北京交通大学：《光纤测量原理》课程教学课件（PPT讲稿）第四讲 光纤损耗测量

上一讲知识点回顾1、光纤的基本结构及折射率分布类型·纤芯、包层·光纤导光-》全反射条件-》n1>n2·折射率分布：阶跃型、梯度型、中心凹陷型、多包层、非圆对称型·不同折射率分布的实现：（参考第二讲光纤制备）2、光纤折射率分布和几何参数分布测量主要思路：通过测量光功率分布获得光纤折射率分布·折射近场法：折射光功率与光纤的折射率成正比·近场扫描法：导模光功率与光纤的折射率成正比·反射法：反射光功率与光纤的折射率成正比

1、光纤的基本结构及折射率分布类型 •纤芯、包层 •光纤导光-》全反射条件-》n1>n2 •折射率分布：阶跃型、梯度型、中心凹陷型、多包层、 非圆对称型 •不同折射率分布的实现：（参考第二讲光纤制备） 2、光纤折射率分布和几何参数分布测量 主要思路：通过测量光功率分布获得光纤折射率分布 •折射近场法：折射光功率与光纤的折射率成正比 •近场扫描法：导模光功率与光纤的折射率成正比 •反射法：反射光功率与光纤的折射率成正比 上一讲 知识点回顾

4光纤损耗测量4. 1、光纤的损耗4.1.1光纤损耗概述4.1.2光纤损耗的种类及特点4. 1.3 弯曲损耗4.1.4光纤损耗性能的改善技术4.2、光纤损耗测量4. 2. 1 剪断法4. 2. 2 插入法4.2.3 背向散射法（AQ7250 0TDR的使用）

4 光纤损耗测量 4.1、光纤的损耗 4.1.1 光纤损耗概述 4.1.2 光纤损耗的种类及特点 4.1.3 弯曲损耗 4.1.4 光纤损耗性能的改善技术 4.2、光纤损耗测量 4.2.1 剪断法 4.2.2 插入法 4.2.3 背向散射法（AQ7250 OTDR的使用）

4光纤损耗测量4.1、光纤的损耗4. 1. 1光纤损耗概述4. 1.2 光纤损耗的种类及特点4. 1. 3弯曲损耗4.1.4光纤损耗性能的改善技术力4.2、光纤损耗测量4. 2. 1 剪断法4. 2. 2 插入法4. 2. 3 背向散射法

4 光纤损耗测量 4.1、光纤的损耗 4.1.1 光纤损耗概述 4.1.2 光纤损耗的种类及特点 4.1.3 弯曲损耗 4.1.4 光纤损耗性能的改善技术 4.2、光纤损耗测量 4.2.1 剪断法 4.2.2 插入法 4.2.3 背向散射法

光纤通信基础4.1光纤的损耗1.光纤损耗概述2.光纤损耗的种类及特点3.弯曲损耗4.光纤损耗性能的改善技术2025/11/3

2025/11/3 5 4.1 光纤的损耗 1.光纤损耗概述 2.光纤损耗的种类及特点 3.弯曲损耗 4.光纤损耗性能的改善技术 光纤通信基础

BBU光纤的损耗光波在光纤中传输，随着传输光脉冲距离的增加，光功率会逐渐减小，这种现象称为光纤的损耗n2ni光在光纤中传播stop

光纤通信基础光纤损耗概述光纤损耗是光纤最基本和最终的技术参数之一，其来源是多方面的。由于光纤损耗的存在，光信号的功率将在传输过程中按指数规律衰减：P = P exp(-α L) (2.5.1)其中：PO一光纤输入功率，PL一输出功率，L一传输距离，α一光纤的损耗系数，其单位为[km-1]。在实际工程应用中，更为方便和常用的光纤损耗表述方式是单位长度上光功率衰减的分贝数[dB/km]10P0(2.5.2)α[dB/ km]=OLPL2025/11/3

2025/11/3 7 光纤损耗是光纤最基本和最终的技术参数之一，其来源是多方面 的。由于光纤损耗的存在，光信号的功率将在传输过程中按指数规 律衰减： 其中：P0 —光纤输入功率，PL —输出功率，L —传输距离，α — 光纤的损耗系数，其单位为[km-1]。 0 exp( L) P P L = − 在实际工程应用中，更为方便和常用的光纤损耗表述方式是 单位长度上光功率衰减的分贝数[dB/km] ： 0 L 10 P [dB/ km] lg( ) L P  = （2.5.1） （2.5.2） 光纤通信基础 光纤损耗概述

光纤通信基础光纤损耗概述由（2.5.1）和（2.5.2）得到光纤损耗系数与其分贝表示之间的关系为：α[dB/ km] = 10(lg e)α[km-] = 4.343α[km-"1 (2.5.3)如果将光功率也用分贝表示，则光纤通信系统中的功率预算问题将变得十分简单和方便。光纤通信系统中光通信的功率水平通常为mW量级，因此最常用的光功率分贝表示为以1mW为参考值的分贝数，用dBm表示，即：P,[dBm] = 10lg(P[mW) (2.5.4)对式（2.5.1）两端取对数并乘以10，得到光纤中功率损耗的分贝计算方式：P,[dBm] = P[dBm]- α[dB/ km]-L[km] (2.5.5)82025/11/3

