40G传输网络的材料

1、40G传输网络的材料40G的材料也是一个问题。过去我们习惯用硅锗和镓砷，到了 40G时代可能这两种材 料的性能已经不能满足要求了，在很多场合下可能需要采用InP（铟磷）材料了。InP属于半 导体III-V族成员，这种材料比硅锗的电压低，比镓砷的功耗低，尺寸非常小，可以小于 1mm2,电光效应比其他材料都强，而且可以用来构成各种有源和无源的集成器件，还可以 作为半导体应用在超高速电子电路，包括40GB/S速率的驱动电路等上。在这样的超高速度 下其性能优于硅锗和镓砷材料。看来InP材料将是40G的首选材料。当然它的缺点是制作比较困难，不像硅锗和镓砷材料那样成熟，特别是由于芯片尺寸 太小，使得与光纤

2、的耦合变得困难，而且插损大。为了克服这一困难，可以采用锥形结构作 耦合来实现InP芯片模斑尺寸与光纤端面的匹配。总之，由于上述种种技术难点以及电信市场的低迷，40G系统的规模商用化时间还需 要两年左右的时间，但其终将到来却是不以人的意志为转移的趋势。下一代干线光纤的闪光点光纤作为传输媒质，为光传输提供了巨大而廉价的可用带宽，在光传送网的发展中起 着重要作用。特别是光缆的寿命高达20年，一次敷设后就很难再动，因此光纤参数的设计 必须要有前瞻性，充分考虑设备和系统技术的发展趋势。下一代电信网需要支持更大容量、 更长距离和更宽频谱范围的传输，因而开发敷设下一代光纤已成为历史的必然。些情况下可 能高达

3、6dB,是一种能有效扩展传输距离和适合40Gb/s速率的调制新技术。1993至1995年分别出现了以真波光纤和leaf光纤为代表的G.655光纤，并获得了大规模 网络应用。包括笔者在内的多数人在一段时间内认为似乎光纤的研究已经到头了，现在看起 来并不是这样。随着速率提高到40GB/S以及超长传输距离的实施，特别是复用波长数的继 续增加，传统G.655光纤的弱点已经开始显露。例如低色散斜率光纤的零色散点仍然太高, 接近S波段的低端，不利于开放S波段;而大有效面积光纤的高色散斜率和相对色散斜率、 高零色散点和过大的有效面积对超高速超大容量系统的进一步发展更加不利。因此为了适应 下一代光网络发展的需

4、要，光纤参数的继续优化十分必要。目前在干线光纤上有这样几个主 要发展趋势：第一，色散斜率需要进一步降低，以保证低端和高端的色散差不至于过大。笔者一直 认为色散斜率一定要小，因为过去只顾C波段，斜率高一点儿无所谓。现在要扩展到L波 段乃至S波段，这个问题就严重了，这方面对大有效面积光纤很不利，其色散斜率高达 0.085ps/(nm2km)。第二，色散值需要继续适当增加，以保证足以压制FWM影响，实现更窄的波长间隔。 最早的时候G.652光纤的色散值为17ps/(nmkm),大家认为太大，需要减少，后来出现了 G.655光纤。但开始走向另一极端，起初有些光纤的色散值仅1 ps/(nmkm)、2ps

5、/(nmkm), 后来增加到4ps/(nmkm),目前看来都不够，现在是160个波长，如果到了 300个乃至1000 个波长时怎么办?所以色散值一定要足够大，但又不能回到原来G.652的值，所以笔者看6 8 ps/(nmkm)是比较合适的，已足以压抑四波混频的影响，可以适应越来越多的波长通路数 需求。第三，光纤的相对色散斜率需要继续减小，以便简化色散斜率补偿，改进补偿效率， 降低系统成本。这方面大有效面积光纤的弱点很明显，很难补偿。第四，光纤有效面积需要最佳化，从而兼顾非线性损伤和喇曼增益。前几年多数人认 为大有效面积是好事，而笔者始终认为有效面积要适度，低色散斜率更重要。现在由于喇曼 放大器

6、的出现和发展，大有效面积光纤的喇曼增益低的弱点更加明显，业界已经将重点转向 低色散斜率，而有效面积趋向比较适中的5565mm2;第五，零色散点需要继续向短波长方向移动(如1400nm附近)，避开S波段，以保证S 波段以及C波段和L波段的正常工作。这方面不仅传统低色散斜率光纤和大有效面积光纤 的零色散点均太高，即便是特锐Ultra光纤也太高。上述五个主要发展方向已经导致ITU-T开发新一代的G.655.B光纤标准，目前已经 有特锐Ultra光纤、真波Reach光纤和PureGuide光纤问世，其他厂家也都在努力研制这 类新一代的干线光纤。可以相信，这种新一代的光纤将逐渐成为未来的主导干线光纤。对

7、光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈 追求的梦想。超大容量、超长距离传输技术波分复用技术极大地提高了光纤传输系统的传输容量，在未来跨海光传输系统中有很大的应用前景， 这几年波分复用系统发展也确实十分迅猛。目前，1.6Tbit/s的WDM系统已经大量商用，同时，全光传输 距离也在大幅度扩展。提高传输容量的另一种途径是采用光时分复用（OTDM）技术，与WDM通过增加单根 光纤中传输的信道数来提高其传输容量不同，OTDM技术是通过提高单信道速率提高传输容量，其实现的单 信道最高速率达 640Gbit/s。仅靠OTDM和WDM来提高光通信系统的容量

