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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2008-04-20

关键词：光纤

　　１?概述

　　随着密集波分复用ＤＷＤＭ技术、掺铒光纤放大器ＥＤＦＡ技术和光时分复用ＯＴＤＭ技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。采用光时分复用ＯＴＤＭ和波分复用ＷＤＮＭ相结合的试验系统，容量可达３Ｔｂ／ｓ或更高；时分复用ＴＤＭ的１０Ｇｂ／ｓ系统和与ＷＤＭ相结合的３２×１０Ｇｂ／ｓ和１６０×１０Ｇｂ／ｓ系统已经商用化，ＴＤＭ４０Ｇｂ／ｓ系统已经在实验室进行试验。在如此高速率的ＤＷＤＭ系统中，开发敷设新一代光纤已成为构筑下一代电信网的重要基础。要求新一代光纤应具有所需的色散值和低色散斜率、大有效面积、低的偏振模色散，以克服光纤带来的色散限制和非线性效应问题。

　　光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输系统的带宽和传输距离，目前已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用。目前常用的光纤种类有常规单模光纤Ｇ.６５２、色散位移光纤Ｇ.６５３和非零色散位移光纤Ｇ.６５５，这些光纤的低损耗区都在１３１０～１６００ｎｍ波长范围内。色散位移光纤主要为１５５０ｎｍ频段的单一波长高速率传输研制的；非零色散位移光纤，它包括大有效面积光纤ＬＥＡＦ、色散平坦光纤ＤＦＦ、全波光纤ＡｌｌＷａｖｅ等，真波光纤对波长窗口、色散和ＰＭＤ特性做了优化，使之适宜１５５０ｎｍ频带上高比特率ＤＷＤＭ传输，朗讯的另一种非零色散位移光纤全波光纤消除了１３８０ｎｍ处的水峰，为大城市ＭＥＴＲＯＤＷＤＭ应用做了优化；Ｃｏｒｎｉｎｇ公司的ＬＥＡＦ光纤，对抑制非线性效应有独到之处。影响光纤传输的传输距离和传输性能的关键性因素之一是色散，另一个影响传输系统尤其是ＤＷＤＭ系统指标的重要因素是光纤的非线性，它们对于不同类型光纤的传输性能有决定性的影响，特别是ＷＤＭ系统的传输性能。

　　无论是核心网还是接入网，目前主要应用的还是Ｇ.６５２光纤。在核心网中新建线路已开始采用Ｇ?６５５光纤，在接入网中已开始应用光纤带光缆。光纤的选型是波分复用系统设计中很重要的一个问题。过去由于技术的限制光纤只有少数的几种，同时我国已埋设的光纤几乎都是常规单模光纤，选型问题就不那么重复。现在新型光纤越来越多。在设计波分复用系统和进行传输网建设时，光纤的选型就十分重要。本文在介绍新一代光纤发展情况的基础上，分析了非线性效应对ＷＤＭ传输的影响、Ｇ.６５５和Ｇ.６５２光纤在未来传输网上的应用，对两种光纤上进行ＷＤＭ传输的优缺点进行分析。

　　２?光纤技术及新进展

　　２.１Ｇ?６５２单模光纤

　　Ｇ.６５２单模光纤在Ｃ波段１５３０～１５６５ｎｍ和Ｌ波段１５６５～１６２５ｎｍ的色散较大，一般为１７～２２ｐｓｎｍ·ｋｍ，系统速率达到２.５Ｇｂｉｔ／ｓ以上时，需要进行色散补偿，在１０Ｇｂｉｔ／ｓ时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。

　　２.２Ｇ.６５３色散位移光纤

　　Ｇ.６５３色散位移光纤在Ｃ波段和Ｌ波段的色散一般为－１～３.５ｐｓｎｍ·ｋｍ，在１５５０ｎｍ是零色散，系统速率可达到２０Ｇｂｉｔ／ｓ和４０Ｇｂｉｔ／ｓ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用ＤＷＤＭ扩容时，会出现非线性效应，导致信号串扰，产生四波混频ＦＷＭ，因此不适合采用ＤＷＤＭ。

　　２.３Ｇ.６５５非零色散位移光纤

　　Ｇ.６５５非零色散位移光纤在Ｃ波段的色散为１～６ｐｓｎｍ·ｋｍ，在Ｌ波段的色散一般为６～１０ｐｓｎｍ·ｋｍ，色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频ＦＷＭ，可采用ＤＷＤＭ扩容，也可以开通高速系统。Ｌｕｃｅｎｔ公司和康宁公司的Ｇ.６５５光纤，分别叫做真波光纤和ＳＭＦ－ＬＳＴＭ光纤。真波光纤的零色散点在１５３０ｎｍ以下短波长区，在１５４９ｎｍ-１５６１ｎｍ的色散系数为２.０-３.０ｐｓ／ｎｍ．ｋｍ；ＳＭＦ－ＬＳＴＭ光纤的零色散点在长波长区１５７０ｎｍ附近，系统工作在色散负区，在１５４５ｎｍ的色散值为－１.５ｐｓ／ｎｍ．ｋｍ。新型的Ｇ.６５５光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的１.５～２倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。国际上陆续又开发出了一系列新型通信单模光纤，如大有效面积非零色散位移单模光纤包括康宁的ＬＥＡＦ和朗讯的ＴｒｕｅＷａｖｅＸＬ、低色散斜率光纤ＴｕｒｅＷａｖｅＲＳ、斜率降低的大有效面积非零色散位移单模光纤、色散平坦型非零色散位移单模光纤、以及斜率补偿单模光纤等。

