摘要：隨著長(zhǎng)途通信傳輸容量的成倍增長(zhǎng)，以10Gbit／s為基礎(chǔ)的波分復(fù)用技術(shù)全面走向商用。新開發(fā)的G.655光纖是開通大容量傳輸系統(tǒng)的較好的媒介。

關(guān)鍵詞：波分復(fù)用　光纖　色散　四波混合　G.655 

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1.引子

       21世紀(jì)是一個(gè)多媒體的時(shí)代，電信網(wǎng)也將是一個(gè)寬帶、大容量的多媒體網(wǎng)絡(luò)。長(zhǎng)途骨干傳輸網(wǎng)正 向以單根光纖提供Tbit／s（＝1000Gbit／s）信息容量的方向發(fā)展。中國(guó)網(wǎng)通的G.655長(zhǎng)途骨干網(wǎng)已經(jīng)初具規(guī)模，為其今后向社會(huì)提供寬帶傳輸 通路奠定了基礎(chǔ)。中國(guó)電信的改組也初步完成，未來兩年內(nèi)，中國(guó)電信將建設(shè)完成超高速骨干傳輸網(wǎng)。隨著今年底第二條京濟(jì)寧干線光纜線路工程的開工，中國(guó)電信 在長(zhǎng)途骨干傳輸網(wǎng)上大規(guī)模使用G.655光纖的時(shí)代到來了。那么，為什么要使用G.655光纖呢？

2.光纖的非線性影響

       我們都知道，近10年來，G.652光纖一直占據(jù)著光纖市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，但是隨著光纖傳輸速 率的提高，尤其是近年來，隨著光纖放大器的應(yīng)用和波分復(fù)用（WDM）技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)光纖又有了一些新的要求。在以前的傳輸網(wǎng)上，進(jìn)人光纖的光功率不 大，光纖呈現(xiàn)線性傳輸特性，影響光纖傳輸特性的因素主要是損耗和色散。然而，隨著光纖放大器的應(yīng)用，超過＋18dB以上的光信號(hào)被耦合進(jìn)一根光纖，波分復(fù) 用技術(shù)使一根光纖中有了數(shù)十條甚至上百條光波道。這時(shí)，較高的光能量聚集在很小的截面上，光纖開始呈現(xiàn)出非線性特性，并成為最終限制傳輸系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因 素。主要的非線性現(xiàn)象是受激散射和非線性折射（克爾效應(yīng)）。

       受激散射主要分為受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）。其中SRS對(duì)于單波長(zhǎng) 系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)，但是對(duì)于高密集的波分復(fù)用系統(tǒng)，SRS將成為限制通路數(shù)的主要因素。拉曼散射和布里淵散射都使入射光能量降低，并在光纖中形成損 耗。這種損耗在入射功率低時(shí)影響甚微，但入射功率達(dá)到一定程度時(shí)，損耗就會(huì)到影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

       克爾效應(yīng)是在光功率較高時(shí)，光纖的折射率隨光強(qiáng)變化而變化的非線性現(xiàn)象。主要有自相位調(diào)制、 交叉相位調(diào)制和4波混合，其中尤以四波混合對(duì)大功率WDM系統(tǒng)影響最大。在波道頻率間隔相等和光纖的色散很低的情況下，四波混合會(huì)將大量的信道的功率轉(zhuǎn)移 到另一條渡道上。這不僅使有用的信道的功率損失，而且導(dǎo)致信道間串音，嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。特別是當(dāng)波道波長(zhǎng)接近光纖零色散點(diǎn)時(shí)，這一現(xiàn)象更加突出。

