光纖損耗的主要原因

隨著信息社會的到來，光纖通信在越來越多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這也對光纖的傳輸特性有了更高的要求。光纖的損耗特性直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的 長短，是光纖最重要的傳輸特性之一，盡可能地降低光纖的損耗是實現(xiàn)光纖通信的重要問題之一。

光纖損耗所謂損耗是指光纖每單位長度上的衰減，單位為dB／km。光纖損耗的高低直接影響傳輸距離或中繼站間隔距離的遠近，因此，了解并降低光纖的損耗對光纖通信有著重大的現(xiàn)實意義。

光纖損耗的來源

光波束在光導纖維媒介中傳播的損耗是光纖通信領(lǐng)域里一項重要的物理參數(shù)。其損耗程度決定了光纖傳送信號的最大距離。對光纖而言，最主要的損耗來源于如下幾個方面：在光介質(zhì)中光信號的能量吸收、散射（主要是指瑞利散射）、反射和以及由于彎曲等造成的彎曲損耗。

光纖材料的損耗與波長相關(guān)。介質(zhì)自身吸收、散射造成的損耗與波長的關(guān)系如下圖所示：

光波束能量吸收：

光纖主要是由二氧化硅石英材料構(gòu)成的。石英材料的損耗與光的波長相關(guān)，在紅外大于1700納米以上的波長區(qū)域，紅外吸收迅速增加，這主要是由于硅氧（Si-O）基對這個區(qū)域光信號的強烈吸收之緣故。光纖通訊主要工作在850納米、1310納米和1550納米的通信窗口，在這些窗口石英材料本身由于吸收造成的損耗與光的散射相比很低。

在1310納米和1550納米區(qū)域的能量吸收主要是由于光纖的雜質(zhì)，特別是羥基（OH- ）離子造成的。羥離子在950nm、1250nm 和1383nm波長下具有強烈的能量吸收。

光纖的瑞利散射：

瑞利散射（Rayleigh scattering）由英國物理學家瑞利的名字命名。它是指當介質(zhì)粒子直徑比光的波長小很多時對入射光的造成的散射效應(yīng)。瑞利散射光的強度和入射光波長λ的4次方成反比。也就是說，光的波長越短，瑞利散射造成能量損失越大。這也解釋了為什么光纖中850nm波長光要比1310nm波長的光損耗大，而1310nm波長光要比1550nm波長光損耗大的原因。

彎曲損耗：宏彎和微彎

彎曲損耗是實際應(yīng)用中常見的一種損耗，其中包括微彎和宏彎兩種形式：

微彎是指與光纖的幾何尺寸相近的彎曲造成的散射損耗，其原因有光纖生產(chǎn)過程中所造成的問題，也有在工程建設(shè)實施過程中機械應(yīng)力比如擠壓、拉伸、扭曲等造成的損傷。

宏彎則是指光纖介質(zhì)的垂直彎曲范圍在厘米量級時，造成光信號在光纖中折射角度小于最大全反射角度，其結(jié)果是導致一定光信號的能量從媒介芯子內(nèi)泄露到包層外而產(chǎn)生一定光信號傳送能量的損耗。

光信號在光纖介質(zhì)傳輸過程中的“回損和反射”

當光信號入射到光纖傳輸介質(zhì)中，由于不同性質(zhì)的介質(zhì)截面的折射率不同，因而會產(chǎn)生光的“鏡面”反射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象以法國物理學家奧古斯丁·菲涅耳的名字命名為菲涅耳反射。在實際應(yīng)用中光纖的一些故障如：光纖斷裂，光纖連接端面污損會造成比較強烈的反射，只有通過采集這些異常反射事件位置的能量數(shù)據(jù)且加以分析，便可診斷故障位置。

反射事件的定義為：

反射系數(shù)=10log（P反射/P入射），值為負數(shù)

回損（ORL）是指總的反射功率與入射功率的比值，定義為：

ORL=10log（P入射/P總反射），值為正數(shù)

結(jié)束語

低的損耗一直是光纖研究的主題。隨著400G系統(tǒng)即將商用，特別是400G系統(tǒng)對光OSNR的苛刻要求，超低損耗光纖的部署正成為一個的熱點。超低損耗光纖意味著更長的跨段距離，更少的光中繼跨段數(shù)，從而使系統(tǒng)具有更好OSNR指標性能。

常規(guī)光纖典型的光衰減系數(shù)在1310nm小于0.35dB/km，在1550nm小于0.20dB/km。業(yè)界康寧公司和長飛公司相繼推出了超低損耗光纖，其最大損耗在1310nm小于0.31dB/km；在1550nm小于0.17dB/km。特別是拉曼放大器可能在400G/1T系統(tǒng)的應(yīng)用，大有效面積超低損耗光纖引起行業(yè)的興趣，康寧公司商用的大有效面積Vascade EX3000光纖其標稱衰減系數(shù)小于0.158dB/km。

光纖損耗的測試，最為常見的方法是光源/功率計測試方法，以及OTDR的測試方法。詳細原理可以登錄EXFO公司網(wǎng)站W(wǎng)WW.EXFO.COM 獲得相關(guān)內(nèi)容。