光纖特性測量

為傳輸理論的研究，或為設(shè)計和工藝提供反饋信息，對生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制和產(chǎn)品檢驗、施工維護都是十分重要的。

由于光纖特性的敏感性，測量中光源

CCITT建議的測試方法

穩(wěn)定、發(fā)射技術(shù)、耦合方式、測試條件、樣品處理和信息檢測及數(shù)據(jù)處理，對光纖呈現(xiàn)的特性都有密切的關(guān)系。CCITT建議G.651和G.652對多模和單模光纖規(guī)范了相關(guān)參數(shù)的定義和實用可靠的測試方法，如表所列。基準(zhǔn)測試法（RTM）嚴(yán)格與定義相聯(lián)系，替代測試法（ATM）是在某種意義上與給定特性的定義相一致的測試方法。

光纖的幾何參數(shù)：

1. 纖芯、包層直徑、不園度、偏芯率

2. 數(shù)孔直徑

3. 折射率分布

光纖物理參數(shù)

1. 損耗

2. 色散

3. 偏振、雙折射

光纖的損耗和色散是寬帶通信傳輸介質(zhì)的兩個十分重要的特征參量。

損耗：限制傳輸距離

色散：限制傳輸帶寬、中繼距離。

偏振、雙折射：對于光纖在寬帶通信、傳感技術(shù)的應(yīng)用。以及光纖中非線性的研究具有重要的意義。

光纖的傳輸損耗特性是決定光網(wǎng)絡(luò)傳輸距離、傳輸穩(wěn)定性和可靠性的最重要因素之一。光纖傳輸損耗的產(chǎn)生原因是多方面的，在光纖通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護中，最值得關(guān)注的是光纖使用中引起傳輸損耗的原因以及如何減少這些損耗。光纖使用中引起的傳輸損耗主要有接續(xù)損耗（光纖的固有損耗、熔接損耗和活動接頭損耗）和非接續(xù)損耗（彎曲損耗和其它施工因素和應(yīng)用環(huán)境所造成的損耗）兩類。

產(chǎn)生損耗的原因主要是：

(1) 材料的吸收損耗，包括纖芯和包層的物質(zhì)吸收

(2) 材料（或物質(zhì)）的散射，也包括纖芯和包層。

(3) 波導(dǎo)散射，即交界面隨機的畸變或粗糙所產(chǎn)生的散射。

(4) 波導(dǎo)彎曲所產(chǎn)生的輻射損耗。

(5) 外套損耗。

1、 材料的吸收損耗

材料吸收所產(chǎn)生的損耗是重要的損耗。早期的水平是1000~4000db/km，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的損耗都是來源于材料吸收。材料吸收又有多種原因：

(1) 物質(zhì)本征吸收：由原子躍遷（電子吸收）所產(chǎn)生：紅外8-12μm，紫外拖尾0.7-1.1μm。

(2) 過度族金屬離子吸收：鐵，鉆，銅，鉻等吸收峰和吸收帶也隨他們的價狀態(tài)不同而不同。

(3) OH-離子吸收：在熔融石英玻璃里OH-的吸收帶在0.72,0.95，1.4μm的范圍里。

(4) 原子缺陷吸收：由于加熱過程：4價Ti-3價由于強烈的輻射，玻璃材料會受激而產(chǎn)生原子的缺陷而產(chǎn)生損耗。

2、 物質(zhì)的散射損耗

物質(zhì)內(nèi)部的散射，會減小傳輸功率，產(chǎn)生損耗。

本征散射：（物質(zhì)散射中最重要的）它是使波導(dǎo)衰減不能太小的基本限制之一。

非線性散射：物質(zhì)在強場作用下，也會誘發(fā)出對入射波的散射。（拉布散射、布里淵散射）

瑞利散射：密度不均勻或者內(nèi)應(yīng)力不均勻就引起折射率不均勻，從而產(chǎn)生散射。這種不均勻度與波長相比是小尺寸的。瑞利散射與波長λ的四次方成反比。

摻雜不均勻引起的散射：也屬于物質(zhì)的本征散射。

濃度的不均勻性的散射：所用玻璃種有些含有幾種氧化物，以改變折射率。而氧化物濃度的不均勻性或起伏，也會引起散射，產(chǎn)生損耗。一般而言，折射率的起伏是未知的，所以因之而產(chǎn)生的損耗（或散射）是不能計算的。反過來，倒是可以利用散射損耗去得出折射率的起伏。對于典型的高硅玻璃，濃度不均勻的散射損耗占總散射損耗的25%。

3、 波導(dǎo)散射損耗

(1) 由于拉制纖維時的不良性，造成纖維尺寸沿軸線起伏，如粗細(xì)不勻，截面形狀變化等，這種不均勻性同樣將引起光的散射。另外，纖芯和包層界面的不光滑、污染等，也將造成嚴(yán)重的散射損耗。

(2) 模式變換而產(chǎn)生了附加的損耗，這種附加的損耗就是波導(dǎo)散射損耗。

很多人曾經(jīng)推導(dǎo)了薄膜波導(dǎo)和圓柱波導(dǎo)的這種模式耦合效應(yīng)，并舉例作了計算。例如對薄膜波導(dǎo)，如果厚度為5μm，折射率差Δ=1%，交界面的偏離均方根值為0.9nm，每千米將產(chǎn)生10dBd的輻射損耗。

4、 光纖彎曲產(chǎn)生的輻射

光纖彎曲是一個復(fù)雜的理論問題，電磁波在彎曲部分傳輸時，越靠外面的速度越大，到一定地點，相速等于所在物質(zhì)里的光速。

5、 外套損耗

串話：纖芯里的波導(dǎo)和輻射波的電磁場都要進入到包層。在寶成外圈，電磁場并沒有消失，還要伸展到外面去，這就要與臨近的光纖耦合。

為了避免串話，包層外面需要再套一層衰減大的套子，把進入套子的電磁場消滅掉。

這樣，物質(zhì)吸收損耗就有三部分，即纖芯里、包層里和外套里的損耗，它們各不相等。對每一個模式又不相同，這是由于功率分配不同的緣故。