3.各種光纖的比較

       在1550nm處，常規(guī)的G.652光纖具有最低損耗特性。再配合使用光纖放大器，可以在 G.652光纖上開通8×2.5Gbit／s或16甚至32×2.5Gbit／s系統(tǒng)。但由于G.652光纖在1550nm處的色散值較大，受其影響，當(dāng) 單一波道上的傳輸速率提高到10Gbit／s時(shí)，傳輸距離就會(huì)大大縮短。因此，高速率的傳輸系統(tǒng)要求采取色散補(bǔ)償?shù)姆绞浇档虶.652光纖在1550nm 處的色散系數(shù)，例如在G.652光纖線路中加入一段色散補(bǔ)償模塊。但由于采用色散補(bǔ)償模塊，會(huì)引入較高的插入損耗，系統(tǒng)必須使用光纖放大器，造成系統(tǒng)建設(shè) 成本的提高。因此在骨干傳輸網(wǎng)上，利用G.652光纖開通高速、超高速系統(tǒng)不是今后的發(fā)展方向。

       這里，不得不提及G.653光纖。將G.652光纖的零色散波長(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，使用光纖放大器技術(shù)，可將高功率光信號(hào)在單波道上傳輸?shù)酶h(yuǎn)，是極好的 單波道傳輸媒介，可以毫無困難地開通長(zhǎng)距離高速系統(tǒng)。但是對(duì)于DWDM復(fù)用系統(tǒng)，這種光纖不是合適的媒介。G.653光纖在工作區(qū)內(nèi)的零色散點(diǎn)是導(dǎo)致光纖 非線性四波混合效應(yīng)的源泉。一般來講，四波混合的效率取決于通路間隔和光纖的色散。通路間隔越窄，光纖色散越小，不同光波間相位匹配就越好，四波混合的效 率也就越高，而且一旦四波混合現(xiàn)象產(chǎn)生，就無法用任何均衡技術(shù)來消除。但是，若有意識(shí)地在生產(chǎn)光纖時(shí)使其具有一定的色散，比如，大于 0.1ps／nm·km，則可有效地抑制四波混合現(xiàn)象。為此，一種專門為高速超大容量波分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新型光纖誕生了，這就是G.655，非零色散位移 光纖。

       G.655光纖的零色散點(diǎn)不在1550nm附近，而是向長(zhǎng)波長(zhǎng)或短波長(zhǎng)方向位移，使得 1550nm附近呈現(xiàn)一定大小的色散（ITU—T規(guī)范為0.1-6ps／nm·km）。這樣，可大大減輕四波混合的影響，有利于密集波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸。 但同時(shí)，也要控制1550nm附近的色散值不能太大，以保證速率超過10Gbit／s的信號(hào)可以不受色散限制地傳輸300km以上。根據(jù)零色散點(diǎn)出現(xiàn)的位 置的不同，G.655光纖在1530nm－1565nm的工作區(qū)內(nèi)所呈現(xiàn)的色散值也不同。零色散點(diǎn)在1530nm以下時(shí)，在工作區(qū)內(nèi)色散值為正值，這種正 色散G.655光纖適合陸地傳輸系統(tǒng)使用；零色散點(diǎn)在1565nm以上時(shí)，在工作區(qū)內(nèi)色散值為負(fù)值，這種負(fù)色散G.655光纖適合海底傳輸系統(tǒng)使用。

上述三種光纖的主要技術(shù)規(guī)范見表1。

表1　ITU-T關(guān)于光纖的主要規(guī)范

       表1中提及的大有效面積光纖是一種改進(jìn)型G.655光纖。其模場(chǎng)直徑比一般的G.655光纖大，光有效面積達(dá) 72μm（的平方）以上，可承受更高的入射光功率。由于光纖的非線性效應(yīng)與入射的光功率密度成正比，而功率密度又與纖芯的有效面積成反比，因而這種光纖可 以更有效地克服非線性效應(yīng)。同時(shí)，這種光纖的色散系數(shù)規(guī)范也大為改進(jìn)，提高了下限值，使之在1530nm－1565nm窗口內(nèi)處于1至 6ps／nm·km，從而進(jìn)一步減小四波混合的影響。因而這種光纖非常適合高速率的DWDM系統(tǒng)，從目前看，大有效面積G.655光纖將成為今后長(zhǎng)途骨干 傳輸網(wǎng)的首選光纖。

