當光從光纖的一端射入,從另一端射出時,光的強度會減弱。這意味著光信號通過光纖傳播后,光能量衰減了一部分。這說明光纖中有些物質或因某種原因,阻擋光信號通過。這就是光纖的傳輸損耗。只有降低光纖損耗,才能使光信號通暢無阻。
一、理解光纖衰減我們可以從以下幾個方面入手,快速進行了解。
【光纖損耗系數】
為了衡量一根光纖損耗特性的好壞,引入損耗系數(或稱為衰減系數)的概念,即傳輸單位長度(1km)光纖所引起的光功率減小的分貝數,一般用α表示損耗系數,單位是dB/km。
【造成衰減的主要原因】
(1)本征:是光纖的固有損耗,包括瑞利散射,固有吸收等。
(2)彎曲:光纖彎曲時部分光纖內的光會因散射而損失掉,造成損耗。
(3)擠壓:光纖受到擠壓時產生微小的彎曲而造成的損耗。
(4)雜質:光纖內雜質吸收和散射在光纖中傳播的光,造成的損失。
(5)不均勻:光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
(6)對接:光纖對接時產生的損耗,如:不同軸(單模光纖同軸度要求小于0.8μm),端面與軸心不垂直,端面不平,對接心徑不匹配和熔接質量差等。
【光纖損耗的分類】
主要分為固有損耗和附加損耗:固有損耗包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結構不完善引起的損耗。附加損耗則包括微彎損耗、彎曲損耗和接續損耗。
1、固有損耗
(1)吸收損耗
制造光纖的材料能夠吸收光能。光纖材料中的粒子吸收光能以后,產生振動、發熱,而將能量散失掉,這樣就產生了吸收損耗。
(2)紫外吸收損耗
紫外吸收損耗是由光纖中傳輸的光子流將光纖材料中的電子從低能級激發到高能級時,光子流中的能量將被電子吸收,從而引起的損耗。
(3)紅外吸收損耗
紅外吸收損耗是由于光纖中傳播的光波與晶格相互作用時,一部分光波能量傳遞給晶格,使其振動加劇,從而引起的損耗。
(4)雜質吸收損耗
雜質吸收損耗指光纖中的有害雜質主要有過渡金屬離子,如鐵、鈷、鎳、銅、錳、鉻等和OH-等對光的吸收而產生的損耗。
(5)原子缺陷吸收損耗
通常在光纖的制造過程中,光纖材料受到某種熱激勵或光輻射時將會發生某個共價鍵斷裂而產生原子缺陷,此時晶格很容易在光場的作用下產生振動,從而吸收光能,引起損耗。
(6)散射損耗
因為光線的全反射,光線可以傳輸于光纖核心。粗糙、不規則的表面,甚至在分子層次,也會使光線往隨機方向反射,稱這現象為漫反射或光散射。光纖內也有瑞利散射,由此而產生的光損耗就稱為瑞利散射損耗。鑒于目前的光纖制造工藝水平,可以說瑞利散射損耗是無法避免的。
(7)光纖結構不完整
光纖結構不完善,如由光纖中有氣泡、雜質,或者粗細不均勻,特別是芯-包層交界面不平滑等,光線傳到這些地方時,就會有一部分光散射到各個方向,造成損耗。
2、附加損耗
附加損耗是在光纖的鋪設過程中人為造成的。在實際應用中,不可避免地要將光纖一根接一根地接起來,光纖連接會產生損耗。光纖微小彎曲、擠壓、拉伸受力也會引起損耗。這些都是光纖使用條件引起的損耗。
二、如何減少光纖衰減?
我們可以從衰減原因中明白,其中有一部分是難以改變的,這是必然存在的現象,例如紫外線吸收損耗、原子缺陷吸收損耗、散射損耗等,但是附加損耗我們可以從源頭抓起:
1、選用優質光纖,光纖斷面要保持平整和清潔。進行布線時盡量使用同一批次的光纖,使得種類更為匹配。
2、在前期設計階段,要提前進行場地勘察,防止光纖受到其他戶外環境的損害。
3、施工人員的技術水平也要嚴格把控,減少光纖不必要的彎曲和護套磨損。
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