光纤结构和类型

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 光纤,2.1,光纤结构和类型,2.1.1,光纤结构,2.1.2,光纤类型,2.2,光纤传输原理,2.2.1,几何光学方法,2.2.2,光纤传输的波动理论,2.3,光纤传输特性,2.3.1,光纤色散,2.3.2,光纤损耗,2.3.3,光纤标准和应用,教学重点及难点,重点,:,一、分析光纤的导光原理；,二、理解,光纤损耗和色散的概念,；,三、掌握光纤单模传输条件的计算公式。,难点：,光纤传输的波动理论,光纤,（,Optical Fiber,）,的,典型结构,是多层同轴圆柱体，,如图所示,，自内向外由,纤芯,、,包层,和,涂敷层,三部分组成。,2.1,光纤结构和类型,2.1.1,光纤结构,光纤结构,图,纤芯,的,折射率,比,包层,稍高，,损耗,比,包层,更低，光能量主要在,纤芯,内传输。,包层,为光的传输提供,反射面,和,光隔离,，并起一定的,机械,保护作用。,设,纤芯,和,包层,的,折射率,分别为,n,1,和,n,2,，,光能量在光纤中传输的必要条件是,n,1,n,2,。,涂覆层,保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。,2.1.2,光纤类型,1,、光纤的主要成分,目前通信用的光纤主要是,石英系光纤,，其主要成分是,高纯度石英,玻璃，即,二氧化硅,(,SiO,2,),。,如果在石英中掺入折射率高于石英的掺杂剂，就可以制作光纤的,纤芯,。同样，如果在石英中掺入折射率低于石英的掺杂剂，就可以作为,包层,材料。,2,、光纤分类,（,1,）,按照制造光纤所用的材料,分类有：,石英系光纤；,多组分玻璃光纤；,塑料包层石英芯光纤；,全塑料光纤。,（,2,） 按折射率分布情况,分类,：光纤主要有三种基本类型：,突变型多模光纤,（,多模阶跃折射率光纤,）,渐变型多模光纤,（,多模渐变射率光纤,）,单模光纤,突变型多模光纤,（,Step Index Fiber, SIF,）,纤芯折射率为,n,1,保持不变，到包层突然变为,n,2,。这种光纤一般纤芯直径,2,a,=50,80,m,，,光线,以,折线形状,沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。,突变型多模光纤,(,多模阶跃折射率光纤,),渐变型多模光纤,（,Graded Index Fiber, GIF,）,在纤芯中心折射率最大为,n,1,，沿径向,r,向外围逐渐变小，直到包层变为,n,2,。这种光纤一般纤芯直径,2,a,为,50,m,，,光线,以,正弦形状,沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。,渐变型多模光纤,(,多模渐变射率光纤,),单模光纤,（,Single Mode Fiber, SMF,）,折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有,810,m,，,光线,以,直线形状,沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式（只传输主模），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。,单模光纤,相对于,单模光纤,而言，,突变型光纤,和,渐变型光纤,的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，,所以称为,多模光纤,。,渐变型多模光纤,和,单模光纤,，包层外径,2,b,都选用,125,m,。,特种单模光纤,最有用的若干典型特种单模光纤的横截面结构和折射率分布下图所示：,(a),双包层；,(b),三角芯；,(c),椭圆芯,双包层光纤,:,色散平坦光纤,（,DFF,）,色散移位光纤,（,DSF,）,三角芯光纤,:,改进的色散移位光纤,椭圆芯光纤,:,双折射光纤,或,偏振保持光纤,。,主要用途：,突变型多模光纤,只能用于小容量短距离系统。,渐变型多模光纤,适用于中等容量中等距离系统。,单模光纤,用在大容量长距离的系统。,特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平,:,1.55,m,色散移位光纤,实现了,10,Gb/s,容量的,100,km,的超大容量超长距离系统。