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1、第三屆中國通信光電線纜產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨中國光纖光纜30年大會(huì)幾種低水峰光纖損耗特性的對比分析吳金東吳海港李群星浙江富通光纖技術(shù)有限公司摘要：本文對比三種低水峰光纖產(chǎn)品的損耗特性，分析了影響損耗的因素以及改進(jìn)光纖損耗的途徑，并對超低損耗光纖的開發(fā)進(jìn)行了探討。一，引言自1998年美國朗訊的OFS首先推出了全波光纖(AllWaveFiber)以來，G．652光纖在1383nm附近由于OH-吸收造成的損耗峰(水峰)被成功抑制或消除，這種光纖通常稱為低水峰光纖(G．652C／D)，在城域網(wǎng)、接入網(wǎng)方面得到大量的應(yīng)
2、用，在G．652光纖市場中占據(jù)了主導(dǎo)的地位。以市場為導(dǎo)向和驅(qū)動(dòng)力，全世界的主要光纖廠家都推出了低水峰光纖產(chǎn)品，其產(chǎn)品性能也在不斷提高。尤其是最近幾年來，制造技術(shù)的發(fā)展十分迅速，低水峰光纖產(chǎn)品性能得到提高，并且把低水峰特性推廣到其它單模光纖，相繼開發(fā)出G．655類和G．656類低水峰非零色散位移光纖，純二氧化硅芯低水峰光纖，提高受激布里淵散射閾值的低水峰光纖，抗彎曲的低水峰光纖等新型光纖。盡管多年以來，在降低光纖損耗方面沒有取得多大實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但是光纖的損耗依然是最為關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，由于減小光纖損耗是進(jìn)
3、一步增大傳輸?shù)闹欣^距離，減少中繼放大器的關(guān)鍵，尤其對于城域網(wǎng)的建設(shè)仍然是至關(guān)重要的，所以一直以來降低光纖的損耗是一個(gè)焦點(diǎn)。全合成工藝在大規(guī)模低成本生產(chǎn)低水峰光纖方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢，占據(jù)很大的市場份額。本文對比分析了三種全合成低水峰光纖產(chǎn)品的損耗組成特性，對進(jìn)一步改善光纖損耗以及開發(fā)超低損耗光纖進(jìn)行了探討。二、損耗理論光纖的傳輸損耗是由兩方面原因引起的：一是光纖材料的內(nèi)在原因引起的本征損耗，包括紅外吸收，紫外吸收拖尾以及光散射。紅外吸收起源于分子振動(dòng)態(tài)的改變，紫外吸收拖尾起源于光纖材料的電子能態(tài)躍遷，當(dāng)
4、紫外吸收很強(qiáng)時(shí)，它的尾巴會(huì)拖到長波段引起損耗。本征散射損耗有三種，即瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射，分別是由材料的密度和濃度起伏、聲學(xué)聲子和光學(xué)聲子之間的相互作用所引起的，三種散射的強(qiáng)度與波長都存在入一4關(guān)系，說明在更長波長處，散射損耗明顯地降低。二是外在原因引起的非本征損耗，這是在光纖制造過程中所引入的，包括光纖結(jié)構(gòu)不完善所引起的光散射和雜質(zhì)的吸收。雜質(zhì)吸收包括過渡金屬離子、OH一離子等雜質(zhì)對光的吸收。在可見光和近紅外區(qū)，石英玻璃中過渡金屬離子會(huì)引起寬闊和強(qiáng)烈的吸收，在低損耗光纖研制初期，過渡金屬離
5、子曾是損耗的主要來源。對于一139—第二屆中國通信光電線纜產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨中國光纖光纜30年大會(huì)石英玻璃光纖而言，瑞利散射通常是布里淵散射的二十幾倍，更比拉曼散射大三個(gè)數(shù)量級。但是當(dāng)入射進(jìn)光纖的光功率足夠強(qiáng)時(shí)，會(huì)由于非線性效應(yīng)引起受激布里淵散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)，使信號光的能量被非線性地衰減。在非線性條件下，SBS和SRS是不能忽視的。因此，除非線性的的受激拉曼散射和受激布里淵散射外，光纖的損耗是各種損耗疊加的結(jié)果，可以表示為：QT=aIR+Quv+QR+QIM+aOH+aM(1)式中Q
6、T為總的光纖損耗，QIR為紅外吸收損耗，aUV為紫外吸收拖尾，QR為瑞利散射損耗，aIM為芯包界面不完善的結(jié)構(gòu)散射損耗，QOH為叫一離子對光的吸收損耗，aM為金屬雜質(zhì)離子的吸收損耗。對于摻鍺單模光纖，由于光纖原材料與制備工藝的完善，過渡金屬離子的吸收損耗已經(jīng)降到測量不出的水平，紫外吸收拖尾在波長大于O．6um的波長區(qū)域，屬于弱吸收拖尾，且相對于瑞利散射等其它損耗非常小，對光纖的損耗特性不產(chǎn)生影響，為便于分析，可以將QM、QUv兩項(xiàng)從(1)中略去，得到：aT≈aIR+QRq-QIM+QOH(2)這樣，光
7、纖的損耗取決于紅外吸收，瑞利散射，0H吸收，芯包結(jié)構(gòu)不完善散射。其中，oH吸收和芯包結(jié)構(gòu)不完善散射，可以通過制造工藝的改進(jìn)完善加以抑制，低水峰光纖就是這一技術(shù)進(jìn)步的典型成就。因此，光纖的損耗將主要由本征的紅外吸收和瑞利散射決定。光纖的紅外吸收損耗aIR由文獻(xiàn)[1]可以表示為：‰=曰exp(一手)㈤式中系數(shù)B，Q依賴于光纖材料。當(dāng)材料和入波長一定時(shí)，為QIR常數(shù)瑞利散射損耗QR與光纖中光強(qiáng)分布P(r)成正比，與波長的四次方成反比，由文獻(xiàn)[2]可以寫作：吼={∑"，(5)^?式中，Ai為每層的瑞利散射系數(shù)
8、，ri為該層的功率限制因子。對于純石英玻璃材料，瑞利散射系數(shù)A0由文獻(xiàn)[3]可以得到：凡：孚張2P‰口丁，(6)其dgA0是純石英玻璃的瑞利散射系數(shù)，n，p，kB，13，Tf分別為材料的折射率，光彈系數(shù)，玻爾茲曼常數(shù)，絕熱壓縮比，假想溫度。假想溫度Tf定義為石英玻璃中結(jié)構(gòu)不再發(fā)生馳豫時(shí)的溫度。顯然，A0—140—第三屆中國通信光電線纜產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨中國光纖光纜30年人會(huì)與假想溫度Tf成正比。降低假想溫度將會(huì)有效減小瑞利散射系數(shù)。此外瑞利散射系數(shù)還與材料的
