本
教程包含以下部分：
# C C5 + ① 玻璃
光纖中的導(dǎo)光
]| |b2 [* ② 光纖模式
a`!Jq' ③ 單模光纖
N 6Mr#A-{ ④ 多模光纖
m JSfn"b}K ⑤ 光纖末端
C-&ymJC| ⑥ 光纖接頭
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BYhU55B ⑦ 傳播損耗
6cH8Jr _ ⑧ 光纖耦合器和分路器
` z&#|0O ⑨ 偏振問題
uZ+bo & ⑩ 光纖的色散
PF%-fbh!~ ⑪ 光纖的非線性
m y?Ly(# ⑫ 光纖中的超短脈沖和信號(hào)
I!sT=w8V ⑬ 附件和工具
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>(xe7 這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 7 部分
>P/36' !jj`Ht) 第七部分：傳播損耗
: "%/u9<A q(KjhM 當(dāng)光在纖芯中作為導(dǎo)波傳播時(shí)，它會(huì)經(jīng)歷一些功率損耗。這些對(duì)于通過光纖電信電纜進(jìn)行長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸尤為重要。
aB ,-E>+ 通常，傳播損耗在途中近似恒定，具有一定的衰減系數(shù) α。 然后功率簡(jiǎn)單地與 exp (− α z ) 成比例衰減，其中 z 是傳播距離。損耗通常以 dB / km 為單位；該值是 1 / km 功率衰減系數(shù)的 ≈4.343 倍。當(dāng)然，損耗取決于光
波長(zhǎng)。
R/vHq36d nKx)R^]k 傳播損失的起源
+,76|oMsQ% lz EynMO+ 光纖中的傳播損失可能有多種來源：
^hIdmTf6 - 該材料可能具有一些固有吸收。例如，當(dāng)波長(zhǎng)超過 ≈1.7 μm 時(shí)，石英纖維會(huì)越來越多地吸收光。因此，它們很少用于超過 2 μm 的波長(zhǎng)。 ]5ZXgz
額外的孤立吸收峰可能來自某些雜質(zhì)。例如，如果芯材不是無水的，二氧化硅纖維在 1.39 μm 和 1.24 μm 附近表現(xiàn)出增加的吸收損失。 - 在短波長(zhǎng)下，玻璃中的瑞利散射變得越來越重要；瑞利散射對(duì)衰減系數(shù)的貢獻(xiàn)與波長(zhǎng)的四次冪成反比。請(qǐng)注意，核心玻璃是一種無定形材料，在顯微鏡下永遠(yuǎn)不會(huì)完全均勻。即使采用最現(xiàn)代的纖維制造技術(shù)，也存在不可避免的“凍結(jié)”密度波動(dòng)。
- 還有一些非彈性散射——自發(fā)拉曼散射和布里淵散射。這些影響可通過散射（和頻移）光測(cè)量，但通常不會(huì)對(duì)傳播損耗產(chǎn)生重大影響。然而，拉曼和布里淵散射在高光強(qiáng)度下會(huì)導(dǎo)致巨大的損失（通過將能量轉(zhuǎn)移到其他波長(zhǎng)），在這種情況下，受激散射是可能的。這是一種非線性效應(yīng)，將在第 11 部分進(jìn)行處理。
- 增加的散射損失可能是由于纖芯/包層界面的不規(guī)則性造成的。對(duì)于具有大折射率對(duì)比度（高數(shù)值孔徑）的光纖，這個(gè)問題更為嚴(yán)重。此外，較大的折射率對(duì)比度通常意味著纖芯的鍺摻雜程度較高，這使得它暫時(shí)不太均勻。因此，用于通過電信光纜進(jìn)行長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡蛽p耗單模光纖具有相對(duì)較小的 NA，即使較高的 NA 會(huì)提供更穩(wěn)健的引導(dǎo)。
- 此外，可能存在彎曲損耗（見下文）。
固有損耗通常在光纖長(zhǎng)度上非常均勻。對(duì)于額外的損失，情況不一定如此；例如，纖芯/包層界面的不規(guī)則性或化學(xué)雜質(zhì)可能無法平滑分布。
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F@i 圖 1 顯示了石英光纖固有的不可避免的傳播損耗。在 1.55 μm 附近（恰好是摻鉺光纖放大器工作良好的波長(zhǎng)區(qū)域），損耗最小值約為 0.2 dB / km。為長(zhǎng)途光纖通信開發(fā)的一些電信光纖幾乎達(dá)到了低損耗水平，這需要非常純凈的玻璃材料。如果光纖含有羥基 ( OH ) 離子，則在損耗
光譜中可以看到 1.39 μm 和 1.24 μm 處的附加峰。
!}&|a~U@`k }Hg G<.H> 圖 1： 二氧化硅的內(nèi)在損失。在長(zhǎng)波長(zhǎng)處，與振動(dòng)共振相關(guān)的紅外吸收占主導(dǎo)地位。在較短的波長(zhǎng)下，玻璃不可避免的密度波動(dòng)處的瑞利散射更為重要。
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