,色散平坦光纤,适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。,三角芯光纤,有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。,偏振保持光纤,用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。,2.2,光纤传输原理,分析光纤传输原理的常用方法：,几何光学法,麦克斯韦波动方程法,2.2.1,几何光学方法,用,几何光学方法,分析光纤传输原理，我们关注的问题主要是光束在光纤中传播的,空间分布,和,时间分布,，并由此得到,数值孔径,和,时间延迟,的概念。,几何光学法分析问题的两个出发点,:,数值孔径,时间延迟,通过分析光束在光纤中传播的,空间分布,和,时间分布,。,几何光学法分析问题的两个角度：,突变型多模光纤,渐变型多模光纤,一、突变型多模光纤,为简便起见，以,突变型多模光纤,的交轴光线,(,子午光线,),为例，进一步讨论光纤的传输条件。,设,纤芯,和,包层,折射率分别为,n,1,和,n,2,，空气的折射率,n,0,=1,，纤芯中心轴线与,z,轴一致。,二,.,突变型多模光纤导光原理,突变型多模光纤导光原理图,与,内光线,入射角的临界角,c,相对应，光纤,入射光的入射角,i,有一个,最大值,max,。,max,称为,光纤端面入射临界角,（,简称,入射临界角,）,。,光纤端面入射临界角,当,i,max,时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状向前传播，如,光线,3,。,半锥角,由此可见，只有在半锥角为,i,max,的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。,三、数值孔径,根据这个传播条件，定义入射临界角的正弦为数值孔径,(,Numerical Aperture,NA,),。即光纤的数值孔径为：,NA,=,n,0,sin,(,max,),得光纤的数值孔径为：,NA,=,n,0,sin,(,max,),=,光纤的数值孔径,NA,仅决定于光纤的折射率,n,1,和,n,2,，与光纤的,直径,无关。,光纤的数值孔径,NA,表示光纤接收和传输光的能力,，,NA,(,或,max,),越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的,耦合效率,越高。,对于无损耗光纤，在,max,内的入射光都能在光纤中传输，,如图,。,光纤的数值孔径,NA,越大，,纤芯对光能量,的,束缚越强,，光纤抗弯曲性能越好；,但,NA,越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而,限制了信息传输容量,。,所以要根据实际使用场合，选择适当的,NA,。,四、相对折射率差,n,1,和,n,2,差值的大小直接影响着光纤的性能，为此引入相对折射率差这样一个物理量来表示它们相差的程度，用,表示，即,弱导光纤，有,n,1,n,2,，,此时,对于,渐变型多模光纤,，若轴心处,r,=,0,时的折射率为,n,(0),，则其,相对折射率差,的,定义,为：,光纤的数值孔径可表示为：,例题：,设光纤的纤芯折射率,n,1,=1.500,，包层折射率,n,2,=1.485,。求,:,（,1,）相对折射率差,；,（,2,）数值孔径,NA,；,（,3,）入射临界角,max,。,解：,（,1,）相对折射率差,：,（,2,）数值孔径,NA,：,（,3,）入射临界角,max,0.01,0.21,12.12,o,五,时间延迟,（时延）,突变型多模光纤最大时延差,经历,最,短,和,最长,路程的二束光线间,时间差,是输入脉冲展宽的一种度量。,是输入脉冲展宽的一种度量,4,NA,与,T,的关系,NA,越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高；但,NA,越大，模间色散越严重。,常用于通信的光纤的,NA,取值范围为,:,0.1,0.3,例：设光纤长度,L=,1km,，数值孔径,NA,=0.20,，纤芯折射率,n,1,=1.5,，求脉冲展宽,T,。,六,突变型多模光纤,的,最大比特率距离积,BL,光纤的最大比特率距离积,BL,定义,为光纤信息传输容量 。,突变型多模光纤,的最大比特率距离积,BL,为,:,上式是突变型多模光纤,传输容量,的基本限制。