U3LA光纖：5G時(shí)代長(zhǎng)途干線的新寵

  ICCSZ訊 光纖自1970年問世以來，迄今已有近50年歷史，且產(chǎn)品種類和相關(guān)技術(shù)還在不斷完善和革新之中。中國(guó)的光纖技術(shù)起步稍晚，第一根實(shí)用多模光纖是1977年由中國(guó)光纖之父趙梓森院士自主研發(fā)拉制，并在次年實(shí)現(xiàn)多模光纖通信的實(shí)用化。上世紀(jì)80年代是單模G.652光纖的輝煌時(shí)代，偉大的“八縱八橫”通信線路便在這一期間建設(shè)；90年代初，網(wǎng)絡(luò)大提速，通信系統(tǒng)由PDH向SDH過渡，色散問題成為光纖改善的重要指標(biāo);到了2005年，波分復(fù)用技術(shù)推動(dòng)了光纖水峰的改善。時(shí)至今日，ICT逐步融合發(fā)展、5G商用蓄勢(shì)待發(fā)，頻分、波分已被更先進(jìn)的交叉復(fù)用/空分復(fù)用取代，信息網(wǎng)絡(luò)朝更大容量、更高速率、更長(zhǎng)中繼與傳輸距離方向演進(jìn)。

  如今的光纖應(yīng)用越來越廣泛，衍生出針對(duì)具體場(chǎng)景的傳能光纖、摻鉺光纖、摻鐿光纖、光子晶體光纖、耐高溫光纖等品類，但主流的大宗產(chǎn)品還是通信網(wǎng)絡(luò)用單模光纖，特別是在400G甚至更高級(jí)別的通信系統(tǒng)中，信噪比惡化和光纖的非線性效應(yīng)成為制約通信距離的主要因素，傳統(tǒng)的G.652光纖無法滿足長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)的需求，新型超低損耗大有效面積光纖U3LA就成為新時(shí)代超高速骨干傳送網(wǎng)的主要選擇。

  U3LA指具有超低衰減、超大有效面積的光纖，滿足ITU-T 中的G.654.E光纖標(biāo)準(zhǔn)。這類光纖在超100G系統(tǒng)中應(yīng)用占有很大優(yōu)勢(shì)，超低衰減確保光纖較遠(yuǎn)的傳輸距離，超大有效面積確保光纖在較高的入纖功率下減小傳輸系統(tǒng)的非線性效應(yīng)。此外，光纖的機(jī)械特性還必須滿足成纜、施工等工程應(yīng)用的需要。

  1) 有效面積大

  對(duì)于超100G而言，長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)用摻鉺光纖放大器(EDFA)代替中繼器，這樣，由于光纖非線性造成的信號(hào)變形成了主要問題。光纖介質(zhì)的非線性效應(yīng)來自光纖的非線性極化效應(yīng)，當(dāng)入纖光功率超過一定數(shù)值后，由于G.652光纖有效截面積很小(50~80μm2 )，使得纖芯中的光功率密度過高，從而誘導(dǎo)了光纖材料的非線性極化，明顯影響了信號(hào)光的相位、脈沖形狀和功率演化。光纖的非線性效應(yīng)與信號(hào)的光功率密度成正比，因此可以通過適度增加光纖的有效面積來減小非線性。烽火超低損大有效面積光纖，在保證超低衰減性能的同時(shí)，有效面積可達(dá)到130μm2。

  2) 衰減低

  隨著光纖技術(shù)不斷發(fā)展，光纖的衰減值從1970年的20dB/km降至現(xiàn)在的0.2dB/km以下，但是通信系統(tǒng)速率不斷提升，使得光纖在衰減上有進(jìn)一步降低的需求，2015年國(guó)內(nèi)廠家研制出的低損耗單模光纖衰減能控制在0.185dB/km以內(nèi);由于國(guó)外技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)廠家在超低損耗光纖ULL技術(shù)方面比國(guó)外廠家起步略晚，但近兩年追趕較快，已研制出衰減在0.170dB/km以內(nèi)的超低損耗單模光纖。在ULL技術(shù)基礎(chǔ)上，烽火于2017年利用國(guó)際首創(chuàng)的VAD+PCVD+OVD三步法開發(fā)出超低損耗大有效面積光纖U3LA，其光纖衰減小于0.170 dB/km，典型值0.165dB/km。

  3) 超強(qiáng)抗彎

  G.654.E標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光纖必需達(dá)到G.652.D的彎曲特性，在此基礎(chǔ)上，以烽火U3LA為典型的光纖還兼具超強(qiáng)抗彎性能，裸纖能達(dá)到接入網(wǎng)用G.657.A2的抗彎水平。這種特性能確保光纖適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)程式的光纜制造工藝，目前成纜后平均衰減也能保證在0.166dB/km以下，最大衰減為0.176dB/km@1550nm 。

