第八讲 光纤的损耗讲课稿.ppt

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1、第八讲光纤的损耗21.4.1.3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：式中：L—光纤长度(km)。α(λ)值与选择的光纤长度无关。光纤的损耗1310nm:0.30~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/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/1km41.4.1.3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10n

2、W，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）=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。51.4.1.3光纤的衰减特性发射端光纤接收端反映光信号损失的特性限制了传输的距离光纤的衰减71.4.1.3光纤的衰减特性1.4.1.3.2衰减机理紫外吸收区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

3、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。91.4.1.3.2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：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。衰减的原因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

4、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。121、本征吸收衰减SiO2中主要光谱频带的理论标准模式如下：（1）在1000-2000/cm内，各种模式与Si-O-Si伸展振动有关，在这种振动中，O原子与它们旁边的Si不一起移动，而是与Si-Si线平行移动；（2）400-850/cm，Si-O-Si的弯曲振动是主要的，在这种振动中，O原子与Si-O-Si角的二等分线平行移动，但在600/cm附近，存在着比例较大的Si-O-Si伸展振动，相邻各原子的振动趋于不同相；衰减的原因142、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）杂质吸收在确定光

5、纤损耗中起着决定性作用。杂质吸收主要有：（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）。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，182、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）（2）、氢氧根离子吸收衰减OH根的吸收谱（浓度10-4）192、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、H2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

6、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，当光纤周围的氢气氛消失，光纤产生的氢损会自动的消失。B、由H2氢生成OH氢氧根离子，使光纤中的OH含量增加，并与光纤中的分子网络结合产生氢损，属不可逆损耗。202、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氢损产生的原因有二个：其一，光纤对水和潮气极为敏感。水和潮气渗入光缆中，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。213、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

7、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。221.4.1.3.