第八讲光纤的损耗案例
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念 衰减是光波经光纤传输后光功率减少量一种度量， 是光纤一个最重要传输参数，它取决于光纤工作窗口 和长度。
衰减：光在光纤中传输时，平均光功率沿传输光
纤长度Z方向按指数规律递减现象称为光纤衰减（或称 损耗、衰耗）。设在波长λ处，光纤长度为Z=L，衰减 定义：
使水分与光缆中的金属加强材料发生氧化反应，置换出
氢气，引起氢损。
Zn+H2O=H2↑+ZnO 其二，光纤防水石油膏（称纤膏）引入的氢气造成氢损。
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3、原子缺陷吸收衰减（非本征吸收衰减）
原子缺陷吸收衰减是由于光纤在加热过程或者在强
烈辐照下，造成玻璃材料受激产生原子缺陷吸收衰减。 从光纤拉丝成型过程角度分析，当将光纤预制棒加热到 拉丝所需温度1６00-2300℃时，采用骤冷方法进行光纤 拉丝，虽然可在光纤制造过程中，内部原子结构排列形
紫外吸收区
8
吸收损耗
吸收衰减是由于光纤对光能的固有吸收并转换成 损耗引起。吸收损耗机理与光纤材料的共振有关。共 振是指入射的光波使材料中的电子在不同能级之间或 原子在不同振动态之间发生量子跃迁的现象。
1.4 .1 .3 .2 衰减机理（一）
光的吸收通常是在光纤构成物质的原子、分子、离子或 电子的各量子化的固有能级间产生，如果光波长满足下式：
=10[log（10×10-3）/（10×10-9）]/0.3
=200（Km） 这种光纤通信系统最大无中继距离长度可达200Km。
5
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
反映光信号损失的特性
限制了传输的距离
发 射 端
光 纤
接 收 端
6
光纤的衰减
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.2 衰减机理
成时，绕过结晶温度，抑制晶体成核、生长，阻止结晶
区的形成，但是还会有极小部分区域产生结晶，这是不 希望的，但实际生产中是不可避免地，在结晶区会形成 晶体常见的结构缺陷 , 如：点缺陷、线缺陷、面缺陷等， 从而引起吸收光能，造成损耗。
3
光纤的损耗
1310 nm : 0.30 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km 塑料多模光纤300dB/km 光纤熔接点损耗：0.2dB/点 光纤熔接点 1点/1km
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
用对数形式表示为：
dB A 10log P2
P1 A（λ）=10logP1（ 0） /P2（L）
式中： P1（λ）— Z=0处注入光纤光功率，即输入端光功率； P2（λ）— Z=L处出射光纤的功率，即输出端光功率。 L — 光纤长度
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减， 即衰减系数反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数 α(λ)定义为：
A / L
式中：L—光纤长度(km)。
P1 10 log P2 L
α(λ)值与选择的光纤长度无关。
周围的氢气氛消失，光纤产生的氢损会自动的消失。
B 、由 H 2 氢生成 OH 氢氧根离子，使光纤中的 OH 含量增加，
并与光纤中的分子网络结合产生氢损，属不可逆损耗。
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2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
（3）、由氢气导致的吸收衰减
光纤氢损产生的原因有二个：
其一，光纤对水和潮气极为敏感。水和潮气渗入光缆中，
（2）400-850/cm，Si-O-Si的弯曲振动是主要的，在这种振
动中，O原子与Si-O-Si角的二等分线平行移动，但在600/cm 附近，存在着比例较大的 Si-O-Si 伸展振动，相邻各原子的 振动趋于不同相；
13
衰减的原因
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
杂质吸收在确定光纤损耗中起着决定性作用。杂质
OH根的吸收谱（浓度10-4）
