第八讲 光纤的损耗
光纤损耗方式
光纤损耗方式光纤是一种用于传输光信号的纤维材料，它具有高带宽、低延迟和抗干扰等优点，被广泛应用于通信、医疗、军事等领域。
然而，在光纤传输过程中，由于各种因素的干扰和影响，会导致光信号的损耗。
本文将重点讨论光纤损耗的方式及其影响因素。
光纤损耗主要包括衰减损耗和散射损耗两种方式。
衰减损耗是指光信号在传输过程中逐渐减弱的现象，主要由吸收损耗、弯曲损耗和色散损耗等因素引起。
吸收损耗是指光信号被介质中的杂质或材料吸收而减弱，特别是在光纤材料中存在的杂质、材料杂质以及接头和连接器等部件的存在，都会导致光信号的吸收损耗。
弯曲损耗是指光信号在光纤弯曲时由于光的全反射条件破坏而发生的损耗，光信号会从光纤中泄露出去，导致信号减弱。
色散损耗是指光信号在光纤传输过程中由于光的频率不同而引起的损耗，光信号会发生频率的扩散，使得信号减弱。
散射损耗是指光信号在光纤中发生散射而产生的损耗。
散射损耗主要包括布拉格散射、拉曼散射和Rayleigh散射等。
布拉格散射是指光信号在光纤中与光纤中的晶格结构相互作用而散射的现象，它会导致光信号的能量转移到其他频率上，从而引起信号的损耗。
拉曼散射是指光信号在光纤中与光纤材料的分子或晶格振动相互作用而散射的现象，它会导致光信号的频率发生变化，从而引起信号的损耗。
Rayleigh散射是指光信号在光纤中与光纤材料的不均匀性相互作用而散射的现象，它会导致光信号在传输过程中不断地发生散射，从而引起信号的损耗。
光纤的损耗受到多种因素的影响。
首先，光纤的材料和纤芯直径会影响光信号的损耗程度，通常采用低损耗和大直径的光纤可以减少损耗。
其次，光纤的连接器和接头也会引起损耗，所以在设计和安装光纤连接时需要注意减少连接器和接头的数量和质量。
此外，光纤的弯曲半径也会影响损耗，过小的弯曲半径会导致光信号的泄露和损耗。
最后，光纤的长度也是影响损耗的因素之一，光信号在传输过程中会逐渐减弱，所以在设计光纤传输系统时需要考虑光纤的长度。
通信工程设计与监理《光纤的损耗特性教案》
知识点光纤的损耗特性
一、教学目标：
理解光纤的损耗特性
二、教学重点、难点：
重点掌握光纤的损耗特性和损耗影响。
三、教学过程设计：
1知识点说明
为了保障光纤通信线路的可靠性和使用寿命，光纤的损耗特性是非常重要的性能参数。
2知识点内容
1）损耗的概念
2）光纤的损耗特性
3知识点讲解
3）讲解损耗的定义及计算公式，损耗系数的定义和概念，以及何种因素引起了光纤的损耗。
4）讲解光纤的损耗变化曲线，光纤的3个工作窗口对应的损耗，举例说明损耗在光通信中对信号损耗的影响，以及对传输容量的影响。
四、课后作业或思考题：
1、光纤的三个工作窗口和损耗的关系？
一般的光纤在波长～μm之间有三个衰耗顶峰，每两个衰耗峰之间有一个相对低的衰耗区域，这三个波长区域被用作光纤通信的可用波长段。
光纤有三个低损耗窗口：〔1〕μm附近，损耗2 ～4dB/m;〔2〕μm附近，损耗约m;〔3〕μm附近，损耗约m。
五、本节小结：
为了保障光纤通信线路的可靠性和使用寿命，光纤的损耗特性是非常重要的性能参数。
光纤损耗
为什么衰减造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。
挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
当光从光纤的一端射入，从另一端射出时，光的强度会减弱。
这意味着光信号通过光纤传播后，光能量衰减了一部分。
这说明光纤中有某些物质或因某种原因，阻挡光信号通过。
这就是光纤的传输损耗。
只有降低光纤损耗，才能使光信号畅通无阻。
光纤损耗的分类光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。
具体细分如下：光纤损耗可分为固有损耗和附加损耗。
固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。
附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
其中，附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。
在实际应用中，不可避免地要将光纤一根接一根地接起来，光纤连接会产生损耗。
光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。
这些都是光纤使用条件引起的损耗。
究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化。
附加损耗是可以尽量避免的。
下面，我们只讨论光纤的固有损耗。
