光纤的损耗机理 散射损耗 吸收损耗 弯曲损耗

光信号在光纤中传输时的功率损耗是光纤的一个重要参数。如果 P 0 P_0 P0​ 是输入光纤的功率，则输出光纤的功率为 P T = P 0 e − α z P_T=P_0e^{-\alpha z} PT​=P0​e−αz

其中 α \alpha α 是光纤损耗的度量，称为衰减常量 (attenuation constant)，或衰减系数 (attenuation coefficient)， z z z 是光信号在光纤中传播的距离。实际工程中，我们更习惯用 dB 作为损耗的单位， α d B = 1 z ⋅ 10 log ⁡ ( P T P 0 ) = 4.343 α \alpha_{dB}=\frac{1}{z}\cdot 10\log\left(\frac{P_T}{P_0}\right)=4.343\alpha αdB​=z1​⋅10log(P0​PT​​)=4.343α

光纤损耗是与波长有关的。 一根光纤在传播不同波长的光信号时，光信号收到的损耗是不同的。我们通常希望在光纤损耗最低的波长处传播信号， α \alpha α 的典型值 0.2   d B / k m 0.2\ dB/km 0.2 dB/km。

导致光纤有损耗的原因有很多，起主导作用的有3个：1. 散射损耗，2. 吸收损耗，3. 弯曲损耗。

散射损耗指的就是瑞利散射，它是光纤不了避免的，决定了光纤损耗的最终极限。由于光纤制作过程中密度不均匀导致了折射率的起伏，使得光会向各个方向散射造成能量的损失。在1550nm附近造成的损耗典型值为 α R = 0.12 ∼ 0.15   d B / k m \alpha_R=0.12\sim0.15\ dB/km αR​=0.12∼0.15 dB/km

吸收损耗指的是物理材料会阻碍光信号(电磁波)的传播，吸收一部分的光功率。光纤的主要成分是石英，石英在紫外区和远红外线区存在的电子共振会吸收一部分光功率；光纤中的氢氧根离子杂质，该杂质在1.23um和1.4um附近会阻碍电磁波的传播……

弯曲损耗是我们常常会碰到的，要求光纤不要有大弧度的弯曲，这将导致光功率会从光纤中辐射出去。此外还会导致模式间功率的耦合等等问题，针对于光纤损耗而言，不必要展开阐述的如此详细。