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     科學(xué)的探討和研究，其本身就含有至美，它給人的愉快就是酬報(bào)。—居里夫人（M.Curie）     光纖損耗——越純凈損耗越小

        光纖是熔融SiO2制成的，光信號在光纖中傳輸時(shí)，由于SiO2材料并不完全純凈，這些雜質(zhì)會吸收光。除吸收損耗外，由于構(gòu)成SiO2的離子晶格在光波（電磁波）的作用下發(fā)生振動(dòng)，也要損失能量。此外，還有散射損耗，這種散射是由在光纖制造過程中材料密度的不均勻（造成折射率不均勻）產(chǎn)生的。光纖對光能量的吸收損耗、散射損耗和輻射損耗，使光在光纖中傳輸時(shí)逐漸衰減，如圖3.3.1所示。

圖3.3.1光纖傳輸線的各種損耗引起光在光纖中傳輸時(shí)逐漸衰減

       另外，在密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，不同波長的光同時(shí)注入一根光纖，波長越多，注入光纖的能量就越大，當(dāng)光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)大到一定程度時(shí)就會產(chǎn)生受激拉曼散射、受激布里淵散射和四波混頻等非線性現(xiàn)象，使輸入光能量轉(zhuǎn)移到新的頻率分量上，產(chǎn)生非線性損耗。

       通常，光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖隨距離z的增大而衰減，可以用下式表示

式中，α是衰減系數(shù)。如果Pin是在長度為L的光纖輸入端注入的光功率，根據(jù)式（3.3.1）可得到輸出端的光功率應(yīng)為

習(xí)慣上，功率的單位為分貝毫瓦（dBm），衰減系數(shù)α的單位為dB/km，由式（3.3.2）得到用分貝表示的衰減系數(shù)為

       光纖的損耗與波長有關(guān)，波長越長，損耗越小，圖3.3.2給出了典型單模光纖和多模光纖衰減譜。由圖可知，單模光纖衰減在波長1.55μm是0.19dB/km，在波長1.30μm是0.35dB/km。

圖3.3.2   典型光纖衰減譜

光纖色散——模式不同、路徑不同、到達(dá)終點(diǎn)時(shí)間不同導(dǎo)致脈沖展寬

牛頓——影響科學(xué)史的人

        艾薩克·牛頓（IsaacNewton，1643—1727年），英國著名物理學(xué)家，主要著作有《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》和《光學(xué)》。在《光學(xué)》里，牛頓用微粒學(xué)詳盡地闡述了光的色彩復(fù)合和分散，從粒子的角度解釋了薄膜透光、牛頓環(huán)及衍射實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的種種現(xiàn)象，他也對雙折射現(xiàn)象進(jìn)行了研究。在光學(xué)上，他發(fā)明了反射望遠(yuǎn)鏡，并基于對三角棱鏡將白光發(fā)散成可見光譜的觀察，發(fā)展出了顏色理論。

       他在1687年發(fā)表的論文《自然定律》里，對萬有引力定律和三大運(yùn)動(dòng)定律（慣性定律、具有6個(gè)性質(zhì)的第2定律、作用與反作用定律）進(jìn)行了描述。這些描述奠定了此后三個(gè)世紀(jì)里物理世界的科學(xué)觀點(diǎn)，并成為現(xiàn)代工程學(xué)的基礎(chǔ)。他通過論證開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天空物體的運(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律，為太陽中心說提供了強(qiáng)有力的理論支持，并推動(dòng)了科學(xué)革命。在力學(xué)上，牛頓闡明了動(dòng)量和角動(dòng)量守恒原理，提出了牛頓運(yùn)動(dòng)定律。他還系統(tǒng)地表述了冷卻定律，并研究了聲速。在數(shù)學(xué)上，牛頓與萊布尼茨共同發(fā)明了微積分。他也證明了廣義二項(xiàng)式定理，并為冪級數(shù)的研究做出了貢獻(xiàn)。
1.太陽白光被分解為七色彩帶——色散

       色散是日常生活中經(jīng)常會碰到的一種物理現(xiàn)象。一束白光通過一塊玻璃三角棱鏡時(shí)，在棱鏡的另一側(cè)被散開，變成七色的光帶，在光學(xué)中稱這種現(xiàn)象為色散，如圖3.3.3所示。

       圖3.3.3棱鏡對入射白光分解成彩帶

a）棱鏡將入射白光解復(fù)用成七色彩帶b）玻璃折射率和波長的關(guān)系c）牛頓用三角棱鏡將太陽光分解為七色彩帶

        1666年，英國物理學(xué)家艾薩克·牛頓做了一次非常著名的實(shí)驗(yàn)，他用三角棱鏡將太陽白光分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫的七色彩帶，如圖3.3.3a所示，其原因如下。

       光從空氣射入某種介質(zhì)發(fā)生折射時(shí)，如果入射角用θi表示，折射角用θr表示，則介質(zhì)的折射率為