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光纖的傳輸速率、傳輸距離受光纖的傳輸損耗、光纖的色散特性和光纖非線性等的影響。為了進(jìn)一步提高光纖的傳輸容量和光纖的傳輸速率，對(duì)光纖的設(shè)計(jì)參數(shù)和制造方法進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。由此，已經(jīng)制造出色散特性得到改善的、更適合于大容量和長(zhǎng)距離傳輸?shù)男乱淮饫w。這些新類(lèi)型的光纖包括非零色散位移光纖（NZ-DSF，也稱(chēng)作G.655型光纖）、大有效面積G.655型光纖、色散平坦的G.655型光纖和全波光纖等。
一、 各種光纖的發(fā)展
1.G.652型光纖
G.652型光纖的損耗特性具有三個(gè)特點(diǎn)：（l）在短波長(zhǎng)區(qū)內(nèi)的衰減隨波長(zhǎng)的增加而減小，這是因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)域內(nèi)，與波長(zhǎng)的 4次方成反比的瑞利散射所引起的衰減是主要的；（2）損耗曲線上有羥基（ OH-）引起的幾個(gè)吸收峰，特別是 1.385μm上的的峰；（3）在 1.6μm以上的波長(zhǎng)上由于彎曲損耗和二氧化硅的吸收而使衰減有上升的趨勢(shì)。因此，在G.652型光纖內(nèi)有3個(gè)低損耗窗口的波長(zhǎng)，即850nm，1310nm和1550nm.其中損耗最小的波長(zhǎng)是1550nm.在G.652型光纖中，其零色散波長(zhǎng)為1310nm，也就是在光纖損耗第二小的這個(gè)波長(zhǎng)上。對(duì)損耗最小的1550nm波長(zhǎng)而言，其色散系數(shù)大約為17 ps/（km.nm）。
2.G.655型光纖
G.652型光纖為光信號(hào)的傳輸提供了很高的帶寬，但是它的不令人完全滿意之處在于其零色散波長(zhǎng)在光纖損耗第二小的這個(gè)波長(zhǎng)上，而沒(méi)有在損耗最小的1550nm波長(zhǎng)上。而這個(gè)特性對(duì)一個(gè)光纖通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)意味著：如果這個(gè)光纖通信系統(tǒng)對(duì)損耗特性是最優(yōu)的，那么它對(duì)色散限制特性就不是最優(yōu)的；如果這個(gè)光纖通信系統(tǒng)對(duì)色散特性是最優(yōu)，那么它對(duì)損耗限制特性就不是最優(yōu)的。
為了使光纖通信系統(tǒng)對(duì)損耗限制特性和色散限制特性都是最優(yōu)的，人們又研制出色散位移光纖（DSF），即將光纖的零色散波長(zhǎng)從1310nm處移動(dòng)到1550nm處，而光纖的損耗特性不發(fā)生變化。也就是將零色散波長(zhǎng)移動(dòng)到損耗最小的波長(zhǎng)上。但是零色散波長(zhǎng)最大的問(wèn)題是容易產(chǎn)生四波混頻現(xiàn)象，所以為了避免產(chǎn)生四波混頻非線性的影響，同時(shí)又使1550nm處的色散系數(shù)值較小，就產(chǎn)生了NZ-DSF光纖。NZ-DSF光纖的色散值大到足以允許DWDM傳輸，并且使信道間有害的非線性相互作用減至最低，同時(shí)又小到足以使信號(hào)以10Gbit/s的速率傳輸300至400公里而無(wú)需色散補(bǔ)償。
按照光纖在1550nm處的色散系數(shù)的正負(fù)，G.655型光纖又分為兩類(lèi)：正色散系數(shù)G.655型光纖和負(fù)色散系數(shù)G.655型光纖。典型的G.655光纖在1550nm波長(zhǎng)區(qū)的色散值為G.652光纖的1/4～1/6，因此色散補(bǔ)償距離也大致為G.652光纖的4～6倍，色散補(bǔ)償成本（包括光放大器、色散補(bǔ)償器和安裝調(diào)試）遠(yuǎn)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(guò)0.05ps/km1/2.即便按0.1ps/km1/2考慮，這也可以完成至少400km長(zhǎng)的40Gbit/s信號(hào)的傳輸。
3. 大有效面積光纖
高速傳輸系統(tǒng)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(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除，而非線性的影響卻不能用簡(jiǎn)單的線性補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除。光纖的非線性包括自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制和四波混頻，光纖的有效面積是決定光纖非線性的主要因素。
