低水峰光纤技术介绍

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低水峰光纤技术介绍

李辰百 崔啸 张治国 姚佳 沙峰

哈尔滨理工大学,山东省,威海市荣成市, 264300

自从在1970年由康宁公司的科学家们首先研制出了第--根低损耗、可商用的光纤之后,世界各国纷纷开展对于光纤研制和光纤通信的研究,导致形成了如今的通信革命的伟大局面。自20世纪80年代初至今天,光纤光缆应用场所经历了从核心网到城域网、接入网的发展过程,未来将继续向着家庭桌面延伸或者说现在正经历着由室外向室内的发展。光纤光缆的发展无论是从材料选择、结构优化、制造工艺,还是从应用环境、铺设方式等方面都得到了长足的发展。

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,光纤的衰减既高又不稳定。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。图1显示了传统光纤和全谱光纤在衰减方面的差异。

2000年,全谱光纤被纳入ITU-TG652标准,即G652.C。到了后来,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。

2全谱光纤在城域网中的应用及发展

我们知道,城域网设计中需要考虑提高效率和降低成本。而在其整个系统中,光纤占比较大的比例,而疏波分复用技术(CWDM)可以节省使用宝贵的光纤资源,提高了效率。因开通了从1260nm ~ 1625nm 之间的全谱传输区间,康宁SMF-28e等全谱光纤大大扩展了CWDM系统的能力,使CWDM系统被显著地优化,增大了传输信道和效率。此外,康宁SMF-28e等全谱光纤的超低PMD规格也扩展了高速率( >10Gbps〉系统的传输距离。因为当数据传输率较高( >10bps ),特别是传输距离较长时,与光纤和网络组件的PMD 会严重限制系统能力。IEC和ITU均为各种光纤标准下的成缆光纤规定了严格的PMD 允许值,名为“PMDQ",要求为0.20bps/km。

目前,CWDM系统采用非制冷分布反馈式激光和宽带光滤波器,与DWDM产品相比,它的功率消耗更小,投入资金更少,而且运营成本更低。CWDM与传统的城域网设备相比,系统总成本将降低很多。在不需要大容量的城域网DWDM的场合,cWDM因使用方便和较低的成本而成为深受欢迎的网络选择。CWDM技术目前具有两种国际标准规范。ITU-T推荐的G694.2标准和ITU-TG695标准对CWDM光接口都作了详细的规定。这些严格的标准提高了业界对CWDM的关注程度,目前已有多家领先的系统制造商在其产品上采用了标准CWDM接口。由于CWDM早于全谱光纤,许多CWDM系统当前仅支持不在水峰区域内的4种或8种波长。但是,随着系统制造商不断挖掘全谱光纤的巨大潜能,越来越多的供应商将会提供支持全部16种波长的CWDM系统。

采用全谱光纤(例如康宁生产的SMF-28e光纤)的运营商,将在对资本性支出(CAPEX)较为敏感的市场中处于战略性的优势位置,可充分利用CWDM来节约成本,降低成本。

如今,全球众多运营商在构建新网络和扩展基础设施时,均要求采用全谱光纤这种最严格标准的单模光纤,以防止其基础设施投资不能配合未来的发展要求。随着网络运营商对这种全谱光纤的需求不断增加,敷设全谱光纤的数量预计会有大幅度的增长,并且会迅速取代传统的标准单模光纤。

3全谱光纤在综合布线中的应用

由于局域网和用户驻地网的高速发展,大量的综合布线系统中也采用了光纤来代替铜缆,但在综合布线系统中通常采用多模光纤,之所以选用多模光纤,是因为局域网传输距离较短,虽然多模光纤比单模光纤价格贵一些,但是它所配套的光器件可选用发光二极管,价格则比激光管便宜很多,而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径,容易连接与耦合,相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。在建筑群子系统,也就是建筑物间的布线有时也采用单模光纤,以千兆以太网为例,多模光缆通常可以传输550m左右的距离,当超过这个距离的时候,就要考虑单模光纤了,