,例：多模阶跃光纤，纤芯折射率,n,1,=1.5,，包层折射率,n,2,=1.497,，求其传输容量,BL,。,2.,渐变型多模光纤,渐变折射率光纤的折射率在纤芯中,连续变化,。,适当选择折射率的分布形式，可以使不同入射角的光线有大致相同的光程，从而,大大减小群时延差,。,渐变型多模光纤,具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点。,（,1,）渐变型光纤折射率分布的普遍公式,n,1,和,n,2,分别为纤芯中心和包层的折射率；,r,和,a,分别为径向坐标和纤芯半径；,为相对折射率差；,g,为,折射率分布指数,g,，,(,r,/,a,)0,的极限条件下，表示,突变型多模光纤,的折射率分布；,g,=2,，,n,(,r,),按平方律,(,抛物线,),变化，表示常规,渐变型多模光纤,的折射率分布。,具有这种分布的光纤，不同入射角的光线会聚在中,心轴线的一点上，因而脉冲展宽减小,渐变型光纤折射率,按,平方律,(,抛物线,),分布,:,由于,渐变型多模光纤,折射率分布是径向坐标,r,的函数，纤芯各点,数值孔径,不同，所以要定,义,局部数值孔径,NA,(,r,),和,最大数值孔径,NA,max,（,2,）,射线方程的解,用,几何光学方法,分析,渐变型多模光纤,要求解射线方程， 射线方程一般形式为,式中：,是轨迹上某一点的位置矢量；,s,为,射线的传输轨迹；,ds,是沿轨迹的距离单元，,表示折射率的梯度。,将射线方程应用到光纤的圆柱坐标中，对于近轴子午光线，射线方程可简化为：,渐变型多模光纤,射线方程为：,这是二阶微分方程。,得到光线的,轨迹,为,式中,， ，,C,1,和,C,2,是待定常数，由边,界条件确定。,得到光线的,轨迹,为,当,0,=0,时，光线平行光纤轴入射,当,r,i,=0,时，光线在,r=0,，,z,=0,处以不同的入射角射入光纤,得,自聚焦效应,不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在一点上，这种现象称为,自聚焦效应，,如图,。,渐变型多模光纤,具有,自聚焦效应,，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的,时间延迟,也近似相等。,(4),渐变光纤,最大时延差,折射率按抛物线分布的渐变光纤最大时延差为,式中：,n(0),为,轴线上,的折射率；,L,为,渐变光纤,的长度；,C,为真空中的光速。,（,5,）渐变多模光纤的最大比特率距离积,BL,为,:,例,1,一根多模,渐变光纤,的长度,L=,1km,，纤芯的折射率,n(0)=1.5,，相对折射率差,=0.01,，求其传输容量,BL,。,2.2.2,光在光纤中的模式传输,教学内容：,一、,模式的概念,；,二、,传输模式,；,三、,传条输件,；,四、,单模传输条件,。,2.2.2,光在光纤中的模式传输,一、,模式的,概念,所谓的,光纤,模式,，就是满足边界条件的电磁场波动方程的解，电磁场的,稳态分布,。,这种空间分布在传播过程中只有相位的变化，没有形状的变化，且始终满足边界条件，每一种这样的分布对应一种模式。,二、传输模式,麦克斯韦方程组的求解表明，光纤中可能存在的模式有,横电模,TE,、,横磁模,TM,及,混合模,HE,和,EH,等四套模式。,1,、横电模,TE,0 m,：,如果纵轴方向只有磁场分量,H,z,，没,有电场分量（,E,z,=0,），而横截面上有电,场分量的电磁波称为横电模，用,TE,0 m,表示。,2,、横磁模,TM,0 m,：,如果纵轴方向只有电场分量,E,z,，没,有磁场分量（,H,z,=0,），而横截面上有电,场分量的电磁波称为横电模，用,TM,0 m,表示。,3,、混合模,HE,v,m,和,EH,v,m,：,如果纵轴方向既有电场分量,E,Z,又有,磁场分量,H,Z,，这种电磁波就是横电模与,横磁模的混合，称为混合模。,混合模用,HE,v,m,和,EH,v,m,表示,。,混合模,HE,v,m,和,EH,v,m,：,当纵轴方向磁场分量占优势，电场,分量较弱时，混合模用,HE,v,m,表示。反,之，当纵轴方向电场分量占优势，磁场,分量较弱时，混合模用,EH,v,m,表示。,主模,在所有的导模中，只有模式,HE,11,的归一化截止频率,V,c,=0,。,HE,11,模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为,基模,或,主模,。