摘要：隨著長途通信傳輸容量的成倍增長，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世紀是一個多媒體的時代，電信網(wǎng)也將是一個寬帶、大容量的多媒體網(wǎng)絡(luò)。長途骨干傳輸網(wǎng)正 向以單根光纖提供Tbit／s（＝1000Gbit／s）信息容量的方向發(fā)展。通的G.655長途骨干網(wǎng)已經(jīng)初具規(guī)模，為其今后向社會提供寬帶傳輸 通路奠定了基礎(chǔ)。中國電信的改組也初步完成，未來兩年內(nèi)，中國電信將建設(shè)完成超高速骨干傳輸網(wǎng)。隨著今年底第二條京濟寧干線光纜線路工程的開工，中國電信 在長途骨干傳輸網(wǎng)上大規(guī)模使用G.655光纖的時代到來了。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，人們對光纖又有了一些新的要求。在以前的傳輸網(wǎng)上，進人光纖的光功率不 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以上的光信號被耦合進一根光纖，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，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對于單波長 系統(tǒng)的影響可以忽略不計，但是對于高密集的波分復(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影響甚微，但入射功率達到一定程度時，損耗就會到影響系統(tǒng)的正常運行。

       克爾效應(yīng)是在光功率較高時，光纖的折射率隨光強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大功率WDM系統(tǒng)影響。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，嚴重影響系統(tǒng)性能。特別是當波道波長接近光纖零色散點時，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 單一波道上的傳輸速率提高到10Gbit／s時，傳輸距離就會大大縮短。因此，高速率的傳輸系統(tǒng)要求采取色散補償?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償模塊。但由于采用色散補償模塊，會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)，可將高功率光信號在單波道上傳輸?shù)酶h，是的 單波道傳輸媒介，可以毫無困難地開通長距離高速系統(tǒng)。但是對于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，若有意識地在生產(chǎn)光纖時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光纖的零色散點不在1550nm附近，而是向長波長或短波長方向位移，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，也要控制1550nm附近的色散值不能太大，以保證速率超過10Gbit／s的信號可以不受色散限制地傳輸300km以上。根據(jù)零色散點出現(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。零色散點在1530nm以下時，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；零色散點在1565nm以上時，在工作區(qū)內(nèi)色散值為負值，這種負色散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型G.655光纖。其模場直徑比一般的G.655光纖大，光有效面積達 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，這種光纖的色散系數(shù)規(guī)范也大為改進，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光纖將成為今后長途骨干 傳輸網(wǎng)的光纖。

大保實光纖（G.655）性能及其應(yīng)用

       隨著通信容量的飛速增長，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，促使光纖的性能達到更高的速率、更大的容量。大保實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ＷＤＭ系統(tǒng)影 響的非線性效應(yīng)為ＳＰＭ。ＳＰＭ是由于光脈沖中心強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指兩個或三個波長的光波混合產(chǎn)生新波長光波的現(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ＷＤＭ系統(tǒng)影響的兩種非線性效應(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)的化設(shè)計光纖。

2.大保實（Ｇ．６５５）光纖 

       大保實（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導(dǎo)光面積的影響，１％的折射率波動將會引起有效面積數(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?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，大保實光纖在衰減、色散、色散斜率及偏振模色散（ＰＭＤ）等指標上得到進一步優(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，折射率分布精細的特點，分別控制芯層和包層的沉積，既保證了完善的 光學性能，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，平衡各個使光纖有效面積，色散、色散斜率及抗彎曲能力調(diào)整到狀態(tài)。 

       在ＰＣＶＤ沉積過程中，非均相反應(yīng)過程不受溫度影響，減少了沉積對溫度的敏感性。微波功率直接耦合到負壓的反應(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)的擴散，進一步提高了光波導(dǎo)的對稱性和均勻性，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，使大保實光纖的ＰＭＤ的鏈路值不大于０．１ｐｓ／。 

       大保實光纖不僅在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)實驗

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

       試驗中的系統(tǒng)受條件限制，有調(diào)制的信號光只有７個波道，其余９個波道用直流光頂替。其基本參數(shù)為：速率，９．９５３２８Ｇｂｉｔ／ｓ；測試誤碼率的信號圖 案，２３１－１偽隨機碼；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，系統(tǒng)傳輸各通道代價均小于１ｄＢ。在傳輸實驗中， 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也沒有對傳輸產(chǎn)生影響。

        大保實光纖權(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性能，使大保實光纖更有利于克服非線性效應(yīng)對系統(tǒng)的影響，滿足長距離，高速率的ＤＷＤＭ傳輸。在Ｌ波段的色散和衰耗控制，提供了更好地擴容性。