光纤的色散

3. 附加损耗 附加损耗属于来自外部的损耗， 称为应用损耗或辐 射损耗。 如在成缆、 施工安装和使用运行中使光纤扭曲、
侧压等造成光纤宏弯曲和微弯曲所形成的损耗等。 微弯
曲是在光纤成缆时随机性弯曲产生的，所引起附加损耗一 般很小，光纤宏弯曲损耗是最主要的。 在光缆接续和施
工过程中，不可避免地出现弯曲，弯曲到一定曲率半径时，
时延差的单位：s 色散的程度可用时延差来表示，时延差越大，色散就越严 重。
3、色散的种类及产生原因 (1)模式色散：在多模光纤中，不同模式在同一频率下传 输，各种模沿不同的路径走向终端，其路径长短不同， 在终端会合时就会发生脉冲展宽。(只存在于多模光纤 中)。在阶跃多模光纤中，模式色散是造成脉冲展宽的主 要原因，要比波导色散和材料色散高出1～2个数量级。 (2)材料色散：由于纤芯、包层材料的折射率是波长的函 数、材料折射率随光波长非线性变化造成的，不同的频
的氢氧根离子的吸收。
过渡金属正离子吸收包括Cu2+，Fe2+，Cr2+，Ni2+， Mn2+，V2+，Po2+等，其电子结构产生边带吸收峰(0.5～1.1 μm)，造成损耗。 由于工艺改进，这些杂质含量低于10－9 以下，影响已忽略不计。 OH－1根负离子的吸收峰在0.95 μm、 1.23 μm和1.37 μm，由于工艺改进，降低了OH－1浓 度，吸收峰影响已忽略不计。
2. 散射损耗
由于光纤的材料、 形状及折射率分布等的缺陷或不均匀，
光纤中传导的光散射，从而使一部分光不能到达收端所产生 的损耗称为散射损耗。 散射损耗包括线性散射损耗和非线性散射损耗。 线性和 非线性主要是指散射损耗所引起的损耗功率与传播模式的功
率是否成线性关系。
线性散射损耗主要包括瑞利散射损耗和波导散射损耗， 非线性散射损耗主要包括受激拉曼散射和受激布里渊散射等。
输中断。 Rc估算公式为
3n Rc 2 3/ 2 4π(n12 n2 )
2 1
（2） 光纤微弯曲是由于护套不均匀或成缆时产生不均 匀侧向压力引起的，造成光纤轴线的曲率半径重复变化。
这时弯曲的曲率半径不一定小于临界半径，但这种周期性
变化引起光纤中导模与辐射模间反复耦合，使一部分光能
量变成辐射模损耗掉，如图2-5-3所示。
第二章 光纤技术
第二节 光纤的设计理论 第三节 光纤产品介绍
第二节 光纤的设计理论 一、色散
1、色散：色散是指一束不同颜色的光通过透光物质后被
散开的现象。 一束白光通过一块玻璃三棱镜变成五颜六
色的光带，这就是简单的色散现象。
2、光纤的色散：由于光纤中光信号中的不同频率成分或不 同的模式，在光纤中传输时，由于速度的不同而使得传播时
Pout 10 1g[ ] L Pin
(dB/km)
例1
一段30 km的光纤链路，其损耗为0.5 dB/km。
如果在接收端保持0.3 μW 的接收光功率，则发送端的功
率至少为多少？ 解 根据公式
Pout 10 1g[ ] (dB/km) L Pin
由题意得：
10 0.3 μW 0.5(dB/km) 1g[ ] 30 Pmin
会产生辐射损耗。 （1）宏弯曲：如果光纤弯曲半径比光纤直径大得多， 称为宏弯曲损耗αT， 如图2-5-2所示。
图2-5-2 光纤宏弯曲损耗
宏弯曲损耗可近似表示为 αT=C1 exp(－C2R)
式中，R为光纤弯曲的曲率半径，C1与C2为与曲率半径R无
关的常数。 宏弯曲比较轻微，附加损耗很小，但随着弯曲曲率半 径的减小，损耗按指数增大。 到达某个临界值Rc时，若进 一步减小弯曲半径，损耗会突然变得非常大，甚至导致传
解得Pmin=9.49 μW。
光纤通信可以说是伴随着光纤制造水平不断提高的， 即随着光纤损耗的不断降低而发展起来的。 造成光纤损耗 的原因很多，主要有吸收损耗、 散射损耗和附加损耗，其 损耗产生机理也非常复杂，简要说明如表2-2所示。
1. 吸收损耗
吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能转化
率传输速度不同，对于谱宽较宽的信号，经过传输后产 生脉冲展宽的现象。
(3)波导色散：由于光纤的纤芯与包层的折射率差很小， 因此在交界面产生全反射时，就可能有一部分光进入包 层之内。这部分光在包层内传输一定距离后，又可能回 到纤芯中继续传输。进入包层内的这部分光强的大小与 光波长有关，这就相当于光传输路径长度随光波波长的 不同而异。把有一定波谱宽度的光源发出的光脉冲射入 光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以 到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。它与材 料色散有同样的数量级
间不同，因此，造成光信号中的不同频率成分或不同模式的
光到达光纤终端有先有后，形成时间的展宽，从而产生波形 畸变的一种现象。
3、表示方法：色散的大小用时延差Δ 表示 不同速度的信号传输同样的距离所需的时间不同，即各 信号的时延不同，这种时延上的差别称为时延差，用Δ 表示。


n1 L c
图2-5-3 光纤微弯曲损耗
三、 光纤产品介绍
国际电信联盟－电信标准部ITU-T(Telecommunication
Standardization Sector of International Telecommunication Union)公布的几种光纤标准如下： 1.G.651光纤（渐变多模光纤） G.651光纤的工作波长有两种：1310nm和1550nm。在 1310nm处具有最小色散值，在1550nm处具有最小衰减系 数。按照纤芯/包层尺寸，G.651进一步分为4种，它们的纤 芯/包层直径/数值孔径分别为50/125/0.200， 62.5/125/0.275，85/125/0.275和100/140/0.316.
三ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光纤的损耗特性
光纤的损耗：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加而
光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。由于损耗的存 在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字信 号，其幅度都要减小。光纤的损耗在很大程度上决定了系 统的传输距离。
光纤损耗定义:长度为L(km)的光纤输出端光功率Pout与输 入端光功率Pin的比值，用分贝(dB)表示。 通常光纤损耗用单位长度的分贝(dB/km)数表示，定义为
为热能，从而造成光功率的损失。 造成吸收损耗的原因 很多，但都与光纤材料有关，下面主要介绍本征吸收和杂 质吸收。 1） 本征吸收
本征吸收是光纤基本材料（例如纯二氧化硅）固有的
吸收，并不是由杂质或者缺陷引起的。 因此，本征吸收 基本上确定了任何特定材料的吸收下限。
2） 杂质吸收
杂质吸收是由材料的不纯净和工艺的不完善而造成的 附加吸收损耗。 影响最严重的是过渡金属离子的吸收和水