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教程包含以下部分：
R)6"P?h._4 ① 玻璃
光纖中的導(dǎo)光
RaOLy \ ② 光纖模式
: ZadPn56 ③ 單模光纖
;*cCaB0 u ④ 多模光纖
wY3| 5kbDj ⑤ 光纖末端
PQP|V>g ⑥ 光纖接頭
GOD{?#c$ ⑦ 傳播損耗
i':a|#e> ⑧ 光纖耦合器和分路器
v(zfq'^%` ⑨ 偏振問(wèn)題
d&naJ)IoF) ⑩ 光纖的色散
lYS*{i1^ ' ⑪ 光纖的非線性
pO)5NbU ⑫ 光纖中的超短脈沖和信號(hào)
5]zH!>-F ⑬ 附件和工具
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o9 這是 Paschotta 博士的無(wú)源光纖教程的第 7 部分
/rHl Fl|Wy (XEJd4r 第七部分：傳播損耗
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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(guò)光纖電信電纜進(jìn)行長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸尤為重要。
~ 1~|/WG 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)。
"O~kIT?/v F>eo.|' 傳播損失的起源
SGu`vN] < ==6fc>s 光纖中的傳播損失可能有多種來(lái)源：
a\&g;n8jA - 該材料可能具有一些固有吸收。例如，當(dāng)波長(zhǎng)超過(guò) ≈1.7 μm 時(shí)，石英纖維會(huì)越來(lái)越多地吸收光。因此，它們很少用于超過(guò) 2 μm 的波長(zhǎng)。 sgRWjrc/
額外的孤立吸收峰可能來(lái)自某些雜質(zhì)。例如，如果芯材不是無(wú)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(lái)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(wú)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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(jiàn)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(wú)法平滑分布。
1u"#rC>7.4 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(kāi)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。
6Ad =#MM k"6 && 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。
Mbn;~tY> L3A2A 如果光纖損耗僅為 0.2 dB / km，這意味著即使在 100 km 的傳播距離之后，仍然有 1% 的原始光功率。這通常足以可靠地檢測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)，即使在非常高的比特率下也是如此。
V[n,fEPBr 多模光纖通常具有更高的傳播損耗，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈叩臄?shù)值孔徑。
k U0.:Gcc {C0Y8:"` 彎曲損耗
<GF^VT|Ce p(nE cu 例如，彎曲損耗是由光纖的強(qiáng)烈彎曲引起的傳播損耗。通常，這種損失在正常條件下可以忽略不計(jì)，但一旦達(dá)到某個(gè)臨界彎曲半徑，就會(huì)急劇增加。對(duì)于具有強(qiáng)大引導(dǎo)特性（高數(shù)值孔徑）的光纖來(lái)說(shuō)，臨界半徑相當(dāng)小——它可以小到幾毫米。然而，對(duì)于具有大有效模式面積的單模光纖（具有非常低數(shù)值孔徑的大模式面積光纖），它可以大得多——通常為幾十厘米。這樣的纖維在使用過(guò)程中必須保持筆直。
.y lvJ$ 對(duì)于彎曲損耗的計(jì)算，有一些基于簡(jiǎn)化模型的分析公式，這些公式可能準(zhǔn)確反應(yīng)現(xiàn)實(shí)，也可能不準(zhǔn)確。數(shù)值
光束傳播通常是首選方法；它不需要更強(qiáng)的簡(jiǎn)化，并詳細(xì)告訴我們光發(fā)生了什么。
$hMD6<e T FAR>8Nm 例如，考慮光纖半徑為 20 μm 且數(shù)值孔徑為 0.05 的少模光纖。作為測(cè)試，我們排列光纖，使彎曲沿光纖長(zhǎng)度變得越來(lái)越緊：反曲率半徑隨傳播距離線性增加。發(fā)射的光完全處于基本模式。
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X4{<{D`0t8 圖 2： 沿光纖增加彎曲的幅度分布。使用 RP Fiber Power
軟件 對(duì)光束傳播進(jìn)行數(shù)值
模擬。
$ Ggnn# `Y qXF=- 圖 2 顯示了 yz 平面中的模擬幅度分布�？梢钥吹侥Ｊ阶兊酶嗖⑥D(zhuǎn)移到一側(cè)（彎曲
曲線的外側(cè)），變得非常小，最后損失更多和光到包層。在中間（z = 100 mm），彎曲半徑已達(dá)到 50 mm；這大約是臨界彎曲半徑。
( 4# iLs 對(duì)于 LP 11模式，彎曲損耗引起的衰減變得更加嚴(yán)重，如圖 3 所示。這里，彎曲損耗設(shè)置得較早，基本上所有功率在 120 mm 之后都已經(jīng)損失。
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