光纤的发展及其在城域网中选型的考虑

 

2018-12-10 22:04

  光纤的传输速率、传输距离受光纤的传输损耗、光纤的色散特性和光纤非线性等的影响。为了进一步提高光纤的传输容量和光纤的传输速率,对光纤的设计参数和制造方法进行了进一步的改进。由此,已经制造出色散特性得到改善的、更适合于大容量和长距离传输的新一代光纤。这些新类型的光纤包括非零色散位移光纤(NZ-DSF,也称作G.655型光纤)、大有效面积G.655型光纤、色散平坦的G.655型光纤和全波光纤等。

  G.652型光纤的损耗特性具有三个特点:(l)在短波长区内的衰减随波长的增加而减小,这是因为在这个区域内,与波长的4次方成反比的瑞利散射所引起的衰减是主要的;(2)损耗曲线上有羟基(OH-)引起的几个吸收峰,特别是1.385μm上的的峰;(3)在 1.6μm以上的波长上由于弯曲损耗和二氧化硅的吸收而使衰减有上升的趋势。因此,在G.652型光纤内有3个低损耗窗口的波长,即850nm,1310nm和1550nm.其中损耗最小的波长是1550nm.在G.652型光纤中,其零色散波长为1310nm,也就是在光纤损耗第二小的这个波长上。对损耗最小的1550nm波长而言,其色散系数大约为17 ps/(km.nm)。

  G.652型光纤为光信号的传输提供了很高的带宽,但是它的不令人完全满意之处在于其零色散波长在光纤损耗第二小的这个波长上,而没有在损耗最小的1550nm波长上。而这个特性对一个光纤通信系统来说意味着:如果这个光纤通信系统对损耗特性是最优的,那么它对色散限制特性就不是最优的;如果这个光纤通信系统对色散特性是最优,那么它对损耗限制特性就不是最优的。

  为了使光纤通信系统对损耗限制特性和色散限制特性都是最优的,人们又研制出色散位移光纤(DSF),即将光纤的零色散波长从1310nm处移动到1550nm处,而光纤的损耗特性不发生变化。也就是将零色散波长移动到损耗最小的波长上。但是零色散波长最大的问题是容易产生四波混频现象,所以为了避免产生四波混频非线nm处的色散系数值较小,就产生了NZ-DSF光纤。NZ-DSF光纤的色散值大到足以允许DWDM传输,并且使信道间有害的非线性相互作用减至最低,同时又小到足以使信号以10Gbit/s的速率传输300至400公里而无需色散补偿。

  按照光纤在1550nm处的色散系数的正负,G.655型光纤又分为两类:正色散系数G.655型光纤和负色散系数G.655型光纤。典型的G.655光纤在1550nm波长区的色散值为G.652光纤的1/4~1/6,因此色散补偿距离也大致为G.652光纤的4~6倍,色散补偿成本(包括光放大器、色散补偿器和安装调试)远低于G.652光纤。另外,由于G.655光纤采用了新的光纤拉制工艺,具有较小的极化模色散,单根光纤的极化模色散一般不超过0.05ps/km1/2.即便按0.1ps/km1/2考虑,这也可以完成至少400km长的40Gbit/s信号的传输。

  高速传输系统的主要性能限制是色散和非线性。通常,线性色散可以用色散补偿的方法来消除,而非线性的影响却不能用简单的线性补偿的方法来消除。光纤的非线性包括自相位调制、交叉相位调制和四波混频,光纤的有效面积是决定光纤非线性的主要因素。

  NZ-DSF光纤大大地改善了光纤的色散特性,但是因为光纤特定折射率的分布与普通的SMF光纤不同,所以,与普通SMF光纤相比,其模场直径变小,相应地,其有效面积也减小。在连接有效面积小的光纤时,更容易产生较大的插入损耗,所以对光纤接头的要求更高;同时,有效面积小的光纤更容易产生非线性。理论研究表明,增加光纤有效面积能减低所有的非线性。所以,增大有效面积是一种减低所有光纤非线性效应,从而改进系统性能的有效方法。

  例如,美国康宁公司所生产的Leaf光纤,光纤的有效面积达72μm2以上,与G.652光纤的接近,同时其弯曲性能、极化模色散和衰减性能均可达到常规G.655光纤水平,而且色散系数的下限值已经提高,使之在1530~1565nm窗口内处于2~6ps/(nm.km)之内,而在1565~1625nm窗口内处于4.5~11.2ps/(nm.km)之内,从而可以进一步减小四波混合的影响。由于有效面积大大增加,可承受较高的光功率,因而可以更有效地克服非线面积设计,这至少减少大约1.2dB的非线性影响。按目前的有效面积设计,其光区段长度也可以比普通光纤增加约10km.其主要缺点是有效面积变大后导致色散斜率偏大,约为0.1ps/(nm2.km),这样在L波段的高端,其色散系数可高达11.2ps/(nm.km),使高波段通路的色散受限距离缩短,或传输距离很长时功率代价变大;当应用范围从C波段扩展到L波段时需要较复杂的色散补偿技术,这就不得不采用高低波段两个色散补偿模块的方法,从而增加了色散补偿成本。

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