光纤光学-光纤损耗
七、光纤的损耗
全光放大 EDFA 拉曼放大器 0.05 × 0.3 × 0.2 m3
掺铒光纤放大器
•3. 光纤损耗的测量
•剪断法 •插入法 •后向散射法
剪断法
[测试原理]： Pi 10 lg 损耗系数α = (dB/km) L Po [测试预处理]： （1）建立NAb≈NAf的光学系统； （2）建立稳态模式模拟器，一般包括扰模器、滤模器 和包层模消除器 （3）用一根性能和被测光纤相同的辅助光纤代替光纤 耦合长度作用。 剪断法是基本测量方法，使用仪器简单，测试精度高， 但具有破坏性，因此不能在现场测量中使用。
剪断法光纤损耗测试系统图
剪断法测光纤损耗和关键是在测 Pout 与 Pin 时要保证 注入条件不变，通常采用稳态注入条件方式，经扰 模器和滤模器以及包层模剥除器来实现模式稳态分 布。
插入法
插入法是在注入装置的输出和光检测器的输入之 间用1～2m长的短光纤直接连接，测出光功率Pi，然后 在两者间插入被测光纤，再测出光功率Po，据此计算 损耗系数。
光纤的连接损耗是衡量光纤连接性能重要指标， 若通过光纤接头的透射率为T，则连接损耗定义为
Γ = −10 lg T
(7 − 7)
光纤的连接损耗是由被连接光纤纤芯结构的差异 (内部损耗因子)及光纤连接的质量(外部损耗因子) 引起的。
内部损耗因子包括纤芯的半径a，相对折射率差 Δ，和折射率分布参数g。 外部损耗因子主要包括光纤端面质量、光纤的横 向、角向与纵向偏移以及端面间折射率匹配和光纤 焊接中的纤芯轴畸变等。
各种损耗因子对于光纤连接的总损耗的贡献是不一样的。 在多模光纤中，内部损耗因子的a和Δ的偏差会引起 较大的损耗，而g的变化则影响较小。而且由内部因 子引起的损耗是非互易的，如：较小的Δ的光纤到 较大的Δ的光纤的连接基本无损耗，而相反的连接 方式就会产生很大的损耗。 外部损耗因子中，横向与角向失准对连接损耗 的影响远比纵向失准影响大。
光纤损耗特性及色散特性
散射损耗
光在通过密度或折射率等不不均匀的物质时， 除了在光的传播方向以外，在其他方向也可以 看到光，这种现象称为光的散射。 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折射率分 布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光发生 散射，由此产生的损耗为散射损耗。 散射损耗中主要是瑞利散射和结构缺陷散射对 光纤通信的影响比较大。
光纤的损耗特性及色散特性
June 2011 Alex Wang
损耗特性
光纤损耗：光波在光纤中传输，随着传输距离 的增加而光功率逐渐下降。 损耗原因：光纤本身损耗、光纤与光源的耦合 损耗以及光纤之间的连接损耗。 本身损耗：吸收损耗和散射损耗
吸收损耗
吸收损耗是光波通过光纤材料时，有一部分变 成热能，造成光功率的损失，与光纤材料有关， 主要分为本征吸收和杂质吸收。
瑞利散射
属于光纤的本征散射损耗，主要是由于光纤材 料的折射率随机性变化而引起。 材料折射率变化是由于密度不均匀或内部应力 不均匀而产生。 瑞利散射损耗与光波长的四次方成反比，随波 长的增加而急剧减小，在短波长0.85um处对 损耗的影响最大。
结构缺陷散射
光纤在制作过程中，由于结构缺陷（如光纤中 的气泡、未发生反应的源材料以及纤芯和包层 交界处粗糙），将会产生散射损耗，与波长无 关。
色散的表示方法源自色散的大小用时延差表示。 时延是指信号传输单位长度时所需要的时间。 时延差是指不同速度的信号，传输同样的距离， 需要不同的时间，即各信号的时延不同，这种 时延上的差别，称为时延差。
光纤损耗有哪些
光纤损耗有哪些光纤传输相比电缆传输和无线传输而言有众多优势。
光纤比电缆更轻、更小、更灵活，而且在长距离传输中，光纤比电缆的传播速度更快。
然而，影响光纤传输性能的因素很多，为了确保光纤的性能更好更稳定，这些因素不容忽视。
光纤的损耗就是其中之一，它已成为许多工程师在选择和使用光纤时最优先考虑的一个因素。
这篇教程将为您详细介绍光纤传输中的光损耗。
光信号经光纤传输后，光的强度会逐渐减弱，与此同时，光信号也会逐渐减弱。
光纤传输过程中，光信号的损失就叫做光纤损耗或者光的衰减。
所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。
为了确保光信号安全有效的传输，就要尽可能地降低光纤的损耗。
引起光纤损耗的因素主要有两个：内部因素和外部因素，亦即本征光纤损耗和非本征光纤损耗。
本征光纤损耗本征光纤损耗是指光纤材料固有的一种损耗，引起本征光纤损耗的因素主要有两个：光的吸收和光的散射。
光的吸收是光纤传输中引起光损耗的主要原因，这是由于光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，因此，光的吸收损耗也被称为光纤材料吸收损耗。
实际上，光的吸收是光在传播过程中以热能的形式消耗于光纤中，这是由于分子的共振和波长的掺杂不均匀引起的。
完全纯净的的原子只吸收特定波长的光，但是绝对纯净的光纤材料几乎不可能生产出来，所以，光纤制造厂商选择掺杂锗这类含有纯硅的材料来优化光纤的性能。
光的散射是光纤损耗的另一个重要原因。
光纤的散射损耗是指在玻璃结构中分子水平上的不规则所造成的光的散射。
