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域得到了廣泛的應用，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。介質自身吸收、散射造成的損耗與波長的關系如下圖所示：

光波束能量吸收：

光纖主要是由二氧化硅石英材料構成的。石英材料的損耗與光的波長相關，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，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。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，也有在工程建設實施過程中機械應力比如擠壓、拉伸、扭曲等造成的損傷。

宏彎則是指光纖介質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。

光信號在光纖介質傳輸過程中的“回損和反射”

當光信號入射到光纖傳輸介質中，由于不同性質的介質截面的折射率不同，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 獲得相關內(nèi)容。