4光纤技术发展的特点

4.1网络的发展对光纤提出新的要求

下一代网络(NGN) 引发了许多的观点和争论。有的专家预言, 不管下一代网络如何发展, 一定将要达到三个世界, 即服务层面上的 IP 世界、传送层面上的光的世界和接入层面上的无线世界。下一代传送网要求更高的速率、更大的容量, 这非光纤网莫属, 但高速骨干传输的发展也对光纤提出了新的要求。

4.2光纤标准的细分促进了光纤的准确应用

2000 年世界电信标准大会批准将原 G .652 光纤重新分为 G .652.A、G .652.8 和 G .652.C 3 类光纤;将 G .655 光纤重新分为 G.655.A 和 G .655.B两类光纤。这种光纤标准的细分促进了光纤的准确使用, 细化标准的同时也提高了一些光纤的指标要求( 如有些光纤几何参数的容差变小) , 明确了对不同的网络层次和不同的传输系统中使用的光纤的不同指标要求( 如 PMD 值的规定) , 并提出了一些新的指标概念( 如“色散纵向均匀性”等) , 对合理使用光纤取得了很好的作用。 所有这些建议的修改、子建议的出现及新子建议的起草, 都意味着光纤分类及指标、测试方法有某些改进, 或有重要的提升;都标志着要求光纤质量的提高或运用方向上的调整,是值得注意的光纤技术新动向。

4.3新型光纤在不断出现

为了适应市场的需要, 光纤的技术指标在不断改进, 各种新型光纤在不断涌现, 同时各大公司正加紧开发新品种。

4.3.1用于长途通信的新型大容量长距离光纤

主要是一些大有效面积、低色散维护的新型G .655光纤, 其PMD值极低, 可以使现有传输系统的容量方便地升级至10~40Gbit/s, 并便于在光纤上采用分布式拉曼效应放大, 使光信号的传输距离大大延长。 如康宁公司推出的 Pure Mode PM 系列新型光纤利用了偏振传输和复合包层, 用10Gbit/s以上的 DWDM 系统中, 据称很适合于拉曼放大器的开发与应用 Alcatel cable推出的 Teralight Ultra 光纤, 据介绍已有传输 100km 长 度以 上单 信 道40Gbit/ s、总容量 10.2 Tbit/s 的记录。 还有一些公司开发负色散大有效面积的光纤, 提高了非线性指标的要求, 并简化了色散补偿的方案, 在长距离无再生的传输中表现出很好的性能, 在海底光缆的长距离通信中效果也很好。

4.3.2用于局域网的新型多模光纤

由于局域网和用户驻地网的高速发展, 大量的综合布线系统也采用了多模光纤来代替数字电缆, 因此多模光纤的市场份额会逐渐加大。 之所以选用多模光纤, 是因为局域网传输距离较短, 虽然多模光纤比单模光纤价格贵 50%~ 100%, 但是它所配套的光器件可选用发光二极管, 价格则比激光管便宜很多, 而且多模

光纤有较大的芯径与数值孔径,容易连接与耦合,相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。ITU-T 至今未接受 62.5/125μm型多模光纤标准,但由于局域网发展的需要, 它仍然得到了广泛使用。而 IT U -T 推荐的 G .651 光纤, 即50/125μm 的标准型多模光纤,其芯径较小、耦合与连接相应困难一些, 虽然在部分欧洲国家和日本有一些应用, 但在北美及欧洲大多数国家采用。 针对这些问题, 目前有的 公司已进行了改 进, 研 制出新型 的 50/125μm 光纤渐变型( G1) 光纤, 区别于传统的 50/125μm 光纤纤芯的梯度折射率分布, 它将带宽的正态分布进行了调整, 以配合850nm和1300nm 两个窗口的运用,这种改进可能会为 50/125pm 光纤局域网运用找到新的市场。

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