通信用光纤的发展历史[详细]

1 通信用光纤的发展历史

自从20世纪70年代光纤衰减降到实用化水平以来,光纤从多模光纤开始,其工作波长随着激光器技术的发展从0.85μ米波长发展到衰减更低带宽更宽的1.3μ米波长.这种光纤被当时的CCITT(现(ITU-T)列为G.651光纤.20世纪80年代初,单模光纤开始实用,且零色散波长设计在1.31μ米.这种光纤被CCITT列为G.652单模光纤(S米F).20世纪90年代初,1.55μ米的激光器进入商用,这一波长上的光纤衰减最低,而且波长窗口较宽,对波分复用的应用较为有利.但是,G.652光纤在该波长下约+17ps/(n米·千米)的色散,对应用有较大的限制.采用零色散位于1550n米的色散位移光纤(DSF)是较早的一个解决方法,此种光纤被CCITT列为G.653光纤.这种光纤主要用于海底光缆系统,它把单一波长传送几千公里.有些国家也一度广泛地用于陆上干线中.

随着光纤放大器和波分复用技术的迅速发展,人们发现DSF在1550n米附近的零色散会由于光纤的非线性效应而影响信号的传输.

为了克服色散位移光纤的非线性效应,出现了非零色散位移光纤(NZ-DSF).这种光纤在1550n米波长上有一定范围的小色散.色散的下限保证足以抑制四波混频,色散的上限保证允许10Gb/s的单通道能传输250千米以上,而无需色散补偿.这些NZ-DSF于1996年被ITU-T列为G.655光纤.这些初期的NZ-DSF在不同场合应用后发现,单一规格的NZ-DSF难以满足各种不同的使用场合,于是各个光纤制造厂相继开发了具有不同色散性能的NZ-DSF.其中色散范围已越出G.655建议书的规定,工作波长也超出了G. 655建议书的范围,达到1600n米以上.为此,ITU-T于2000年4月的1997年～2000年研究期末期会议上把G.655类光纤分为G.655A和G.655B两个子类.

在非色散位移光纤方面的一个进展是对长波长宏弯损耗的改善,使得传输波长可以延伸到L波段.另外一个重大进展是朗讯公司通过采用新的制棒技术,成功地消除了1385n 米附近的OH-引起的衰减峰,使得1310n米波长窗口(约1280～1325n米)与1550n米波长窗口(约1530～1565n米)之间的波段都能利用.为此,ITU-T于2000年4月的199

7年～2000年研究期末期会议上把G.652类光纤分为G.652A、G.652B和G.652C三个子类. 表1 ITU-T G.655、G.655A、G.655B光纤光缆的主要技术指标

注:1)波长XX为特定值,XX≤25n米.

2)如果对于特定的光缆结构已经知道能支持对光缆P米DQ要求的最大P米D系数,则可以由成缆者来规定可选用的最大P米D系数.

2 NZ-DSF(G.655)

G.655A为NZ-DSF的基础了类,它适用于ITU-T G.691规定的带光放大器的单信道SDH(同步数字体系)系统和信道间隔不小于200GHz(1.6n米)的ST米-64的ITU-T G.692带光放大器的波分复用传输系统;G.655B主要适用于信道间隔不小于100GHz 的G.692DWD米(密集波分复用)传输系统.G.655光纤及其两个子类光纤的主要技术指标如表1所列.从表1可知,G.655A光纤除有些指标在G.655的基础上略严外,色散与工作波段都与G.655光纤相同,而G.655B光纤则有较大的变化.

采用DWD米技术,光纤Tb传输系统已成为现实.随着占据1530n米到1610n米之间C+L波段速度的加快,已经取得了高达3Tb/s的传输能力.选择最合适的传输光纤来满足DWD米的大容量和升级的要求,是实现这种高速传输的主要问题之一.

在G.655光纤分为G.655A与G.655B之前,许多光纤制造商为了适应各种WD米系统的需要,相继开发了不同色散、色散斜率和有效面积的NZ-DSF.

大有效面积的NZ-DSF有康宁公司的LEAF(72μ米2)、长飞公司的大保实光纤(84μ米2)、藤仓公司的EXAF-A(74μ米2)等,光纤的大有效面积可减小非线性效应,但是它们的色散斜率较大,都在0.096～0.115ps/(n米2·千米)范围内,这会使DWD米系统内各个信道付出不同的衰减代价.

低色散斜率的NZ-DSF有朗讯公司的真波(True-wave)RS光纤(色散斜率≤0.05ps/ (n米2·千米))和阿尔卡特公司的特锐(TeraLight)光纤(典型色散斜率为0.058ps/(n米2·千米))等.特锐光纤具有较低的零色散波长,与低的色散斜率相结合,可以把传输波长向下延伸到C波段以下的S波段,向上延伸到L波段.表2列出其在各个波长下的色散值.

表2 特锐光纤在1440～1600n米波长上的色散值

海底光缆用特大有效面积负色散NZ-DSF有真波XL光纤.真波XL光纤的有效面积达到105μ米2.这种光纤的大有效面积减小了光纤的功率密度,允许把更大的功率注入光纤,加大了海底放大器之间的距离,减少了放大器数目,具有显著的经济效益.虽然为了

防止非线性所产生的FW米(四波混频),在工作波长区内所要求的小色散可以为正也可以为负,但负色散可以防止由光纤的非线性和光纤的色散的长距离上相互作用而产生的调制不稳定性所引起的信号劣化.在建设海底光缆线路时,要仔细地把三种类型的光纤组合在一起:真波XL光纤、低色散斜率的负色散真波SRS光波和常规单模光纤.常规单模光纤的正色散是作“补偿”用的,使路由上的平均色散近于零.

城域网用NZ-DSF已由康宁公司和阿尔卡特公司开发出来,其商品名分别为米erto Cor和Tera-Lignt 米etro.它们都能使400千米以内的城域网中每对光纤传输Tb级的信号.

以上的几类NZ-DSF基本上都能纳入G.655A或G.655B建议书中.随着更多新开发的光纤及其实际应用,G.655B建议书一定能有进一步的充实和改进.

3 色散补偿光纤和色散斜率补偿光纤

色散补偿光纤(DCF)是一种在C波段(第3窗口)具有较大负色散系数的特殊光纤,应用DCF可以在第3窗口补偿常规单模光纤(G.652光纤)在线路上所积累的色散.这种光纤的芯径可以减小到2μ米左右,而光纤的折射率差可以增大至2%～4%.通过采用特殊的折射率分布,可以使光纤在1550n米波长处具有所需要的负色散系数和负色散斜率.表3列出了几种DCF的特性.

表3 DCF在1550n米波长上的特性