下一代電信網的光纖

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　　 光纖作為傳輸媒質，為光傳輸提供了巨大而廉價的可用帶寬，在光傳送網的發展中起著重要作用。下一代電信網需要支持更大容量、更長距離的傳輸，因而開發敷設下一代光纖已成為構筑下一代電信網的重要基礎，本文就下一代光纖的分類、特點、應用及其設計考慮做簡要討論。

　　
　　開發應用下一代光纖的必要性
　　
　　 當前，電信界正面臨著一場百年未遇的巨變，開放市場、引入競爭的進度明顯加快，電信管理體制改革的力度明顯加大。特別是近年來，以因特網為代表的新技術革命正在深刻地改變傳統的電信觀念和體系框架，其迅猛發展的速度是人類歷史上所有工業中最快的。資本投資也大量集中在這一領域，新概念、新技術更是不斷出現，令人眼花繚亂,目不暇接。目前，北美骨干網上的業務量已達到了約6～9個月左右就翻一番的地步，比著名的半導體芯片性能進展的摩爾定律(約18個月左右就翻一番)還要快2～3倍，而且迄今沒有減緩的跡象。過不了多少年，全球的因特網業務將超過話音業務，100年來始終占據絕對主導地位的話音業務將最終讓位給數據業務。
　　 從我國的具體國情分析，特別是近幾年來IP業務量的發展趨勢看，今后5～10年電信網上的數據業務量也同樣可能超過話音業務量，傳統電話網將不可避免要過渡到以數據業務——特別是IP業務為中心的、融合的下一代電信網，下一代電信網將最終支持包括話音在內的所有業務。簡言之，從網絡的角度看，傳統的以電話業務為基礎的電路交換網無論從業務量設計、容量、組網方式，還是從交換方式上來講都已無法適應這一新的發展趨勢，開發新一代的、可持續發展的網絡已成為電信界的共同心愿。各大公司都在設計構思未來網絡的藍圖，諸如可持續發展的網絡(CUN)、一體化網(UN)、下一代網絡(NGN)和新的公眾網(NPN)等等。雖然網絡名稱不同，但其基本思路都是共同的，即具有統一的IP通信協議和巨大的傳輸容量，能以最經濟的成本靈活、可靠、持續地支持一切已有和將有的業務和信號。顯然，這樣的網絡其基礎物理層只能是波分復用(WDM)光傳送網，這樣才可能提供巨大的網絡帶寬，保證可持續發展的網絡結構、容量和性能以及廉價的成本，支持當前和未來的任何業務和信號。
　　 綜上所述，電信網正開始向下一代可持續發展的方向發展, 而構筑具有巨大傳輸容量的光纖基礎設施是下一代網絡的物理基礎，傳統的G.652單模光纖在適應上述超高速、長距離傳送網絡的發展需要方面已暴露出力不從心的態勢, 開發下一代新型光纖已成為開發下一代網絡基礎設施的重要組成部分。目前, 為了適應干線網和城域網的不同發展需要, 已出現了兩種不同的新型光纖, 即非零色散光纖(G.655光纖)和無水吸收峰光纖。
　　
　　　
　　
　　非零色散光纖
　　
　　 非零色散光纖
　　 非零色散光纖(G.655光纖)的基本設計思想是在1550窗口工作波長區具有合理的、較低的色散, 足以支持10Gbps的長距離傳輸而無需色散補償，從而節省了色散補償器及其附加光放大器的成本; 同時,其色散值又保持非零特性, 具有最小數值限制，例如2ps/( nm·km)以上,足以壓制四波混合和交叉相位調制等非線性影響, 適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統, 同時滿足TDM和DWDM兩種發展方向的需要。
　　 為了達到上述目的,我們可以將零色散點移向短波長側或長波長側, 使之在1550nm附近的工作波長區呈現一定大小的色散值以滿足上述要求。典型G.655光纖在1550nm波長區的色散值為G.652光纖的1/6～1/7，因此色散補償距離也大致為G.652光纖的6～7倍，色散補償成本(包括光放大器、色散補償器和安裝調試)遠低于G.652光纖。另外，由于G.655光纖采用了新的光纖拉制工藝，具有較小的極化模色散，單根光纖的極化模色散一般不超過0.05ps/km0.5 。即便按0.1ps/km0.5考慮，這也可以實現至少400km長的40Gbps信號的傳輸。
　　 在兩種零色散點不同偏移方向的G.655光纖中，具有正色散的G.655光纖的主要優點是可以利用色散補償其一階和二階色散；另外，由于在1550nm附近D為正,有可能與能夠產生負啁啾的MZ外調制器結合, 利用SPM技術來擴大色散受限傳輸距離甚至實現光孤子傳輸；最后, 這類光纖在1310nm波長區的色散較小,有利于開放1310窗口。但它的主要缺點是可能產生調制不穩定性；另外, 這類光纖對XPM的影響比較敏感, 由之產生的性能劣化較大。
　　 具有負色散的G.655光纖的主要優點是不存在調制不穩定性問題, 接收機眼圖清楚, 對XPM的影響不敏感, 由之產生的性能劣化較小。其缺點是不能利用SPM來擴大色散受限傳輸距離, 也不支持光孤子通信, 1310nm窗口色散較大；此外，在光纖制造工藝相同和折射率剖面形狀類似的條件下，零色散波長較長的光纖要求有較大的波導色散，因而芯包折射率差較大，從而往往使之損耗較大而有效面積較��；最后，利用G.652光纖來補償這類光纖雖然僅能補償其一階色散, 但G.652光纖成本較便宜。 在具有負色散的G.655光纖中，不同廠家的具體設計和參數也不盡相同。原則上, 色散系數絕對值小有利于10Gbps信號傳得更遠, 但四波混和影響大, 復用的通路數少于色散系數絕對值較大的光纖，不利于密集波分復用系統應用。另外，隨著系統應用波長范圍向L波段擴展，這類光纖的零色散波長恰好處于1570nm附近，會發生四波混合問題，不利于開拓L波段應用。隨著復用通路數越來越大以及系統應用波長范圍向L波段擴展，這類光纖的弱點越來越顯著。