  U3LA光纖作為下一代高速通信的理想介質(zhì)，優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，各大運(yùn)營(yíng)商及研究機(jī)構(gòu)近年來積極進(jìn)行該光纖的應(yīng)用性試點(diǎn)和驗(yàn)證工作。

  2015年8月開始，中國(guó)聯(lián)通就在新疆哈密、青島同步開展了低損耗大有效面積光纖光纜陸地試驗(yàn)網(wǎng)工程(當(dāng)時(shí)G.654.E標(biāo)準(zhǔn)尚未發(fā)布)，驗(yàn)證新型光纖的傳輸能力和環(huán)境適用性。通過架空敷設(shè)和高速管道敷設(shè)，驗(yàn)證了新型光纖光纜在中國(guó)不同地區(qū)的普適性，驗(yàn)證了G.654.E光纖對(duì)400G傳輸性能提升，主要貢獻(xiàn)來源于光纖有效面積增大，低損耗只是次要因素;有效面積110μm2和130μm2兩類G.654.E光纖的機(jī)械性能和環(huán)境性能并不存在明顯差異。

  2018年1月，光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織對(duì)烽火通信的超低損耗光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)U3LA光纖與普通單模光纖相比，在相同的誤碼率條件下，U3LA光纖的入纖功率較普通G.652光纖提升2dB，能有效避免因?yàn)槿肜w功率過高而帶來的光學(xué)非線性效應(yīng)，超低損耗大有效面積光纖可比普通G.652.D光纖額外多傳輸1600km，傳輸距離提升超過50%。

  中國(guó)移動(dòng)研究院日前組織完成了國(guó)內(nèi)首次單載波400G OTN結(jié)合新型光纖的實(shí)驗(yàn)室一階段測(cè)試，基于大有效面積超低損耗G.654.E光纖及常規(guī)G.652光纖，在主流通信設(shè)備廠商的設(shè)備上進(jìn)行了單載波400G系統(tǒng)傳輸性能測(cè)試對(duì)比。在此次測(cè)試中采用的新型光纖有效面積為120~130μm2, 比常規(guī)G.652.D光纖增大50%;1550nm窗口的典型衰減值為0.168dB/km，比常規(guī)G.652D光纖降低了約20%，兩種優(yōu)勢(shì)的疊加，G.654.E光纖比常規(guī)G.652.D光纖的傳輸性能有明顯提升，可有效降低高階調(diào)制信號(hào)的非線性效應(yīng)、延長(zhǎng)400G系統(tǒng)傳輸距離。

  經(jīng)過運(yùn)營(yíng)商、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)等組織的共同努力，中國(guó)的U3LA光纖產(chǎn)業(yè)鏈條已逐步完善，核心技術(shù)逐步向國(guó)際最先進(jìn)水平靠攏，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工程應(yīng)用、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等方面成果顯著，為2019年的5G商用鋪平了道路，但還是存在一些問題：

  1、兼容性：由于各大廠商生產(chǎn)的U3LA光纖在波導(dǎo)設(shè)計(jì)及材料組份上或多或少存在差異，因此不同廠商的U3LA光纖在進(jìn)行熔接時(shí)，可能會(huì)存在熔接不良、單向損耗偏大等問題。這需要考慮將模場(chǎng)直徑、剖面結(jié)構(gòu)等某些關(guān)鍵特性歸一化，在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步縮嚴(yán)光纖有效面積范圍。

  2、成本：由于U3LA光纖的制作工藝較G.652.D復(fù)雜，大規(guī)模生產(chǎn)目前還存在問題，生產(chǎn)成本較高。不能一味追求降低光纖衰減系數(shù)，需兼顧成本和技術(shù)難度。

  此外，U3LA光纜產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、穩(wěn)定性還需持續(xù)改進(jìn)，從現(xiàn)有主流廠家產(chǎn)品數(shù)據(jù)來看，光纖在成纜前和成纜后、以及自然存放一段時(shí)間后、光纜施工后的某些技術(shù)指標(biāo)有一定下降，產(chǎn)品成品率有待進(jìn)一步提高。

  烽火通信超低損耗大有效面積U3LA光纖是目前超大容量、超長(zhǎng)傳輸、超高速率傳輸系統(tǒng)理想的傳輸介質(zhì)，可以為客戶帶來可靠性與性能的雙重保證，與運(yùn)營(yíng)商及廣大同行進(jìn)一步推動(dòng)超高速網(wǎng)路架構(gòu)下光纖光纜技術(shù)水平的不斷提升;密切配合客戶及上下游產(chǎn)業(yè)完善各類光纖產(chǎn)品的性能優(yōu)化工作，化解技術(shù)推進(jìn)過程中的痛點(diǎn)，早日迎來中國(guó)的5G時(shí)代。