Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

光纤衰减

【光功率】

在光纤测量中,光功率是最基本的测量参数,通常使用光功率计来测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗

光功率的单位是分贝毫瓦 dbm,dBm 是一个表示功率绝对值的值,可以认为是以 1mw 功率为基准的一个比值,计算公式为:

举例来说,一个 $40W$ 的灯泡的光功率为:

在测试出光功率后,即可得到以下几个参数:

  • 灵敏度:接收端能够接收的最小光功率
  • 动态范围:能够接收的最大光功率减去灵敏度
  • 允许的光纤衰耗值:发光功率减去接收灵敏度
  • 光纤衰耗:测试时实际的发光功率减去实际接收到的光功率

【光损耗】

光纤损耗的大小由基准光功率与光功率计测得接收光功率的差值表示,其单位用分贝 dB 表示

目前,常使用稳定光源光功率计结合使用测量光纤系统的光损耗,稳定光源是对光系统发射已知功率和波长的光的设备

光纤损耗的计算式为:

其中,$P_1’$ 为基准光功率,$P’$ 为光功率计测得光功率

由于光功率单位为 $dBm$,因此在光功率 $P’$ 与功率 $P$ 之间存在转换关系,即:

那么,有:

那么,用一个 dBm 减另外一个 dBm 时,得到的结果是 dB,即:

【光功率的衰减】

在光纤中传播的光亮度会随着传播距离的延长而变弱,如果光亮度用光功率来表示,这种亮度的变弱就会体现在光功率的衰减

其取决于光纤的波长类型和长度,并受测量条件的影响,光纤中功率损耗用分贝 dB 来度量,光缆技术规范以每公里长度上的衰减,即 dB/km 来表示光缆损耗

一段光纤上相距距离为 $L$ 的两个横截面 1 和 2 之间的光功率的衰减 $A$ 定义为:

其中 $P(z_1)$ 与 $P(z_2)$ 分别为光纤在横截面 $z_1$ 和 $z_2$ 处的光功率

【衰减系数】

通常,对于均匀光纤来说,可用单位长度的衰减,即衰减系数,来反映光纤衰减性能的好坏,衰减系数越大,光纤的损耗越大,衰减系数 $α$ 定义为:

其中 $L=z_2-z_1$

【波长的影响】

不同波长的光,在光纤中的传输损耗也各不相同,下图描述了在某种光纤里,不同波长的光传输时的损耗情况

从图上可以看出,随着传输光的波长增长,光功率的衰减会相对减少,计算机网络常用的 850nm、1310nm、1550nm 三个波长的光在石英玻璃光纤中传输时,1550nm 波长具有最低损耗,通常用于长途传输

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