低水峰光纤

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低水峰光纤

廖奇 吕霖儒 霍虹旭 赵卓 依靖源

哈尔滨理工大学 山东省 威海市 荣成市 邮编 264300

【摘要】:介绍了PCVD低水峰光纤生产工艺和其材料组成、结构及性能,在生产普通单模光纤的基础上,通过优化PCVD工艺,成功抑制了普通单模光纤在1383nm由于羟基(OH)吸收造成的水峰损耗。光纤中功能梯度的芯层和光学包层、高纯均匀的机械包层和性能优越的双层涂覆层,使PCVD低水峰光纤各项性能指标全面达到或优于最严格的ITU-TG.652.C/D和IEC60793-2-50B.1.3光纤标准要求.

关键词光纤传感器;光纤光栅;光纤传感技术;光纤通信

 

  1. 什么是低水峰光纤

由于光纤中水的吸收峰的存在,早期光纤的传输窗口只有3个,即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及l550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无“水峰”的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从l280nm到1625nm的广阔的光频范围内,都能实现低损耗、低色散传输,使传输容量几十倍、几百倍上千的增长。从本质上来说,就是通过尽可能地消除0H离子的“水吸收峰”的一项专门的生产工艺技术,它使普通标准单模光纤在1385nm附近处的衰减峰,降到足够低的程度。它消除了光纤玻璃中的0H离子,从而使光纤损耗完全由玻璃的特性所控制,“水吸收峰”基本上被“压平了,从而使光纤在1280~1625nm的全部波长范围内部可以用于光通信,拓展了未来光波复用的工作波长范围。

  1. 低水峰光纤简介

网络泡沫破灭后,光纤厂家纷纷将重点逐渐转向城域网。低水峰光纤逐渐被专家推荐为城域网光纤的最佳选择。由于光纤在制造过程中不可避免地会出现极个别OH离子,导致光纤在特定的1383nm谐振频率下吸收能量并由此造成衰减,即是我们常常讲的水峰。在低水峰光纤诞生之前,人们都理所当然的避免使用1383nm附近的传输波长,在这一波长下,光纤的衰减高又不稳定。低水峰光纤就是在原有光纤基础上通过控制OH根压缩1383nm窗口的水峰,从而将其可用波长范围扩展到1260~1625nm整个波段。这样的光纤称之为全谱光纤或低水峰光纤。2000年,全谱光纤被纳入ITU-TG652标准,即 G652.C。后来,在当前实施的ITU-TG652-2003年版本中,增加了ITU-TG652.D,ITU-TG652.D代表最全面的单模光纤规范,它在ITU-TG652.C的基础上制定,同时也减少了低偏振模色散(Polarization Mode Dispersion, PMD )PMD的容许量,从而实现更长的传输距离和更高的传输速率。这种符合ITU-TG.652.C/D规范要求的单模光纤,与普通的单模光纤(指符合ITU-TG652.A或ITU-TG652.B规范要求的单模光纤,统称普通G652光纤)相比消除了1383nm处的水峰,从而增加了可用波段,为系统以后的扩容打下坚实的基础,因此是一种特别适用于城域网的新型光纤。

  1. 低水峰光纤的特性

低水峰光纤作为G652光纤的一种,具有此类光纤的共性,同时又具有不同于普通光纤的特性,通过对比ITU-T标准中关于低水峰光纤G.652C/D和普通光纤G.652A/B特性,可以得到以下3点不同:

