S –C- L 三波段传输新型单模光纤的设计与论述.doc

S C- L 三波段传输新型单模光纤的设计与论述摘要：随着科技的不断进步时代的发展，光通信技术也随之快速发展，各种现有的单模光纤已不能满足宽带光传输密集波分复用（DWDM）系统传输的要求，S C- L 三波段传输新型单模光纤是在1460-1625m的波长范围内具有足够大的色散以抑制四波混频效应，交叉相位调制等非线性效应，又使色散及斜率尽可能低，从而使色散管理成本降到最低的新型单模光纤，我们设计和计算了这种新型的光纤结构，并对其性能参数进行了分析和讨论。关键词：S C- L 三波段、非线性效应、色散、色散斜率1、概述：从技术和经济上考虑，光纤通信技术的发展主要包括两大方向。其一，提高波分复用（WDM）单信道的传输速率；其二，增加WDM复用的信道数量。目前，总传输速率10Tbit/s的多信道40Gbit/s的密集波分复用（DWDM）系统将是光纤通信技术发展的最近目标40Gbit/s系统正在商用化。系统要求的光信噪比（OSNR）随着单信道的速率提高而成正比增大。因此要求有更高的信号光功率，这使得光纤非线性效应更趋严重。又由于粗波分复用（CWDM）和DWDM传输波长范围扩展，边缘信道的色散累积使得光纤色散补偿更加复杂，影响了系统成本。 以上范围内非线性效应、色散和片振膜色散（PMD）等因素不能兼顾。G.652 光纤在S、C、L 带的色散大，色散斜率搞，因此，色散补偿困难，增加了系统成本。G.653 光纤在C带有零色散波长，有效面积小，因此，工作波长范围不足，色散补偿困难，系统成本增加。目前 G.655光纤种类很多，但是对于现有的大多数 G.625光纤，即使传输距离为80km，也要在L波段上进行色散补偿，增加了系统成本，所以G.655A和G.655B光纤也不能满足系统发展要求。由于现有的各种单模光纤都不能适应在S-C-L三个连续波段上进行多信道窄间隔DWDM应用和CWNM应用，因此国际上已经开始研究能够满足S-C-L三个连续波段实现多信道窄间隔DWDM和SWDM应用，如ULTRA特锐光纤。日本NTT、美国Cornning、OFS、法国Alcatel等已经向ITUT-T提出建议，制定这种能满足光纤通信发展形势要求的新型单模光纤标准。标准名称为ITU-T G.656宽带光传输用非零色散单模光纤和光缆特性。G.656 光纤在1460-1625 nm波段比现有G.655光纤具有更大的正色散值，且色散的斜率更低。这种更大的色散值课更有效地抑制DWDM系统中的四波混频、交叉相位调制（XPM）等非线性效应。由于这种光纤超出了现有G.655 光纤标准规定的波长范围，而且该光纤在S、C、L三个波段具有较大的正色散值，所以，可以在S、C、L三个波段实现波分复用，满足最新系统发展应用的要求。2 光纤结构设计根据系统发展的要求，S-C-L三波段光纤色散特性更优，工作波长更宽：在14601625nm波长范围内，色散可抑制DWDM系统中的各种非线性效应。非零色散工作波长1460nm1625nm，也可超出14501625nm波长范围。色散系数为正（+）号，2ps/（nmkm） 11ps/（nmkm）。光纤的色散斜率比其它光纤更低。 石英玻璃单模光纤的色散特性主要由材料色散和波导色散两部分复合构成。总色散为式中、分别为材料色散、波导色散和折射率剖面色散系数，具体的表达式为式中，第一项为材料色散；第二项为波导色散；第三项为折射率剖面色散；为线芯折射率；为包层折射率；为传输光波长；为光速度；H为线芯中传输的功率分数，；b为归一化传播常熟，；为相对折射率差；为归一化介质频率。最后，其总色散可简化为。光纤的材料色散随波导结构变化不大，而波导色散对波导结构的改变极为敏感。适当地设计光纤的折射率剖面结构，能够改变波导色散的幅度，实现非零色散位移，还可以改变波导色散随波长增加的斜率，从而改变总的色散率，实现色散斜率基本为零，以保持2-11 ps/（nmkm）的非零色散。根据以上原则，经过对光纤的纤芯和包层进行适当的设计和调整，是光纤的色散参数符合设计条件。设计参数如下： 第一种设计如下：第1部分为纤芯，半径为3.6，折射率为1.4645。第2部分为第一折射率下凹环，尺寸为1.55，折射率为1.45。第3部分为第二折射率下凹环，尺寸为1.3，折射率为1.452（修正为1.4518）。第4部分为外芯，尺寸为4.4，折射率为1.46（修正为1.4602）。第5部分为光纤内包层，尺寸为5，折射率为1.456。第6部分为衬底管，尺寸为10，折射率为1.457。第7部分为外包层，尺寸为36.65，折射率为1.457。3、设计结果 如下图所示： 色散图： 1.46096色散为5.22288（原文中应为5.53）1.62503色散为6.58275（原文中应为6.24）相差原因未知 功率分布：模场半径4.24399 面积为56.58 模场直径：有效面积有些小原因未知微弯损耗：第二种设计如下：第1部分为纤芯，半径为3.6，折射率为1.4643。第2部分为第一折射率下凹环，尺寸为1.55，折射率为1.453。第3部分为第二折射率下凹环，尺寸为1.3，折射率为1.455。第4部分为外芯，尺寸为4.4，折射率为1.46。第5部分为光纤内包层，尺寸为5，折射率为1.456。第6部分为衬底管，尺寸为10，折射率为1.457。第7部分为外包层，尺寸为36.65，折射率为1.457。 如下图所示： 色散图：1.46012色散为2.20000（原文中应为2.70）1.62545色散为7.50414（原文中应为7.56）相差原因未知 功率分布：模场半径4.17526 面积为54.7 模场直径：有效面积有些小原因未知微弯损耗：4、结论本文提出了一种应用于S-C-L 波段传输的新型单模光纤，通过模拟计算，该光纤在1