全面描述光纖技術發展和實際應用
樂樂點選進入論壇關鍵詞：光纖技術光纖技術發展還有很多值得學習的地方，這裡我們主要介紹各種光纖技術發展，包括介紹在都會網路中光纖技術選型的考慮，以及對各種光纖的比較，希望對大家有所幫助。
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。為了進一步提高光纖的傳輸容量和光纖的傳輸速率，對光纖技術的設計引數和製造方法進行了進一步的改進。由此，已經製造出色散特性得到改善的、更適合於大容量和長距離傳輸的新一代光纖技術發展。
這些新型別的光纖包括非零色散位移光纖(nz-dsf，也稱作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、 各種光纖的發展
型光纖g.652型光纖的損耗特性具有三個特點：(l)在短波長區內的衰減隨波長的增加而減小，這是因為在這個區域內，與波長的 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-)引起的幾個吸收峰，特別是 1.
385μm上的的峰;(3)在 1.6μm以上的波長上由於彎曲損耗和二氧化矽的吸收而使衰減有上公升的趨勢。因此，在g.
652型光纖內有3個低損耗視窗的波長，即850nm，1310nm和1550nm。其中損耗最小的波長是1550nm。在g.
652型光纖中，其零色散波長為1310nm，也就是在光纖損耗第二小的這個波長上。對損耗最小的1550nm波長而言，其色散係數大約為17ps/(
型光纖g.652型光纖為光訊號的傳輸提供了很高的頻寬，但是它的不令人完全滿意之處在於其零色散波長在光纖損耗第二小的這個波長上，而沒有在損耗最小的1550nm波長上。而這個特性對乙個光纖通訊系統來說意味著：
如果這個光纖通訊系統對損耗特性是最優的，那麼它對色散限制特性就不是最優的;如果這個光纖通訊系統對色散特性是最優，那麼它對損耗限制特性就不是最優的。
為了使光纖通訊系統對損耗限制特性和色散限制特性都是最優的，人們又研製出色散位移光纖(dsf)，即將光纖的零色散波長從1310nm處移動到1550nm處，而光纖的損耗特性不發生變化。也就是將零色散波長移動到損耗最小的波長上。但是零色散波長最大的問題是容易產生四波混頻現象，所以為了避免產生四波混頻非線性的影響，同時又使1550nm處的色散系數值較小，就產生了nz-dsf光纖。
nz-dsf光纖的色散值大到足以允許dwdm傳輸，並且使通道間有害的非線性相互作用減至最低，同時又小到足以使訊號以10gbit/s的速率傳輸300至400公里而無需色散補償。
按照光纖在1550nm處的色散係數的正負，g.655型光纖又分為兩類：正色散係數g.
655型光纖和負色散係數g.655型光纖。典型的g.
655光纖在1550nm波長區的色散值為g.652光纖的1/4～1/6，因此色散補償距離也大致為g.652光纖的4～6倍，色散補償成本(包括光放大器、色散補償器和安裝除錯)遠低於g.
652光纖。另外，由於g.655光纖採用了新的光纖拉製工藝，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0.
05ps/km1/2。即便按0.1ps/km1/2考慮，這也可以完成至少400km長的40gbit/s訊號的傳輸。
3. 大有效面積光纖
高速傳輸系統的主要效能限制是色散和非線性。通常，線性色散可以用色散補償的方法來消除，而非線性的影響卻不能用簡單的線性補償的方法來消除。光纖的非線性包括自相位調製、交叉相位調製和四波混頻，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，但是因為光纖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，其模場直徑變小，相應地，其有效面積也減小。在連線有效面積小的光纖時，更容易產生較大的插入損耗，所以對光纖接頭的要求更高;同時，有效面積小的光纖更容易產生非線性。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，從而改進系統效能的有效方法。
例如，美國康寧公司所生產的leaf光纖，光纖的有效面積達72μm2以上,與g.652光纖的接近，同時其彎曲效能、極化模色散和衰減效能均可達到常規g.655光纖水平，而且色散係數的下限值已經提高，使之在1530～1565nm視窗內處於2～6ps/(nm·km)之內，而在1565～1625nm視窗內處於4.
5～11.2ps/(nm·km)之內，從而可以進一步減小四波混合的影響。由於有效面積大大增加，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面積設計，這至少減少大約1.
2db的非線性影響。按目前的有效面積設計，其光區段長度也可以比普通光纖增加約10km。其主要缺點是有效面積變大後導致色散斜率偏大，約為0.
