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光纤损耗的原因和分类,如何减少光纤衰减

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vguangxian 发表于 2024-6-22 08:29:04 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
640?wx_fmt=jpeg.jpg
导语
当光从光纤的一端射入,从另一端射出时,光的强度会减弱。这意味着光信号通过光纤传播后,光能量衰减了一部分。这说明光纤中有某些物质或因某种原因,阻挡光信号通过。这就是光纤的传输损耗。只有降低光纤损耗,才能使光信号畅通无阻。
1光纤损耗系数

为了衡量一根光纤损耗特性的好坏,在此引入损耗系数(或称为衰减系数)的概念,即传输单位长度(1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数,一般用α表示损耗系数,单位是dB/km。

2造成光纤衰减的主要因素 640?wx_fmt=jpeg.jpg   (1)本征:是光纤的固有损耗,包括瑞利散射,固有吸收等。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](2)弯曲:光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉,造成损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](3)挤压:光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](4)杂质:光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光,造成的损失。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](5)不均匀:光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](6)对接:光纤对接时产生的损耗,如:不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm),端面与轴心不垂直,端面不平,对接心径不匹配和熔接质量差等。
3光纤损耗的分类 640?wx_fmt=jpeg.jpg 光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。具体细分如下:
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]●光纤损耗可分为固有损耗和附加损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]●固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]●附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
1、 附加损耗附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中,不可避免地要将光纤一根接一根地接起来,光纤连接会产生损耗。光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。这些都是光纤使用条件引起的损耗。究其主要原因是在这些条件下,光纤纤芯中的传输模式发生了变化。附加损耗是可以尽量避免的。附加损耗包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。 640?wx_fmt=jpeg.jpg
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]光纤的弯曲有两种形式:
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]●曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲,我们习惯称为弯曲或宏弯;
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]●光纤轴线产生微米级的弯曲,这种高频弯曲习惯称为微弯。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2、 固有损耗
固有损耗中,散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的,在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。搞清楚产生损耗的机理,定量地分析各种因素引起的损耗的大小,对于研制低损耗光纤合理使用光纤有着极其重要的意义。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](1) 吸收损耗
制造光纤的材料能够吸收光能。光纤材料中的粒子吸收光能以后,产生振动、发热,而将能量散失掉,这样就产生了吸收损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](2)紫外吸收损耗
紫外吸收损耗是由光纤中传输的光子流将光纤材料中的电子从低能级激发到高能级时,光子流中的能量将被电子吸收,从而引起的损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](3)红外吸收损耗
红外吸收损耗是由于光纤中传播的光波与晶格相互作用时,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
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](4)杂质吸收损耗
杂质吸收损耗指光纤中的有害杂质主要有过渡金属离子,如铁、钴、镍、铜、锰、铬等和OH-等对光的吸收而产生的损耗。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](5)原子缺陷吸收损耗
通常在光纤的制造过程中,光纤材料受到某种热激励或光辐射时将会发生某个共价键断裂而产生原子缺陷,此时晶格很容易在光场的作用下产生振动,从而吸收光能,引起损耗,其峰值吸收波长约为630nm左右。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](6) 散射损耗
因为光线的全反射,光线可以传输于光纤核心。粗糙、不规则的表面,甚至在分子层次,也会使光线往随机方向反射,称这现象为漫反射或光散射。光纤内也有瑞利散射,由此而产生的光损耗就称为瑞利散射损耗。鉴于目前的光纤制造工艺水平,可以说瑞利散射损耗是无法避免的。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)](7)因光纤结构不完善引起的损耗
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)] 640?wx_fmt=jpeg.jpg
光纤结构不完善,如由光纤中有气泡、杂质,或者粗细不均匀,特别是芯-包层交界面不平滑等,光线传到这些地方时,就会有一部分光散射到各个方向,造成损耗。这种损耗是可以想办法克服的,那就是要改善光纤制造的工艺。 640?wx_fmt=jpeg.jpg 散射使光射向四面八方,其中有一部分散射光沿着与光纤传播相反的方向反射回来,在光纤的入射端可接收到这部分散射光。光的散射使得一部分光能受到损失,这是人们所不希望的。但是,这种现象也可以为我们所利用,因为如果我们在发送端对接收到的这部分光的强弱进行分析,可以检查出这根光纤的断点、缺陷和损耗大小。4如何减少光纤衰减我们可以从衰减原因中明白,其中有一部分是难以改变的,这是必然存在的现象,例如紫外线吸收损耗、原子缺陷吸收损耗、散射损耗等,但是附加损耗我们可以从源头抓起:
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]1、选用优质光纤,光纤断面要保持平整和清洁。进行布线时尽量使用同一批次的光纤,使得种类更为匹配。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]2、在前期设计阶段,要提前进行场地勘察,防止光纤受到其他户外环境的损害。
3、施工人员的技术水平也要严格把控,减少光纤不必要的弯曲和护套磨损。





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