,高次模,除了,主模,外，,其它的模式称为,高次模,。,波型简并,归一化截止频率,相同的模式，将同时导行或同时截止，这种现象称为,波型简并,。,如：,TE,01,、,TM,01,、,HE,21,归一化截止频率相同,V,c,=2.40483,，所以,TE,01,、,TM,01,、,HE,21,是,波型简并,。,可得,光纤中导波模的,传输条件,为,V -,光纤的归一化频率,；,V,c,-,光纤的归一化,截止,频率。,三、传条输件,光纤的归一化频率,V,光纤的归一化频率由纤芯和包层的相对折射率差、纤芯的半径以及传输光波长所决定；,归一化截止频率,V,C,由模式所决定,四、单模光纤的模式特性,传输模式数目随,V,值的增加而增多。,当,V,值减小时，不断发生,模式截止,，,模式数目,逐渐减少。,特别值得注意的是当,V, 2.405,时，只有,HE,11,一个模式存在，其余模式全部截止。,HE,11,称为,基模,或,主模,。,由此得到,单模传输条件,为,V -,光纤的归一化频率,;,n,1,-,纤芯折射率,;,-,相对折射率差；,-,传输光波长。,例：,已知突变型多模光纤,的纤芯折射率,n,1,=1.5,，纤芯和包层的相对折射率差,=0.002,。若光纤工作波长,=1.30m,和,=1.55m,，求光纤单模传输时，其最大的纤芯直径为多少？,对于给定的光纤,(,n,1,、,n,2,和,a,确定,),，存在一个,临界波长,c,，,当,c,时，是单模传输，这个临界波长,c,称为,截止波长,。,截止波长,截止波长计算公式,2.3,光纤传输特性,产生,信号畸变,的主要原因是光纤中存在,色散,。,光波在光纤中传输，随着距离的增加,光功率逐渐下降,，这就是,光纤,的,传输损耗,。,损耗,和,色散,是光纤最重要的,传输特性,。,2.3.1,光纤色散,一、,光纤的色散概念,1,、色散,在物理光学中，,色散,是指由于某种物理原因使具有,不同波长的光,经过透明介质后,被散开,的现象。,2,、光纤的色散,在,光纤中,，,光信号,是由很多不同的成分组成的，由于信号的各频率成分或各模式成分的传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成分之间出现时延差，引起传输信号波形失真，,脉冲展宽,，这种现象称为,光纤色散,。,3,、光纤色散,对光纤通信的影响,光纤色散,的存在使传输的信号脉冲畸变和展宽，从而产生码间干扰。为了保证通信质量，必须增大码间间隔，即降低信号的传输速率，这就限制了光纤系统的通信容量和传输距离。,4,、光纤色散,的种类,按照色散产生的原因，光纤色散可分为,模式色散,，,材料色散,、,波导色散,和,极化色散,。,（,1,）模式色散,模式色散,是由于,不同模式,的时间延迟不同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。,（,2,）材料色散,材料色散,是由于光纤的折射率随波长而改变，不同波长成分的光，其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。,材料色散,（,3,）波导色散,波导色散,是由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。,波导色散,（,4,）极化色散,由于,HE,11y,和,HE,11x,模的,传播常数,y,和,x,小不同，因此引起这两个模式传输的不同步，从而形成色散。这种色散叫做,极化色散,。,模式色散 材料色散 波导色散 极化色散,光纤这四种色散的大小有如下关系：,在,多模光纤,中，有,模式色散,和,波长色散,，而以,模式色散,为主。,在,单模光纤,中，,不存在模式色散,，而只存在,材料色散,、,波导色散,和,极化色散,。由于,极化色散很小,，一般忽略不计。,5,、色散的表示,色散的大小,常用,时延差,(,脉冲展宽,),来表示，而时延差是光脉冲的不同模式或不同波长成分传输同样距离所需的时间。用,脉冲展宽,表示时，,光纤色散,可以写成,n,模式色散,；,m,材料色散,；,w,波导色散,二、多模光纤的色散,1,、长度为,L,突变型,多模光纤的色散为,（弱导光纤）,2,、长度为,L,渐变型,多模光纤的色散为,n,(0),：,纤芯轴线的折射率,三、单模光纤的色散,1,、色散系数,理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。