光纤损耗的主要原因

随着信息社会的到来，光纤通信在越来越多的领域得到了广泛的应用，这也对光纤的传输特性有了更高的要求。光纤的损耗特性直接关系到光纤通信系统传输距离的 长短，是光纤最重要的传输特性之一，尽可能地降低光纤的损耗是实现光纤通信的重要问题之一。

光纤损耗所谓损耗是指光纤每单位长度上的衰减，单位为dB／km。光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近，因此，了解并降低光纤的损耗对光纤通信有着重大的现实意义。

光纤损耗的来源

光波束在光导纤维媒介中传播的损耗是光纤通信领域里一项重要的物理参数。其损耗程度决定了光纤传送信号的最大距离。对光纤而言，最主要的损耗来源于如下几个方面：在光介质中光信号的能量吸收、散射（主要是指瑞利散射）、反射和以及由于弯曲等造成的弯曲损耗。

光纤材料的损耗与波长相关。介质自身吸收、散射造成的损耗与波长的关系如下图所示：

光波束能量吸收：

光纤主要是由二氧化硅石英材料构成的。石英材料的损耗与光的波长相关，在红外大于1700纳米以上的波长区域，红外吸收迅速增加，这主要是由于硅氧（Si-O）基对这个区域光信号的强烈吸收之缘故。光纤通讯主要工作在850纳米、1310纳米和1550纳米的通信窗口，在这些窗口石英材料本身由于吸收造成的损耗与光的散射相比很低。

在1310纳米和1550纳米区域的能量吸收主要是由于光纤的杂质，特别是羟基（OH- ）离子造成的。羟离子在950nm、1250nm 和1383nm波长下具有强烈的能量吸收。

光纤的瑞利散射：

瑞利散射（Rayleigh scattering）由英国物理学家瑞利的名字命名。它是指当介质粒子直径比光的波长小很多时对入射光的造成的散射效应。瑞利散射光的强度和入射光波长λ的4次方成反比。也就是说，光的波长越短，瑞利散射造成能量损失越大。这也解释了为什么光纤中850nm波长光要比1310nm波长的光损耗大，而1310nm波长光要比1550nm波长光损耗大的原因。

弯曲损耗：宏弯和微弯

弯曲损耗是实际应用中常见的一种损耗，其中包括微弯和宏弯两种形式：

微弯是指与光纤的几何尺寸相近的弯曲造成的散射损耗，其原因有光纤生产过程中所造成的问题，也有在工程建设实施过程中机械应力比如挤压、拉伸、扭曲等造成的损伤。

宏弯则是指光纤介质的垂直弯曲范围在厘米量级时，造成光信号在光纤中折射角度小于最大全反射角度，其结果是导致一定光信号的能量从媒介芯子内泄露到包层外而产生一定光信号传送能量的损耗。

光信号在光纤介质传输过程中的“回损和反射”

当光信号入射到光纤传输介质中，由于不同性质的介质截面的折射率不同，因而会产生光的“镜面”反射现象，这一现象以法国物理学家奥古斯丁·菲涅耳的名字命名为菲涅耳反射。在实际应用中光纤的一些故障如：光纤断裂，光纤连接端面污损会造成比较强烈的反射，只有通过采集这些异常反射事件位置的能量数据且加以分析，便可诊断故障位置。

反射事件的定义为：

反射系数=10log（P反射/P入射），值为负数

回损（ORL）是指总的反射功率与入射功率的比值，定义为：

ORL=10log（P入射/P总反射），值为正数

结束语

低的损耗一直是光纤研究的主题。随着400G系统即将商用，特别是400G系统对光OSNR的苛刻要求，超低损耗光纤的部署正成为一个的热点。超低损耗光纤意味着更长的跨段距离，更少的光中继跨段数，从而使系统具有更好OSNR指标性能。

常规光纤典型的光衰减系数在1310nm小于0.35dB/km，在1550nm小于0.20dB/km。业界康宁公司和长飞公司相继推出了超低损耗光纤，其最大损耗在1310nm小于0.31dB/km；在1550nm小于0.17dB/km。特别是拉曼放大器可能在400G/1T系统的应用，大有效面积超低损耗光纤引起行业的兴趣，康宁公司商用的大有效面积Vascade EX3000光纤其标称衰减系数小于0.158dB/km。

光纤损耗的测试，最为常见的方法是光源/功率计测试方法，以及OTDR的测试方法。详细原理可以登录EXFO公司网站WWW.EXFO.COM 获得相关内容。