２.３.１大有效面积光纤和低色散斜率光纤

　　康宁Ｃｏｒｎｉｎｇ和郎讯还分别推出了ＬＥＡＦ和ＲＳ·ＴｒｕｅＷａｖｅ光纤。它们都是第二代的非零色散位移光纤。ＬＥＡＦ光纤将光纤的有效面积Ａｅｆｆ从常规的５０μｍ２增加到７２μｍ２，增加了３２％。有效面积代表在光纤中用于传输的光功率的平均面积，因而大大地提高光纤中ＳＢＳ、ＳＲＳ、ＳＰＭ、ＸＰＭ等非线性效应的阈值。从而使系统具有更大的功率传输能力。它可以承载更大功率的光信号，这意味着可以实现更多的波长通道数目、更低的误码率、更长的放大间距和更少的放大器。所有这一切都意味着拥有更大的容量和更低的成本。

　　ＲＳ－ＴｒｕｅＷａｖｅ光纤的最大优点是色散斜率小，仅为０.０４５ｐｓ／ｎｍ２·ｋｍ。小的色散斜率和色散系数意味着大的波长通道数目、高的单通道码率，同时它还可以容忍更高的非线性效应。这也意味着更大的容量和更低的成本。

　　２.３.２无水峰光纤

　　朗讯公司发明的全波光纤Ａｌｌ－ｗａｖｅＦｉｂｅｒ消除了常规光纤在１３８５ｎｍ附近由于氢氧根离子造成的损耗峰，损耗从原来的２ｄＢ／ｋｍ降到０.３ｄＢ／ｋｍ，这使光纤的损耗在１３１０～１６００ｎｍ都趋于平坦。其主要方法是改进光纤的制造工艺，基本消除了光纤制造过程中引入的水份。全波光纤使光纤可利用的波长增加１００ｎｍ左右，相当于１２５个波长通道１００ＧＨｚ通道间隔。全波光纤的损耗特性是很诱人的，但它在色散和非线性方面没有突出表现。它适于那些不需要光纤放大器的短距离城域网，可以传送数以百计的波长通道。当可用波长范围大大扩展后，容许使用波长精度和稳定度要求较低的光源、合波器。分波器和其他元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降，降低了整个系统的成本。康宁公司的ＭｅｔｒｏＣｏｒＴＭ光纤，消除了１３８０ｎｍ的水峰，其零色散波长在１６４０ｎｍ波长附近，也对色散特性负色散做了优化，使得其特别适宜于低成本的城域ＷＤＭ系统。

　　３?光纤非线性对传输的影响

　　非线性效应会造成一些额外损耗和干扰，恶化系统的性能。ＷＤＭ系统光功率较大并且沿光纤传输很长距离，因此产生非线性失真。非线性失真有受激散射和非线性折射两种。其中受激散射有拉曼散射和布里渊散射。以上两种散射使入射光能量降低，造成损耗。在入纤功率较小时可忽略。同样，在入纤功率较小时，光的折射率与光功率无关，但功率较高时，需考虑非线性折射。非线性折射有以下几种：四波混频ＦＷＭ、交叉相位调制ＸＰＭ、自身相位调制ＳＰＭ。其中四波混频效、交叉相位调制应对系统影响最严重。因非线性效应是非常复杂的一个问题，在此不赘述。

　　４?Ｇ.６５２与Ｇ.６５５光纤在未来传输网上的应用

　　目前用于传输网建设的主要光纤只有三种，即Ｇ.６５２常规单模光纤、Ｇ. ６５３色散位移单模光纤和Ｇ.６５５非零色散位移光纤。而其中的Ｇ.６５３光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，因其在开通ＷＤＭ系统时会引起ＦＷＭ等非线性效应，要开通ＷＤＭ系统只有采取不等距波长间隔、减小入纤光功率等以牺牲系统性能为代价，在我国的干线网上几乎没有应用，虽然这类光纤在开通ＴＤＭ高速率系统方面有优点，但在基于ＷＤＭ系统的全光网的发展过程中，该类光纤并不具有优势，也不建议使用。

　　这样，真正可以用于骨干网乃至城域等应用的光纤只有Ｇ.６５２和Ｇ.６５５光纤两种，虽然在Ｇ?６５５光纤中又有多类产品，但目前对于这两种光纤在未来传输网中的应用又存在着许多不同看法。