在光纤线路中，当发生散射时，光能量会向各个方向分散，其中一部分能量沿着线路方向继续前行，而其它方向分散的光能量则会丢失，如下图所示。
因此，为了减少散射而引起的光纤损耗，必须消除光纤芯的不完善，并对光纤涂层和挤压进行严格控制。
非本征光纤损耗本征光纤损耗，包括光的吸收和散射，只是光纤损耗的一方面原因。
非本征光纤损耗是光纤损耗的另一方面重要原因，通常是由光纤的不当处理引起的。
非本征光纤损耗主要有两种类型：弯曲损耗和对接损耗。
光纤的损耗特性PPT教学课件
主要内容
• 一、损耗的定义 • 二、损耗的种类及其产生原因 • 三、损耗波谱特性
损耗的定义
当光在光纤中传输时，随着传输距离的增
加，光功率逐渐减小，这种现象即称为
光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表
示：
10 lg Pi
L Po
(单位：dB/km)
• 损耗大小影响光纤的传输距离长短和中
3．三处最有可能发展成为城 市的是哪一处？为什么？除此 而外，你知道哪些地方还分布 有较大的城市？ 4. 综上所述，影响聚落形成 和发展的因素有哪些？
乡村的分布：乡村民居有的集中， 有的分散，大多依山傍水，沿河流、 山麓或公路、铁路分布。
城市的分布：城市是由乡村发展
而来的，在干流与支流汇合处，或 河流入海处，往往形成比较大的城市。
沿河流而建，屋顶坡度大，墙体单薄，门窗 较大。因南方降水量大，气温高。
形成和发展
聚 落
形式
分布
与地理环 境的关系
世界民居
1、城市与乡村的差异表现在 A乡村的道路较城市密集、错综复杂。 B人口的职业构成有较大的差异 C功能差别，乡村功能较为复杂 D人口密度不同，乡村人口稠密 2、下列哪种条件不利于聚落的形成 A水源充足 B交通便利 C自然资源丰富 D崎岖山地
6、读下图，北非的民居的屋顶大多是平顶。
这是为什么？
• 北非气候干旱，屋顶建成平顶还可晾晒农 产品。
7、民居临湖分布的现象相当普遍，在支流与干流汇 合处，或者河流入海处，往往形成比较大的城市。你 能解释这些现象吗？
临河临湖分布，水运交通便利，有利于物资 和人员的集散，容易形成较大城市。
课下搜集有关北极地区因纽特 人的冰屋、我国黄土高原的窑洞、 云南西双版纳地区的傣族竹楼的资 料和图片，试比较它们与当地自然 环境的关系。
第八讲 光纤的损耗
（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
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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
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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。
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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
有一部分光散射到各个方向，不再沿光纤的芯轴向前传播，
这部分光能不能被传输到光纤输出终端，在中途将被损耗掉，
而产生散射现象，由这种原因产生的散射损耗是由材料自身
存在的缺陷而引起，所以它被称为本征材料散射损耗或线性
散射损耗。
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1、材料散射衰减
（1）线性散射衰减-瑞利散散 瑞利散射是由纤芯材料中存在微小颗粒或气孔等结构不
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衰减的原因
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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。
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1、本征吸收衰减
光纤损耗大的几个因素
光纤损耗大存在的因素光纤熔接包处损耗变大，是常见的故障，原因通常有3个：1、光纤熔接处开裂，可能的原因有：当初熔接时存在缺陷；光缆遭受外力拉伸；熔接点塑料护套、固定金属棒与光纤热膨胀系数差异，反复的温度变化引起伸缩。
显然排除故障时必须重新熔接光纤。
2、熔接包内盘纤变形失园而出现角度，导致损耗变大。
可能的原因有：光缆遭受外力拉伸；因温度变化热涨冷缩引起。
排除故障时只需重新整理盘纤，保证圆形、消除角度。
3、熔接包内进水并侵入熔接处的裸纤，导致光信号散射损失。
排除故障时要打开熔接包清除积水，并晒干熔接处，尽量散尽水分，或者重新熔接。
光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗光纤使用中引起的传输损耗主要有1接续损耗2光纤本质造成的损耗、3熔接不当所报造成的损耗和4活动接头（光纤适配器及光纤跳线）造成的损耗和5非接续损耗（弯曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）接续损耗（1）光纤固有损耗主要源于光纤模场直径不一致；光纤芯径失配；纤芯截面不圆；纤芯与包层同心度不佳等原因；其中影响最大的是模场直径不一致。
