Die Beziehung zwischen dem Übertragungsverlust von Glasfasern und der Wellenlänge ist ein wichtiges Thema im Bereich der Glasfaserkommunikation, da unterschiedliche Lichtwellenlängen bei der Ausbreitung in Glasfasern auf unterschiedliche Verlustmechanismen stoßen. Zu den Verlusten in optischen Fasern gehören hauptsächlich Absorptionsverluste, Streuverluste und Biegeverluste, und diese Verlustmechanismen stehen in engem Zusammenhang mit der Wellenlänge von Lichtwellen. Dieser Artikel analysiert die Beziehung zwischen diesen beiden.
1, Absorptionsverlust
Unter Absorptionsverlust versteht man den Energieverlust, der durch die Absorptionswirkung des Fasermaterials selbst entsteht, wenn sich Lichtwellen im Fasermaterial ausbreiten. Faseroptische Materialien, hauptsächlich Siliziumdioxid (SiO2), absorbieren bei bestimmten Wellenlängen mehr Lichtenergie, wie zum Beispiel beim OH --Ionenabsorptionspeak im Infrarotbereich und bei der Elektronenübergangsabsorption im Ultraviolettbereich. Das typische Fenster mit geringem Verlust liegt bei etwa 850 nm, 1310 nm und 1550 nm, da die Absorption von Fasermaterialien bei diesen drei Wellenlängen minimal ist.
2, Streuverlust
Streuverluste umfassen hauptsächlich Rayleigh-Streuung und nichtlineare Streuung. Rayleigh-Streuung wird durch mikroskopische Inhomogenität in optischen Fasermaterialien verursacht, die dazu führen kann, dass ein Teil der Energie von Lichtwellen von ihrer ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abweicht. Der Rayleigh-Streuverlust ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge, d. h. je länger die Wellenlänge, desto kleiner der Streuverlust. Bei einer Wellenlänge von 1550 nm ist der Verlust durch Rayleigh-Streuung minimiert.
Nichtlineare Streuung, wie Raman-Streuung und Brillouin-Streuung, hängt von der Wellenlänge und der Lichtintensität ab und kann im langwelligen Bereich im Allgemeinen gut kontrolliert werden.
3, Biegeverlust
Beim Biegen von Fasern treten Biegeverluste auf, insbesondere wenn der Biegeradius klein ist. Wenn sich Lichtwellen in gebogenen optischen Fasern ausbreiten, entweicht ein Teil der Lichtstrahlen aufgrund der Brechung aus dem Fasermantel, was zu Energieverlusten führt. Die Beziehung zwischen Biegeverlust und Wellenlänge ist komplex, aber im Allgemeinen ist der Biegeverlust bei längerer Wellenlänge relativ gering, da langwelliges Licht mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Faser eingeschlossen bleibt.
Der Verlust von Glasfasern ist in den drei Wellenlängenfenstern 850 nm, 1310 nm und 1550 nm relativ gering, wobei der Verlust im 1550-nm-Fenster am kleinsten ist und zwischen 0,19 dB/km und 0,25 dB/km liegt. Damit ist 1550 nm die bevorzugte Wellenlänge für die Glasfaserkommunikation über große Entfernungen. Darüber hinaus bieten optische Fasern aufgrund der geringen Streuung bei einer Wellenlänge von 1550 nm auch Vorteile bei der Hochgeschwindigkeitsübertragung.
Die Wahl der geeigneten Wellenlänge ist wichtig für die Optimierung der Leistung von Glasfaser-Kommunikationssystemen. Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Verlust, Dispersion, nichtlinearen Effekten und Kosten wird normalerweise eine Wahl zwischen den drei Wellenlängen 850 nm, 1310 nm und 1550 nm getroffen, um den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise können lokale Netzwerke mit kurzer-Reichweite 850 nm verwenden, während Backbone-Netzwerke mit großer Entfernung tendenziell 1550 nm verwenden.
