光纖傳輸相比電纜傳輸和無線傳輸而言有眾多優(yōu)勢(shì)。光纖比電纜更輕、更小、更靈活，而且在長距離傳輸中，光纖比電纜的傳播速度更快。然而，影響光纖傳輸性能的因素很多，為了確保光纖的性能更好更穩(wěn)定，這些因素不容忽視。光纖的損耗就是其中之一，它已成為許多工程師在選擇和使用光纖時(shí)最優(yōu)先考慮的一個(gè)因素。這篇教程將為您詳細(xì)介紹光纖傳輸中的光損耗。

光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后，光的強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，與此同時(shí)，光信號(hào)也會(huì)逐漸減弱。光纖傳輸過程中，光信號(hào)的損失就叫做光纖損耗或者光的衰減。所謂損耗是指光纖每單位長度上的衰減，單位為dB/km。為了確保光信號(hào)安全有效的傳輸，就要盡可能地降低光纖的損耗。引起光纖損耗的因素主要有兩個(gè)：內(nèi)部因素和外部因素，亦即本征光纖損耗和非本征光纖損耗。

本征光纖損耗

本征光纖損耗是指光纖材料固有的一種損耗，引起本征光纖損耗的因素主要有兩個(gè)：光的吸收和光的散射。

光的吸收是光纖傳輸中引起光損耗的主要原因，這是由于光纖材料和雜質(zhì)對(duì)光能的吸收而引起的，因此，光的吸收損耗也被稱為光纖材料吸收損耗。實(shí)際上，光的吸收是光在傳播過程中以熱能的形式消耗于光纖中，這是由于分子的共振和波長的摻雜不均勻引起的。完全純凈的的原子只吸收特定波長的光，但是絕對(duì)純凈的光纖材料幾乎不可能生產(chǎn)出來，所以，光纖制造廠商選擇摻雜鍺這類含有純硅的材料來優(yōu)化光纖的性能。

光的散射是光纖損耗的另一個(gè)重要原因。光纖的散射損耗是指在玻璃結(jié)構(gòu)中分子水平上的不規(guī)則所造成的光的散射。在光纖線路中，當(dāng)發(fā)生散射時(shí)，光能量會(huì)向各個(gè)方向分散，其中一部分能量沿著線路方向繼續(xù)前行，而其它方向分散的光能量則會(huì)丟失，如下圖所示。因此，為了減少散射而引起的光纖損耗，必須消除光纖芯的不完善，并對(duì)光纖涂層和擠壓進(jìn)行嚴(yán)格控制。

非本征光纖損耗

本征光纖損耗，包括光的吸收和散射，只是光纖損耗的一方面原因。非本征光纖損耗是光纖損耗的另一方面重要原因，通常是由光纖的不當(dāng)處理引起的。非本征光纖損耗主要有兩種類型：彎曲損耗和對(duì)接損耗。

彎曲損耗是光纖處理不當(dāng)而引起的常見光纖損耗問題。從字面上理解，彎曲損耗即光纖軸彎曲所引起的損耗。彎曲損耗有兩種基本類型，一種是微彎損耗，另一種是宏彎損耗（如上圖所示）。其中，宏彎損耗是指光纖的彎曲程度比較大（超過2毫米的曲率半徑）。要減少光纖的彎曲損耗，應(yīng)注意以下幾方面的內(nèi)容：

光纖接續(xù)是非本征光纖損耗的另一個(gè)主要原因。在光纖網(wǎng)絡(luò)中，光纖之間的互相連接是必然的。接續(xù)引起的光纖損耗不可避免，但可以通過適當(dāng)?shù)奶幚頊p小到最小。采用光纖熔接或使用高質(zhì)量的光纖連接器可有效降低因光纖接續(xù)所產(chǎn)生的損耗。

光纖芯軸偏離軸線；制造缺陷；光纖鋪設(shè)過程中的機(jī)械限制；環(huán)境因素如溫度、濕度或壓力的變化。

上圖顯示了光纖損耗的幾種主要原因。要減少本征光纖損耗，選擇適當(dāng)?shù)墓饫w和光學(xué)元件是必要的；而要最大程度地減少非本征光纖損耗，正確的光纖處理和相應(yīng)的技能就顯得尤為重要。

光纖損耗的分類

光纖損耗大致可分為光纖具有的固有損耗以及光纖制成后由使用條件造成的附加損 耗。具體細(xì)分如下：　　光纖損耗可分為固有損耗和附加損耗，固有損耗包括散射損耗、吸收損耗和因光纖結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗，附加損耗則包括微彎損耗、彎曲損耗和接續(xù)損耗。

其中，附加損耗是在光纖的鋪設(shè)過程中人為造成的。在實(shí)際應(yīng)用中，不可避免地要將光纖一根接一根地接起來，光纖連接會(huì)產(chǎn)生損耗。光纖微小彎曲、擠壓、拉伸受力也會(huì)引起損耗。這些都是光纖使用條件引起的損耗。究其主要原因是在這些條件下，光纖纖芯中的傳輸模式發(fā)生了變化。附加損耗是可以盡量避免的。下面，我們只討論光纖的固有損耗。　　固有損耗中，散射損耗和吸收損耗是由光纖材料本身的特性決定的，在不同的工作波長下引起的固有損耗也不同。搞清楚產(chǎn)生損耗的機(jī)理，定量地分析各種因素引起的損耗的大小，對(duì)于研制低損耗光纖合理使用光纖有著極其重要的意義

方法/步驟

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

　　在黑夜里，用手電筒向空中照射，可以看到一束光柱。人們也曾看到過夜空中探照燈發(fā)出粗大光柱?！　∧敲矗瑸槭裁次覀儠?huì)看見這些光柱呢？這是因?yàn)橛性S多煙霧、灰塵等微小顆粒浮游于大氣之中，光照射在這些顆粒上，產(chǎn)生了散射，就射向了四面八方。這個(gè)現(xiàn)象是由瑞利最先發(fā)現(xiàn)的，所以人們把這種散射命名為“瑞利散射”。

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。

光纖內(nèi)也有瑞利散射，由此而產(chǎn)生的光損耗就稱為瑞利散射損耗。鑒于目前的光纖制造工藝水平，可以說瑞利散射損耗是無法避免的。但是，由于瑞利散射損耗的大小與光波長的4次方成反比，所以光纖工作在長波長區(qū)時(shí)，瑞利散射損耗的影響可以大大減小

3、先天不足，愛莫能助

　　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，這是人們所不希望的。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。這樣，通過人的聰明才智，就把壞事變成了好事。

光纖的損耗近年來，光纖通信在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)光纖通信，一個(gè)重要的問題是盡可能地降低光纖的損耗。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(yuǎn)近，因此，了解并降低光纖的損耗對(duì)光纖通信有著重大的現(xiàn)實(shí)意義

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。

光纖材料在加熱過程中，由于熱騷動(dòng)，使原子得到的壓縮性不均勻，使物質(zhì)的密度不均勻，進(jìn)而使折射率不均勻。這種不均勻在冷卻過程中被固定下來，它的尺寸比光波波長要小。光在傳輸時(shí)遇到這些比光波波長小，帶有隨機(jī)起伏的不均勻物質(zhì)時(shí)，改變了傳輸方向，產(chǎn)生散射，引起損耗。另外，光纖中含有的氧化物濃度不均勻以及摻雜不均勻也會(huì)引起散射，產(chǎn)生損耗