NZ-DSF光纖大大地改善了光纖的色散特性，但是因?yàn)楣饫w特定折射率的分布與普通的SMF光纖不同，所以，與普通SMF光纖相比，其模場(chǎng)直徑變小，相應(yīng)地，其有效面積也減小。在連接有效面積小的光纖時(shí)，更容易產(chǎn)生較大的插入損耗，所以對(duì)光纖接頭的要求更高；同時(shí)，有效面積小的光纖更容易產(chǎn)生非線性。理論研究表明，增加光纖有效面積能減低所有的非線性。所以，增大有效面積是一種減低所有光纖非線性效應(yīng)，從而改進(jìn)系統(tǒng)性能的有效方法。
例如，美國(guó)康寧公司所生產(chǎn)的Leaf光纖，光纖的有效面積達(dá)72μm2以上，與G.652光纖的接近，同時(shí)其彎曲性能、極化模色散和衰減性能均可達(dá)到常規(guī)G.655光纖水平，而且色散系數(shù)的下限值已經(jīng)提高，使之在1530～1565nm窗口內(nèi)處于2～6ps/（nm.km）之內(nèi)，而在1565～1625nm窗口內(nèi)處于4.5～11.2ps/（nm.km）之內(nèi)，從而可以進(jìn)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(shè)計(jì)，這至少減少大約1.2dB的非線性影響。按目前的有效面積設(shè)計(jì)，其光區(qū)段長(zhǎng)度也可以比普通光纖增加約10km.其主要缺點(diǎn)是有效面積變大后導(dǎo)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(shù)可高達(dá)11.2ps/（nm.km），使高波段通路的色散受限距離縮短，或傳輸距離很長(zhǎng)時(shí)功率代價(jià)變大；當(dāng)應(yīng)用范圍從C波段擴(kuò)展到L波段時(shí)需要較復(fù)雜的色散補(bǔ)償技術(shù)，這就不得不采用高低波段兩個(gè)色散補(bǔ)償模塊的方法，從而增加了色散補(bǔ)償成本。
4.低色散斜率光纖
色散對(duì)光脈沖信號(hào)傳輸?shù)挠绊懯谴偈构饷}沖信號(hào)的寬度增加。在WDM傳輸系統(tǒng)中，由于色散的積累，各通路的色散都隨傳輸距離的延長(zhǎng)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(cè)的邊緣通路間的色散積累量差別最大。當(dāng)傳輸距離超過(guò)一定值后，具有較大色散積累量通路的色散值超標(biāo)，從而限制了整個(gè)WDM系統(tǒng)的傳輸距離。
當(dāng)DWDM系統(tǒng)的應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到L波段，全部可用頻帶可以從1530～1565nm擴(kuò)展到1530～1625nm時(shí)，如果色散斜率仍維持原來(lái)的數(shù)值（大約0.07～0.10ps/（nm2.km）），長(zhǎng)距離傳輸時(shí)短波長(zhǎng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)之間的色散差異將隨距離增長(zhǎng)而增加，勢(shì)必造成L波段高端過(guò)大的色散系數(shù)，影響10Gbit/s及以上速率信號(hào)的傳輸距離，或者說(shuō)需要代價(jià)較高的色散補(bǔ)償措施才行，而低波段的色散又嫌太小，多波長(zhǎng)傳輸時(shí)不足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)制的影響。
為此，開(kāi)發(fā)低色散斜率的G.655光纖成為必要。通過(guò)降低色散斜率，我們可以改進(jìn)短波長(zhǎng)的性能而不必增加長(zhǎng)波長(zhǎng)的色散，使整個(gè)C波段和L波段的色散變化減至最小，同時(shí)可以降低C波段和L波段色散補(bǔ)償?shù)某杀竞蛷?fù)雜性。
目前，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室已開(kāi)發(fā)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(zhǎng)范圍的色散值為2.6～6.0ps/（nm.km），在1565～1625nm波長(zhǎng)范圍的色散值為4.0～8.6ps/（nm.km）。其色散隨波長(zhǎng)的變化幅度比其它非零色散光纖要小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(dá)2.6ps/（nm.km），可以較好地壓制四波混合和交叉相位調(diào)制影響，而另一方面又可以使高波段的色散不致過(guò)大，在低于8.6ps/（nm.km）時(shí)仍然可以使10Gbit/s信號(hào)傳輸足夠遠(yuǎn)的距離而無(wú)須色散補(bǔ)償，通信系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)區(qū)可以順利地從C波段擴(kuò)展至L波段而不至于引起過(guò)大的色散補(bǔ)償負(fù)擔(dān)，甚至只需一個(gè)色散補(bǔ)償模塊即可補(bǔ)償整個(gè)C波段和L波段。