固有损耗中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。
搞清楚产生损耗的机理，定量地分析各种因素引起的损耗的大小，对于研制低损耗光纤，合理使用光纤有着极其重要的意义。
材料的吸收损耗制造光纤的材料能够吸收光能。
光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动、发热，而将能量散失掉，这样就产生了吸收损耗。
我们知道，物质是由原子、分子构成的，而原子又由原子核和核外电子组成，电子以一定的轨道围绕原子核旋转。
什么是光纤损耗光纤损耗有哪些分类
什么是光纤损耗光纤损耗有哪些分类导读光纤损耗是光纤传输的重要指标，对光纤通信的传输距离有决定性的影响。
那么，什么是光纤损耗？光纤损耗有哪些分类呢？光纤损耗是光纤传输的重要指标，对光纤通信的传输距离有决定性的影响。
那么，什么是光纤损耗？光纤损耗有哪些分类呢？什么是光纤损耗实现光纤通信，一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。
光纤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。
光纤损耗有哪些分类一、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。
（1）紫外吸收光纤损耗光纤材料的电子吸收入射光能量跃迁到高的能级，同时引起入射光的能量损耗，一般发生在短波长范围。
（2）红外吸收光纤损耗光波与光纤晶格相互作用，一部分光波能量传递给晶格，使其振动加剧，从而引起的损耗。
（3）本征吸收曲线2、不纯物的吸收，主要是光纤材料中含有铁、铜、铬等离子，还有OH-。
金属离子含量越多，造成的损耗就越大，只要严格控制这些金属离子的含量。
可以使它们造成的损耗迅速下降。
它们对短波长的影响很大，对长波长的影响较小。
OH-离子在1.38μm、0.95μm二个波长上有吸收损耗峰，以1.38μm上的吸收最严重，在1.25μm波长上也有小的吸收峰。
如把OH-离子含量降到十亿分之一以下，在1.38μm波长上的吸收损耗可以忽略不计，使整个长波长区成为平坦的无吸收损耗区（见图中1980年的曲线）。
3、原子缺陷吸收是光纤在制造过程中玻璃受到热激励或受强辐射时，产生原子缺陷而造成的损耗。
光纤损耗特性及色散特性
散射损耗
光在通过密度或折射率等不不均匀的物质时， 除了在光的传播方向以外，在其他方向也可以 看到光，这种现象称为光的散射。 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分 布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生 散射，由此产生的损耗为散射损耗。 散射损耗中主要是瑞利散射和结构缺陷散射对 光纤通信的影响比较大。
光纤的损耗特性及色散特性
June 2011 Alex Wang
损耗特性
光纤损耗：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。 损耗原因：光纤本身损耗、光纤与光源的耦合 损耗以及光纤之间的连接损耗。 本身损耗：吸收损耗和散射损耗
吸收损耗
吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分变 成热能，造成光功率的损失，与光纤材料有关， 主要分为本征吸收和杂质吸收。
瑞利散射
属于光纤的本征散射损耗，主要是由于光纤材 料的折射率随机性变化而引起。 材料折射率变化是由于密度不均匀或内部应力 不均匀而产生。 瑞利散射损耗与光波长的四次方成反比，随波 长的增加而急剧减小，在短波长0.85um处对 损耗的影响最大。
结构缺陷散射
光纤在制作过程中，由于结构缺陷（如光纤中 的气泡、未发生反应的源材料以及纤芯和包层 交界处粗糙），将会产生散射损耗，与波长无 关。
色散的表示方法源自色散的大小用时延差表示。 时延是指信号传输单位长度时所需要的时间。 时延差是指不同速度的信号，传输同样的距离， 需要不同的时间，即各信号的时延不同，这种 时延上的差别，称为时延差。
《光纤损耗和色散》课件
色散评估指标：色散系数、色散斜 率、色散带宽等
色散评估应用：光纤通信系统设计、 光纤选型、光纤性能评估等
光纤损耗和色散的关系
损耗和色散的相互影响
光纤损耗：光在光纤中传输时，由于各种原因导致的能量损失
色散：光在光纤中传输时，由于不同波长的光速不同，导致光脉冲在传输过程中发生展宽和变 形的现象
损耗与色散的关系：损耗和色散是相互影响的，损耗越大，色散越严重
光纤损耗和色散
