通信網(wǎng)絡(luò)中光纖的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

      目前，品種繁多的光纖層出不窮，不僅在光通信和光傳感中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位，而且在工業(yè)、電力、軍事、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等方面也發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。隨著3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)、IPv6的試用和建設(shè)、“光進(jìn)銅退”戰(zhàn)略進(jìn)一步實(shí)施，國(guó)內(nèi)外對(duì)常規(guī)通信光纖的需求進(jìn)一步高漲，光纖成為通信市場(chǎng)最為緊俏的商品之一。因此，我們需要改進(jìn)工藝，降低光纖成本，使光纖到戶可以盡快的在廣大家庭中得到應(yīng)用。

      光纖通信技術(shù)中光纖應(yīng)用的現(xiàn)狀

      普通單模光纖

      傳統(tǒng)的普通單模光纖(G.652光纖)在1310nm波長(zhǎng)窗口色散為0，但是損耗較大 (0.35dB/km)，在1550nm波長(zhǎng)窗口損耗小(0.2dB/km)，但是色散較大(20ps/nm•km)。為了利用光纖的1550nm長(zhǎng)窗口的低損耗特性和成熟的光放大技術(shù)(EDFA)，而又想具有低色散，可以對(duì)光纖的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而使零色散波長(zhǎng)產(chǎn)生位移，設(shè)計(jì)出了色散位移光纖，即 G.653光纖。G.653光纖在1550nm波長(zhǎng)窗口的低損耗和低色散特性非常適合光纖孤子通信的需要，在高速光纖孤子通信系統(tǒng)中得到了大量應(yīng)用，但是它1550rim處的色散為零，在進(jìn)行WDM時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的FWM效應(yīng)，不適應(yīng)波分復(fù)用系統(tǒng)的需要。

      高強(qiáng)度耐彎單模光纖

      在光通信領(lǐng)域中，高強(qiáng)度耐彎單模光纖是企業(yè)最具競(jìng)爭(zhēng)力的一種光纖，主要是因?yàn)樵诠饫w網(wǎng)建設(shè)重點(diǎn)由骨干網(wǎng)向城域網(wǎng)、用戶接入網(wǎng)發(fā)展，高強(qiáng)度耐彎單模光纖主導(dǎo)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)正在成為光纜市場(chǎng)的主要拉動(dòng)力，其中最具代表性的就是正在迅速發(fā)展的FTTH網(wǎng)絡(luò)，高強(qiáng)度耐彎單模光纖特點(diǎn)就是光纖可以沿著建筑拐角施工，從而降低網(wǎng)絡(luò)布線的成本。

      無(wú)水峰光纖

      與傳統(tǒng)的單模光纖相比，無(wú)水峰光纖具有下列優(yōu)勢(shì)：其一，在全部可用波長(zhǎng)范圍內(nèi)比常規(guī)光纖增加了約一半，可復(fù)用的波長(zhǎng)數(shù)大大增加，可實(shí)現(xiàn)超大容量傳輸；其二，可用波長(zhǎng)范圍大大擴(kuò)展后，可以采用稀疏波分復(fù)用(CWDM)方案，使用波長(zhǎng)間隔較寬、波長(zhǎng)精度和穩(wěn)定度要求較低的元件，使元器件特別是無(wú)源器件的成本大幅度下降；其三，1350～1450nm波長(zhǎng)窗口的光纖色散僅為1550nm波長(zhǎng)區(qū)的一半，容易實(shí)現(xiàn)高比特率長(zhǎng)距離傳輸。

      大有效面積光纖

      超高速系統(tǒng)的主要性能限制是色散和非線性。通常線性色散可以用色散補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除，而非線性的影響卻不能用簡(jiǎn)單的線性補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除，光纖的有效面積是決定光纖非線性的主要因素。為了適應(yīng)超大容量長(zhǎng)距離密集波分復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用，大有效面積光纖已經(jīng)問世。在c波段，由大有效面積光纖構(gòu)成的以10Gbit/s為基礎(chǔ)的高密集WDM系統(tǒng)信噪比較高，誤碼率較低，光放大器的間隔較長(zhǎng)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

      寬帶光傳輸用非零色散光纖

      寬帶非零色散平坦光纖以G.656光纖為例，其特點(diǎn)是在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)色散應(yīng)大于所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。因此，應(yīng)用G.656光纖既可顯著降低系統(tǒng)的色散補(bǔ)償成本，又可進(jìn)一步發(fā)掘石英玻璃光纖潛在的巨大帶寬。使用 G.656光纖時(shí)，可保證通道間隔100GHz、40 Gbit/s系統(tǒng)至少傳輸400 km。