5.全波光纖
全波光纖也可稱(chēng)作無(wú)水峰光纖，它幾乎完全消除了內(nèi)部的氫氧根（OH）離子，從而可以比較徹底地消除由之引起的附加水峰衰減。光纖衰減將僅由硅玻璃材料的內(nèi)部散射損耗決定，在1385nm處的衰減可低至0.31dB/km.由于內(nèi)部已清除了氫氧根，因而光纖即便暴露在氫氣環(huán)境下也不會(huì)形成水峰衰減，具有長(zhǎng)期的衰減穩(wěn)定性。因?yàn)樗薕H損耗所產(chǎn)生的尖峰，所以與普通G.652光纖相比，全波光纖具有以下優(yōu)勢(shì)。
（1）在1400nm處存在較高的損耗尖峰，所以普通G.652光纖僅能使用1310nm和1550nm兩個(gè)窗口。由于1310nm處的色散為零，在這個(gè)波長(zhǎng)窗口僅能夠使用一個(gè)波長(zhǎng)，所以理想情況下，普通G.652光纖除1310nm窗口外，還可以使用1530nm-1625nm的波分復(fù)用窗口。而全波光纖消除了水峰，所以理想情況下，全波光纖覆蓋G.652全部波段以外，還可開(kāi)辟1400nm窗口，所以它能夠?yàn)椴ǚ謴?fù)用系統(tǒng)（WDM）提供自1335-1625nm波段的傳輸通道。
（2）在1400nm波段，全波光纖的色散只有普通光纖在1550nm波段的一半，所以對(duì)于高傳輸速率，全波光纖1400nm波段的無(wú)色散補(bǔ)償傳輸距離將比傳統(tǒng)的1550nm波段的無(wú)色散補(bǔ)償傳輸距離增加1倍。
（3）因?yàn)槿ü饫w可以使用1310nm、1400nm和1550nm三個(gè)窗口，所以全波光纖將有可能實(shí)現(xiàn)在單根光纖上傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖象信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一。
（4）全波光纖增加了60％的可用帶寬，所以全波光纖為采用粗波分復(fù)用系統(tǒng)（CWDM）提供了波長(zhǎng)空間。例如，1400nm窗口的波長(zhǎng)間距為2.5nm時(shí)，就可以提供40個(gè)粗波分復(fù)用波長(zhǎng)，而1550nm窗口提供40個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，其波長(zhǎng)間距為0.8nm.顯然，1400nm粗波分復(fù)用的波長(zhǎng)間距比傳統(tǒng)的間距更寬，而更寬的波長(zhǎng)間距使系統(tǒng)對(duì)元器件的要求大大降低，所以CWDM的價(jià)格低于DWDM的價(jià)格，從而使電信運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)行成本降低。
目前，全波光纖的標(biāo)準(zhǔn)化工作取得了很大的進(jìn)展，已經(jīng)獲得了國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支持。1999年7月，美國(guó)電信協(xié)會(huì)（TIA）投票通過(guò)了低水峰光纖的詳細(xì)指標(biāo)。1999年10月，國(guó)際電器技術(shù)協(xié)會(huì)（IEC）第一工作組通過(guò)了將低水峰光纖納入B.13新光纖類(lèi)別。1999年10月，ITU-T第15專(zhuān)家小組在日本奈良通過(guò)了將低水峰光纖（全波光纖）納入到G.652增補(bǔ)項(xiàng)。所以，全波光纖已經(jīng)解決了缺乏標(biāo)準(zhǔn)支持的問(wèn)題。
開(kāi)辟1400nm窗口必須要有一系列有源和無(wú)源器件的支持。目前適用于這一波長(zhǎng)區(qū)的光源有EA、DFB和FP，光接收器件有PD和APD，光放大器有拉曼放大器和量子阱半導(dǎo)體光放大器，無(wú)源器件有薄膜濾波器、光纖布拉格光柵等等。因此，開(kāi)發(fā)和利用光纖1400nm傳輸窗口的條件和時(shí)機(jī)已比較成熟。
目前，1400nm波段商用化也取得了一定的進(jìn)展。例如，朗訊科技將有兩套使用1400nm窗口的WDM系統(tǒng)面市。一套是在WaveStar AllMetro系統(tǒng)中增加1400nm窗口，此系統(tǒng)可在一根光纖中傳輸1400和1550nm兩窗口的信號(hào)。此系統(tǒng)具有光放系統(tǒng)，應(yīng)用在高速率的大城市骨干環(huán)網(wǎng)。第二套是1400nm城市接入網(wǎng)系統(tǒng)Allspectra系統(tǒng)。此系統(tǒng)使用粗波分復(fù)用（大約20nm信道間隔），使用全波光纖可提供16或更多的波長(zhǎng)信道，而普通光纖只能提供大約10個(gè)信道。此粗波分復(fù)用產(chǎn)品應(yīng)用在短距離環(huán)網(wǎng)（40公里以?xún)?nèi)）。
