光纤技术发展及其未来的应用

概述 随着密集波分复用 技术 掺铒光纤放大器 技术和光时分复用 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 和波分复用 相结合的试验系统 容 量可达 或更高 时分复用 的 系统和与 相结合的 和 系 统已经商用化 系统已经在实验室进行试验 在如此高速 率的 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 色散位移光纤 和非零色散位移光纤 这些光纤 的低损耗区 都在 波长范围内 色散位移光纤主要为 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 色散平坦光纤 全波光纤 等 真波光纤对波 长窗口 色散和 特性做了优化 使之适宜 频带上高比特率 传输 朗讯的另一种非零色散位移光纤全波光纤消除了 处的水峰 为大城市 应用做了优化 公司 的 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 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 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 光纤 在核心网中新建线路已开始采用 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 传输的影响 和 光纤在未来传输网上的应用 对两种光纤上进行 传输的优缺点进行分析 光纤技术及新进展 单模光纤 单模光纤在 波段 和 波段 的色散较大 一般为 系统速率达到 以上时 需要进行色散补偿 在 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 色散位移光纤 色散位移光纤在 波 段和 波段的色散一般为 在 是零 色散 系统速率可达 到 和 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 扩容 时 会出现非线性效应 导致信号串扰 产生四波混频 因此不适合采用 非零色散位移光纤 非零色散位移光纤在 波段的色散为 在 波段的色散一般为 色散较 小 避开了零色散区 既抑制了四波混频 可采用 扩容 也可以开通高速系统 公司和康宁公司的 光纤 分别叫做真波光纤和 光纤 真波光纤的零色散点 在 以下短波长区 在 的色散系数为 光纤的零色散点在长波 长区 附近 系统工作在色散负区 在 的色散值为 新型的 光纤可以使有效 面积扩大到一般 光纤的 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 和朗讯的 低色散斜率 光纤 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 大 有效面积光纤和低色散斜率光纤 康宁 和郎讯还分别推出了 和 光纤 它们都是第二代的非零色散位移光纤 光纤将光纤的有效面积 从常规的 增加到 增加了 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 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 光纤的最大优点是 色散斜率小 仅为 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 无水峰光纤 朗讯公司 发明的全波光纤 消除了常规光纤在 附近由于氢氧根离子造成的损耗峰 损 耗从原来的 降到 这使光纤的损耗在 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 左右 相当于 个波长通道 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 光纤 消除了 的水峰 其零色散波长在 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 系统 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 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 交叉相位调制 自身相位调制 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 与 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 常规单模光纤 色散位移单模光纤和 非零色散位移光 纤 而其中的 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 系统时会 引起 等非线性效应 要开 通 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 高速率系统方面有优点 但在基于 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 和 光纤两种 虽然在 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 单模光纤在 波段 和 波段 的色散较大 一般为 在开通高速率系统如 和 及基于单 通路高速率的 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 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 处的色散大大减小 使 光纤既可满足单通道 的 信号 又可满足 的传输要求 但 同 时引入较 大的衰减 因此它常与光放大器一起工作 置于 两级放大之 间 这样才不会占用线路上的功率余度 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 系统有很大好 处 光纤的基本设计思想是在 窗口工作波长区具有合 理的较低的色散 足以支持 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