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光纤衰减的原因及其损耗(二)

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光纤衰减的原因及其损耗(二)

发布日期: 2019-09-21 16:16 来源: 点击:

  那么,为什么我们会看见这些光柱呢?这是因为有许多烟雾、灰尘等微小颗粒浮游于大气之中,光照射在这些颗粒上,产生了散射,就射向了四面八方。这个现象是由瑞利更先发现的,所以人们把这种散射命名为"瑞利散射"。
  散射是怎样产生的呢?原来组成物质的分子、原子、电子等微小粒子是以某些固有频率进行振动的,并能释放出波长与该振动频率相应的光。粒子的振动频率由 粒子的大小来决定。粒子越大,振动频率越低,释放出的光的波长越长;粒子越小,振动频率越高,释放出的光的波长越短。这种振动频率称做粒子的固有振动频 率。但是这种振动并不是自行产生,它需要一定的。一旦粒子受到具有一定波长的光照射,而照射光的频率与该粒子固有振动频率相同,就会引起共振。粒子内 的电子便以该振动频率开始振动,结果是该粒子向四面八方散射出光,入射光的被吸收而转化为粒子的,粒子又将重新以光能的形式射出去。因此,对 于在外部观察的人来说,看到的好像是光撞到粒子以后,向四面八方飞散出去了。
  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。但是,由于瑞利散射损耗的大小与光波长的4次方成反比,所以光纤工作在长波长区时,瑞利散射损耗的影响可以大大减小。
  5、先天不足
  光纤结构不完善,如由ADSS光纤光缆中有气泡、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,那就是要改变光纤制造的工艺。
  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、 损耗大小。这样,通过人的才智,就把坏事变成了好事
  光纤的损耗近年来,光纤通信在许多领域获得了广泛的应用。实现光纤通信,一个重要的问题是尽可能地降低光纤的损耗。所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减, 单位为分贝/km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近,因此,了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。
  一、 光纤的吸收损耗
  这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的,它们把光能以的形式消耗于光纤中,是光纤损耗中重要的损耗,吸收损耗包括以下几种:
  1.物质本征吸收损耗 这是由于物质固有的吸收引起的损耗。它有两个频带,一个在近红外的8~12μm区域里,这个波段的本征吸收是由于振动。另一个物质固有吸收带在紫外波段,吸收很强时,它的尾巴会拖到0.7~1.1μm波段里去。
  2.掺杂剂和杂质离子引起的吸收损耗 光纤材料中含有跃迁金属如铁、铜、铬等,它们有各自的吸收峰和吸收带并随它们价态不同而不同。由跃迁金属离子吸收引起的光纤损耗取决于它们的浓度。另 外,OH-存在也产生吸收损耗,OH-的基本吸收极峰在2.7μm附近,吸收带在0.5~1.0μm范围。对于纯石英光纤,杂质引起的损耗影响可以不考 虑。
  二、光纤的散射损耗
  光纤内部的散射,会减小传输的功率,产生损耗。散射中更重要的是瑞利散射,它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。
  光纤材料在加热过程,使原子获得的压缩性不均匀,使物质的密度不均匀,进而使折射率不均匀。这种不均匀在降温过程中被固定下来,它的尺寸比 光波波长要小。光在传输时遇到这些比光波波长小,带有随机起伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生散射,引起损耗。另外,光纤中含有的氧化物浓度不均匀 以及掺杂不均匀也会引起散射,产生损耗。
  三、波导散射损耗
  这是由于交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射,实际上它是由表面畸变或粗糙所引起的模式转换或模式耦合。一种模式由于交界面的起伏,会产生别的传输模 式和辐射模式。由于在光纤中传输的各种模式衰减不同,在长距离的模式变换过程中,衰减小的模式变成衰减大的模式,连续的变换和反变换后,虽然各模式的损失 会平衡起来,但模式总体产生额外的损耗,即由于模式的转换产生了附加损耗,这种附加的损耗就是波导散射损耗。要降低这种损耗,就要提高光纤制造工艺。对于 拉得好或质量高的光纤,基本上可以忽略这种损耗。
  四、光纤弯曲产生的辐射损耗
  光纤是柔软的,可以弯曲,可是弯曲到一定程度后,光纤虽然可以导光,但会使光的传输途径改变。由传输模转换为辐射模,使一部分光能渗到包层中或穿过包层成为辐射模向外泄漏损失掉,从而产生损耗。当弯曲半径大于5~10cm时,由弯曲造成的损耗可以忽略。

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