在现代通信领域，抗紫外石英光纤作为信息传输的关键载体，其性能优劣直接影响着通信质量。而光纤损耗，作为衡量抗紫外石英光纤性能的重要指标之一，一直是行业研究的焦点。随着通信技术的飞速发展，对低损耗光纤的需求日益迫切，深入探究光纤损耗的类型、机理及影响因素，对于提升光纤通信系统的性能和降低成本具有至关重要的意义。

 

一、光纤损耗的本质与构成

光纤损耗，简而言之，是指抗紫外石英光纤在传输光信号过程中，由于各种原因导致光功率的衰减现象。这种损耗主要由固有损耗和使用过程中的附加损耗两大部分组成。其中，固有损耗又可细分为本征损耗和非本征损耗。

二、光纤的本征损耗

（一）瑞利散射损耗

瑞利散射损耗是抗紫外石英光纤本征损耗的重要组成部分，其产生源于光纤材料的微观结构不均匀性。当光在抗紫外石英光纤中传播时，会与光纤材料中的微小颗粒或密度涨落相互作用，导致光向各个方向散射，从而造成光功率的损失。在波长600nm - 1600nm波段，瑞利散射损耗是光纤损耗的主要来源，约占总损耗的50% - 85%。其散射强度与掺杂元素及掺杂量密切相关，随掺杂量的增加而增大，可用公式表示，其中系数A与光纤折射率相关。

 

（二）紫外吸收损耗

紫外吸收损耗是由于光与石英玻璃材料价带中的电子相互作用，导致电子跃迁而产生的。这种损耗符合乌尔巴赫定则，可用公式描述。在抗紫外石英光纤传输过程中，紫外吸收损耗虽然相对较小，但在特定波长范围内仍会对光信号传输产生一定影响。

（三）红外吸收损耗

红外吸收损耗则是由玻璃材料中的化学键分子振动引起的。当光与化学键相互作用时，光的能量会传递给化学键，使其发生伸缩振动，从而导致光功率的衰减。红外吸收损耗同样可以用公式进行表示。

三、光纤的非本征损耗

（一）光纤结构缺陷引起的吸收损耗

抗紫外石英光纤的非本征损耗主要源于光纤结构缺陷，这些缺陷由光纤预制棒的制棒工艺和拉丝工艺造成。石英玻璃的结构缺陷按尺寸可分为宏观缺陷、纳米级亚微结构缺陷和微观结构缺陷三类。随着原材料纯度的提高和光棒制造工艺的进步，宏观缺陷和亚微结构缺陷已基本得到消除，目前抗紫外石英光纤的结构缺陷主要集中在微观结构缺陷上。

在微观结构缺陷中，羟基对光纤传输波段的影响最大。羟基在近红外波段有多个振动吸收峰，其基波吸收峰位于2730nm，二次谐波吸收峰在1383nm，三次谐波吸收峰在950nm。在抗紫外石英光纤传输波段中，远离1383nm的区域，羟基引起的吸收损耗相对较小。例如，在1310nm和1550nm处，羟基引起的吸收损耗分别仅为1383nm处的0.02倍和0.004倍。

 

（二）过渡金属元素杂质引起的吸收损耗

抗紫外石英光纤中的铁、钴、镍、铜、锰、铬、钒等过渡金属元素杂质也是导致光纤产生非本征吸收损耗的重要因素之一。这些过渡金属元素一般以离子形式存在于光纤材料中，由于其具有特殊的α电子结构，离子变形大、变价多，在光的激发下，α电子容易在不同轨道间发生跃迁，从而吸收光能量，造成非本征吸收损耗。不过，随着现代光纤制造工艺的不断发展，目前已能够将过渡金属的浓度降低到极低水平，有效减少了其对抗紫外石英光纤损耗的影响。

四、使用过程中的附加损耗

（一）氢引起的吸收损耗

在抗紫外石英光纤的实际使用过程中，光缆结构材料和环境中的氢会扩散进入光纤，从而引起附加损耗，即氢损。氢分子在室温下即可通过渗透作用扩散进入抗紫外石英光纤，其扩散过程可用公式表示。光纤损耗的增加主要由氢气分子的高次振动模和氢气与缺陷的反应产物的特征吸收峰这两个因素导致。

