光纖的傳輸特性ppt課件(已修改)
2025-01-26 07:58 本頁(yè)面
【正文】 第二章 光纖與光纜 (2) 光纖的非線性效應(yīng) 光纖的色散 光纖的損耗 本節(jié)內(nèi)容：光纖的傳輸特性 光纖的損耗 光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強(qiáng)度逐漸減弱，光纖對(duì)光波產(chǎn)生衰減作用，稱為光纖的損耗 。 即便是在理想的光纖中都存在損耗 —— 本征損耗。 光纖的損耗限制了光信號(hào)的傳播距離。光纖的損耗主要取決于： 1. 吸收損耗 2. 散射損耗 3. 彎曲損耗 吸收損耗 ?原子缺陷吸收： 由于光纖材料的原子結(jié)構(gòu)的不完整造成。 ?非本征吸收： 由過(guò)渡金屬離子和氫氧根離子 (OH－ )等雜質(zhì)對(duì)光的吸收而產(chǎn)生的損耗。 ?本征吸收損耗： 由制造光纖材料本身 (如SiO2) 的特性所決定， 包括紫外吸收、紅外吸收 。即便波導(dǎo)結(jié)構(gòu)非常完美而且材料不含任何雜質(zhì)也會(huì)存在本征吸收。 原子缺陷吸收 在光纖的制造過(guò)程中光纖材料受到某種 熱激勵(lì) 造成結(jié)構(gòu)的 不完善或在使用時(shí)暴露在強(qiáng)粒子的 光輻射 下將會(huì)發(fā)生某個(gè)共價(jià) 鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時(shí)晶格很容易在光場(chǎng)的作用下產(chǎn)生 振動(dòng)，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長(zhǎng)約為 630 nm 左右。 1 rad(Si) = J/kg 非本征吸收 原材料將在光纖的制造過(guò)程中引入雜質(zhì)，帶來(lái)較強(qiáng)的非本征吸收。有害雜質(zhì)主要有過(guò)渡金屬離子，如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等金屬離子和 OH－ 。 OH－ 吸收峰 解決方法： (1)對(duì)制造光纖的材料進(jìn)行嚴(yán)格的 化學(xué)提純 ，比如材料達(dá)到%的純度 (2)制造工藝 上改進(jìn)，如避免使用氫氧焰加熱(汽相軸向沉積法 ) 本征吸收 (1) 光纖中傳輸?shù)墓庾恿鲿?huì)將光纖材料中的電子從低能級(jí)激發(fā)到高能級(jí)，同時(shí)光子流中的能量被電子吸收而引起損耗。該損耗與光纖中非晶體材料的帶隙相關(guān)。 (2) 紅外吸收 由于光纖中傳播 的光波與晶格相互作 用時(shí)，一部分光波能 量傳遞給晶格，使其 振動(dòng)加劇，從而引起 的損耗。 z 晶格 光傳播方向 k E x 光纖吸收損耗曲線 摻 GeO2的低損耗、低 OH175。含量石英光纖 OH－ dB/km 幾種摻雜成分不同的光纖的損耗比較 散射損耗 光纖中由于密度不均、折射率的變化以及結(jié)構(gòu)上的不完善，會(huì)發(fā)生散射現(xiàn)象。 ?瑞利散射： 尺度小于光波長(zhǎng)的材料密度的不均勻?qū)θ肷涔猱a(chǎn)生的本征散射，短波長(zhǎng)的光容易發(fā)生這種散射 [造成原因 ]— 分子密度分布不均勻；摻雜分子導(dǎo)致折射率不均勻 ?波導(dǎo)散射： 由波導(dǎo)缺陷導(dǎo)致的散射 [造成原因 ]— 纖芯和包層的界面不完整、圓度不均勻以及殘留氣泡和裂痕等引起的散射（目前的制造工藝基本可以克服波導(dǎo)散射） 本征散射和本征吸收一起構(gòu)成了損耗的理論最小值 產(chǎn)品級(jí)典型的光纖損耗譜 多模光纖的損耗大于單模光纖： 為獲得較大的數(shù)值孔徑，多模光纖中摻雜的濃度高 由于纖芯 包層邊界的微擾，多模光纖容易產(chǎn)生高階模式損耗 多模光纖 單模光纖 彎曲損耗 宏彎： 曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲 微彎： 光纖軸線產(chǎn)生微米級(jí)的高頻彎曲 高階模比低階模容易發(fā)生宏彎損耗，因此有時(shí)可用彎曲的辦法濾掉高階模 消逝場(chǎng) q q q? q q q q c q? R Cladding Core 場(chǎng)分布 宏彎： 當(dāng)曲率半徑減小時(shí)， 輻射損耗呈指數(shù)增加 微彎損耗 微
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