摘要：隨著長途通（tōng）信傳輸容量的成倍增長，以10Gbit／s為基礎的波分複用技術全麵走向商用。新開（kāi）發的G.655光（guāng）纖是開通大容量傳輸係統的較好的媒介。

關鍵詞：波（bō）分複用　光纖　色散（sàn）　四波混合　G.655 

？

1.引子

       21世紀是一個多媒體的時代，電信網也將是一（yī）個寬帶、大容量（liàng）的多（duō）媒體（tǐ）網絡。長途（tú）骨幹（gàn）傳輸網正 向（xiàng）以單根光纖提供Tbit／s（＝1000Gbit／s）信（xìn）息容（róng）量的方向發展。中國網通的G.655長途骨幹網已（yǐ）經（jīng）初具規模，為其今後向社會提供（gòng）寬帶傳輸 通路奠定了基礎。中國電信的改組也初步完成，未來兩年（nián）內，中國電信將建（jiàn）設完成超（chāo）高速骨幹傳（chuán）輸網（wǎng）。隨（suí）著今年底第二條京濟寧幹線光纜線路（lù）工程的開工，中國電信 在長途（tú）骨幹傳輸網（wǎng）上大規模（mó）使用G.655光纖的（de）時代到來了。那麽，為什麽（me）要使用G.655光纖呢（ne）？

2.光纖的非線（xiàn）性（xìng）影響

       一起草 www.17c.com都知道，近10年來，G.652光纖一直占據著光（guāng）纖市場的主（zhǔ）導地（dì）位，但是隨著光（guāng）纖傳輸速 率的（de）提高，尤其是近年來（lái），隨（suí）著光纖放大器的應用和波（bō）分複用（WDM）技術的（de）發展，人們對光纖又有了一些新的要求。在以前的傳輸（shū）網上，進人光纖的光功率不 大，光纖呈現線性傳（chuán）輸特性（xìng），影響光纖傳輸特（tè）性的因素主要是損耗和色散。然而，隨著光纖放大器的應用，超過（guò）＋18dB以上的光信號被耦合進一根光纖，波分複 用（yòng）技術使一根光纖中有了數十（shí）條甚至上百條光波道（dào）。這時，較高的光能量聚集在很小的（de）截麵上，光纖開始呈現（xiàn）出非線性特性，並成為最終限製傳輸係統性能的關鍵因 素。主（zhǔ）要的非線性現象是受激（jī）散射和非線性折射（克（kè）爾（ěr）效應）。

       受激（jī）散射（shè）主要分為受激拉曼（màn）散射（SRS）和受激布裏淵散射（SBS）。其中SRS對（duì）於單波長 係統的影響可以忽略不計（jì），但是對於高密集的（de）波分複用係統，SRS將成為限製通（tōng）路數的主要因素。拉曼散射和布（bù）裏（lǐ）淵散射（shè）都使入射光能量降低，並在光纖中形成損 耗。這種損耗在入射功率低時影響甚微，但入射功（gōng）率達到一定程度時，損耗就會到影響（xiǎng）係（xì）統的正常運行。

       克爾效應是（shì）在（zài）光功率較高時，光纖的折射率隨光強變化而變（biàn）化的（de）非線性現象。主要有自相位調製、 交叉相（xiàng）位調製（zhì）和4波混合，其中尤以四波混合對大功率WDM係統影響最大。在波道頻率間隔相等和（hé）光纖的色（sè）散很低的情（qíng）況下，四波混合會將大（dà）量的信道的功率轉移 到另一條渡道上。這不僅使有（yǒu）用的信道的功率損失，而且導致（zhì）信（xìn）道間（jiān）串音，嚴重影響係統性能（néng）。特別是當波道波長接近光纖零色散點時，這一現象更加突出。