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Hale Waihona Puke 单击输入目录标题 光纤损耗 光纤色散 光纤损耗和色散的关系 光纤损耗和色散的应用
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光纤损耗
定义和分类
分类：根据损耗原因，可以 分为吸收损耗、散射损耗和 弯曲损耗
光纤损耗：光纤在传输过程 中由于各种原因导致的光能 损失
吸收损耗：光纤材料对光的 吸收导致的损耗
添加 标题
材料色散：由于光纤材料对不同波长的光的 折射率不同，导致光脉冲在传播过程中发生 展宽和变形的现象。
添加 标题
波导色散：由于光纤中不同模式的光速不同， 导致光脉冲在传播过程中发生展宽和变形的 现象。
影响色散的因素
光纤材料：不同材料对色散的影响不同 光纤长度：光纤越长，色散越严重 光纤直径：直径越大，色散越小 光纤温度：温度越高，色散越严重 光纤弯曲：弯曲程度越大，色散越严重 光纤折射率：折射率越高，色散越小
降低色散的方法
采用低色散光纤，如G.652光纤 采用色散补偿技术，如色散补偿光纤 采用色散补偿设备，如色散补偿器 采用色散补偿算法，如色散补偿软件
色散的测量和评估
色散测量方法：光谱分析法、干涉 法、光时域反射法等
色散测量设备：光谱分析仪、干涉 仪、光时域反射仪等
光纤损耗和色散
采用更先进的调制技术可以提高光信号的抗干扰能力和传输效率， 进一步降低光纤损耗和色散对通信系统的影响。
智能光网络技术
结合人工智能、大数据等技术，发展智能光网络技术，实现光网络的 自动化管理和优化，提高网络运行效率和资源利用率。
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光纤损耗和色散
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目录
• 光纤损耗概述 • 光纤色散概述 • 光纤损耗与色散关系 • 光纤损耗和色散测量方法 • 降低光纤损耗和色散技术 • 光纤损耗和色散应用前景
01 光纤损耗概述
损耗定义及分类
损耗定义
光信号在光纤中传输时，由于吸收、散射等原因导致的光功 率损失。
损耗分类
根据损耗产生的机理，可分为吸收损耗、散射损耗和辐射损 耗等。
色散影响
色散会导致光信号在传输过程中发生畸变，严重影响通信 质量。在长距离无中继光传输系统中，需要对色散进行有 效的补偿和管理。
系统稳定性要求
长距离无中继光传输系统对设备的稳定性和可靠性要求极 高，需要采取一系列措施来保障系统的长期稳定运行。
未来发展趋势及展望
新型光纤材料研发
随着材料科学的不断进步，研发具有更低损耗、更高带宽的新型光 纤材料将成为未来发展的重要方向。
色散会降低光纤通信系统的带宽，使得系 统无法支持高速率、大容量的数据传输。
03 光纤损耗与色散关系
损耗对色散影响
损耗导致光信号幅度降低
光纤传输过程中，光信号会受到损耗，导致信号幅度逐渐降低。这会影响色散 性能，因为色散是与光信号幅度相关的现象。
不同波长损耗差异
光纤对不同波长的光信号具有不同的损耗特性。这种波长依赖性损耗会导致色 散现象的发生，因为不同波长的光信号在光纤中传播速度不同。
光纤损耗产生的原因
光纤损耗产生的原因
光纤损耗是指光信号在光纤传输过程中的能量损失，这是光纤通信中不可避免的问题。
光纤损耗的产生原因有很多，下面我们来详细了解一下。
1. 吸收损耗
光纤中的材料会吸收光信号的能量，导致光信号的强度降低。
这种损耗主要是由光纤材料中的杂质、水分、氧化物等引起的。
其中，水分是光纤中最主要的吸收因素之一，因此在光纤制造过程中需要严格控制水分含量。
2. 散射损耗
光纤中的材料不是完全均匀的，会存在微小的不均匀性，这些不均匀性会导致光信号的散射。
散射损耗主要分为两种：拉曼散射和瑞利散射。
拉曼散射是由于光子与分子之间的相互作用而产生的，瑞利散射则是由于光子与材料中的微小不均匀性之间的相互作用而产生的。
3. 弯曲损耗
光纤在弯曲时，光信号会因为弯曲而发生损耗。
这是因为光信号在弯曲处会发生反射和散射，导致光信号的强度降低。
因此，在光纤的安装和使用过程中，需要避免过度弯曲光纤。
4. 连接损耗
光纤连接器的质量和连接方式会影响光信号的传输质量。
连接器的不良质量或者连接方式不正确会导致光信号的反射和散射，从而产生连接损耗。
5. 光纤长度
光纤的长度也会影响光信号的传输质量。
光信号在光纤中传输时会发生衰减，随着光纤长度的增加，光信号的衰减也会增加。
光纤损耗产生的原因有很多，其中吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗、连接损耗和光纤长度是主要的原因。
