光纤通信基础光纤损耗的种类及特点根据光纤生产与使用的不同阶段，可将光纤损耗分类如下图所示红外吸收本征吸收：纯SiO2吸收收Y紫外吸收有用掺杂吸收材料厂杂质吸收有害杂质吸收损耗瑞利散射（微观不均匀性）其他固有波导损耗模式损耗：场分布不集中于芯层损耗耦合损耗：模式耦合合成辐射模或高次模微裂纹（纵向、横向）工艺光纤损耗微裂纹损耗气泡微弯成缆阶段（光缆附加损耗）应力使用外力(拉、压)损耗弯曲使用阶段（使用附加损耗）温度变化水侵蚀172025/11/3
2025/11/3 17 光纤损耗的种类及特点 根据光纤生产与使用的不同阶段，可将光纤损耗分类如下图所示。 模式损耗：场分布不集中于芯层 耦合损耗：模式耦合合成辐射模或高次模 波 导 损耗 材 料 损耗 本征吸收：纯SiO2吸收收 红外吸收 紫外吸收 杂质吸收 有用掺杂吸收 有害杂质吸收 瑞利散射（微观不均匀性） 固 有 其他 损耗 使 用 损耗 光纤损耗 成缆阶段（光缆附加损耗） 微裂纹 微弯 应力 使用阶段（使用附加损耗） 外力（拉、压） 弯曲 温度变化 水侵蚀 微裂纹（纵向、横向） 气泡 工 艺 损耗 光纤通信基础
光纤通信基础材料损耗材料损耗材料损耗是指相对于波长而言可看成无限大的宏观均匀透光材料的损耗。如果是将各向同性的线性材料， D = E 其中,s=8, + j, ,它的虚部就对应于材料损耗。材料损耗包括纯石英的本征吸收、有用掺杂的本征吸收、瑞利散射、有害杂质的吸收以及强光作用时受激喇曼散射和布里渊散射等。纯石英的本征吸收与掺杂的本征吸收又称为光纤的本征吸收。在上述各种损耗因素中，除了瑞利散射外，都发生了光能形态的改变。182025/11/3
2025/11/3 18 材料损耗 材料损耗是指相对于波长而言可看成无限大的宏观均匀透光材料的 损耗。如果是将各向同性的线性材料， 其中， ， 它的虚部就对应于材料损耗。 材料损耗包括纯石英的本征吸收、有用掺杂的本征吸收、瑞利散射、 有害杂质的吸收以及强光作用时受激喇曼散射和布里渊散射等。 纯石英的本征吸收与掺杂的本征吸收又称为光纤的本征吸收。在上 述各种损耗因素中，除了瑞利散射外，都发生了光能形态的改变。 D E = r i = + j 光纤通信基础 材料损耗
光纤通信基础材料损耗（1）石英材料的本征吸收损耗材料的本征吸收来自材料内部电子和分子运动态在其量子化能级（在固体中扩展为能带）间的受激吸收跃迁。吸收峰的位置决定于发生跃迁的两能级间隔△E。当入射光子能量hf与上述能级间隔相等时，材料将对该频率的光产生共振吸收，所吸收的能量被最终转化为热量。因此材料的本征吸收峰位置可根据能级间隔E确定为 :hc(2.5.7)>,=NE,由于电子运动的量子化能级间隔远大于分子运动的能级间隔，通常电子跃迁所对应的吸收峰位于短波长端，分子跃迁的吸收峰位于长波长峰192025/11/3
2025/11/3 19 材料的本征吸收来自材料内部电子和分子运动态在其量子化能级（在 固体中扩展为能带）间的受激吸收跃迁。 吸收峰的位置决定于发生跃迁的两能级间隔ΔEj。当入射光子能量hf 与上述能级间隔相等时，材料将对该频率的光产生共振吸收，所吸收的能 量被最终转化为热量。因此材料的本征吸收峰位置可根据能级间隔ΔEj确 定为 ： j j hc E = （2.5.7） 由于电子运动的量子化能级间隔远大于分子运动的能级间隔，通常电 子跃迁所对应的吸收峰位于短波长端，分子跃迁的吸收峰位于长波长峰。 材料损耗 光纤通信基础 （1）石英材料的本征吸收损耗
光纤通信基础材料损耗在石英材料中，电子跃迁的吸收峰位于紫外区域，可以等效为一个位于100nm处的紫外吸收峰分子跃迁在光频波段的吸收峰位于红外区域，主要有四个，峰值分别位于9.1μum、12.5um、21.3um和36.4um。就其对通信窗口的影响而言，可以等效为一个位于9.0μm的红外吸收峰。这些吸收峰在远离其峰值波长处的带尾均按指数规律衰减，在800~1700nm的范围内紫外吸收和红外吸收的带尾均已衰减至小于0.1dB/km的水平，形成了石英材料的一个透明低损耗窗口。2025/11/320
2025/11/3 20 在石英材料中，电子跃迁的吸收峰位于紫外区域，可以等效为 一个位于100nm处的紫外吸收峰； 分子跃迁在光频波段的吸收峰位于红外区域，主要有四个，峰 值分别位于9.1m、12.5m、21.3m和36.4m。就其对通信窗口 的影响而言，可以等效为一个位于9.0m的红外吸收峰。 这些吸收峰在远离其峰值波长处的带尾均按指数规律衰减，在 800~1700nm的范围内紫外吸收和红外吸收的带尾均已衰减至小于 0.1dB/km的水平，形成了石英材料的一个透明低损耗窗口。 材料损耗 光纤通信基础
光纤通信基础材料损耗（2）杂质吸收损耗在形成折射率剖面而引入的掺杂剂中，GeO2的共振吸收峰位于远离石?英低损耗窗口的远红外区域，对通信窗口的损耗几乎没有影响。但在掺杂浓度很高的情况下将变得不可忽略。B203在3.2μm和3.7μm处有一对吸收峰，P205的吸收峰位于3.8μm。由于这些吸收峰十分靠近石英低损耗窗口，其带尾将对通信窗口的长波长产生影响。在掺杂浓度较高的情况下，其影响将较为严重。在掺F石英中，Si-F键的本征吸收峰位于距离通信窗口较远的13.8um处对通信波段的影响可以忽略。2025/11/321
2025/11/3 21 ➢ 在形成折射率剖面而引入的掺杂剂中，GeO2的共振吸收峰位于远离石 英低损耗窗口的远红外区域，对通信窗口的损耗几乎没有影响。但在掺杂浓 度很高的情况下将变得不可忽略。 ➢ B2O3在3.2m和3.7m处有一对吸收峰，P2O5的吸收峰位于3.8m。 由于这些吸收峰十分靠近石英低损耗窗口，其带尾将对通信窗口的长波长产 生影响。在掺杂浓度较高的情况下，其影响将较为严重。 ➢ 在掺F石英中，Si-F键的本征吸收峰位于距离通信窗口较远的13.8m处， 对通信波段的影响可以忽略。 材料损耗 光纤通信基础 （2）杂质吸收损耗