氢气分子的高次振动模吸收峰分别位于1080nm、1130nm、1170nm、1240nm、1590nm、1630nm等波长处，其中1240nm的吸收峰最为显著。氢气分子主要与抗紫外石英光纤中的非桥氧空心缺陷（Si - O··O - Si，NBOHCs，吸收峰630nm）和Si - E’心缺陷（吸收峰215nm、630nm）发生化学作用，这两种缺陷在富氧过程中有增加趋势。反应产物中，Si - O - H和Si - O - O - H的特征吸收峰在1383nm，Si - H的特征吸收峰在1530nm，这两个波长分别位于E波段和L波段，会对抗紫外石英光纤的传输性能产生影响。

对于纤芯掺GeO₂的抗紫外石英光纤，还会形成永久性的Ge - O - H，其吸收峰在1410nm，不过由于其浓度较小，会与Si - O - H的吸收峰叠加。为了验证抗紫外石英光纤的抗氢老化损耗能力，光纤在成缆前通常会进行氢损试验。经过试验后，抗紫外石英光纤在1240nm、1383nm、1530nm波长处会产生附加衰减峰。当将抗紫外石英光纤重新放回无氢气环境中时，氢气会逐渐扩散出光纤，经过一段时间后，1240nm处的附加衰减会减弱直至消失，而1383nm、1530nm处的附加衰减相对稳定，由于第二个化学反应的自愈反应，这两个波段的附加衰减会有轻微下降。此外，抗紫外石英光纤还可以通过氘气处理来消除导致氢损的缺陷，以保证1383nm衰减的稳定。

（二）应力引起的光纤损耗

应力也是造成抗紫外石英光纤损耗的重要因素之一。抗紫外石英光纤在使用过程中，所受到的应力主要来源于材料本身的内应力和外部施加的外力。其中，材料本身的内应力包括热应力、结构应力和机械应力。应力会导致抗紫外石英光纤材料密度不均匀，进而引起散射损耗，可用公式表示。

内应力的大小取决于制棒工艺和拉丝工艺。以VAD + OVD的制棒工艺为例，影响光棒应力水平的重要因素包括VAD疏松体的密度、VAD母棒烧结温度及温度变化速率、母棒拉伸温度和张力、OVD疏松体密度、OVD烧结温度及温度变化速率、退火工艺等。通过优化这些工艺参数，可以有效降低内应力。而拉丝应力的影响因素则包括拉丝张力F、拉丝温度T和拉丝速度v，这三种因素相互关联影响，其关系可用公式表示。在高速拉丝过程中，抗紫外石英光纤内部的残余应力会随着拉丝张力F的增加而增大，可用公式表示。此外，基于光弹性效应，当玻璃受到压应力和拉应力时，折射率会发生变化，从而对抗紫外石英光纤衰减产生影响，可用公式表示。

当抗紫外石英光纤由高温冷却至室温时，光纤结构中高膨胀系数部分会呈现收缩趋势，低膨胀系数部分则呈现紧缩趋势，这会使纤芯部分受到拉应力，而包层部分受到压应力。抗紫外石英光纤在受到不同类别的应力时，其结构会产生微小形变，这种形变会导致光纤内部折射率发生微小突变，进而影响抗紫外石英光纤的衰减。研究表明，应用抗紫外石英光纤的退火工艺能够改善光纤内部应力，从而降低抗紫外石英光纤的衰减损耗、改善翘曲特性和光纤脆性。同时，抗紫外石英光纤拉丝速度、退火炉位置、内涂层模量和直径、涂层固化速度等工艺参数对抗紫外石英光纤损耗也有显著影响。

（三）弯曲损耗

在抗紫外石英光纤的成缆和敷设过程中，光纤弯曲会引入附加衰减，即弯曲损耗。随着FTTx技术的快速发展，抗紫外石英光纤的应用场景日益复杂，对抗紫外石英光纤弯曲损耗的性能要求也越来越高。抗紫外石英光纤的弯曲损耗主要包括宏弯损耗和微弯损耗两种类型。