1ps/(nm2·km)，這樣在l波段的高階，其色散係數可高達11.2ps/(nm·km)，使高波段通路的色散受限距離縮短，或傳輸距離很長時功率代價變大;當應用範圍從c波段擴充套件到l波段時需要較複雜的色散補償技術，這就不得不採用高低波段兩個色散補償模組的方法，從而增加了色散補償成本。
4.低色散斜率光纖
色散對光脈衝訊號傳輸的影響是促使光脈衝訊號的寬度增加。在wdm傳輸系統中，由於色散的積累，各通路的色散都隨傳輸距離的延長而增大。然而，由於色散斜率的作用，各通路的色散積累量是不同的，其中位於兩側的邊緣通路間的色散積累量差別最大。
當傳輸距離超過一定值後，具有較大色散積累量通路的色散值超標，從而限制了整個wdm系統的傳輸距離。
當dwdm系統的應用範圍已經擴充套件到l波段,全部可用頻帶可以從1530～1565nm擴充套件到1530～1625nm時，如果色散斜率仍維持原來的數值(大約0.07～0.10ps/(nm2·km))，長距離傳輸時短波長和長波長之間的色散差異將隨距離增長而增加，勢必造成l波段高階過大的色散係數，影響10gbit/s及以上速率訊號的傳輸距離，或者說需要代價較高的色散補償措施才行，而低波段的色散又嫌太小，多波長傳輸時不足以壓制四波混合和交叉相位調製的影響。
為此，開發低色散斜率的g.655光纖成為必要。通過降低色散斜率，我們可以改進短波長的效能而不必增加長波長的色散，使整個c波段和l波段的色散變化減至最小，同時可以降低c波段和l波段色散補償的成本和複雜性。
目前，美國貝爾實驗室已開發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波長範圍的色散值為2.
6～6.0ps/(nm·km)，在1565～1625nm波長範圍的色散值為4.0～8.
6ps/(nm·km)。其色散隨波長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2.6ps/(nm·km)，可以較好地壓制四波混合和交叉相位調製影響，而另一方面又可以使高波段的色散不致過大，在低於8.
6ps/(nm·km)時仍然可以使10gbit/s訊號傳輸足夠遠的距離而無須色散補償，通訊系統的工作波長區可以順利地從c波段擴充套件至l波段而不至於引起過大的色散補償負擔，甚至只需乙個色散補償模組即可補償整個c波段和l波段。
5.全波光纖
全波光纖也可稱作無水峰光纖，它幾乎完全消除了內部的氫氧根(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。光纖衰減將僅由矽玻璃材料的內部散射損耗決定，在1385nm處的衰減可低至0.31db/km。
由於內部已清除了氫氧根，因而光纖技術即便暴露在氫氣環境下也不會形成水峰衰減，具有長期的衰減穩定性。因為它消除了oh損耗所產生的尖峰，所以與普通g.652光纖相比，全波光纖具有以下優勢。
(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兩個視窗。由於1310nm處的色散為零，在這個波長視窗僅能夠使用乙個波長，所以理想情況下，普通g.
652光纖除1310nm視窗外，還可以使用1530nm-1625nm的波分復用視窗。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，還可開闢1400nm視窗，所以它能夠為波分復用系統(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，所以對於高傳輸速率，全波光纖1400nm波段的無色散補償傳輸距離將比傳統的1550nm波段的無色散補償傳輸距離增加1倍。
(3)因為全波光纖可以使用1310nm、1400nm和1550nm三個視窗，所以全波光纖將有可能實現在單根光纖上傳輸語音、資料和圖象訊號，實現三網合一。
(4)全波光纖增加了60%的可用頻寬，所以全波光纖為採用粗波分復用系統(cwdm)提供了波長空間。例如，1400nm視窗的波長間距為2.5nm時，就可以提供40個粗波分復用波長，而1550nm視窗提供40個波長時，其波長間距為0.
8nm。顯然，1400nm粗波分復用的波長間距比傳統的間距更寬，而更寬的波長間距使系統對元器件的要求大大降低，所以cwdm的**低於dwdm的**，從而使電信運營商的執行成本降低。
目前，全波光纖的標準化工作取得了很大的進展，已經獲得了國際技術標準的支援。2023年7月，美國電信協會(tia)投票通過了低水峰光纖的詳細指標。2023年10月，國際電器技術協會(iec)第一工作組通過了將低水峰光纖納入b.
13新光纖類別。2023年10月，itu-t第15專家小組在日本奈良通過了將低水峰光纖(全波光纖)納入到g.652增補項。
所以，全波光纖已經解決了缺乏標準支援的問題。
開闢1400nm視窗必須要有一系列有源和無源器件的支援。目前適用於這一波長區的光源有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體光放大器，無源器件有薄膜濾波器、光纖布拉格光柵等等。因此，開發和利用光纖1400nm傳輸視窗的條件和時機已比較成熟。
目前，1400nm波段商用化也取得了一定的進展。例如，朗訊科技將有兩套使用1400nm視窗的wdm系統面市。一套是在w**estar allmetro系統中增加1400nm視窗，此系統可在一根光纖技術中傳輸1400和1550nm兩視窗的訊號。
此系統具有光放系統，應用在高速率的大城市骨幹環網。第二套是1400nm城市接入網系統allspectra系統。此系統使用粗波分復用(大約20nm通道間隔)，使用全波光纖可提供16或更多的波長通道，而普通光纖技術只能提供大約10個通道。
此粗波分復用產品應用在短距離環網(40公里以內)。
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