8、毕竟有限，可以把多个OTDM信号进行波分复用，从而大大 提高传输容量。偏振复用（PDM）技术可以明显减弱相邻信道的相互作用。由于归零（RZ）编码信号在超高 速通信系统中占空较小，降低了对色散管理分布的要求，且RZ编码方式对光纤的非线性和偏振模色散（PMD） 的适应能力较强，因此，现在的超大容量WDM/OTDM通信系统基本上都采用RZ编码传输方式。WDM/OTDM混 合传输系统需要解决的关键技术基本上都包括在OTDM和WDM通信系统的关键技术中。欧共体的RACE计划 和美国正在执行的ARPA计划在发展宽带全光网中都部署了 WDM和OTDM混合传输方式，以提高通信网络的 带宽和容量。WDM/OTD

9、M系统已成为未来高速、大容量光纤通信系统的一种发展趋势，两者的适当结合应该 是实现Tbit/s以上传输的最佳方式。实际上，最近大多数超过3Tbit/s的实验都采用了时分复用（TDM、 OTDM、ETDM）和WDM相结合的传输方式。光弧子通信光弧子是一种特殊的 ps 数量级上的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效 应相互平衡，因而，经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光弧子通信就是利用光弧子作为载 体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。在光弧子通信领域内，由于其具有高容量、长距离、误码率低、抗噪声能力强等优点，光弧子通信备 受国内外的关注，

10、并大力开展研究工作。美国和日本处于世界领先水平。美国贝尔实验室已经成功实现了 将激光脉冲信号传输5 920km,还利用光纤环实现了 5Gbit/s、传输15 000km的单信道孤子通信系统和 10Gbit/s、传输11 000km的双信道波分复用孤子通信系统；日本利用普通光缆线路成功地进行了超高 20Tbit/s、远距离1 000km的孤立波通信，日本电报电话公司推出了速率为10 Gbit/s、传输12 000km的 直通光弧子通信实验系统。在我国，光弧子通信技术的研究也有一定的成果，国家“863”研究项目成功地 进行了 OTDM光弧子通信关键技术的研究，实现了 20Gbit/s、105km的

11、传输。近年来，时域上的亮孤子、正 色散区的暗孤子、空域上展开的三维光弧子等，由于它们完全由非线性效应决定，不需要任何静态介质波 导而备受国内外研究人员的重视5。光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域和频域的超短脉冲控制技 术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率1020Gbit/s提高到100Gbit/s以上；在增大传输距离方面 采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000公里以上；在高性能EDFA 方面是获得低噪声高输出EDFA。当然，实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性 进展使我们相信，光孤子通信在超长距离、

12、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着 光明的发展前景。全光网络未来的高速通信网将是全光网。全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网 络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高， 因此，真正的全光网成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机 对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性，并能提供巨大的带宽、超大容量 极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网非常灵活

13、，可以随时增加新节点而不必安装信号的 交换和处理设备。当然，全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术之中，它必须要与因特网、ATM网、 移动通信网等相融合6。目前全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个 真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来光通信 发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。三、结束语目前，光纤通信已成为一种最主要的信息传输技术，迄今尚未发现可以取代它的更好的技术。即使是 在全球通信行业处于低迷时期，光纤通信的发展也从未停滞过，就我国而言，200

14、2年的光通信市场相比2001 年仍处增长状态。从现代通信的发展趋势来看，光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正 的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。三、光纤通信技术的发展趋势近几年来，随着技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放，光纤 通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面，以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简 述与展望。（一）向超高速系统的发展。从过去20多年的电信发展史看，网络容量的需求和传 输速率的提高一直是一对主要矛盾。传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用（TDM）方式 进彳丁，每当传输速率提咼4倍，传输每比特的成本大约下降30%40%:因而咼比

15、特率系 统的经济效益大致按指数规律增长，这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去20多年 来一直在持续增加的根本原因。目前商用系统已从45Mbps增加到lOGbps，其速率在20年 时间里增加了 2000倍，比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。高速系统的出现不 仅增加了业务传输容量，而且也为各种各样的新业务，特别是宽带业务和多媒体提供了实现 的可能。（二）向超大容量WDM系统的演进。采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤 的200nm可用带宽资源仅仅利用了不到1 %, 99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适 当错开的光源信号同时在一极光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，

16、这就是波分 复用（WDM）的基本思路。采用波分复用系统的主要好处是：1.可以充分利用光纤的巨大带 宽资源，使容量可以迅速扩大几倍至上百倍；2.在大容量长途传输时可以节约大量光纤和 再生器，从而大大降低了传输成本：3.与信号速率及电调制方式无关，是引入宽带新业务 的方便手段；4.利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存 性的光联网。（三）实现光联网。上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上 是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似 SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本

17、思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设备（OXC ）均已在实验室研制成功，前者已 投入商用。实现光联网的基本目的是：1.实现超大容量光网络；2.实现网络扩展性，允许 网络的节点数和业务量的不断增长；3.实现网络可重构性，达到灵活重组网络的目的；4.实 现网络的透明性，允许互连任何系统和不同制式的信号；5.实现快速网络恢复，恢复时间 可达100ms。鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财 力进行预研。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。（四）新一代的光纤。近几年来随着IP业务量的爆炸式增长，电信网正开始向下一代可 持续发展的方向发展，而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。 传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从 心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应 干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光纤（G655 光纤）和无水吸收峰光纤（全波光纤）。（五）光接入网。过去几年间，网络的核心部分发生