在光纤光缆中,存在着金属电缆所没有的特有损耗。产生光损耗的原因大部分为光纤具有的固有损耗和光纤制造后的附加损耗。前者主要包括瑞利散射损耗、吸收损耗、波导结构不完善引起的损耗;后者包括微弯损耗、弯曲损耗、接续损耗等。他们的关系如下:
下面就这几点损耗简要地加以说明。
(1)瑞利散射损耗
所谓瑞利散射是指光与微小粒子相遇时,光将向各个方向散射的现象。光纤在制造拉丝过程中,从2000°C的高温迅速冷却到20°C左右的室温。这样,在2000°C时产生的密度分布不均匀和成分组成的不规则将残留在光纤中。这种微小的密度分布不均匀和微小的组成不规则性将产生瑞利散射损耗。自然中,我们见到白天天空呈蓝色,早晚却呈红色的现象,就是由于光在大气中瑞利散射的结果。
(2)吸收损耗
所谓吸收损耗是由于光纤材料对光能的固有吸收并转换成热能而产生的损耗。它包括组成光纤玻璃材料物质本身的吸收损耗,以及在玻璃材料中含有杂质而引起的杂质吸收损耗。其中影响最大的是,由于含有氢氧根(OH)成分而引起的吸收损耗。
(3)波导结构不完善引起的损耗
实际的光纤,纤芯和包层的界面并不是理想的光滑圆柱面,存在着非常微小结构的凸凹现象。如果存在着这种不均匀表面,则传输模将变换成辐射模(即有一部分传输能量变换成泄漏到纤芯外面的模式),使光纤损耗增加,这就是所谓的波导结构不完善引起的损耗。但是,这种损耗可以从制造技术的不断提高中得到改善。对于具有良好控制所制造的光纤,这种损耗可以降到0.02~0.2dB/km左右。
(4)微弯损耗
微弯损耗和波导结构不完善引起的损耗一样,是由于纤芯与包层界面有微小凸凹而产生的损耗。但前述的波导结构不完善引起的损耗是在光纤的制造过程上产生的,而微弯损耗则是在光纤制造出来后,由于光纤侧面受到不均匀的压力,使得光纤在轴向上发生微米(10-6m)级的弯曲而产生的损耗。例如,这种现象发生在对光纤施加张力以便把它卷到绕线筒上,或者对光纤施加了不适当的塑料涂覆层,或许是因涂覆层后的光纤受到很大的温度变化等影响,从而使光纤呈现显示的微弯。
(5)弯曲损耗
所谓弯曲损耗,顾名思义是光纤弯曲时所产生的损耗。对于弯曲的光纤,在弯曲的曲率半径较小的情况下,将使光纤内的光在纤芯与包层界面上因入射角余角大于临界角,致使光泄漏到包层内而产生损耗。因此,在光缆敷设和接续作业时对此需充分加以注意。光纤光缆弯曲的曲率半径不得小于允许的曲率半径。
(6)接续损耗
光纤接续时,两纤芯相互间必须正确吻合,以达完善和均匀一致地进行光纤接续。否则,从一根光纤纤芯出射的光就不能完全入射到另一根光纤的纤芯中,部分光将进入包层而形成辐射模损耗掉。产生接续损耗的因素主要来自两个方面,一是由于光纤参数不同,即光纤芯径不同或相对折射率差不等引起的损耗,二是由于接续操作不完善,例如光纤芯轴未对准,纤芯间有间隙、两轴间有折弯、光纤端面不完整等引起的损耗。
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