【正文】 由于加熱過(guò)程或者由于強(qiáng)烈的輻射造成， 玻璃材料會(huì)受激而產(chǎn)生原子的缺陷，引起吸收光能，造成損耗。 ? OH離子吸收： OH鍵的基本諧振波長(zhǎng)為 ?m，與 SiO鍵的諧振波長(zhǎng)相互影響，在光纖通信波段內(nèi)產(chǎn)生一系列的吸收峰，影響較大的是在 、 、 ?m，峰之間的低損耗區(qū)構(gòu)成了光纖通信的三個(gè)窗口。 ? 瑞利散射損耗對(duì)光纖來(lái)說(shuō)是其本身固有的，因而它確定了光纖損耗的最終極限。 52 光纖的損耗機(jī)理 (3) ? 輻射損耗又稱彎曲損耗 ，包括兩類：一是彎曲半徑遠(yuǎn)大于光纖直徑，二是光纖成纜時(shí)軸向產(chǎn)生的隨機(jī)性微彎。 53 本節(jié)介紹光纖損耗、 帶寬 (色散 )和截止波長(zhǎng)的測(cè)量原理和測(cè)量方法。 54 1 損耗測(cè)量 光纖損耗測(cè)量有兩種基本方法： 一種是測(cè)量通過(guò)光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測(cè)量光纖的后 1. 光纖損耗系數(shù)由下式確定，即 )km/dB( lg1021PPL??(1) 55 式中， L為被測(cè)光纖長(zhǎng)度 (km)， P1和 P2分別為輸入光功率和輸出光功率 (mW或 W)。由圖可見(jiàn)，只有在穩(wěn)態(tài)模式分布 (注入光束數(shù)值孔徑 NAb和被測(cè)光纖數(shù)值孔徑 NAf相匹配 )的注入條件下， lgP與 L才是線性關(guān)系。光源一般采用光譜寬度足夠窄的激光器。接收一般包括光敏面積足夠大的光檢測(cè)器、 放大器和電平測(cè)量或數(shù)據(jù)顯示，通常用光功率計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以采用插入法作為替代方法。利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來(lái)確定光纖損耗系數(shù)的方法，稱為后向散射法。光源應(yīng)采用特定波長(zhǎng)穩(wěn)定的大功率激光器，調(diào)制的脈沖寬度和重復(fù)頻率應(yīng)和所要求的長(zhǎng)度分辨率相適應(yīng)。 68 用后向散射法的原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器稱為光時(shí)域反射儀 (OTDR)。時(shí)域法是測(cè)量通過(guò)光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬，又稱脈沖法； 頻域法是測(cè)量通過(guò)光纖的頻率響應(yīng)，又稱掃頻法。圖 示的頻率響應(yīng) H1( f )、 H2( f )和由兩曲線相減得到的光纖頻率響應(yīng) H( f )和 6 dB電帶寬。光檢測(cè)器應(yīng)采用高速光電二極管，其頻率響應(yīng)要與光源調(diào)制頻率相適應(yīng)。光纖從高溫拉制出來(lái)后，要立即用軟塑料 (例如紫外固化的丙烯酸樹脂 )進(jìn)行一次被覆和應(yīng)力篩選，除去斷裂光纖，并對(duì)成品光纖用硬塑料 (例如高強(qiáng)度聚酰胺塑料 )進(jìn)行二次被覆。 幾種常用于光纖通信系統(tǒng)的光纖 ?最早實(shí)用化的光纖，零色散波長(zhǎng)在 1310nm，曾大量敷設(shè)，在光纖通信中扮演者重要的角色。根據(jù)光纖的這種特性，可改變光纖的色散情況，進(jìn)行色散位移。它最適用于單信道幾千公里海底系統(tǒng)和長(zhǎng)距離陸地通信干線。使得其能用在 EDFA和波分復(fù)用結(jié)合的傳輸速率在 10Gbit/s以上的 WDM和 DWDM的高速傳輸系統(tǒng)中。 要求值 最大色散系數(shù) ps/(nm ?缺點(diǎn)：模場(chǎng)直徑小，容易加劇非線性效應(yīng)的影響，為此人們又研究了大有效面積 NZDSF光纖 ? 非零色散位移單模光纖 (NZDSF) 167。 幾種常用于光纖通信系統(tǒng)的光纖 性能 模場(chǎng)直徑 (μm) 零色散波長(zhǎng) (nm) 工作波長(zhǎng) (nm) 最大衰減系數(shù) (dB/km) 最大色散系數(shù) ps/(nm ?