光纤损耗特性及色散特性

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。
本征吸收：是光纤基础材料（SiO2）固有吸收，与波长有关， 对于SiO2石英系光纤，主要有两个吸收带，紫外吸收带和红 光吸收带。 杂质吸收：是由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损耗， 例如金属过渡离子和水的氢氧根离子吸收电磁能而造成的损 耗。


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。
零色散Baidu Nhomakorabea移光纤

在单模光纤中只有基膜传输，不存在模式色散， 在1.3~1.4um之间，材料色散与导波色散相互 抵消，总色散为零。 由于光纤在1.55um处，可获得最低损耗，如 果使得单模光纤的总色散为零点移到1.55um 附近，则可获得最低损耗和最小色散，也就可 以实现最低损耗、宽频带传输，就是零色散频 移光纤。

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。
色散特性
光纤色散就是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间不同，因此造成光信 号中的不同频率成分或不同模式到达光纤端有 先有后，从而产生波形畸变的一种现象。 由于光纤中色散的存在，会使得输入脉冲在传 输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率， 限制通信容量和传输距离。

色散的表示方法

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。
光纤中的色散



光纤色散按照产生的机理来看，包括模式色散、材料 色散和波导色散。 1.模式色散：在多模光纤中，不同模式在同一频率下 传输，各自的相位阐述不同，群速不同，模式之间就 存在时延差。 2.材料色散：由于光纤材料本身的折射率随频率变化， 使得信号个频率成分的群速不同，引起色散。 3.由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善，使得 光波一部分在纤芯中传输，而另一部分在包层中传输， 由于纤芯和包层的折射率不同，造成脉冲展宽的现象。