在光纤通信中，需要采取一系列措施来减少光纤损耗，以提高光信号的传输质量。
研究光纤通信系统中的光纤损耗和传输效率
研究光纤通信系统中的光纤损耗和传输效率光纤通信系统是现代通信领域中非常重要的一种通信技术，它通过光信号在光纤中的传输实现信息的传送。
光纤的损耗和传输效率是光纤通信系统中的两个关键指标。
本文将重点研究光纤通信系统中的光纤损耗和传输效率，并对其影响因素进行详细的讨论和分析。
1. 光纤损耗的概念和分类光纤的损耗是光信号在光纤传输过程中能量的减少。
根据光信号的减弱程度可以将光纤损耗分为以下几个分类：(1) 吸收损耗：光信号在光纤材料中发生的吸收现象导致能量减少，是光纤损耗中最主要的一种类型。
其中有机物质、无机物质和杂质等都会对光信号产生吸收现象。
(2) 散射损耗：光信号在光纤中遇到界面、杂质、缺陷等会发生散射现象，从而导致能量的减少。
散射损耗对光纤的传输效率有重要影响。
(3) 弯曲损耗：光纤在弯曲或扭曲时会发生一定的能量损耗，对于柔性光纤来说，弯曲损耗会更加显著。
(4) 耦合损耗：光纤和其他光元件之间的接触存在光的能量耦合现象，从而导致光信号的损耗。
(5) 其他损耗：光纤在传输过程中还会发生其他类型的损耗，如温度引起的损耗、强光作用引起的损耗等。
2. 光纤损耗的影响因素光纤损耗的大小与多种因素有关，下面将详细介绍几个主要的影响因素。
(1) 光纤材料的选择：光纤材料的吸收系数决定了光纤的吸收损耗的大小，因此选择透明度高、吸收系数低的材料是降低损耗的关键。
(2) 光纤纯度：光纤材料中的杂质会导致光信号的吸收，因此制备过程中需要控制杂质含量，提高光纤的纯度。
(3) 光纤结构：光纤的结构参数会影响光信号的散射损耗和弯曲损耗。
合理设计光纤的结构可以降低损耗。
(4) 光信号的波长：不同波长的光信号在光纤中的传输损耗也不一样，选择传输损耗较小的波长可以提高传输效率。
(5) 光纤连接方式：光纤与其他光元件之间的耦合方式会影响光信号的损耗，合适的连接方式能降低损耗。
3. 光纤传输效率的概念和影响因素光纤传输效率是指光纤通信系统中信号传输的质量和速率。
光纤损耗计算公式
光纤损耗计算公式光纤损耗是指信号在光纤中传输时因光纤材料的吸收、散射以及接口衰减等因素引起的信号强度降低。
光纤损耗的计算公式涉及到不同的损耗机制，下面将介绍常见的几种损耗计算公式。
光纤吸收损耗是指光信号在光纤中被光纤材料吸收而引起的损耗。
光纤吸收损耗与导纳的平方成正比，可以用以下公式计算：α=4.343×κ×a其中，α为单位长度光纤的吸收损耗（dB/m），κ为波导模式的电磁场分布延伸到光纤外部的波导模式系数，a为光纤截面的平均吸收率。
光纤散射损耗是指光信号在光纤中因光纤材料的不均匀性导致的光信号散射引起的损耗。
光纤散射损耗与光纤长度成正比，可以用以下公式计算：α = 10 × log(1/R)其中，α为单位长度光纤的散射损耗（dB/m），R为光纤的散射损耗系数。
3.光纤接口衰减计算公式光纤接口衰减是指光信号从光纤传输到其他器件时，由于光信号与其他器件的接触引起的光信号强度降低。
光纤接口衰减可以用以下公式计算：α = -10 × log(T)其中，α为光纤的接口衰减（dB），T为光纤与其他器件的透过率。
光纤总损耗是指光信号在光纤中传输时各种损耗机制引起的总体损耗。
光纤总损耗可以用以下公式计算：L=α×d其中，L为光纤的总损耗（dB），α为单位长度光纤的总损耗（dB/m），d为光纤的长度（m）。
以上是常见的光纤损耗计算公式，不同类型的光纤损耗机制可能略有不同，但上述公式可以作为基本参考。
实际应用中，还需考虑光纤的传输方式、环境因素和信号频率等因素对损耗的影响，并结合实际情况进行修正。
光纤的损耗
光纤的损耗:损耗指光信号功率传输每单位长度衰减的程度,用分贝/公里(dB/km)表示为什么衰减造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。
挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
当光从光纤的一端射入，从另一端射出时，光的强度会减弱。
这意味着光信号通过光纤传播后，光能量衰减了一部分。
这说明光纤中有某些物质或因某种原因，阻挡光信号通过。
这就是光纤的传输损耗。
只有降低光纤损耗，才能使光信号畅通无阻。
光纤损耗的分类光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。
具体细分如下：光纤损耗可分为固有损耗和附加损耗。
固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。