光纖在 1550nm窗口 損耗更低 ，可以低于 ，幾乎接近光纖本征損耗的極限。km)阻礙了高速率、遠(yuǎn)距離通信的發(fā)展。km) 要求值 1310nm ～177。為此，必須根據(jù)使用環(huán)境設(shè)計(jì)各種結(jié)構(gòu)的光纜，以保證光纖不受應(yīng)力的作用和有害物質(zhì)的侵蝕。掃頻儀輸出各種頻率的正弦信號(hào)，對(duì)光源進(jìn)行直接光強(qiáng)調(diào)制，輸出光經(jīng)光纖傳輸和光檢測(cè)后，由選頻表直接獲得頻率響應(yīng)。這種方法通常用于多模光纖的測(cè)量。OTDR不僅可以測(cè)量光纖損耗系數(shù)和光纖長(zhǎng)度，還可以測(cè)量連接器和接頭的損耗，觀察光纖沿線的均勻性和確定故障點(diǎn)的位置，確實(shí)是光纖通信系統(tǒng)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量不可缺少的工具。光檢測(cè)器應(yīng)有很高的靈敏度。光檢測(cè)器的后向散射光功率分別為 Pd(L1)和 Pd(L2)，經(jīng)分析推導(dǎo)得到，正向和反向平均損耗系數(shù) 2. 后向散射法 62 )km/( d B )( )(lg)(2 102d1d12 LPLPLL ???式中右邊分母中因子 2是光經(jīng)過(guò)正向和反向 63 后向散射法不僅可以測(cè)量損耗系數(shù)，還可利用光在光纖中傳輸?shù)臅r(shí)間來(lái)確定光纖的長(zhǎng)度 L。這種方法可以根據(jù)工作環(huán)境，靈活運(yùn)用，但應(yīng)對(duì)連接損耗作合理的修正。 59 圖 剪斷法光纖損耗測(cè)量系統(tǒng)框圖 60 對(duì)于損耗譜的測(cè)量要求采用光譜寬度很寬的光源(例如鹵燈或發(fā)光管 )和波長(zhǎng)選擇器 (例如單色儀或?yàn)V光片 )，測(cè)出不同波長(zhǎng)的光功率 P1(λ)和 P2(λ)，然后計(jì)算α(λ) 剪斷法是根據(jù)損耗系數(shù)的定義，直接測(cè)量傳輸光功率而實(shí)現(xiàn)的，所用儀器簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，因而被確定為基準(zhǔn)方法。注入裝置的功能是保證多模光纖在短距離內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)模式分布。只有在穩(wěn)態(tài)模式分布的條件下，才能得到惟一代表光纖本征特性的 α值。 56 問(wèn)題是由于高階模式的損耗比低階模式的更大，在光纖中傳輸?shù)?(對(duì)數(shù) )光功率 lgP與光纖長(zhǎng)度 L的關(guān)系不是線性關(guān)系。測(cè)量系統(tǒng)一般包括發(fā)射光源、 注入裝置和接收與數(shù)據(jù)處理設(shè)備。當(dāng)發(fā)生彎曲時(shí)，離中心較遠(yuǎn)的消失場(chǎng)尾部須以較大的速度行進(jìn)，以便與纖芯中的場(chǎng)一同前進(jìn)。 ? 物質(zhì)在強(qiáng)大的電場(chǎng)作用下，會(huì)呈現(xiàn)非線性， 即出現(xiàn)新的頻率或輸入的頻率得到改變。 ? 由于光纖材料密度的微觀變化以及各成分濃度不均勻，使得光纖中出現(xiàn)折射率分布不均勻的局部區(qū)域，從而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部。 ? 金屬離子含量越多，造成的損耗就越大。在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)，引起的光纖損耗小于 1dB／ km。對(duì)于石英 (SiO2)材料，固有吸收區(qū)在紅外區(qū)域和紫外區(qū)域。 46 第二傳輸窗口 第一傳輸窗口 1300 1550 850 紫外吸收 紅外吸收 瑞利散射 損 耗 (dB/km) 波 長(zhǎng) (nm) OH離子吸收峰 光纖損耗譜特性 損耗主要機(jī)理：材料吸收、瑞利散射和輻射損耗 第三傳輸窗口 在 ?m處最小損耗約為47 光纖的損耗機(jī)理 (1) ? 材料吸收 ? 物質(zhì)的