第三章光纤的损耗和色散
第三章 光纤的损耗和色散
主要内容 光纤的损耗 色散及其引起的信号失真 单模光纤的色散优化
主要内容 光纤的损耗 色散及其引起的信号失真 单模光纤的色散优化
3.1光纤的损耗 损耗 即便是在理想的光纤中都存在损耗— 本征损耗 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主 要包括： 1.吸收损耗 2.散射损耗 3.弯曲损耗
3.1 光纤的损耗 即便是在理想的光纤中都存在损耗——本征损耗 光纤的损耗限制了光信号的传播距离。这些损耗主 要包括： 1. 吸收损耗 2. 散射损耗 3. 弯曲损耗 损耗
吸收损耗 本征吸收：材料本身（如SO)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 原子缺陷吸收：光纤材料原子结构的不完整造成 非本征吸收：过渡金属离子和氢氧根离子(OH一)等 杂质对光的吸收而产生的损耗
吸收损耗 原子缺陷吸收：光纤材料原子结构的不完整造成 非本征吸收：过渡金属离子和氢氧根离子 (OH－)等 杂质对光的吸收而产生的损耗 本征吸收：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
本征吸收 (1)紫外吸收 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 晶格 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
本征吸收 (1) 紫外吸收 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 晶格 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
本征吸收曲线 Wavelength (pm) 0.5 0.60.70.80.911.21.523510 100 Absorption loss in n打ed region 10 Absorption loss in ultraviolet region 0. 0.01 2.5 2.0 1.5 【.0 0.5 0 Photon energy (eV)
本征吸收曲线
非本征吸收 光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收 OH一和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等 10 First window 解决方法： 5.0 OH一吸收峰 (1)光纤材料化学提纯，比 Standard fiher 2.0 ~2 dB 如达到99.9999999%的 Second 1.0 window Third 纯度 window 制造工艺上改进，如避 0.5 (2) 免使用氢氧焰加热（汽 AllWave 0.2 fiber 相轴向沉积法) 0.1 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Wavelength (nm)
非本征吸收 光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收 OH－吸收峰 ~ 2 dB 解决方法： (1) 光纤材料化学提纯，比 如达到 99.9999999%的 纯度 OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等 (2) 制造工艺上改进，如避 免使用氢氧焰加热 ( 汽 相轴向沉积法)
原子缺陷吸收 光纤制造→材料受到热激励→结构不完善 强粒子辐射→材料共价键断裂→原子缺陷 光纤晶格很容易在光场的作用下产生振动 吸收光能，引起损耗 人死亡 33 2 (tap)ssol poonpul 2 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 103 102 103 10 103 800 Dose [rad (Si)] Time after irradiation (s) (a) 1 rad(Si)=0.01 J/kg (b)
原子缺陷吸收 1 rad(Si) = 0.01 J/kg 800 人死亡 光纤晶格很容易在光场的作用下产生振动 光纤制造→材料受到热激励 →结构不完善 强粒子辐射→材料共价键断裂→原子缺陷 吸收光能，引起损耗
散射损耗 光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射现象 1.瑞利散射 2.波导散射
散射损耗 光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射现象 1. 瑞利散射 2. 波导散射
瑞利散射 波导在小于光波长尺度上的不均匀：m Wavelength (pm) 0.5 0.60.70.80.911.21.523510 -分子密度分布不均匀 ~掺杂分子导致折射率不均匀 导致波导对入射光产生本征散射 瑞利散射一般发生在短波长 (r/p) Scattering 0. loss 0.01 2.5 2.0 1.5 【.0 0.5 Photon energy (eV) 本征散射和本征吸收一起构成了损耗的理论最小值
瑞利散射 波导在小于光波长尺度上的不均匀： - 分子密度分布不均匀 - 掺杂分子导致折射率不均匀 导致波导对入射光产生本征散射 瑞利散射一般发生在短波长 本征散射和本征吸收一起构成了损耗的理论最小值