附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
其中，附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。
在实际应用中，不可避免地要将光纤一根接一根地接起来，光纤连接会产生损耗。
光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。
这些都是光纤使用条件引起的损耗。
究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化。
附加损耗是可以尽量避免的。
下面，我们只讨论光纤的固有损耗。
固有损耗中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。
搞清楚产生损耗的机理，定量地分析各种因素引起的损耗的大小，对于研制低损耗光纤，合理使用光纤有着极其重要的意义。
材料的吸收损耗制造光纤的材料能够吸收光能。
光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动、发热，而将能量散失掉，这样就产生了吸收损耗。
光纤光学-光纤损耗
宏弯损耗
• 光纤的曲率半径比光纤直径大的多的弯 曲（宏弯）引起的附加损耗，主要原因 有：路由转弯和敷设中的弯曲；光纤光 缆的各种预留造成的弯曲（预留圈、各 种拿弯、自然弯曲）；接头盒中光纤的 盘留、机房及设备内尾纤的盘绕等。
弯曲损耗的利用
• (1)模式过滤器：过滤就是对高级模式的去除， 只要弯曲一下，光纤就可以作为模式过滤器。
光纤和光源的耦合损耗
光源： • 半导体激光器 LD • 半导体发光二级管 LED 耦合方法： • 直接耦合 • 加透镜耦合
半导体激光器
• 发光特点 半导体激光器的发光区是窄条形的发光 区域，它的发光区域很薄，只有大约0.3 μm。半导体激光器的发光强度在其谐振 腔内中的谐振腔外部的空间按一定的规 律分布。半导体激光器发射的光束的强 度分布在空间上是不对称的，它所发射 的光的远场图形是一种细长的椭圆果光纤弯曲的曲率半径太小，将引起光的传 播途径的改变，使光从纤芯渗透到包层，甚至 有可能穿过包层向外渗漏。在正常情况下，光 在光纤里沿轴向传播的常数卢应满足：n2k0< β< n1k0。当光纤弯曲时，光在弯曲部分中进行 传输，要想保持同相位的电场和磁场在一个平 面里，则越靠近外侧，其速度就会越大。当传 到某一位置时，其相速度就会超过光速，这意 味着传导模要变成辐射模，所以，光束功率的 一部分会损耗掉，这也就意味着衰减将会增加。
微弯损耗在检测与自控技术中的应用
(1)光纤微弯及多圈螺旋式传感器 • 光纤微弯可有多种弯曲变形形式，当被测物受
到外界影响时，光纤发生弯曲变形，通过检测 光纤内传输的光功率变化量而定出被测量。为 了提高灵敏度，将微弯曲传感光纤做成多圈螺 旋管状，图2所示是一种小位移微弯传感器结 构，位移较小时，测量板的位移量与光纤传输 的光功率变化基本上成线性关系。 • (2)齿条式传感器 • 3)结合OTDR，利用微弯损耗可以准确找出光纤 接续点，确定光纤序号，判定高损耗点等。
光纤的损耗和色散ppt课件
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柔性光纤的优点
对光的约束增强 在任意波段均可实现单模传输：调节空气孔径之间的距离 可以实现光纤色散的灵活设计 减少光纤中的非线性效应 抗侧压性能增强
ppt课件.
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光纤损耗的度量
光信号在光纤中传播时，其功率随距离L的增加呈指数衰减：
可以通过损耗系数来Po衡ut量Pin光e纤L 链路的损耗特性：
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模内色散 - 群速度色散 (GVD)
信号分量的群速率是频率/波长的函数：
即不同的频率分量v间g 存dd在群时dd延 差1。信号在传输了距离L后，
频率分量经历的延时为：
T L L d
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光纤的损耗
主要内容
色散及其引起的信号失真
单模光纤的色散优化
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3.2 色散引起的信号失真
光信号包含不同的频率、模式、偏振分量
光源输出有一定谱宽： 100 KHz~10 MHz 信号具有不同的频谱分量
f
ppt课件.