宏弯损耗是由于抗紫外石英光纤弯曲时，光在弯曲部分传输不满足全内反射条件而产生的。当抗紫外石英光纤弯曲时，为了保持同相位的电磁场在一个平面里，传导模的平面波前必须以弯曲光纤的曲率中心为旋转中心，因此越靠近外侧，其沿光纤轴的纵向速度必须越大。当超过某个临界曲率时，相速度就会大于包层平面波的相速度，传导模就会变成辐射模，从而引起光束功率的损耗。对于折射率突变型单模抗紫外石英光纤，其弯曲损耗可以用公式表示，可见弯曲损耗主要取决于弯曲半径、折射率差和比值λ/λc。

微弯损耗则是指抗紫外石英光纤在正常（直的）位置附近以微小偏移做随机振荡时产生的损耗。尽管微弯的偏移量较小（曲率半径可以和抗紫外石英光纤的横截面尺寸相比拟），但由于振荡周期一般也很小，因而可能发生急剧的局部弯曲。微弯主要是由制造和安装过程中的应变以及温度变化引起光缆材料尺寸变化所形成的确。对于给定的截止波长和工作波长，微弯损耗与折射率差有很强的相依关系。研究表明，抗紫外石英光纤的弯曲损耗不仅受光纤芯包相对折射率差、截止波长和工作波长等因素的影响，还会对抗紫外石英光纤的其他性能，如截止波长、高功率激光注入、存储寿命等产生影响。因此，在抗紫外石英光纤设计时，需要综合考虑与抗紫外石英光纤弯曲损耗相关的各个方面。

五、抗紫外石英光纤在光谱测量系统中的应用

抗紫外石英光纤在光谱测量系统中扮演着重要角色，其优异的光学性能使其成为传输光信号的理想选择。景颐光电作为专业的光纤及光谱测量系统供应商，设计生产了多种类型的抗紫外石英光纤，如抗紫外石英光纤、深紫外石英光纤、可见光玻璃石英光纤、近红外石英光纤、中红外石英光纤等。这些光纤具有高通量的特点，能够满足不同光谱测量应用的需求。

在光谱测量系统中，抗紫外石英光纤可用于连接光源、样品和探测器，实现光信号的传输和采集。例如，在高能光源传输方面，抗紫外石英光纤能够高效地将高能光源产生的光传输到需要的位置，为光谱测量提供足够的能量。在光谱搭建过程中，抗紫外石英光纤的灵活性和低损耗特性使得可以方便地构建各种复杂的光谱测量光路，实现对不同样品的光谱分析。此外，抗紫外石英光纤还可用于光源采集、光学测温、医学传感、激光治疗等领域，为这些领域的发展提供了有力的技术支持。

六、降低光纤损耗的意义与展望

低损耗和大容量是光纤发展的必然趋势。在未来的400G及更高的通信传输系统中，降低抗紫外石英光纤损耗能够极大地降低整个系统的建设和维护成本。通过深入研究抗紫外石英光纤损耗的机理及其影响因素，科研人员可以不断优化光纤制造工艺，开发出性能更优异的低损耗抗紫外石英光纤。同时，随着技术的不断进步，相信在未来的光纤通信领域，抗紫外石英光纤损耗将进一步降低，为人们带来更加高速、稳定、便捷的通信体验。

 

总之，抗紫外石英光纤的损耗问题涉及到多个方面，对光纤通信系统的性能有着重要影响。通过对抗紫外石英光纤损耗的深入研究和不断探索，我们能够更好地理解和掌握抗紫外石英光纤的传输特性，为光纤通信技术的发展提供坚实的理论基础和技术支持。同时，抗紫外石英光纤在光谱测量系统等领域的广泛应用，也为其发展带来了新的机遇和挑战。相信在未来，随着科技的不断进步，抗紫外石英光纤将在更多领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。

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