通無阻的傳輸,就必須降低光纖的損耗。

光纖的損耗可以分為光纖的附加損耗和固有損耗:附加損耗是光纖在鋪設過程中因人為因素造成的。在實際運用中,工程師們不可避免地要進行熔接這一過程,將光纖一根接一根的連接起來,連接過程中會產(chǎn)生一定損耗。同時,光纖的彎曲、拉伸受力、擠壓也會引起損耗。這些都是光纖使用過程中引起的損耗。如果注意使用的方法和技巧,附加損耗是可以極力避免的。

固有損耗包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗。其中,散射損耗和吸收損耗是由光纖材料本身的特性決定的,工作波長不同,光纖的固有損耗也會不同。本文重點講解光纖的固有損耗。

光纖損耗

散射損耗

空氣中懸浮著許多煙霧、灰塵等微小顆粒物,組成這些顆粒物的分子、原子、電子等離子以某些固有頻率進行振動并釋放出與該頻率相對應的光。但是這種振動并不是自行產(chǎn)生的,需要一定的能量。如果粒子受到一定波長的光照射,照射光的頻率與該粒子固有振動頻率相同,就會引起共振,粒子內(nèi)的電子便以該振動頻率振動,使粒子向四面八方散射。粒子將入射光的能量吸收,重新以光能的形式散射出去。

光纖內(nèi)部也存在著瑞利散射,由此產(chǎn)生的光損耗稱為瑞利散射損耗。目前的光纖制造工藝水平還無法完全避免這一損耗,但是,由于瑞利散射損耗的大小與光波長的4次方成反比,所以光纖工作在波長區(qū)時,瑞利散射損耗的影響會大大減小。

吸收損耗

光纖的材料和其中的雜質(zhì)會吸收光能,把光能以熱能的形式消耗于光纖中。這種形式的損耗在光纖總損耗中所占比重較大。吸收損耗包括以下幾種:

1、物質(zhì)本征吸收損耗。這是物質(zhì)固有的吸收引起的損耗。它有兩個頻帶:一個在近紅外的8~12μm區(qū)域里,這個波段的本征吸收是由于振動。另一個物質(zhì)固有吸收帶在紫外波段,當吸收很強時,它的尾巴會拖到0.7~1.1μm波段里去。2、摻雜劑和雜質(zhì)離子引起的吸收損耗。光纖材料中含有躍遷金屬,如鐵、銅、鉻等,它們有各自的吸收峰和吸收帶并隨它們價態(tài)不同而發(fā)生改變。由躍遷金屬離子吸收引起的光纖損耗取決于它們的濃度。另外,OH-的存在也會產(chǎn)生吸收損耗,OH-的基本吸收極峰在2.7μm附近,吸收帶在0.5~1.0μm之間。對于純石英光纖來說,雜質(zhì)引起的損耗影響很小,可以忽略不計。

3、原子缺陷吸收損耗。光纖材料由于受熱或強烈的輻射,會產(chǎn)生原子的缺陷,吸收光能,產(chǎn)生損耗。一般情況下,這種影響較小。

結(jié)構(gòu)不完善等引起的損耗

光纖結(jié)構(gòu)的不完善包括光纖中有氣泡、雜質(zhì)或者粗細不均等現(xiàn)象,特別是芯-包層交界面不平滑。當光傳輸?shù)竭@些地方時,就會有一部分光散射到各個方向,造成損耗。

隨著網(wǎng)絡的發(fā)展和普及,近年來,光纖通信在眾多領域得到了廣泛應用。工程師們在提高傳輸帶寬的同時,也從光纖損耗入手,不斷研發(fā)更低損耗的光纖,提高傳輸效率。因此,了解和降低光纖的損耗對光纖通信有著重要的現(xiàn)實意義。