　　通常Ｇ.６５２单模光纤在Ｃ波段１５３０～１５６５ｎｍ和Ｌ波段１５６５～１６２５ｎｍ的色散较大，一般为１７～２２ｐｓ／ｎｍ·ｋｍ。在开通高速率系统如１０Ｇｂ／ｓ和４０Ｇｂ／ｓ及基于单通路高速率的ＷＤＭ系统时，可采用色散补偿光纤来进行色散补偿，色散补偿光纤ＤＣＦ具有负色散斜率，可补偿长距离传输引起的色散，使整个线路上１５５０ｎｍ处的色散大大减小，使Ｇ.６５２光纤既可满足单通道１０Ｇｂ／ｓ、４０Ｇｂ／ｓ的ＴＤＭ信号，又可满足ＤＷＤＭ的传输要求。但ＤＣＦ同时引入较大的衰减，因此它常与光放大器一起工作，置于ＥＤＦＡ两级放大之间，这样才不会占用线路上的功率余度。ＤＷＤＭ波长范围越宽，补偿困难越大，当位于频段中心的波长补偿好时，频段低端的波长过补偿，高端的波长则欠补偿，目前一些设备厂商正在研制色散斜率补偿，这种补偿方式就会使得一定波长范围内的光信号都得到均匀的补偿，对于多通路的ＷＤＭ系统有很大好处。

Ｇ.６５５光纤的基本设计思想是在１５５０ｎｍ窗口工作波长区具有合理的较低的色散，足以支持１０Ｇｂ／ｓ的长距离传输而无需色散补偿，从而节省了色散补偿器及其附加光放大器的成本：同时，其色散值又保持非零特性，具有一起码的最小数值，足以抑制非线性影响，适宜开通具有足够多波长的ＷＤＭ系统。初步研究结果表明，对于以１０Ｇｂ／ｓ为基础的ＷＤＭ系统，尽管Ｇ.６５５光缆的初始成本是Ｇ?６５２光缆的１?５～２倍，但由于色散补偿成本远低于Ｇ.６５２光纤，因而采用Ｇ.６５５光缆的系统总成本大约可以比采用Ｇ. ６５２光缆的系统总成本低３０％～５０％。第二代的Ｇ.６５５光纤--大有效面积的光纤和小色散斜率光纤也已经大规模应用，前者具有较大的有效面积，可以更有效地克服光纤非线性的影响；后者具有更合理的色散规范值，简化了色散补偿，更适合于Ｌ波段的应用。两者均适合于以１０Ｇｂ／ｓ为基础的高密集波分复用系统。从技术实现的角度来看，Ｇ.６５２光纤和Ｇ.６５５光纤对于单通路速率为２.５Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓ的ＷＤＭ系统都适用，根据设备制造商的系统设计不同，均可达到较好的性能。对于通路非常密集的ＷＤＭ系统，Ｇ.６５２光纤对于非线性效应的抑制情况较好，而Ｇ.６５５光纤对于ＦＷＭ等非线性效应的抑制较差，此时仅从性能角度来看，Ｇ.６５２光纤具有较大的优势。综合这两种光纤应用的成本来看，采用Ｇ?６５２光纤开通基于２?５Ｇｂ／ｓ的ＷＤＭ系统是最经济的选择，对于基于１０Ｇｂ／ｓ的ＷＤＭ系统需要进行色散补偿，常用的方法是使用色散补偿光纤，这不可避免地要增加系统成本，而Ｇ?６５５光纤开通基于１０Ｇｂ／ｓ的ＷＤＭ系统时也需要进行少量的色散补偿，但色散补偿成本相对较低。对于新一代光纤的选型，需进一步考虑技术优势、光纤成本及色散补偿成本等方面的综合因素，以便根据不同的应用选用最佳的光纤种类。我们不难得出以下结论：

　　- 对于基于２.５Ｇｂ／ｓ及其以下速率的ＷＤＭ系统，Ｇ.６５２光纤是一种最佳选择；

　　-对于基于１０Ｇｂ／ｓ及更高速率的ＷＤＭ系统，Ｇ.６５２和Ｇ.６５５光纤均能支持；

　　-对于通路非常密集的ＷＤＭ系统，Ｇ.６５２光纤承载的系统在技术上有较好的优势，在考虑光纤选型时应综合性能及成本等多方面因素。

　　-对于城域网中的光纤选型，新一代的无水峰光纤因扩大了可用光谱，显示出很独特的优势。

　　５?总结

　　传输网上常用的光纤种类主要有Ｇ.６５２、Ｇ.６５３和Ｇ.６５５三种，Ｇ.６５５光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等，光纤种类的不断增多对于我们来说有了更多的选择，以便构筑出适于未来网络发展的光纤网络，相信随着技术的进一步发展，如何科学地选择光纤类型、如何抑制光纤非线性效应对传输的发展会越来越明确，未来传输网的建设也会为我们的生活带来更多的方便与快捷。