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2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减） （3）、由氢气导致的吸收衰减 光纤在氢气氛中将会产生氢损。氢损有二种型式： A 、 H 2 分子由于扩散作用而进入光纤，当光源波长滿足 氢分子某二个能带的带隙Eg=hγ的波长时，氢分子将发 生吸收光子的作用过程，使光能量降低，由H2吸收产生 能量损耗，即称之为氢损。这种氢损是可逆的，当光纤
hc /( E2 E1 )
则光纤发生光饱和吸收现象。由此可见，当波长满足一定条 件时，便会发生光吸收。光吸收是指光能转换成光纤物质结 构中的原子（分子、离子或电子）等跃迁、振动、转动能量 或是转换成动能而产生的光能量变换的现象。这种吸收损耗 具有可选择性，即对波长的可选择性。
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衰减的原因
吸收主要有： （1）、碱金属离子吸收衰减。 （2）、氢氧根离子吸收衰减。 （3）、由氢气导致的吸收衰减（氢损）。
15
衰减的原因
衰减的原因
衰减的原因
光纤制造中存在一种吸收损耗非常大的 OH－羟基吸收离 子，对低损耗光纤吸收峰值起着唯一决定性作用，
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
（2）、氢氧根离子吸收衰减
衰减的原因
红外吸收（IR）是光通过SiO2构成的石英玻璃 时引起SiO2分子振动共振EV、外层电子跃迁Ee 、转动跃迁Er和转换成动能Et引起的光能被吸 收现象，起主要作用的是分子振动共振。
1、本征吸收衰减
SiO2中主要光谱频带的理论标准模式如下：
（1）在1000-2000/cm内，各种模式与Si-O-Si伸展振动有关， 在这种振动中， O 原子与它们旁边的 Si 不一起移动，而是与 Si-Si线平行移动；
1.4.1.3.1 基本概念
例：现有一单模光纤通信系统，光源为LD，发出光功率10mW， 光纤输出端光探测器要求最小光功率 10nW，若光纤通信系统 工作在1310nm波长窗口，此时光纤衰减系数是0.3dB/Km，那 么请问无需中继器时，光纤通信系统最大无中继距离长度是 多少？
解：由公式可得：
α（λ）=（10/L）logP1（λ）/P2（λ） L=10[logP1（λ）/P2（λ）]/α（λ）
1.4.1.3.1 基本概念 衰减是光波经光纤传输后光功率减少量一种度量， 是光纤一个最重要传输参数，它取决于光纤工作窗口 和长度。
衰减：光在光纤中传输时，平均光功率沿传输光
纤长度Z方向按指数规律递减现象称为光纤衰减（或称 损耗、衰耗）。设在波长λ处，光纤长度为Z=L，衰减 定义：
使水分与光缆中的金属加强材料发生氧化反应，置换出
氢气，引起氢损。
Zn+H2O=H2↑+ZnO 其二，光纤防水石油膏（称纤膏）引入的氢气造成氢损。
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3、原子缺陷吸收衰减（非本征吸收衰减）
原子缺陷吸收衰减是由于光纤在加热过程或者在强
烈辐照下，造成玻璃材料受激产生原子缺陷吸收衰减。 从光纤拉丝成型过程角度分析，当将光纤预制棒加热到 拉丝所需温度1６00-2300℃时，采用骤冷方法进行光纤 拉丝，虽然可在光纤制造过程中，内部原子结构排列形
紫外吸收区
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吸收损耗
吸收衰减是由于光纤对光能的固有吸收并转换成 损耗引起。吸收损耗机理与光纤材料的共振有关。共 振是指入射的光波使材料中的电子在不同能级之间或 原子在不同振动态之间发生量子跃迁的现象。
1.4 .1 .3 .2 衰减机理（一）
光的吸收通常是在光纤构成物质的原子、分子、离子或 电子的各量子化的固有能级间产生，如果光波长满足下式：
=10[log（10×10-3）/（10×10-9）]/0.3
=200（Km） 这种光纤通信系统最大无中继距离长度可达200Km。
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
反映光信号损失的特性
限制了传输的距离
发 射 端
光 纤
接 收 端
6
光纤的衰减
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.2 衰减机理
成时，绕过结晶温度，抑制晶体成核、生长，阻止结晶
区的形成，但是还会有极小部分区域产生结晶，这是不 希望的，但实际生产中是不可避免地，在结晶区会形成 晶体常见的结构缺陷 , 如：点缺陷、线缺陷、面缺陷等， 从而引起吸收光能，造成损耗。
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光纤的损耗
