當(dāng)光從光纖的一端射入,從另一端射出時(shí),光的強(qiáng)度會(huì)減弱。這意味著光信號(hào)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(zhì)或因某種原因,阻擋光信號(hào)通過。這就是光纖的傳輸損耗,那么是什么原因造成了光纖的衰減呢?不妨來看看
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1、材料的吸收損耗
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(chǎn)生振動(dòng)、發(fā)熱,而將能量散失掉,這樣就產(chǎn)生了吸收損耗。在光纖中,當(dāng)某一能級(jí)的電子受到與該能級(jí)差相對(duì)應(yīng)的波長的光照射時(shí),則位于低能級(jí)軌道上的電子將躍遷到能級(jí)高的軌道上。這一電子吸收了光能,就產(chǎn)生了光的吸收損耗。
2、散射損耗
散射是怎樣產(chǎn)生的呢?原來組成物質(zhì)的分子、原子、電子等微小粒子是以某些固有頻率進(jìn)行振動(dòng)的,并能釋放出波長與該振動(dòng)頻率相應(yīng)的光。粒子的振動(dòng)頻率由粒子的大小來決定。粒子越大,振動(dòng)頻率越低,釋放出的光的波長越長;粒子越小,振動(dòng)頻率越高,釋放出的光的波長越短。這種振動(dòng)頻率稱做粒子的固有振動(dòng)頻率。但是這種振動(dòng)并不是自行產(chǎn)生,它需要一定的能量。一旦粒子受到具有一定波長的光照射,而照射光的頻率與該粒子固有振動(dòng)頻率相同,就會(huì)引起共振。
粒子內(nèi)的電子便以該振動(dòng)頻率開始振動(dòng),結(jié)果是該粒子向四面八方散射出光,入射光的能量被吸收而轉(zhuǎn)化為粒子的能量,粒子又將能量重新以光能的形式射出去。因此,對(duì)于在外部觀察的人來說,看到的好像是光撞到粒子以后,向四面八方飛散出去了。
3、先天不足
光纖結(jié)構(gòu)不完善,如由光纖中有氣泡、雜質(zhì),或者粗細(xì)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(shí),就會(huì)有一部分光散射到各個(gè)方向,造成損耗。這種損耗是可以想辦法克服的,那就是要改善光纖制造的工藝。
散射使光射向四面八方,其中有一部分散射光沿著與光纖傳播相反的方向反射回來,在光纖的入射端可接收到這部分散射光。光的散射使得一部分光能受到損失,這是
光纜廠商所不希望的。但是,這種現(xiàn)象也可以為我們所利用,因?yàn)槿绻覀冊(cè)诎l(fā)送端對(duì)接收到的這部分光的強(qiáng)弱進(jìn)行分析,可以檢查出這根光纖的斷點(diǎn)、缺陷和損耗大小。
4、光纖的散射損耗
光纖內(nèi)部的散射,會(huì)減小傳輸?shù)墓β?,產(chǎn)生損耗。散射中最重要的是瑞利散射,它是由光纖材料內(nèi)部的密度和成份變化而引起的。
5、波導(dǎo)散射損耗
這是由于交界面隨機(jī)的畸變或粗糙所產(chǎn)生的散射,實(shí)際上它是由表面畸變或粗糙所引起的模式轉(zhuǎn)換或模式耦合。一種模式由于交界面的起伏,會(huì)產(chǎn)生其他傳輸模式和輻射模式。
由于在光纖中傳輸?shù)母鞣N模式衰減不同,在長距離的模式變換過程中,衰減小的模式變成衰減大的模式,連續(xù)的變換和反變換后,雖然各模式的損失會(huì)平衡起來,但模式總體產(chǎn)生額外的損耗,即由于模式的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了附加損耗,這種附加的損耗就是波導(dǎo)散射損耗。要降低這種損耗,就要提高光纖制造工藝。對(duì)于拉得好或質(zhì)量高的光纖,基本上可以忽略這種損耗。
6、光纖彎曲產(chǎn)生的輻射損耗
光纖是柔軟的,可以彎曲,可是彎曲到一定程度后,光纖雖然可以導(dǎo)光,但會(huì)使光的傳輸途徑改變。由傳輸模轉(zhuǎn)換為輻射模,使一部分光能滲透到包層中或穿過包層成為輻射模向外泄漏損失掉,從而產(chǎn)生損耗。當(dāng)彎曲半徑大于5—10cm時(shí),由彎曲造成的損耗可以忽略。