2025/11/3 8 由（2.5.1）和（2.5.2）得到光纤损耗系数与其分贝表示之间的关 系为： 1 1    [dB/ km] 10(lg ) [km ] 4.343 [km ] e − − = = 如果将光功率也用分贝表示，则光纤通信系统中的功率预算问题 将变得十分简单和方便。 光纤通信系统中光通信的功率水平通常为mW量级，因此最常用 的光功率分贝表示为以1mW为参考值的分贝数，用dBm表示，即 ： [dBm] 10lg(P[mW]) PL = 对式（2.5.1）两端取对数并乘以10，得到光纤中功率损耗的分贝计算 方式 ： 0 [dBm] [dBm] [dB/ km] L[km] P P L = −   （2.5.3） （2.5.4） （2.5.5） 光纤通信基础 光纤损耗概述

光纤通信基础光纤损耗概述所涉及的光功率在uW量级的场合，也常用到以1uW为参考值的光功率分贝值，用dBu表示：P[dB μ] = 10lg(P[u WD) (2.5.6)根据式（2.5.4），光功率与其分贝值之间的几个典型对应关系列于表2.5.1。表2.5.1光功率与其分贝值之间的几个典型对应关系1W2mW1mW0.5mW1μW100nw10mW0.1mW30dBm10dBm3dBmOdBm-3dBm-10dBm-30dBm-40dBm60dBp33dBμ30dBμ27dBμ20dBμOdBμ-10dBμ40dBμ2025/11/3

2025/11/3 9 所涉及的光功率在uW量级的场合，也常用到以1uW为参考值的光 功率分贝值，用dBu表示： P[dB ] 10lg(P[ W])   = （2.5.6） 根据式（2.5.4），光功率与其分贝值之间的几个典型对应关系列于 表2.5.1。 表2.5.1 光功率与其分贝值之间的几个典型对应关系 60dBμ 40dBμ 33dBμ 30dBμ 27dBμ 20dBμ 0dBμ -10dBμ 30dBm 10dBm 3dBm 0dBm -3dBm -10dBm -30dBm -40dBm 1W 10mW 2mW 1mW 0.5mW 0.1mW 1μW 100nW 光纤通信基础 光纤损耗概述

光纤通信基础光纤损耗概述光纤损耗主要来自于材料对光的吸收损耗、材料本身和光纤制造过程中引入的各种非理想因素所导致的散射损耗以及光纤弯曲发生能量散失和泄露所引起的弯曲损耗等几个方面。首先，石英光纤的基质材料SiO2在光频区域的本征吸收是光纤材料本身的固有属性，无法人为消失。这些本征吸收峰的波长位置决定了可用于通信的大致波长范围。对于石英光纤，这一范围位于800~1700nm。102025/11/3

2025/11/3 10 光纤损耗主要来自于材料对光的吸收损耗、材料本身和光 纤制造过程中引入的各种非理想因素所导致的散射损耗以及 光纤弯曲发生能量散失和泄露所引起的弯曲损耗等几个方面。 首先，石英光纤的基质材料SiO2在光频区域的本征吸收是 光纤材料本身的固有属性，无法人为消失。这些本征吸收峰 的波长位置决定了可用于通信的大致波长范围。对于石英光 纤，这一范围位于800~1700nm。 光纤通信基础 光纤损耗概述

光纤通信基础光纤损耗概述其次，为形成特定折射率部面而掺入的GeO2、P2O5、B2O3和F等掺杂剂分子以及原材料和制造过程中所引入的过渡金属离子和OH-1离子等各种杂质在通信波段附近的本征吸收峰将在石英材料的低损耗窗口引起杂质吸收损耗。其中除掺杂剂本征吸收外的其他杂质损耗可通过提高材料纯度和改善制造工艺等方法加以降低甚至消除。光纤损耗的另外一个重要来源是材料中不可避免的密度随机起伏所引起的瑞利散射损耗。由于材料不可能达到理想的无限均匀，瑞利散射广泛存在于所有光学介质当中，是不可避免的。2025/11/311

2025/11/3 11 其次，为形成特定折射率剖面而掺入的GeO2、P2O5、B2O3 和F等掺杂剂分子以及原材料和制造过程中所引入的过渡金属离子 和OH-1离子等各种杂质在通信波段附近的本征吸收峰将在石英材 料的低损耗窗口引起杂质吸收损耗。其中除掺杂剂本征吸收外的其 他杂质损耗可通过提高材料纯度和改善制造工艺等方法加以降低甚 至消除。 光纤损耗的另外一个重要来源是材料中不可避免的密度随机起 伏所引起的瑞利散射损耗。由于材料不可能达到理想的无限均匀， 瑞利散射广泛存在于所有光学介质当中，是不可避免的。 光纤通信基础 光纤损耗概述