1310 nm : 0.30 ~ 0.5 dB/Km 1550 nm : 0.2 ~ 0.3dB/Km 850 nm : 2.3 ~ 3.4 dB/Km 塑料多模光纤300dB/km 光纤熔接点损耗：0.2dB/点 光纤熔接点 1点/1km
1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
用对数形式表示为：
dB A 10log P2
P1 A（λ）=10logP1（ 0） /P2（L）
式中： P1（λ）— Z=0处注入光纤光功率，即输入端光功率； P2（λ）— Z=L处出射光纤的功率，即输出端光功率。 L — 光纤长度
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1.4 .1 .3 光纤的衰减特性
1.4.1.3.1 基本概念
通常，对于均匀光纤来说，可用单位长度的衰减， 即衰减系数反映光纤的衰减性能的好坏。衰减系数 α(λ)定义为：
A / L
式中：L—光纤长度(km)。
P1 10 log P2 L
α(λ)值与选择的光纤长度无关。
周围的氢气氛消失，光纤产生的氢损会自动的消失。
B 、由 H 2 氢生成 OH 氢氧根离子，使光纤中的 OH 含量增加，
并与光纤中的分子网络结合产生氢损，属不可逆损耗。
20
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
（3）、由氢气导致的吸收衰减
光纤氢损产生的原因有二个：
其一，光纤对水和潮气极为敏感。水和潮气渗入光缆中，
（2）400-850/cm，Si-O-Si的弯曲振动是主要的，在这种振
动中，O原子与Si-O-Si角的二等分线平行移动，但在600/cm 附近，存在着比例较大的 Si-O-Si 伸展振动，相邻各原子的 振动趋于不同相；
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衰减的原因
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
杂质吸收在确定光纤损耗中起着决定性作用。杂质
OH根的吸收谱（浓度10-4）
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2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减） （3）、由氢气导致的吸收衰减 光纤在氢气氛中将会产生氢损。氢损有二种型式： A 、 H 2 分子由于扩散作用而进入光纤，当光源波长滿足 氢分子某二个能带的带隙Eg=hγ的波长时，氢分子将发 生吸收光子的作用过程，使光能量降低，由H2吸收产生 能量损耗，即称之为氢损。这种氢损是可逆的，当光纤
hc /( E2 E1 )
则光纤发生光饱和吸收现象。由此可见，当波长满足一定条 件时，便会发生光吸收。光吸收是指光能转换成光纤物质结 构中的原子（分子、离子或电子）等跃迁、振动、转动能量 或是转换成动能而产生的光能量变换的现象。这种吸收损耗 具有可选择性，即对波长的可选择性。
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衰减的原因
吸收主要有： （1）、碱金属离子吸收衰减。 （2）、氢氧根离子吸收衰减。 （3）、由氢气导致的吸收衰减（氢损）。
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衰减的原因
衰减的原因
衰减的原因
光纤制造中存在一种吸收损耗非常大的 OH－羟基吸收离 子，对低损耗光纤吸收峰值起着唯一决定性作用，
2、杂质吸收衰减（非本征吸收衰减）
（2）、氢氧根离子吸收衰减
衰减的原因
红外吸收（IR）是光通过SiO2构成的石英玻璃 时引起SiO2分子振动共振EV、外层电子跃迁Ee 、转动跃迁Er和转换成动能Et引起的光能被吸 收现象，起主要作用的是分子振动共振。
1、本征吸收衰减
SiO2中主要光谱频带的理论标准模式如下：
（1）在1000-2000/cm内，各种模式与Si-O-Si伸展振动有关， 在这种振动中， O 原子与它们旁边的 Si 不一起移动，而是与 Si-Si线平行移动；
1.4.1.3.1 基本概念
例：现有一单模光纤通信系统，光源为LD，发出光功率10mW， 光纤输出端光探测器要求最小光功率 10nW，若光纤通信系统 工作在1310nm波长窗口，此时光纤衰减系数是0.3dB/Km，那 么请问无需中继器时，光纤通信系统最大无中继距离长度是 多少？
解：由公式可得：
α（λ）=（10/L）logP1（λ）/P2（λ） L=10[logP1（λ）/P2（λ）]/α（λ）