光線通過均勻透明介質時，從側面是難以看到光線的。如果介質不均勻，如空氣中飄浮的大量灰塵，我們便可以從側面清晰地看到光束的軌跡。這是由於介質中的不均勻性使光線朝四面八方散開的結果，這種現象稱之為散射。散射損耗是以光能的形式把能量輻射出光纖之外的一種損耗。散射損耗可分為線性散射損耗和非線性散射損耗兩大類。
基本介紹
- 中文名：散射損耗
- 外文名：Scattering loss
- 表現：光纖材料密度的微觀變化
- 原因：SiO2 、GeO2 等成分的濃度不均勻
- 結果：將整個光纖損耗譜曲線上移
產生原因,線性散射損耗,非線性散射損耗,
產生原因
散射損耗通常是由於光纖材料密度的微觀變化，以及所含SiO2、GeO2 和P2O5等成分的濃度不均勻，使得光纖中出現一些折射率分布不均勻的局部區域，從而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部引起損耗；或者在製造光纖的過程中，在纖芯和包層交界面上出現某些缺陷、殘留一些氣泡和氣痕等。這些結構上有缺陷的幾何尺寸遠大於光波，引起與波長無關的散射損耗，並且將整個光纖損耗譜曲線上移，但這種散射損耗相對前一種散射損耗而言要小得多。
線性散射損耗
任何光纖波導都不可能是完美無缺的，無論是材料、尺寸、形狀和折射率分布等等，均可能有缺陷或不均勻，這將引起光纖傳播模式散射性的損耗，由於這類損耗所引起的損耗功率與傳播模式的功率成線性關係，所以稱為線性散射損耗。
(1)瑞利散射
瑞利散射是一種最基本的散射過程，屬於固有散射。在光纖的製造過程中，熱騷動使原子產生壓縮性的不均勻或壓縮性的起伏，這使物質的密度不均勻，從而使折射率不均勻，這種不均勻性或起伏在冷卻過程中被固定下來。這些不均勻尺寸比光波長還小，當光纖中傳播的光照射在這些不均勻微粒上時，就會向各個方向散射。人們把這種粒子的尺寸比波長小得多時產生的散射稱為瑞利散射。在光纖中，這些散射光線有些受到波導影響，可以向前或向後傳播，有些則由於偏離傳播方向而變成輻射模。從而造成光纖中向前傳播的光能減小，形成損耗。瑞利散射引起的損耗與λ-4叫成正比。從圖3.1中可以看到，這種損耗隨著波長的增加而急劇減小。對於短波長光纖，損耗主要取決於瑞利散射損耗。值得強調的是：瑞利散射損耗也是一種本徵損耗，它和本徵吸收損耗一起構成光纖損耗的理論極限值。
(2)光纖結構不完善引起的散射損耗(波導散射損耗)
在光纖製造過程中，由於工藝、技術問題以及一些隨機因素，可能造成光纖結構上的缺陷，如光纖的纖芯和包層的界面不完整、芯徑變化、圓度不均勻、光纖中殘留氣泡和裂痕等等。這些結構上不完善處的尺寸遠大於光波波長，引起與波長無關的散射損耗。在這裡，散射是一種直觀的描述。實際上，它是由結構的不完善所引起的模式轉換或模式耦合，如圖3.3所示。當光纖的芯包界面不呈直線而凹凸不平時，使原來傳播光線的入射角起了變化，由於θ角變化而使原來的模式變為另一個模式，這就是模式轉換。當低階模變為高階模時，其傳播路徑增加，使衰耗增大；當變化後的θ不再滿足全反射條件時，光就會輻射到包層中，形成輻射模。因此這些散射光線不能沿光纖長距離傳輸，致使光纖傳輸的光功率受到損耗，整個光纖的損耗譜曲線因此上移。不過隨著工藝的改進，一般來說結構缺陷引起的損耗可以降低到0.01～0.05dB/km的範圍之內。
非線性散射損耗
光纖中存在兩種非線性散射，它們都與石英光纖的振動激發態有關，分別為受激喇曼散射和受激布里淵散射。在高功率傳輸時，光纖中的受激喇曼散射和受激布里淵散射能導致相當大的損耗，一旦入射光功率超過閾值，散射光強將呈指數增長。系統採用波分復用和摻鉺光放大器(EDFA)時，一定要考慮這兩種散射損耗的影響。