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色散的定义
色散使信号不同的成分传播速度不同，使信号在目的端产生 码间干扰，给信号的最后判决造成困难
基本损耗
宏弯损耗
微弯 损耗
长波长处附加损耗显著
V2 an1 2n2 21/22 aNA
2 W 0 2 a 0 . 6 1 . 6 5 V 3 1 / 2 2 . 8 9 V 6 7
增加，V减少，W0越大
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宏弯带来的应用局限：Verizon的 烦恼
Verizon钟爱光纤：花费230亿美元配置了12.9万公里长的光 纤，直接连到180万用户家中，提供高速因特网和电视服务
材料本身 (如SiO2) 的特性决定，即便波导结 构非常完美而且材料不含任何杂质也会存在 本征吸收
光纤损耗的计算公式
光纤损耗的计算公式
光纤损耗是指光信号在传输过程中由于光纤本身的性质或外界
环境的影响而逐渐减弱的现象。
光纤的损耗包括衰减、散射和弯曲损耗等。
计算光纤损耗时需要考虑多种因素，如光源功率、光纤长度、光纤直径、光纤材料等。
根据不同的光纤材料和光源类型，计算光纤损耗的公式也不同。
其中，常见的计算光纤损耗的公式如下：
1. 对于单模光纤，光纤损耗的计算公式为：损耗（dB/km）=0.4λ/（nπa）+0.04λ+0.017
其中，λ为光源波长，n为光纤折射率，a为光纤半径。
2. 对于多模光纤，光纤损耗的计算公式为：损耗（dB/km）=α×L+4/3a/λ
其中，α为光纤衰减系数，L为光纤长度，a为光纤半径，λ为光源波长。
3. 对于光纤光栅传感器，光纤损耗的计算公式为：损耗（dB/km）=0.0125×（Δn/λ）×L/Λ
其中，Δn为光纤折射率变化量，L为光纤长度，Λ为光栅周期。
以上是常见的光纤损耗计算公式，根据不同的应用场景和要求，还可以根据需要进行修正和调整。
- 1 -。
光纤损耗计算公式
光纤损耗计算公式光纤通信技术已经成为现代通信领域的重要组成部分。
光纤通信系统的质量和性能取决于光纤中的信号传输质量。
光纤损耗是衡量光纤信号传输质量的重要指标之一。
在光纤通信系统中，光纤损耗的计算是必不可少的。
本文将介绍光纤损耗计算公式及其应用。
一、光纤损耗的概念光纤损耗是指光纤中光信号的功率损失。
光纤损耗是由各种因素引起的，如光纤材料、光纤长度、光纤接头、光纤弯曲、光纤散射等。
光纤损耗会导致光信号的衰减和失真，影响光纤通信系统的传输质量和性能。
二、光纤损耗的计算公式光纤损耗的计算公式可以用来计算光纤中光信号的功率损失。
光纤损耗的单位通常是分贝（dB）。
光纤损耗计算公式如下：L = 10log(Pi/Po)其中，L为光纤损耗，Pi为光纤的输入功率，Po为光纤的输出功率。
光纤损耗计算公式的原理是将输入功率和输出功率的比值转换为分贝单位。
分贝是一种相对单位，用于表示两个功率之间的比值。
分贝的计算公式如下：dB = 10log(P1/P2)其中，P1和P2分别表示两个功率。
光纤损耗计算公式中的10log表示将输入功率和输出功率的比值转换为分贝单位。
例如，如果输入功率为1mW，输出功率为0.5mW，则光纤损耗为3dB。
如果输入功率为1mW，输出功率为0.1mW，则光纤损耗为10dB。
三、光纤损耗的应用光纤损耗的计算公式在光纤通信系统中具有广泛的应用。
光纤损耗可以用来评估光纤通信系统的传输质量和性能。
光纤损耗越小，光信号传输质量越好。
因此，在光纤通信系统中，需要选择低损耗的光纤材料和光纤接头，以减少光纤损耗。
光纤损耗计算公式还可以用来计算光纤的最大传输距离。
光纤损耗随着光纤长度的增加而增加，当光纤损耗超过一定的阈值时，光信号的质量会急剧下降，无法传输。
因此，光纤的最大传输距离取决于光纤损耗和光纤的其他特性。
四、光纤损耗的影响因素光纤损耗受多种因素的影响，主要包括以下几个方面：1. 光纤材料：不同材料的光纤损耗不同。
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1.4.1.3.1 基本概念 衰减是光波经光纤传输后光功率减少量一种度量， 是光纤一个最重要传输参数，它取决于光纤工作窗口 和长度。
衰减：光在光纤中传输时，平均光功率沿传输光
纤长度Z方向按指数规律递减现象称为光纤衰减（或称 损耗、衰耗）。设在波长λ处，光纤长度为Z=L，衰减 定义：
使水分与光缆中的金属加强材料发生氧化反应，置换出
氢气，引起氢损。
Zn+H2O=H2↑+ZnO 其二，光纤防水石油膏（称纤膏）引入的氢气造成氢损。
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3、原子缺陷吸收衰减（非本征吸收衰减）
原子缺陷吸收衰减是由于光纤在加热过程或者在强
烈辐照下，造成玻璃材料受激产生原子缺陷吸收衰减。 从光纤拉丝成型过程角度分析，当将光纤预制棒加热到 拉丝所需温度1６00-2300℃时，采用骤冷方法进行光纤 拉丝，虽然可在光纤制造过程中，内部原子结构排列形
OH根的吸收谱（浓度10-4）