3.各種光纖的比較

       在1550nm處（chù），常規的G.652光纖（xiān）具有最低（dī）損耗特性。再配合使用光纖放大器，可以在 G.652光（guāng）纖上開通8×2.5Gbit／s或16甚至32×2.5Gbit／s係統。但由於G.652光纖在1550nm處的色散值較大，受其影響，當 單一波道上的傳輸速（sù）率（lǜ）提高到10Gbit／s時，傳輸距離就會大（dà）大縮短（duǎn）。因此，高速率的傳輸係統要求采取色散補償的方式降低G.652光纖在1550nm 處的色散係數（shù），例如（rú）在G.652光纖（xiān）線路中加入（rù）一段色散補（bǔ）償模塊。但由於采用色散補償模塊，會引入較高的插入損（sǔn）耗（hào），係統（tǒng）必須使用光纖放大器，造成係統（tǒng）建設 成本的提高。因此在骨幹傳輸網上，利（lì）用G.652光纖開通高（gāo）速、超高速係統（tǒng）不是今後的（de）發展方向。

       這裏（lǐ），不得不提及G.653光纖。將G.652光纖的零色散（sàn）波長（zhǎng）從1310nm移至1550nm處，便成為了G.653，色散位移光纖。

       在G.653光纖上，使用（yòng）光纖放大（dà）器技術，可將高功率光信號在單波道上傳輸得更遠，是極好的 單波道傳（chuán）輸媒介（jiè），可以毫無困難地開通（tōng）長距離高速係統。但是對於DWDM複用（yòng）係統，這（zhè）種光纖不是合適的媒介。G.653光纖在工作區內的零（líng）色散點是導（dǎo）致光纖 非（fēi）線性四波混合效應的源泉。一般來講，四波混合的效（xiào）率取決於通路間隔和（hé）光纖的色散。通路間隔越窄（zhǎi），光纖色散（sàn）越小，不同光波間（jiān）相位匹（pǐ）配就越好，四（sì）波混合的（de）效 率也就越高，而且一旦四波混合現象產生，就無法用任何均衡技術來消除。但是，若有意識地在生產光纖時使其具有一（yī）定（dìng）的（de）色散，比（bǐ）如，大（dà）於 0.1ps／nm·km，則可（kě）有效地抑製四波混合現象（xiàng）。為此，一種專（zhuān）門（mén）為高速超大容量波分複用係統設計的新型光纖（xiān）誕生了，這就是G.655，非零色散位（wèi）移 光纖。

       G.655光纖的零色散點不在1550nm附近（jìn），而是（shì）向長波長或（huò）短波長方向位移，使得 1550nm附近呈現一定大小的（de）色散（ITU—T規範（fàn）為0.1-6ps／nm·km）。這（zhè）樣（yàng），可大大減輕四波（bō）混合的影（yǐng）響，有利於（yú）密集波分複用係統（tǒng）的（de）傳輸。 但（dàn）同時（shí），也要控製1550nm附近的色散值不能太大，以保證（zhèng）速率超過10Gbit／s的信（xìn）號可以不受色散限製地傳輸300km以上。根據零色散點出現的位 置的不同，G.655光纖在1530nm－1565nm的工作區（qū）內所呈現的色散值也不同。零（líng）色散（sàn）點在1530nm以下時，在工作區內色散值為（wéi）正值，這種正 色（sè）散G.655光纖適合陸地傳輸係統使用；零色（sè）散點在1565nm以上時，在工作區（qū）內色散值為負值，這種負色散G.655光纖適合（hé）海底傳輸（shū）係統使（shǐ）用。

上（shàng）述三種光纖的主要技術規範見表1。

表（biǎo）1　ITU-T關於光纖的主要規範

       表1中提及的大有效麵積光纖（xiān）是一種改進型G.655光纖（xiān）。其模場（chǎng）直徑比一般的G.655光纖大，光有效（xiào）麵積達 72μm（的（de）平方）以上，可承受更高的入射（shè）光功率。由於光纖的非線性效應與入射的光（guāng）功率密度（dù）成正比，而功率（lǜ）密度又與纖芯的有效麵積成反（fǎn）比，因而這種光（guāng）纖可 以更有效地克服非線性效（xiào）應。同時，這種光纖的色散係數規範也大為改進（jìn），提高了（le）下限（xiàn）值，使（shǐ）之（zhī）在1530nm－1565nm窗口內處於1至 6ps／nm·km，從而進一步減小四波（bō）混合的影響。因而這種光纖非常適合高速率的DWDM係統，從目前看，大有（yǒu）效（xiào）麵積G.655光纖將成為今後長途骨（gǔ）幹 傳輸網的首選光纖。