  1. 低水峰光纤(G.652C/D)规定了在1383nm波长的范围1383 ± 3nm,以及在此波长上的衰减特性小于35dB/kIn,并且,该指标应当是经过氢化老化试验后的结果,普通光纤(G652 A/B)对1383nm波长的衰减要求是小于2dB/km;
  2. 低水峰光纤(G.652 C/D)规定了在1310nm-1625nm整个波长范围的衰减特性必须小于4dB/km;
  3. 低水峰光纤(G.652 C/D)规定的在1550nm 的最大衰减系数比652 A/B的最大衰减低0.05dB/km到0.1dB/km,从原有的标准0.25dB/km降至0.2dB/km。这些不同点使低水峰光纤比普通光纤性能更加优越。
  4. 低水峰光纤的应用优势
  5. 低水峰光纤在波分复用(WDM)上的应用CWDM(粗波分复用)普通单模光纤是为1310nm、1550窗口传输而优化。但对于大多数普通单模光纤而言.由于在1383nm附近的“水峰”区的衰减而失去了频谐线性。直到现在此水峰区仍然不适用于任何波长的传输、主要是由于它的衰减比1310nm大得多。因此普通单模光纤进行WDM时,因受制于此区域.能提供的信道要少得多。就现有的情况看普通光纤进行CWDM(粗波分复用)最多可以提供12信道的传输。低水峰光纤填补了普通光纤的缺陷.消除了水峰、使其在1260 ~1625的每个波段上都成为可以传输信号的区域。表1是普通光纤和低水峰光纤可应用波长区城的比较。如果我们使用普通单模的水峰区1370nm~1390nm之间的区域、它的高衰减会使得传输链路受限制。保守估计此信道将具有5~2dB/km的光纤衰减值,低水峰光纤此处的衰减小于0.35dB/km。假设一个35dB链路的预算..那么低水峰光纤具有100公里的链路传输距离,而一般普通单模光纤仅具有58公里的链路传输距离。由于大多数点对点系统的平均距离是20公里到50公里之间、低水峰光纤则成为优化CWDM系统的主要因素、与一般标准单模光纤相比,低水峰光纤在E波段(从1360nm 到 1460nm的延伸波段)的额外传输能力使它能够增加50%的波长频谱增加33%的信道传输和大约增长70%的传输距离。DWDM(密集波分复用)、虽然由于目前密集波分复用和相关设备的大笔前期投入使它成为一个昂贵的选择,但是随着宽带的发展,以及人们对传输速度的要求,它的前景被看好。
  6. 低水峰光纤的应用可以增加通信设备的寿命,并且降低元器件的精度要求,从而降低成本。低水峰光纤的衰减要求比普通光纤低05dB/ km到0.1dB/km、增加了传输距离、在同样的条件下,在同样的功率下、使用同样的器件,通过1310nm或1550nm信道,进行数据传输、低水峰光纤的使用可以增加整个网路系统的使用寿命。假设系统随时间变化对光信号的损耗量以每年0.01dB/km速度递增、那么使用低水峰光纤就可以增加5~10年的寿命。低水峰光纤通过消除水峰内和附近较高的衰减,不仅为在此区域的传输提供了潜力、同时也相应地对1310nm的波长附加衰减降低了要求,一般普通光纤控制波长附加衰减的目的是为了保证所用传输信道窗口在给定误差的情况下可以正常传输、例如、我们使用1310nm 的窗口,但是光源制造厂家所生产的光源很难刚好做到中心波长是131Onm,必然有一定的偏差,中心波长在1300nm或1340nm等、精度高成本也高,如果我们需要精度高的光源,价格也会相应增加。我们可以从图2的光谱衰减曲线上看出.普通的标准光纤在1383nm水峰上和水峰附近的区域衰减都有抬高的趋势。光纤厂家现在一般规定了1310nm窗11的波长附加衰减的范围为1288-1339nm.这个范围也就是对光源精度的要求。因为普通光纤水峰作用使附近的波长抬升1339nm上的衰减有可能会增加、从而使波长附加衰减值变大,当传输信号落在1339nm上、会减少其传输距离、因此信号精度要求较严,当使用低水峰光纤我们可以看出,低水峰光纤的波长附加衰减小于普通光纤,因此可以降低光信号的精度要求,选择成本较低的器件。如果我们不降低精度要求也可以增加寿命降低成本,因为随使用时间的增加,光源精度也会下降、系统对精度要求不高、必然会延长寿命。
  7. 传输优点

光纤传输有许多突出的优点:

频带宽,频带的宽窄代表传输容量的大小。载波的频率越高,可以传输信号的频带宽度就越大。在VHF频段,载波频率为48.5MHz~300Mhz。带宽约250MHz,只能传输27套电视和几十套调频广播。可见光的频率达100000GHz,比VHF频段高出一百多万倍。尽管由于光纤对不同频率的光有不同的损耗,使频带宽度受到影响,但在最低损耗区的频带宽度也可达30000GHz。目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫,好的单模光纤可达10GHz以上),采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波,进行波分复用,可以容纳上百万个频道。

  1. 结论

综上所述,低水峰光纤无论是在技术指标,实际应用,未来潜力及价格等方面和普通光纤相比确实存在着许多优势,因此我们认为发展低水峰光纤是光纤制造厂家的趋势,使用低水峰光纤是光纤使用者的明智选择。

 

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