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2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减） （3）、由氢气导致的吸收衰减 光纤在氢气氛中将会产生氢损。氢损有二种型式： A 、 H 2 分子由于扩散作用而进入光纤，当光源波长滿足 氢分子某二个能带的带隙Eg=hγ的波长时，氢分子将发 生吸收光子的作用过程，使光能量降低，由H2吸收产生 能量损耗，即称之为氢损。这种氢损是可逆的，当光纤
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微弯损耗
微弯的原因：
光纤的生产过程中的带来的不均； 成缆时受到压力不均； 使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同。 导致的后果：造成能量辐射损耗
低阶模功率耦合到高阶模
高阶模功率损耗
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减小微弯的一种办法是在光纤外面一层弹性保护套
2
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减， 即衰减系数反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数 α(λ)定义为：
A / L
式中：L—光纤长度(km)。
P1 10 log P2 L
α(λ)值与选择的光纤长度无关。
间耦合所造成的一种衰减。
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２、波导散射衰减
光纤波导结构上的缺陷，如芯层—包层界面上存在着缺
陷、光纤沉积层缺陷、芯层内含有气泡气疤等都将引起光纤
波导散射衰减，造成整个光纤损耗系数的上升。这类散射损
耗产生的主要原因是预制棒熔炼工艺不完善、拉丝工艺不适
合等，造成光纤粗细不均匀、光纤呈椭圆等。目前的光纤制
3
光纤的损耗
1310 nm : 0.30 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km 塑料多模光纤300dB/km 光纤熔接点损耗：0.2dB/点 光纤熔接点 1点/1km
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
例：现有一单模光纤通信系统，光源为LD，发出光功率10mW， 光纤输出端光探测器要求最小光功率 10nW，若光纤通信系统 工作在1310nm波长窗口，此时光纤衰减系数是0.3dB/Km，那 么请问无需中继器时，光纤通信系统最大无中继距离长度是 多少？
解：由公式可得：
α（λ）=（10/L）logP1（λ）/P2（λ） L=10[logP1（λ）/P2（λ）]/α（λ）
吸收主要有： （1）、碱金属离子吸收衰减。 （2）、氢氧根离子吸收衰减。 （3）、由氢气导致的吸收衰减（氢损）。
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衰减的原因
衰减的原因
衰减的原因
光纤制造中存在一种吸收损耗非常大的 OH－羟基吸收离 子，对低损耗光纤吸收峰值起着唯一决定性作用，
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
（2）、氢氧根离子吸收衰减
造 水 平 ， 可 将 芯 径 的 变 动 控 制 到 <1% ， 相 应 的 散 射 损 耗 <0.03dB/km。
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２、波导散射衰减
为降低光纤波导散射衰减，可以从以下几个方面入手：
①熔炼光纤预制棒时，要严格保证它的均匀性； ②在拉丝工艺上采取精确措施，保持拉丝光纤直径的均匀性； ③应选择使用高精度、稳定性好的光纤拉丝机。 随着光纤制造工艺和水平的提高，光纤波导的结构、尺 寸、性能日趋瑧善，这种波导散射引起的损耗目前已完全可 以控制。
hc /( E2 E1 )
则光纤发生光饱和吸收现象。由此可见，当波长满足一定条 件时，便会发生光吸收。光吸收是指光能转换成光纤物质结 构中的原子（分子、离子或电子）等跃迁、振动、转动能量 或是转换成动能而产生的光能量变换的现象。这种吸收损耗 具有可选择性，即对波长的可选择性。
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衰减的原因
（1）光纤结构不完善 2、波导散射衰减 （2）芯包界面凹凸不平
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1、材料散射衰减
（1）线性散射衰减
线性散射衰减是因为在光纤制造时，熔融态玻璃分子在 冷却过程中随机的无序热运动引起其结构内部的密度和折射 率起伏并产生诸如气泡、杂质、不溶性粒子、晶体结构缺陷 等材料内部不均匀结构，致使光波在光纤内传播时遇到介质
成时，绕过结晶温度，抑制晶体成核、生长，阻止结晶
区的形成，但是还会有极小部分区域产生结晶，这是不 希望的，但实际生产中是不可避免地，在结晶区会形成 晶体常见的结构缺陷 , 如：点缺陷、线缺陷、面缺陷等， 从而引起吸收光能，造成损耗。
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1.4 .1 .3 .2 衰减机理（二）-散 射 衰 减
