光纖之信號損失與失真

光纖之損失原因



光纖之信號損失與失真

談到光纖傳輸光信號時，首先須先談光纖信號之損失與失真原因，光纖之材料可分為無機材料及有機材料兩種，有機材料如 PMMA、PC、PS或PCF 塑膠，而PMMA透明性最佳故使用率最高，但其損失較無機材料大，塑膠光纖在1500nm的波長傳輸損失為150dB/km，而石英玻璃光纖之損失為0.2dB/km，但價格較低，大都用於近距離之通訊，而無機材料中，目前以石英玻璃之損失為最低，並且又具有高強度及良好的安定性，其主要成份為二氧化矽 (SiO2) ，當為了增大折射率時，會添加二氧化鍺、氧化鋁、二氧化、氧化磷等材料，當為了減少其折射率時，則考慮加入三氧化二硼及氟等材料。另外，塑膠光纖目前耐熱性遠不及石英玻璃光纖，在80℃以上的溫度時傳輸損失增加。

現依下列各項來討論：



１．材料的吸收損失：



材料的吸收損失原因首推光纖內含有過渡金屬元素 ( 如 Sc, Ti, V, Cr, Mn......等 ) ，這類金屬在光譜範圍有廣大的吸收帶。另外所含的氫氧基離子及材料的缺陷（如光纖製造時內部產生的小氣泡），亦產生吸收損失，這些因素在製造技術上已經有長足的改進了。

圖光纖之一般選擇1300nm或1500nm波長來當作理想光源



２．材料的散射損失：

由於材料之密度或組成不均皆產生 Rayleigh 散射(scattering)，其損失值與波長四次方成反比，如圖11-2-2，因此波長越長，損失越小，因此理想中一般選擇1300nm或1500nm波長來當作光源，除了 Rayleigh 散射外，尚有其他的散射行為，但影響不如 Rayleigh 散射來得大。



３．機械變形所引起之損失：



當機械變形所引起的微曲及彎曲皆造成光纖傳送信號的損失，所謂微曲損失是指當光纖纏繞在一圓筒狀上，在這圓筒表面的不平坦會引起微曲現象，其所受到的不均勻之側面壓力造成在軸方向產生微末級的彎曲，因此而造成損失的情形。所謂彎曲損失則是指在某處之入射角比臨界角小時，光向外面折射而造成之損失。



4. 光纖信號之色散與失真



光纖信號之失真主要是因為色散（dispersion）所引起，亦即光纖對不同的光波長其折射率也不同，對光源而言，典型的紅外線發光二極體 IR LED波長880nm，其波長頻寬為40 nm，亦即波長範圍從860 nm到900nm，至於雷射二極體波長頻寬範圍只有2 nm，色散問題要小的多。如圖，光波長越長，光纖之材料折射率越小，這也造成了如圖 之結果。

圖 光波長越長，光纖之材料折射率越小

光纖信號之色散失真



中華民國 99.05.18


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