光纖的傳輸特性ppt課件(已修改)
2025-01-26 07:58 本頁面
【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： 由過渡金屬離子和氫氧根離子 (OH－ )等雜質(zhì)對光的吸收而產(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)也會存在本征吸收。 原子缺陷吸收 在光纖的制造過程中光纖材料受到某種 熱激勵 造成結(jié)構(gòu)的 不完善或在使用時暴露在強(qiáng)粒子的 光輻射 下將會發(fā)生某個共價 鍵斷裂而產(chǎn)生原子缺陷，此時晶格很容易在光場的作用下產(chǎn)生 振動，從而吸收光能，引起損耗，其峰值吸收波長約為 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程中引入雜質(zhì)，帶來較強(qiáng)的非本征吸收。有害雜質(zhì)主要有過渡金屬離子，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⒐饫w材料中的電子從低能級激發(fā)到高能級，同時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，一部分光波能 量傳遞給晶格，使其 振動加劇，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，會發(fā)生散射現(xiàn)象。 ?瑞利散射： 尺度小于光波長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，因此有時可用彎曲的辦法濾掉高階模 消逝場 q q q? q q q q c q? R Cladding Core 場分布 宏彎： 當(dāng)曲率半徑減小時， 輻射損耗呈指數(shù)增加 微彎損耗 微
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