大保實光纖（G.655）性能及其應用

       隨著全球通信容量的飛速增長，ＥＤＦＡ和ＤＷＤＭ技術的日益成熟，光電技（jì）術和器件的快速 更新發展，促使光纖的性（xìng）能達到更高的速率、更大的容量。大保實光纖就具有更均衡的有效麵積，低色散斜率和（hé）低ＰＭＤ等特性，可以有效地抑（yì）製非線性效應，適用 於長距離、高速率（lǜ）、大容量（liàng）的ＤＷＤＭ通信係統的應用。這樣，通信網絡設計者可以充分利用ＤＷＤＭ技術和光電（diàn）器件的功能（néng），增加係統設計的靈（líng）活性。 

１．波分複用係統（tǒng）發展的要求

       在ＷＤＭ通信網（wǎng）中，幹線傳輸的波道多，功率（lǜ）大，而光（guāng）纖中的非線性效應是影響係統性（xìng）能的主要因素。非線性效應包（bāo）括（kuò）四波混頻（ＦＷＭ），自相位 調製 （ＳＰＭ），互相位（wèi）調製（ＸＰＭ），及由受激散（sàn）射產生的拉曼散射（ＳＲＳ）和布裏淵散射（ＳＢＳ）。光纖中的非線性效應與光功率（lǜ）密度有關（guān）。對ＷＤＭ係統影 響最大的非線性（xìng）效應為ＳＰＭ。ＳＰＭ是由於光脈衝中心強（qiáng）度（dù）引起折射率變化產生的脈衝展寬。有ＳＰＭ產生功（gōng）率損失與有效麵積（jī）的關係（xì）如（１）式：其中Ｄ為光纖 色散，Ａｅｆｆ為有效麵積。 １　 ＦＷＭ指兩個或三個波長的（de）光（guāng）波混合產生新波長光（guāng）波的現象，是影響ＤＷＤＭ通信的主要（yào）非線性效應之一（yī）。有ＦＷＭ一（yī）起的光（guāng）噪聲功率如（rú）（２）式所示（shì）：式中Ｐ為每 通道光功率，ｎ２為（wéi）非線性折射率，α為光纖損（sǔn）耗，Δλ為信道間隔。 ２　 對ＷＤＭ係統影響最大的兩種非線性效（xiào）應都隨有效麵積的增加而減小。因此，大有效麵積的非零色散位移光纖是應用（yòng）於（yú）大容量ＤＷＤＭ係統的最優化設計光纖。

2.大保實（Ｇ．６５５）光纖 

       大保實（shí）（非零色散位（wèi）移單模光纖）光波導有利於高速率、大容量（liàng）的通信（xìn）傳輸。其折射率剖（pōu）麵（miàn）為多包層拋 物線型。纖芯折射率的高低對導光麵積的影響最大，１％的折射率波動將會引起有效麵積數平方微米的變化（huà）。通過調整（zhěng）芯徑和下陷層的高（gāo）低可以獲得１５５０ｎｍ窗 口的低色散及零（líng）色散點的低斜率，並可以控製直至Ｌ波段（duàn）的較平坦的色散分（fèn）布。外環的（de）作用（yòng）一（yī）方麵適當地增加有（yǒu）效麵（miàn）積，減小非線形效（xiào）應；另一（yī）方麵，外環折射率的 高低和寬窄可以使光波（bō）場的更大部（bù）分分布於光（guāng）波導的中（zhōng）心，以避免宏彎和微彎損耗，降低光纖性能受外部因素幹擾的敏感性（xìng）。