（2）熔接损耗非本征因素的熔接损耗主要由轴向错位；轴心（折角）倾斜；端面分离（间隙）；光纤端面不完整；折射率差；光纤端面不清洁以及接续人员操作水平、操作步骤、熔接机电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等其他因素造成。
（3）活动接头损耗非本征因素的活动接头损耗主要由活动连接器质量差、接触不良、不清洁以及与熔接损耗相同的一些因素（如轴向错位、端面间隙、折角、折射率差等）造成。
解决接续损耗的方案（1）工程设计、施工和维护工作中应选用特性一致的优质光纤一条线路上尽量采用同一批次的优质品牌裸纤，以求光纤的特性尽量匹配，使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。
（2）光缆施工时应严格按规程和要求进行挑选经验丰富的施工人员光缆配盘时尽量做到整盘配置（单盘≥500-800米），以尽量减少接头数量。
光纤损耗系数的表达式
光纤损耗系数的表达式光纤损耗系数是指光信号经过光纤传输时，由于材料吸收、散射、弯曲等原因而造成的信号强度降低。
光纤损耗系数是衡量光纤传输质量的重要指标之一。
下面详细介绍一下光纤损耗系数的表达式及相关知识。
一、光纤损耗系数的定义光纤损耗系数指的是光纤单位长度内，光信号通过传输过程中消耗的信号功率占初始信号功率的比例。
光纤损耗系数通常用分贝（dB）表示，其计算公式为：αdB = -10log（P1/P0）其中，P0为初始信号功率，P1为洛德衰减后的信号功率。
光纤损耗系数越小，表示信号强度在传输过程中降低的越少，代表着光纤的传输质量越好。
二、光纤损耗系数的分类光纤损耗系数可分为单模光纤损耗系数和多模光纤损耗系数两种。
1. 单模光纤损耗系数：单模光纤损耗系数是指单模光纤在波长为1310nm和1550nm条件下的损耗系数。
通常在20km以内的短距离传输中使用，其损耗系数范围约在0.3~0.5dB/km。
2. 多模光纤损耗系数：多模光纤损耗系数是指多模光纤在波长为850nm和1300nm条件下的损耗系数。
多用于较短距离地址传输和局域网中，其损耗系数范围约在2~7dB/km。
三、影响光纤损耗系数的因素光纤的损耗系数与多种因素有关。
以下是几个主要的因素：1. 光纤本身的质量：光纤的材料、折射率不同，对光的吸收、散射也不同，从而导致不同的损耗系数。
2. 光纤长度：光纤的长度对损耗系数有一定的影响，长度越长，损耗系数通常越大。
3. 连接件质量：连接件的设计和制作精度，直接影响损耗系数的大小。
4. 环境温度：光纤在不同环境下，其损耗系数不同，一般来说，温度越高，损耗系数越大。
四、优化光纤损耗系数的方法为了提高光纤传输的质量，需要采取一系列措施来降低光纤的损耗系数。
以下是几个常用的方法：1. 选用优质的光纤材料，并且在制造过程中严格控制质量，确保光纤本身的质量。
2. 降低光纤长度，减少信号传输过程中对信号功率的消耗。
3. 使用高品质的连接件，保证连接的精度。
光纤的损耗
光纤的损耗:损耗指光信号功率传输每单位长度衰减的程度,用分贝/公里(dB/km)表示为什么衰减造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。
本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
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。
挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
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。
不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
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。
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。
光纤损耗的分类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：光纤损耗可分为固有损耗和附加损耗。
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。
附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。
其中，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。
下面，我们只讨论光纤的固有损耗。
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。
材料的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。
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