材料色散和波导色散总称为,波长色散,，它是时间延迟随波长变化产生的结果。,单模光纤的波长色散用,D,(,),度量，其单位是，即,单位波长间隔,（,1nm,）的两个频率成分在光纤中传播,1km,时 所产生的,群时延差,。在工程中将称为,色散系数,。即,定义,为：,经过复杂推导，合理简化，得到单位长度的,单模光纤色散系数,为,色散系数,D,单位是,2,、单模光纤,色散系数,上式右边,第一项,D,m,为,材料色散,;,上式右边,第二项,D,W,为,波导色散。,（,1,）、材料色散,D,m,其值由,实验确定,SiO,2,材料的,近似经验公式为,计算和实验发现：,石英光纤,在,波长,=,1273nm,处，,D,m,=0,，,1273nm,，,D,m,为,正值,。,（,2,）、波导色散,D,W,计算和实验得出,普通单模光纤的,波导色散系数,D,W,在,波长,01.8,m,范围,都是负值,。,其,绝对值,则,由,纤芯半径,、,相对折射率差,及,折射率的分布规律,确定,。,一般讲,，,纤芯半径越小,，,折射率差越大,，,波导色散也越负,。但与波长的变化不大。,3,、,单模光纤色散特性,在一定的,波长范围内,，,波导色散,与,材料色散,具有,相反,的符号。,波导色散,使,零色散波长,0,从,1273 nm,向右移动了,37nm,左右，总色散在,=1310nm,附近为零，即,零色散波长,0,=1310 nm,。,G.652,常规单模光纤,零色散波长,0,=1310 nm,的石英光纤是一种,常规单模光纤,，国际电信联盟电信标准化机构,ITU T,将其命名为,G.652,光纤,。这种光纤既可用于,1.31,m,波长区，也可用于,1.55,m,波长区，是一种可供,双窗口,应用的单模光纤,。,G.652,光纤,性能特点,是：,1),在,1.31,m,波长处的,色散为零,，衰减系数约为,0.35dB/km,，。,2,）在波长为,1.55,m,附近衰减系数最小，约为,0.22dB/km,，但在,1.55,m,附近其具有最大色散系数，为,17,ps/(nmkm,),。,3,）它的最佳工作波长在,1.31m,区域。,G.653,色散位移单模光纤,通过改变,光纤,的,结构参数,、,折射率分布形状,，力求加大波导色散，从而将,零色散波长,0,从,1.310m,位移,到,1.550m,，实现,1.550m,处,最低衰减,和,零色散波长,一致。这种光纤称为,色散位移单模光纤, ITU T,将其命名为,G.653,光纤,。,G.653,光纤,性能特点,是：,G.653,光纤,工作波长在,1.550m,区域，它非常适合于,长距离单信道,光纤通信系统。,由于,G.653,光纤,在,1.550m,处,色散为零,，所以在掺铒光纤放大器（,大光功率影响,）通道进行,波分复用信号,传输时，存在的,严重问题,是：在,1.550m,波长区的零色散产生了,四波混频,非线性效应,。因此，,G.653,光纤,不能应用于密集波分复用传输系统,。,G.655,非零色散位移单模光纤,为了解决,G.652,光纤,在,1.550m,处的,色散限制,问题和,G.653,光纤,在,1.550m,处零色散产生了,四波混频,非线性效应的影响。,在,G.653,光纤的基础上,通过过改变光纤的结构参数、折射率分布形状的方法，使得这种光纤在,1.550m,波长处的,色散不为零,，零色散波长不在,1.55m,，而在,1.525m,或,1.585,m,。故其被称为,非零色散位移单模光纤,，,ITU T,将其命名为,G.655,光纤,。,G.655,光纤,性能特点,是：,G.655,光纤,在,1.55m,有适中的,微量色散,，其值,大,到足以,抑制,密集波分复用系统的,四波混频效应,，,小,到,允许,信道,传输速率,达到,10,Gb/s,以上。,G.655,光纤,性能特点,是：,非零色散光纤具有常规单模光纤和色散移位光纤的,优点,，是,最新一代的单模光纤,。这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用，实现了,超大容量超长距离,的通信。,G.652,、,G.653,、,G.655,的,色散参数,4,、单模光纤的色散,(,脉冲展宽,),-,光源均方根谱宽,由,单模光纤,色散系数定义：,得单模光纤的色散为：,5,、,单模光纤的,最大,比特率距离积,：为单模光纤,色散系数,：为光源均方根谱宽,2.3.2,光纤损耗,光波在光纤中传输，随着距离的增加,光功率逐渐下降,，这种现象称为,光纤,的,损耗,。