       理論分析和實踐表明，多（duō）包（bāo）層折射率（lǜ）分布利用（yòng）其基模波導色散控製原理，是構成大有效麵積非零（líng）色散（sàn）位移光纖最理想的結構。而（ér）ＰＣＶＤ工藝由於其折射率（lǜ）分布控製 精確、均勻，因此，大保實光纖在衰減、色散、色散斜率及偏振模色散（ＰＭＤ）等指（zhǐ）標上得到進一（yī）步優化，能滿足高（gāo）速率、大容量、多通道的通信需要。 

       在大保實光纖生產的核心工（gōng）序--預製棒沉積過程中，一起草 www.17c.com利用ＰＣＶＤ工藝沉積均勻性好，折射率分布精細（xì）的特點，分（fèn）別控製芯層和包（bāo）層的沉積，既保證了完善的 光學性能，又提高了製造效率。通過控製非等溫等離子體的功率，反應物ＧｅＣｌ４、ＳｉＣｌ４等氣體的流（liú）量，以及（jí）真空條件下的（de）壓力和溫度（dù）分布等工藝因素，可 以獲得所需要的理想（xiǎng）的折射率分布，平衡（héng）各個使光纖有效麵積，色散、色（sè）散斜率及抗彎（wān）曲（qǔ）能力調整到（dào）最（zuì）佳狀態（tài）。 

       在ＰＣＶＤ沉（chén）積過程中，非均相反應過程不受溫度影響，減少了沉積對溫度的敏感性。微波功率直接耦（ǒu）合到負壓的反應區域內，使沉積不（bú）受沉積襯管熱傳導性的影 響。通過精確控製折射率不同界麵的摻雜量和ＧｅＯ２、氟等物質的擴散，進一步提高（gāo）了光波導的（de）對稱性和均（jun1）勻性，並且（qiě）減小了產生ＰＭＤ的主要因素之一--光纖 內應力的影響，使大保（bǎo）實（shí）光纖的ＰＭＤ的鏈路（lù）值不大於（yú）０．１ｐｓ／。 

       大保實光纖不僅在１５５０ｎｍ工作波段有較（jiào）小並且穩定的正色散值，在（zài）Ｌ波段（１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）也有較低的色散和衰耗，因此，大保實光纖能充（chōng）分 支持ＤＷＤＭ在Ｌ波段的傳輸。為（wéi）有效地抑製四波混頻等（děng）非（fēi）線性效應，一起草 www.17c.com權衡了有效麵積和色散（sàn）斜率，使大保實光纖能可靠地應用於密集波分複用係統中。

3.係統實（shí）驗

       一起草 www.17c.com用大保實光纖成功地實現了１６×１０Ｇｂｉｔ／ｓ ４００公裏無誤碼的傳輸實驗。

       試驗中的係統受條件限製，有調製的信號光（guāng）隻有７個波道，其餘９個波道用直流光頂替。其基本參數（shù）為：速率（lǜ），９．９５３２８Ｇｂｉｔ／ｓ；測試誤碼率（lǜ）的信號圖 案，２３１－１偽隨機碼；靈敏（mǐn）度條件，ＢＥＲ＜１０－１２。 １５５０．９２ｎｍ波道傳輸４００ｋｍ後的接（jiē）收眼。 

        在（zài）誤碼率（lǜ）ＢＥＲ＝１０－１０時，係統傳輸各（gè）通（tōng）道代價均小於（yú）１ｄＢ。在傳輸實驗中， 沒有出現四波混頻（ＦＷＭ），自相位調製（ＳＰＭ）等非線性效應。ＰＭＤ也沒有對傳輸產生影響。

        大保實光纖權衡了有效麵積和色散斜率的影（yǐng）響，在大有效麵積的基礎（chǔ）上，調整了色散和色（sè）散斜率等光學性（xìng）能，使大保實光纖（xiān）更有利（lì）於克服非線性效應對係統的影（yǐng）響，滿足長距離，高速率的ＤＷＤＭ傳輸。在Ｌ波段（duàn）的色（sè）散和衰耗控製，提供了更（gèng）好地擴容性。