Mối quan hệ giữa suy hao truyền dẫn sợi quang và bước sóng là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực truyền thông sợi quang, vì các bước sóng ánh sáng khác nhau sẽ gặp phải cơ chế suy hao khác nhau khi truyền trong sợi quang. Tổn thất trong sợi quang chủ yếu bao gồm tổn thất hấp thụ, tổn thất tán xạ và tổn thất uốn và các cơ chế tổn thất này có liên quan chặt chẽ đến bước sóng của sóng ánh sáng. Bài viết này phân tích mối quan hệ giữa hai điều này.
1, Mất hấp thụ
Mất hấp thụ đề cập đến sự mất năng lượng do hiệu ứng hấp thụ của chính vật liệu sợi khi sóng ánh sáng truyền trong vật liệu sợi. Vật liệu sợi quang, chủ yếu là silicon dioxide (SiO2), hấp thụ nhiều năng lượng ánh sáng hơn ở các bước sóng nhất định, chẳng hạn như đỉnh hấp thụ ion OH - ở vùng hồng ngoại và hấp thụ chuyển tiếp electron ở vùng tử ngoại. Cửa sổ tổn thất thấp điển hình nằm ở khoảng 850nm, 1310nm và 1550nm, vì khả năng hấp thụ của vật liệu sợi là tối thiểu ở ba bước sóng này.
2, Tổn thất tán xạ
Tổn thất tán xạ chủ yếu bao gồm tán xạ Rayleigh và tán xạ phi tuyến. Tán xạ Rayleigh xảy ra do tính không đồng nhất ở cấp độ vi mô trong vật liệu sợi quang, có thể làm cho một phần năng lượng của sóng ánh sáng lệch khỏi hướng truyền ban đầu của chúng. Tổn thất tán xạ Rayleigh tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc 4 của bước sóng, nghĩa là bước sóng càng dài thì tổn thất tán xạ càng nhỏ. Ở bước sóng 1550nm, tổn thất do tán xạ Rayleigh được giảm thiểu.
Tán xạ phi tuyến, chẳng hạn như tán xạ Raman và tán xạ Brillouin, có liên quan đến bước sóng và cường độ ánh sáng và nhìn chung có thể được kiểm soát tốt trong vùng bước sóng dài.
3, Mất uốn
Tổn thất uốn xảy ra trong quá trình uốn sợi, đặc biệt khi bán kính uốn nhỏ. Khi sóng ánh sáng truyền trong sợi quang bị uốn cong, một số tia sáng sẽ thoát ra khỏi lớp bọc sợi do khúc xạ, dẫn đến tổn thất năng lượng. Mối quan hệ giữa suy hao uốn và bước sóng rất phức tạp, nhưng nói chung, khi bước sóng dài hơn, tổn thất uốn tương đối nhỏ vì ánh sáng bước sóng dài có nhiều khả năng bị giam giữ trong sợi quang hơn.
Suy hao của sợi quang tương đối thấp trong ba cửa sổ bước sóng 850nm, 1310nm và 1550nm, trong đó suy hao ở cửa sổ 1550nm là nhỏ nhất, dao động từ 0,19dB/km đến 0,25dB/km, khiến 1550nm trở thành bước sóng ưu tiên cho truyền thông sợi quang khoảng cách dài-. Ngoài ra, do độ phân tán nhỏ của sợi quang ở bước sóng 1550nm nên chúng cũng có lợi thế trong việc truyền tốc độ cao.
Việc chọn bước sóng thích hợp là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống thông tin cáp quang. Xem xét các yếu tố như tổn thất, phân tán, hiệu ứng phi tuyến và chi phí, người ta thường đưa ra lựa chọn giữa ba bước sóng 850nm, 1310nm và 1550nm để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Ví dụ: mạng cục bộ phạm vi ngắn có thể sử dụng 850nm, trong khi mạng đường trục đường dài-có xu hướng sử dụng 1550nm.