      光纖通信技術(shù)中光纖的發(fā)展光子晶體光纖

      與常規(guī)光纖不同，光子晶體光纖(PCF)是由石英玻璃一空氣孔微小結(jié)構(gòu)組成的光纖，其又可以分為實(shí)芯光纖和空芯光纖，即前者是由石英玻璃棒和石英玻璃毛細(xì)管加熱拉制成的，而后者則是由石英玻璃管和石英玻璃毛細(xì)管加熱拉制成的。在PCF的拉制過程中，改變拉制溫度和速度就可以調(diào)整PCF的結(jié)構(gòu)和性能，使得PCF作為光傳輸介質(zhì)和光器件具有許多誘人之處，實(shí)際上，人們是通過調(diào)整纖芯直徑、包層空氣孔直徑、包層空氣孔之間距離方式來(lái)達(dá)到分別制造出具有低衰減、高色散、非線性效應(yīng)小(大模場(chǎng)直徑或者大有效面積)、保偏和小彎曲損耗等性能的PCF的目的。

      塑料光纖

      塑料光纖(POF)以其芯徑大、制造簡(jiǎn)單、連接方便、可用便宜光源等優(yōu)點(diǎn)正在受到寬帶局域網(wǎng)建設(shè)者的青睞。正是寬帶局域網(wǎng)的迅速發(fā)展帶來(lái)了POF技術(shù)的革命性進(jìn)步，特別是以全氟化的聚合物為基本組成的氟化塑料光纖在局域網(wǎng)的逐步使用，標(biāo)志著 PF-POF已由試驗(yàn)室步入實(shí)際應(yīng)用中。另外，為了提高POF帶寬和減小模間色散，POF都采用梯度折射率分布結(jié)構(gòu)，再通過選擇小色散材料，提高模耦合效率和減小差分模衰減等措施，可以達(dá)到提高POF帶寬的目的。

      用于局域網(wǎng)的新型多模光纖

      局域網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)的高速發(fā)展，大量的綜合布線系統(tǒng)也采用了多模光纖來(lái)代替數(shù)字電纜，因此多模光纖的市場(chǎng)份額會(huì)逐漸加大。之所以選用多模光纖，是因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價(jià)格貴50％～100％，但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管價(jià)格則比激光管便宜很多，而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑容易連接與耦合，相應(yīng)的連接器、耦合器等元器件價(jià)格也低得多。

      空芯光纖

      美國(guó)一些公司及大學(xué)研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖，即光是在光纖的空氣中傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗。增長(zhǎng)了通信距離，防止了色散導(dǎo)致的干擾現(xiàn)象，可以支持更多的波段，并且它允許較強(qiáng)的光功率注入，預(yù)計(jì)其通信能力可達(dá)到目前光纖的100倍。對(duì)于其究竟是否可以問世，我們拭目以待。

      色散控制光纖(DMF)

      DWDM(密集波分復(fù)用)系統(tǒng)要求色散控制，使系統(tǒng)的色散特性既能足以抑制FⅣM

      (四波混頻)，又要使總色散為零。過去用交替連接正/負(fù)色散的光纖或色散沿光纖長(zhǎng)度漸變的光纖進(jìn)行。在OFC99會(huì)議上，NTT docomo的40km DMF，其色散符號(hào)周期性變化是每20km為1周期。在1550nm的平均色散為-0.06ps/nm，色散斜率0.064ps/nm，衰減系數(shù) 0.2dB/km，兩端的截止波長(zhǎng)分別為1.05nm和1.11µm。NTT docomo是通過在拉絲過程中控制拉絲速度、改變包層直徑，實(shí)際上是改變了芯徑，而芯徑影響色散的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其色散符號(hào)周期性變化的。

      目前，光纖新技術(shù)不斷涌現(xiàn)大幅度提高了光纖的應(yīng)用能力，并不斷擴(kuò)大光纖通信的應(yīng)用范圍，光纖通信技術(shù)的發(fā)展需要得到光纖材料、制造工藝等多項(xiàng)技術(shù)的支持，光纖通信的發(fā)展是光纖、器件、系統(tǒng)三者彼此發(fā)展，共同促進(jìn)的結(jié)果，不同種類的通信光纖是為不同層次網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的，為了滿足新的通信系統(tǒng)應(yīng)用，光纖研究人員應(yīng)不斷地開發(fā)出新型的通信光纖。