光纤特性测量

为传输理论的研究，或为设计和工艺提供反馈信息，对生产过程的质量控制和产品检验、施工维护都是十分重要的。

由于光纤特性的敏感性，测量中光源

CCITT建议的测试方法

稳定、发射技术、耦合方式、测试条件、样品处理和信息检测及数据处理，对光纤呈现的特性都有密切的关系。CCITT建议G.651和G.652对多模和单模光纤规范了相关参数的定义和实用可靠的测试方法，如表所列。基准测试法（RTM）严格与定义相联系，替代测试法（ATM）是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。

光纤的几何参数：

1. 纤芯、包层直径、不园度、偏芯率

2. 数孔直径

3. 折射率分布

光纤物理参数

1. 损耗

2. 色散

3. 偏振、双折射

光纤的损耗和色散是宽带通信传输介质的两个十分重要的特征参量。

损耗：限制传输距离

色散：限制传输带宽、中继距离。

偏振、双折射：对于光纤在宽带通信、传感技术的应用。以及光纤中非线性的研究具有重要的意义。

光纤的传输损耗特性是决定光网络传输距离、传输稳定性和可靠性的最重要因素之一。光纤传输损耗的产生原因是多方面的，在光纤通信网络的建设和维护中，最值得关注的是光纤使用中引起传输损耗的原因以及如何减少这些损耗。光纤使用中引起的传输损耗主要有接续损耗（光纤的固有损耗、熔接损耗和活动接头损耗）和非接续损耗（弯曲损耗和其它施工因素和应用环境所造成的损耗）两类。

产生损耗的原因主要是：

(1) 材料的吸收损耗，包括纤芯和包层的物质吸收

(2) 材料（或物质）的散射，也包括纤芯和包层。

(3) 波导散射，即交界面随机的畸变或粗糙所产生的散射。

(4) 波导弯曲所产生的辐射损耗。

(5) 外套损耗。

1、 材料的吸收损耗

材料吸收所产生的损耗是重要的损耗。早期的水平是1000~4000db/km，发现几乎所有的损耗都是来源于材料吸收。材料吸收又有多种原因：

(1) 物质本征吸收：由原子跃迁（电子吸收）所产生：红外8-12μm，紫外拖尾0.7-1.1μm。

(2) 过度族金属离子吸收：铁，钻，铜，铬等吸收峰和吸收带也随他们的价状态不同而不同。

(3) OH-离子吸收：在熔融石英玻璃里OH-的吸收带在0.72,0.95，1.4μm的范围里。

(4) 原子缺陷吸收：由于加热过程：4价Ti-3价由于强烈的辐射，玻璃材料会受激而产生原子的缺陷而产生损耗。

2、 物质的散射损耗

物质内部的散射，会减小传输功率，产生损耗。

本征散射：（物质散射中最重要的）它是使波导衰减不能太小的基本限制之一。

非线性散射：物质在强场作用下，也会诱发出对入射波的散射。（拉布散射、布里渊散射）

瑞利散射：密度不均匀或者内应力不均匀就引起折射率不均匀，从而产生散射。这种不均匀度与波长相比是小尺寸的。瑞利散射与波长λ的四次方成反比。

掺杂不均匀引起的散射：也属于物质的本征散射。

浓度的不均匀性的散射：所用玻璃种有些含有几种氧化物，以改变折射率。而氧化物浓度的不均匀性或起伏，也会引起散射，产生损耗。一般而言，折射率的起伏是未知的，所以因之而产生的损耗（或散射）是不能计算的。反过来，倒是可以利用散射损耗去得出折射率的起伏。对于典型的高硅玻璃，浓度不均匀的散射损耗占总散射损耗的25%。

3、 波导散射损耗

(1) 由于拉制纤维时的不良性，造成纤维尺寸沿轴线起伏，如粗细不匀，截面形状变化等，这种不均匀性同样将引起光的散射。另外，纤芯和包层界面的不光滑、污染等，也将造成严重的散射损耗。

(2) 模式变换而产生了附加的损耗，这种附加的损耗就是波导散射损耗。

很多人曾经推导了薄膜波导和圆柱波导的这种模式耦合效应，并举例作了计算。例如对薄膜波导，如果厚度为5μm，折射率差Δ=1%，交界面的偏离均方根值为0.9nm，每千米将产生10dBd的辐射损耗。

4、 光纤弯曲产生的辐射

光纤弯曲是一个复杂的理论问题，电磁波在弯曲部分传输时，越靠外面的速度越大，到一定地点，相速等于所在物质里的光速。

5、 外套损耗

串话：纤芯里的波导和辐射波的电磁场都要进入到包层。在宝成外圈，电磁场并没有消失，还要伸展到外面去，这就要与临近的光纤耦合。

为了避免串话，包层外面需要再套一层衰减大的套子，把进入套子的电磁场消灭掉。

这样，物质吸收损耗就有三部分，即纤芯里、包层里和外套里的损耗，它们各不相等。对每一个模式又不相同，这是由于功率分配不同的缘故。