Η σχέση μεταξύ απώλειας μετάδοσης οπτικών ινών και μήκους κύματος είναι ένα σημαντικό ζήτημα στο πεδίο της επικοινωνίας οπτικών ινών, επειδή διαφορετικά μήκη κύματος φωτός θα συναντήσουν διαφορετικούς μηχανισμούς απώλειας κατά τη διάδοση στις οπτικές ίνες. Οι απώλειες στις οπτικές ίνες περιλαμβάνουν κυρίως απώλειες απορρόφησης, απώλειες σκέδασης και απώλειες κάμψης, και αυτοί οι μηχανισμοί απώλειας σχετίζονται στενά με το μήκος κύματος των κυμάτων φωτός. Αυτό το άρθρο αναλύει τη σχέση μεταξύ αυτών των δύο.
1, Απώλεια απορρόφησης
Η απώλεια απορρόφησης αναφέρεται στην απώλεια ενέργειας που προκαλείται από την επίδραση απορρόφησης του ίδιου του υλικού ίνας όταν τα κύματα φωτός διαδίδονται στο ινώδες υλικό. Τα υλικά οπτικών ινών, κυρίως το διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), απορροφούν περισσότερη φωτεινή ενέργεια σε ορισμένα μήκη κύματος, όπως η κορυφή απορρόφησης ιόντων ΟΗ - στην περιοχή του υπέρυθρου και η απορρόφηση μετάπτωσης ηλεκτρονίων στην περιοχή υπεριώδους. Το τυπικό παράθυρο χαμηλών απωλειών βρίσκεται γύρω στα 850nm, 1310nm και 1550nm, καθώς η απορρόφηση των υλικών ινών είναι ελάχιστη σε αυτά τα τρία μήκη κύματος.
2, Απώλεια σκέδασης
Οι απώλειες σκέδασης περιλαμβάνουν κυρίως τη σκέδαση Rayleigh και τη μη γραμμική σκέδαση. Η σκέδαση Rayleigh προκαλείται από μικροσκοπική ανομοιογένεια στα υλικά οπτικών ινών, η οποία μπορεί να προκαλέσει ένα μέρος της ενέργειας των κυμάτων φωτός να αποκλίνει από την αρχική κατεύθυνση διάδοσής τους. Η απώλεια σκέδασης Rayleigh είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τέταρτη δύναμη του μήκους κύματος, πράγμα που σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μικρότερη είναι η απώλεια σκέδασης. Σε μήκος κύματος 1550 nm, η απώλεια σκέδασης Rayleigh ελαχιστοποιείται.
Η μη γραμμική σκέδαση, όπως η σκέδαση Raman και η σκέδαση Brillouin, σχετίζεται με το μήκος κύματος και την ένταση του φωτός και γενικά μπορεί να ελεγχθεί καλά στην περιοχή μεγάλου μήκους κύματος.
3, απώλεια κάμψης
Η απώλεια κάμψης συμβαίνει κατά την κάμψη των ινών, ειδικά όταν η ακτίνα κάμψης είναι μικρή. Όταν τα κύματα φωτός διαδίδονται σε λυγισμένες οπτικές ίνες, ορισμένες από τις ακτίνες φωτός θα διαφύγουν από την επένδυση της ίνας λόγω διάθλασης, με αποτέλεσμα την απώλεια ενέργειας. Η σχέση μεταξύ απώλειας κάμψης και μήκους κύματος είναι πολύπλοκη, αλλά γενικά, όταν το μήκος κύματος είναι μεγαλύτερο, η απώλεια κάμψης είναι σχετικά μικρή επειδή το φως μεγάλου μήκους κύματος είναι πιο πιθανό να παραμείνει περιορισμένο στην ίνα.
Η απώλεια οπτικής ίνας είναι σχετικά χαμηλή στα τρία παράθυρα μήκους κύματος των 850nm, 1310nm και 1550nm, με την απώλεια στο παράθυρο των 1550nm να είναι η μικρότερη, που κυμαίνεται από 0,19dB/km έως 0,25dB/km, καθιστώντας την προτιμώμενη μακροχρόνια{1550nm επικοινωνία οπτικών ινών. Επιπλέον, λόγω της μικρής διασποράς των οπτικών ινών σε μήκος κύματος 1550 nm, έχουν επίσης πλεονεκτήματα στη μετάδοση υψηλής{10}ταχύτητας.
Η επιλογή του κατάλληλου μήκους κύματος είναι σημαντική για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης των συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών. Λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως η απώλεια, η διασπορά, τα μη γραμμικά φαινόμενα και το κόστος, γίνεται συνήθως μια επιλογή μεταξύ των τριών μηκών κύματος των 850nm, 1310nm και 1550nm για την κάλυψη διαφορετικών απαιτήσεων εφαρμογής. Για παράδειγμα, τα τοπικά δίκτυα μικρής εμβέλειας-μπορούν να χρησιμοποιούν 850 nm, ενώ τα δίκτυα κορμού μεγάλων αποστάσεων τείνουν να χρησιμοποιούν 1550 nm.
