1、衰減系數(shù)的定義
光纖的傳輸衰耗用光纖的平均衰耗系數(shù)描述。光纖衰耗系數(shù)的物理定義由下式表述：
I(L)＝I 0 exp（-α · L）
光纖衰減系數(shù)α則為：
α = （1/L）ln [I 0 / I(L)] （1/m）
式中，L為光纖傳輸長度，I 0和I(L)分別為光纖的輸入口處的光強和傳輸L距離后的光強。工程上則普遍采用如下定義式：
α = （10/L）lg（Pi / Po） （dB/km）
式中，Pi和Po分別為光纖的輸入和輸出平均功率。工程量以分貝為單位的好處是可以使大多數(shù)的工程計算變成簡單的算術(shù)運算。
2、衰耗波譜曲線與瑞利散射損耗
自1970年美國康寧公司試制出世界上的第一根光纖以來，光纖的傳輸特性經(jīng)歷了30多年的改進(jìn)。目前光纖的衰耗特性已經(jīng)接近其理論極限。圖2-1為常規(guī)單模光纖的衰耗波譜曲線。左上角為1979年以前的波譜曲線，當(dāng)時的透明窗口在850nm附近。1979年通過原料提純和熔煉工藝的改進(jìn)，顯露出了1310 nm和1550 nm兩個新的透明窗口，光纖的衰耗系數(shù)出現(xiàn)了一次大幅度的改善。此后，光纖的衰耗系數(shù)雖然仍有所改進(jìn)，但已貼近了由瑞利散射損耗限定的理論極限。瑞利散射來源于光纖纖芯中的線度小于工作波長的微小顆粒。宏觀上，纖芯被看成是折射率處處均勻一致的透明體。微觀上觀察，它是由折射率存在差異而邊界又不規(guī)則的短序多晶結(jié)構(gòu)（稱為玻璃體結(jié)構(gòu)）組成的。光在玻璃體邊界上的反射和折射，會隨機改變光線的傳播方向。如果將光矢量分解成沿光纖軸線和垂直軸線方向的兩個分量，其中的垂直分量由于在芯層-包層處的入射角為零度，它們將透過芯包界面，最終在包層外的涂復(fù)層處被吸收掉，這就是瑞利散射損耗的產(chǎn)生機理。瑞利散射是SiO2玻璃固有的，因此瑞利散射損耗就成了SiO2玻璃光纖衰耗特性改進(jìn)的理論極限。圖2-2為石英玻璃光纖的衰減曲線。圖中石英玻璃光纖的衰減譜具有三個主要特征：衰減隨波長的增大而呈降低趨勢；衰減吸收峰與OH-離子有關(guān)；在波長大于1600nm時衰減增大的原因是由微（或宏）觀彎曲損耗和石英玻璃吸收損耗引起的。
圖2-1：常規(guī)單模光纖的衰耗波譜曲線
圖2-2：石英玻璃光纖的衰減
3、由光纖衰減所確定的工作波長范圍
目前高速光纖通信系統(tǒng)的實用工作波長在1310nm和1550nm附近，這兩個低衰耗波長附近光纖的衰耗系數(shù)隨波長變化的精細(xì)譜線詳見下圖3。它是ITU-T的G.957文件提供的光纖典型衰耗譜線圖。該圖包括了由于安裝接頭、維修接頭及工作溫度范圍引起的損耗。ITU-T G.652建議書說明在1310nm區(qū)域曾獲得過0.3~0.4dB/km 范圍及在1550nm區(qū)域曾獲得過0.15~0.25dB/km范圍的衰減值。
圖3：典型的光纖衰減譜
該圖是我們通常見到的光纖衰耗譜線的中間一段。圖中間的尖峰是1385 nm處的OH根吸收峰。圖3很直觀地說明了光纖通信系統(tǒng)因光纖的衰耗限制，可能選用的Α、B、C、D四個工作波長區(qū)。其中Α區(qū)和B區(qū)為低衰耗區(qū)，適合長距離系統(tǒng)選用。C區(qū)和D區(qū)為較高衰耗區(qū)，適合短距離系統(tǒng)選用。表3列出了這四個區(qū)間的工作波長范圍、宜選用的光纖種類和相應(yīng)波長范圍內(nèi)光纖衰減系數(shù)的最壞值。
表3：光纖衰減限定的工作波長范圍
ITU-T G.650.1建議中給出了光纖的衰減定義與衰減的測試方法。
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