15
4、光纤接续损耗
5-2光纤的熔接图示 5-3光纤连接点不连续现象的分类图示
16
练习题1：光线衰减
注入单模光纤的LD功率为1mW，在光纤输出端光电二极管要求 的最小光功率是10nW，光纤衰减系数为0.4dB/km，问无中继器的最 大光纤长度是多少？
练习题2：输出功率
一根光纤长20km，衰减为0.5dB/km，一端注入光功率为600μw 的光信号，求输出的光功率是多少？
通常又可将该波长范围划分为6个波段(见表)。
C波段是 WDM系 统最常 用的传 输波段
8
2.5.2 衰减机理
光纤的衰减机理主要有3种，即光能量的吸收损耗、散射损耗和辐 射损耗。前面已叙述：
吸收损耗与光纤材料有关； 散射损耗则与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关； 辐射损耗是由光纤几何形状的微观和宏观扰动引起的。 下面分别进行讨论。
pout pin exp( L)
(2.5.2)
式中，L(km)为光纤长度。
3
通常光纤损耗用单位长度的分贝(dB)数表示，定义为
10 L
lg
pout pin
(dB / km)
(2.5.3)
图2.19为石英光纤的损耗谱，图中给出了光纤通信系统的三个传 输窗口：
♫ 短波长的 0.85 m 波段 ♫ 长波长的 1.31 m 及 1.55 m 波段
4
图2.19 单模光纤的损耗谱特性
5
光纤损耗谱特性
6
各类石英光纤的典型损耗值（dB/km）
波长（µm）
多模光纤
阶跃型
梯度性
单模光纤 阶跃型
0.85
3
3
2.5
1.3
0.5---1
0.5---1
0.4
1.55
0.5
0.3
0.2---0.3
7
通过超纯光纤生产工艺削去1.24m及1.39m的OH峰，实现了1200— 1650nm的全波光纤，最大损耗不超过0.5dB／km，为波分复用在更宽的光 波范围内的应用提供了可能。
11
光纤OH-吸收峰的影响
12
2.散射损耗 石英玻璃由于制造过程的因素，这种结构中会存在分子密度的不均
匀，GeO2与P2O5的掺入过程中，其分布也会存在不均匀。 分子密度的这种波动导致折射率在小于光波长的线度内的随机波动，
折射率的这种波动将引起信号光的散射，这种散射称为瑞利散射。 瑞利散射的大小与光波长的四次方成反比。因此对短波长窗口的影
2.5 光纤的损耗特性
2.4节讨论了光纤色散对光纤传输容量(BL积)的限制，本节讨论BL 积的另一个基本限制因素——光纤损耗，它是通信距离的固有限制。
在给定发送功率和接收机灵敏度条件下，它决定了从光发送机到光 接收机之间的最大距离，损耗过大将严重影响通信系统的性能。
事实上，光波系统所用石英光纤只有当其损耗降低至传输距离达到 10km或更远时才有意义。
1. 材料吸收损耗 材料吸收损耗有两种：本征吸收损耗与非本征吸收损耗，前者对
应于纯石英引起的损耗，后者对应于杂质引起的损耗。
9
1) 本征吸收损耗 在任一波长处，任何材料的吸收均与特定分子有关的电子共振和振动
共振有关。 对于石英(SiO2)分子，电子共振发生在紫外区(λ＜0.4μm)内，而振
动共振发生在红外区(λ＞0.7μm)内。 由于熔融石英的非结晶特性，这些共振表现为吸收带形，吸收带延伸
17
★ 第一类 当弯曲程度加大，曲率半径减小时，损耗将随exp(R/Rc)成比例增大，R是光纤弯曲的曲率半径，Rc为临界曲率半径：
Rc a(n12 n22 )
当曲率半径达到Rc时，就可观测到弯曲损耗。
14
对单模光纤，Rc的典型值为0.2mm～0.4mm。 当曲率半径大于5mm时，弯曲损耗小于0.01dB/km，可忽略不计。 大多数弯曲半径大于5mm，这种弯曲损耗实际上可忽略。 但是当弯曲的曲率半径R进一步减小到比Rc小得多时，损耗将变得 非常大。 ★ 第二类 光纤成缆时产生的随机性扭曲微弯引起的附加损耗一 般很小，基本上观测不到。
现在由于工艺的改进，使这些杂质的含量低于109 以下，因此它
们的影响可忽略不计。 现代的工艺水平已能获得这种高纯度石英，但水蒸气的存在却使非
本征吸收大大增加。 OH-的振动共振发生在2.73μm处，其基波与石英的振动波作用将在
1.39μm、1.24μm和0.95μm处产生很强的吸收。 图2.19中在这3个波长附近显示的3个谱峰。
响较大。 石英光纤在波长λ处，瑞利散射引起的本征损耗可表示为
R C / 4
（2.5.4）
式中 C为常数
13
3. 辐射损耗
当理想的圆柱形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的 弯曲，引起能量泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。
光纤的弯曲有两种类型: 一是光纤弯曲半径比光纤直径大得多; 二是光纤成缆时其轴线产生的随机性微弯。
过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。
2
2.5.1 衰减系数
损耗是光纤的一个重要传输参量，是限制光纤传输系统中继距离的主
要因素之一。
1 (dp )
p dz
(2.5.1)
式中为衰减系数，即 p (km1) ，p为入纤光功率。 与光频或光波
长有关。
设入纤光功率为 Pin，则光纤输出端的光功率为
到了可见光区。 图2.19显示出石英的本征材料吸收在0.8μm～1.6μm范围内，低于
0.1dB/km。 事实上，通常用于光波系统的光纤，在1.3μm～1.6μm窗口，材料吸
收损耗在。过渡金属杂质，如Fe、Cu、Co、Ni、Mn和Cr。 在λ＝0.6μm～1.6μm 范围有很强的吸收。
本节主要讨论光纤的损耗机制，并介绍一些典型参数。
1
什么是光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现
象即称为光纤的损耗。
5-1损耗示意图
光纤损耗分为： 吸收损耗---与光纤材料有关。 散射损耗---与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关。 辐射损耗---与光纤几何形状的扰动相联系。 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用