,由于,损耗,的存在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小。光纤的损耗在很大程度上,决定,了系统的,传输距离,，是光纤最重要的,传输特性之一,。,自光纤问世以来，人们在降低光纤损耗方面做了大量的工作，,1.31,m,光纤的损耗值在,0.5dB/km,以下，而,1.55,m,的损耗为,0.2dB/km,以下，这个数量级,接近了,光纤损耗的,理论极限,。,1,、光纤的损耗系数,尽管引起光纤损耗的原因有多种，但在定义其损耗系数时，只考虑,输入,和,输出,光纤的,光功率之比,。,光纤的损耗系数定义,若长度为,L,(km),的光纤，,输入光功率,为,P,i,，,输出光功率,为表示,P,o,，光纤的损耗系数定义为：,（,dB/km,）,2,、损耗的机理,光纤的损耗机理主要有三种：即,吸收损耗,、,散射损耗,和,辐射损耗,。,吸收损耗,与光纤材料有关，,散射损耗,则与光纤材料及光纤中的结构缺陷有关，,辐射损耗,与光纤的弯曲有关。,(,一,),吸收损耗,吸收损耗,包括,固有吸收,和,杂质吸收,。,（,1,）固有吸收：,固有吸收是由于光纤材料,（,SiO,2,）本身吸收光能而产生的。它主要存在,紫外,和,红外,两个波段。,紫外吸收,是由于光纤材料,在,紫外区,的,电子跃迁,产生的。,吸收带发生在紫外区,(,7m),紫外吸收,和,红外吸收,这,两种吸收带从不同方向伸展到,可见光区,。光纤中,固有吸收很小，在,0.8,1.6,m,波段，小于,0.1dB/km,，在,1.31.6,m,波段，小于,0.03dB/km,。,（,2,）杂质吸收,光纤中的,杂质,主要有过渡金属和,氢氧根,(,OH,-,),离子。,这些杂质是早期实现低损耗光纤的障碍。由于技术的进步，目前过渡金属离子含量已经降低到其影响可以忽略的程度。,由氢氧根离子,(,OH,-,),产生的吸收峰出现在,0.95,m,、,1.24,m,和,1.39,m,波长，其中以,1.39,m,的,吸收峰,影响最为严重。,目前,氢氧根离子,(,OH,-,),的含量已经降低到,10,-9,以下，,1.39,m,吸收峰损耗也减小到,0.5dB/km,以下。,(,二,),散射损耗,散射损耗是指在光纤中传输的一部分光由于散射而改变了传输方向，从而使一部分光不能传输到终端所产生的损耗。,散射损耗主要是,瑞利散射损耗,和,波导,散射损耗,。,（,1,）瑞利散射损耗,瑞利散射损耗,是由材料微观密度不均匀引起的。瑞利散射损耗与波长,四次方成反比，可用经验公式表示为,（,dB/km,）,瑞利散射系数,A,（,dB/km,）,m,4,取决于纤芯与包层折射率差,。,当,分别为,0.2%,和,0.5%,时，,A,分别为,0.86,和,1.02,。,（,dB/km,）,瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。,如果,=0.2%,，在,1.55m,波长，光纤最低理论极限为,0.149 dB/km,。,dB/km,（,2,）波导,散射损耗,波导,散射损耗是,由于,光纤结构缺陷,(,如气泡,),引起的散射产生的,。,结构缺陷散射产生的损耗与波长无关。,瑞利散射损耗曲线,和,波导,散射损耗曲线,如图所示,。,(3),辐射损耗,辐射损耗是由于光纤中的传导模在光纤的弯曲部分转换成辐射模而造成的。,如图。,若在直的光纤中有一,满足全反射条件,的光线，它代表一个,传导模,，当它入射至光纤弯曲部分时，由于光纤的弯曲，它的入射角变得,小于全反射临界角,，于是这条光线,不再满足全反射条件,，而是折射到包层中取了，造成了,辐射损耗,，也称为,弯曲损耗,。,弯曲损耗与光纤的弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小，一般认为，当弯曲曲率半径大于,10 cm,时，弯曲损耗可以忽略不计。,3,光纤的损耗波谱曲线,根据以上分析和经验，,光纤总损耗,与,波长,的关系可以,表示,为,式中，,A,为,瑞利散射系数,，,B,为,结构缺陷散射,产生的,损耗,，,CW(,),、,IR(,),和,UV(,),分别,为杂质吸收,、,红外吸收,和,紫外吸收,产生的,损耗,。,单模光纤损耗谱，示出各种损耗机理,小结,1,、单模光纤损耗,曲线图,2,、单模光纤色散,损耗,曲线图,G.652,、,G.653,、,G.655,的,色散参数,