　　 總的來看，兩類光纖各有優缺點，共同的優點是均能支持以10Gbps為基礎的長距離DWDM傳輸系統。當傳輸距離為幾百公里范圍時， 即多數陸地傳輸系統應用場合，具有正色散的G.655光纖上的脈沖有壓縮現象，眼開度較大，MI影響不大，比較有利，具有負色散的普通G.655光纖也同樣可用，但復用通路數不夠多；當傳輸距離大于1000km時，兩類光纖上的脈沖均呈較大的展寬現象，必須使用色散補償技術。但要注意，具有正色散的G.655光纖上的脈沖頻譜展寬將會大到其中部分功率落到WDM濾波器通帶之外，或者會由于光放大器鏈的增益帶變窄而被濾掉。此時，負色散G.655光纖將是唯一的選擇，例如海纜系統應用就是這樣。近來，隨著DWDM系統的工作波長區從C波段向L波段發展，具有正色散的G.655光纖正逐漸成為未來陸地光纖通信系統的主要光纖類型。
　　 低色散斜率光纖
　　 所謂色散斜率指光纖色散隨波長變化的速率，又稱高階色散。在長途WDM傳輸系統中，由于色散的積累，各通路的色散都隨傳輸距離的延長而增大。然而，由于色散斜率的作用，各通路的色散積累量是不同的，其中位于兩側的邊緣通路間的色散積累量差別最大。當傳輸距離超過一定值后，具有較大色散積累量通路的色散值超標，從而限制了整個WDM系統的傳輸距離。
　　 初期的G.655光纖主要是為C波段設計的, 因而色散斜率稍大一點問題不太大。 然而, 隨著寬帶光纖放大器技術的發展, DWDM系統的應用范圍已經擴展到L波段, 全部可用頻帶可以從1530～1565nm擴展到1530～1625nm。 在這種情況下, 如果色散斜率仍維持原來的數值(大約0.07～0.10ps/(nm2·km)), 長距離傳輸時短波長和長波長之間的色散差異將隨距離增長而增加，勢必造成L波段高端過大的色散系數, 影響10Gbps及以上速率信號的傳輸距離，或者說需要代價較高的色散補償措施才行，而低波段的色散又嫌太小，多波長傳輸時不足以壓制四波混合和交叉相位調制的影響。為此, 開發低色散斜率的G.655光纖成為必要。通過降低色散斜率，我們可以改進短波長的性能而不必增加長波長的色散，使整個第三和第四窗口的色散變化減至最小，同時可以降低C波段和L波段色散補償的成本和復雜性。 目前, 美國貝爾實驗室已開發出新一代的低色散斜率G.655光纖(真波RS光纖), 光纖色散斜率已從0.075ps/(nm2·km) 降到0.05ps/( nm2·km)以下。典型低色散斜率G.655光纖在1530～1565nm波長范圍的色散值為2.6～6.0 ps/(nm·km), 在1565～1625nm波長范圍的色散值為4.0～ 8.6 ps/(nm·km)。其色散隨波長的變化幅度比其他非零色散光纖要小35％～55％，從而使光纖在低波段的色散有所增加，最小色散也可達2.6ps/(nm·km)，可以較好地壓制四波混合和交叉相位調制影響，而另一方面又可以使高波段的色散不致過大，可低于8.6ps/(nm·km)，仍然可以使10Gbps信號傳輸足夠遠的距離而無須色散補償，通信系統的工作波長區可以順利地從C波段擴展至L波段而不至于引起過大的色散補償負擔，甚至只需一個色散補償模塊即可補償整個C波段和L波段。
　　 大有效面積光纖
　　 超高速系統的主要性能限制是色散和非線性。通常，線性色散可以用色散補償的方法來消除，而非線性的影響卻不能用簡單的線性補償的方法來消除。光纖的有效面積是決定光纖非線性的主要因素，盡管降低輸入功率或減少系統傳輸距離和光區段長度也可以減輕光纖非線性的影響，但同時也降低了系統要求和性能價格比，可見光纖的有效面積是長距離密集波分復用系統性能的最終限制。為了適應超大容量長距離密集波分復用系統的應用, 大有效面積光纖已經問世。
　　 其中以美國康寧公司的Leaf光纖為例，光纖的截面積采用了分段式的纖芯結構，典型有效面積達72μm2以上, 零色散點處于1510nm左右, 其彎曲性能、極化模色散和衰減性能均可達到常規G.655光纖水平, 而且色散系數規范已大為改進，提高了下限值, 使之在1530～1565nm窗口內處于2～6ps/(nm·km) 之內, 而在1565～1625nm窗口內處于4.5～11.2ps/(nm·km) 之內, 從而可以進一步減小四波混合的影響。 由于有效面積大大增加, 可承受較高的光功率, 因而可以更有效地克服非線性影響, 若按72μm2面積設計,這至少減少大約1.2dB的非線性影響。 按目前的有效面積設計，其光區段長度也可以比普通光纖增加約10km。盡管其色散為正, 也可能產生調制不穩定性, 但由于有效面積變大,其影響將遠小于普通正色散光纖。其主要缺點是有效面積變大后導致色散斜率偏大, 約為0.1ps/( nm2·km), 這樣在L波段的高端，其色散系數可高達11.2ps/(nm·

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