散 射 衰 减 光物质的散射是指光入射到某种散射物体后在某处 发生极化，并由此发出散射光的现象。当散射光的波长 与入射光相同时，称为弹性散射，弹性散射体尺寸小于 入射光的波长时，称为瑞利散射，弹性散射体尺寸等于 入射光波长时而产生的散射称为梅耶散射。当散射光的
波长与入射光波长不相同时，称为非弹性散射，如布里
渊散射和喇曼散射。
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1.4 .1 .3 .2 衰减机理（二）
散 射 衰 减 散射衰减是以散射的形式将传播中的光能辐射出光 纤外的一种损耗。它主要是由于光纤非结晶材料在微观 空间的颗粒状结构和玻璃中存在的气泡、微裂纹、杂质
及未熔化的生料粒子、结构缺陷等在这种材料上的不均
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1.4 .1 .3 .2 衰减机理（三）-光纤弯曲衰
减
光纤弯曲衰减
光纤的弯曲有两种形式：一种是曲率半径比光纤的
直径大得多的弯曲，我们习惯称为弯曲或宏弯；另一种 是光纤轴线产生微米级的弯曲，这种高频弯曲习惯称为 微弯。
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宏弯衰减：在光缆的生产、接续和施工过程中，不可避
免地出现弯曲。光纤有一定曲率半径的弯曲时就会产生辐射 损耗。当曲率半径减小时，损耗以指数形式增加。
匀性和光纤尺寸和结构不完善、表面畸变等光波导的结
构上的不均匀性而引起的光在相应界面上发生散射引起
损耗的现象。光纤在加热过程中产生的缺陷主要包括： 无定形材料结晶、相分离、密度波动等。
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散射衰减
瑞利散射衰减 （1）线性散射衰减 1、材料散射衰减 （2）非线性散射衰减 梅耶散射衰减
受激布里渊散射
受激喇曼散射
不均匀或不连续的界面状态时，在界面上发生光的折射，会
有一部分光散射到各个方向，不再沿光纤的芯轴向前传播， 这部分光能不能被传输到光纤输出终端，在中途将被损耗掉， 而产生散射现象，由这种原因产生的散射损耗是由材料自身 存在的缺陷而引起，所以它被称为本征材料散射损耗或线性
散射损耗。
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1、材料散射衰减
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宏弯衰减：光纤宏弯衰减可由下式计算：
R Ae
BR
式中： A 和 B 为与光纤参数（芯半径、外径、相对折射率差） 有关的常数。通常认为，对长期和短期应用，光纤最小弯曲 半径应分别大于其包层直径的150倍和100倍，对通常包层直 径为125μm的光纤，最小弯曲半径分别为19mm和13mm。一 般认为R≥10cm时，弯曲损耗即可忽略不计。
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1、材料散射衰减
（1）线性散射衰减-瑞利散散
瑞利散射是引起光纤中散射损耗的主要成因，瑞利散射具有与波
长的λ4 成反比的性质，即：
αR=C/λ4 式中：常数C的大小范围是0.7～0.9（dB/km）μm4,与光纤纤芯的 组成有关 。在 1.55μm 波段，瑞利散射引起的损耗仍达 0.12 ～ 0.16dB/km ，仍是该波段损耗的主要原因。显然，若能在更长波
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微弯衰减：是指光纤轴局部产生的微小畸变，其曲率半 径与光纤的横截面尺寸相当，它主要是光纤生产过程中产生 的一种随机缺陷。其损耗机理和宏弯一致，也是由模式变换 引起的。微弯导致了导播模与泄漏模或非导波模之间的重复 性能量耦合。微弯衰减是不可避免的，如不当心会达到无法 容忍的程度。它是光缆设计与成缆工艺中必须认真处理的问 题。
紫外吸收区
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吸收损耗
吸收衰减是由于光纤对光能的固有吸收并转换成 损耗引起。吸收损耗机理与光纤材料的共振有关。共 振是指入射的光波使材料中的电子在不同能级之间或 原子在不同振动态之间发生量子跃迁的现象。
1.4 .1 .3 .2 衰减机理（一）
光的吸收通常是在光纤构成物质的原子、分子、离子或 电子的各量子化的固有能级间产生，如果光波长满足下式：
=10[log（10×10-3）/（10×10-9）]/0.3
=200（Km） 这种光纤通信系统最大无中继距离长度可达200Km。
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
反映光信号损失的特性
限制了传输的距离
发 射 端
光 纤
接 收 端
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光纤的衰减
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.2 衰减机理
衰减的原因
红外吸收（IR）是光通过SiO2构成的石英玻璃 时引起SiO2分子振动共振EV、外层电子跃迁Ee 、转动跃迁Er和转换成动能Et引起的光能被吸 收现象，起主要作用的是分子振动共振。