大保實(shí)光纖（G.655）性能及其應(yīng)用

       隨著全球通信容量的飛速增長(zhǎng)，ＥＤＦＡ和ＤＷＤＭ技術(shù)的日益成熟，光電技術(shù)和器件的快速 更新發(fā)展，促使光纖的性能達(dá)到更高的速率、更大的容量。大保實(shí)光纖就具有更均衡的有效面積，低色散斜率和低ＰＭＤ等特性，可以有效地抑制非線性效應(yīng)，適用 于長(zhǎng)距離、高速率、大容量的ＤＷＤＭ通信系統(tǒng)的應(yīng)用。這樣，通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者可以充分利用ＤＷＤＭ技術(shù)和光電器件的功能，增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。 

１．波分復(fù)用系統(tǒng)發(fā)展的要求

       在ＷＤＭ通信網(wǎng)中，干線傳輸?shù)牟ǖ蓝?，功率大，而光纖中的非線性效應(yīng)是影響系統(tǒng)性能的主要因素。非線性效應(yīng)包括四波混頻（ＦＷＭ），自相位 調(diào)制 （ＳＰＭ），互相位調(diào)制（ＸＰＭ），及由受激散射產(chǎn)生的拉曼散射（ＳＲＳ）和布里淵散射（ＳＢＳ）。光纖中的非線性效應(yīng)與光功率密度有關(guān)。對(duì)ＷＤＭ系統(tǒng)影 響最大的非線性效應(yīng)為ＳＰＭ。ＳＰＭ是由于光脈沖中心強(qiáng)度引起折射率變化產(chǎn)生的脈沖展寬。有ＳＰＭ產(chǎn)生功率損失與有效面積的關(guān)系如（１）式：其中Ｄ為光纖 色散，Ａｅｆｆ為有效面積。 １　 ＦＷＭ指兩個(gè)或三個(gè)波長(zhǎng)的光波混合產(chǎn)生新波長(zhǎng)光波的現(xiàn)象，是影響ＤＷＤＭ通信的主要非線性效應(yīng)之一。有ＦＷＭ一起的光噪聲功率如（２）式所示：式中Ｐ為每 通道光功率，ｎ２為非線性折射率，α為光纖損耗，Δλ為信道間隔。 ２　 對(duì)ＷＤＭ系統(tǒng)影響最大的兩種非線性效應(yīng)都隨有效面積的增加而減小。因此，大有效面積的非零色散位移光纖是應(yīng)用于大容量ＤＷＤＭ系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)光纖。

2.大保實(shí)（Ｇ．６５５）光纖 

       大保實(shí)（非零色散位移單模光纖）光波導(dǎo)有利于高速率、大容量的通信傳輸。其折射率剖面為多包層拋 物線型。纖芯折射率的高低對(duì)導(dǎo)光面積的影響最大，１％的折射率波動(dòng)將會(huì)引起有效面積數(shù)平方微米的變化。通過調(diào)整芯徑和下陷層的高低可以獲得１５５０ｎｍ窗 口的低色散及零色散點(diǎn)的低斜率，并可以控制直至Ｌ波段的較平坦的色散分布。外環(huán)的作用一方面適當(dāng)?shù)卦黾佑行娣e，減小非線形效應(yīng)；另一方面，外環(huán)折射率的 高低和寬窄可以使光波場(chǎng)的更大部分分布于光波導(dǎo)的中心，以避免宏彎和微彎損耗，降低光纖性能受外部因素干擾的敏感性。

       理論分析和實(shí)踐表明，多包層折射率分布利用其基模波導(dǎo)色散控制原理，是構(gòu)成大有效面積非零色散位移光纖最理想的結(jié)構(gòu)。而ＰＣＶＤ工藝由于其折射率分布控制 精確、均勻，因此，大保實(shí)光纖在衰減、色散、色散斜率及偏振模色散（ＰＭＤ）等指標(biāo)上得到進(jìn)一步優(yōu)化，能滿足高速率、大容量、多通道的通信需要。 

       在大保實(shí)光纖生產(chǎn)的核心工序--預(yù)制棒沉積過程中，我們利用ＰＣＶＤ工藝沉積均勻性好，折射率分布精細(xì)的特點(diǎn)，分別控制芯層和包層的沉積，既保證了完善的 光學(xué)性能，又提高了制造效率。通過控制非等溫等離子體的功率，反應(yīng)物ＧｅＣｌ４、ＳｉＣｌ４等氣體的流量，以及真空條件下的壓力和溫度分布等工藝因素，可 以獲得所需要的理想的折射率分布，平衡各個(gè)使光纖有效面積，色散、色散斜率及抗彎曲能力調(diào)整到最佳狀態(tài)。 

       在ＰＣＶＤ沉積過程中，非均相反應(yīng)過程不受溫度影響，減少了沉積對(duì)溫度的敏感性。微波功率直接耦合到負(fù)壓的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)，使沉積不受沉積襯管熱傳導(dǎo)性的影 響。通過精確控制折射率不同界面的摻雜量和ＧｅＯ２、氟等物質(zhì)的擴(kuò)散，進(jìn)一步提高了光波導(dǎo)的對(duì)稱性和均勻性，并且減小了產(chǎn)生ＰＭＤ的主要因素之一--光纖 內(nèi)應(yīng)力的影響，使大保實(shí)光纖的ＰＭＤ的鏈路值不大于０．１ｐｓ／。 

       大保實(shí)光纖不僅在１５５０ｎｍ工作波段有較小并且穩(wěn)定的正色散值，在Ｌ波段（１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）也有較低的色散和衰耗，因此，大保實(shí)光纖能充分 支持ＤＷＤＭ在Ｌ波段的傳輸。為有效地抑制四波混頻等非線性效應(yīng)，我們權(quán)衡了有效面積和色散斜率，使大保實(shí)光纖能可靠地應(yīng)用于密集波分復(fù)用系統(tǒng)中。

3.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

       我們用大保實(shí)光纖成功地實(shí)現(xiàn)了１６×１０Ｇｂｉｔ／ｓ ４００公里無誤碼的傳輸實(shí)驗(yàn)。

       試驗(yàn)中的系統(tǒng)受條件限制，有調(diào)制的信號(hào)光只有７個(gè)波道，其余９個(gè)波道用直流光頂替。其基本參數(shù)為：速率，９．９５３２８Ｇｂｉｔ／ｓ；測(cè)試誤碼率的信號(hào)圖 案，２３１－１偽隨機(jī)碼；靈敏度條件，ＢＥＲ＜１０－１２。 １５５０．９２ｎｍ波道傳輸４００ｋｍ后的接收眼。 

        在誤碼率ＢＥＲ＝１０－１０時(shí)，系統(tǒng)傳輸各通道代價(jià)均小于１ｄＢ。在傳輸實(shí)驗(yàn)中， 沒有出現(xiàn)四波混頻（ＦＷＭ），自相位調(diào)制（ＳＰＭ）等非線性效應(yīng)。ＰＭＤ也沒有對(duì)傳輸產(chǎn)生影響。

        大保實(shí)光纖權(quán)衡了有效面積和色散斜率的影響，在大有效面積的基礎(chǔ)上，調(diào)整了色散和色散斜率等光學(xué)性能，使大保實(shí)光纖更有利于克服非線性效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響，滿足長(zhǎng)距離，高速率的ＤＷＤＭ傳輸。在Ｌ波段的色散和衰耗控制，提供了更好地?cái)U(kuò)容性。