前沿技术 光纤技术与光纤网络

初期的G.655光纤主要是为C波段设计的, 因而色散斜率稍大一点问题不太大。 然而, 随着宽带光纤放大器技术的发展, DWDM系统的应用范围已经扩展到L波段, 全部可用频带可以从1530～1565nm扩展到1530～1625nm。 在这种情况下, 如果色散斜率仍维持原来的数值{大约0.07～0.10ps/(nm2·km)}, 长距离传输时短波长和长波长之间的色散差异将随距离增长而增加,势必造成L波段高端过大的色散系数, 影响10Gbps及以上速率信号的传输距离,或者说需要代价较高的色散补偿措施才行,而低波段的色散又嫌太小,多波长传输时不足以压制四波混合和交叉相位调制的影响。为此, 开发低色散斜率的G.655光纤是非常必要。通过降低色散斜率,我们可以改进短波长的性能而不必增加长波长的色散,使整个第三和第四窗口的色散变化减至最小,同时可以降低C波段和L波段色散补偿的成本和复杂性。目前, 美国贝尔实验室已开发出新一代的低色散斜率G.655光纤(真波RS光纤) , 光纤色散斜率已从0.075ps/(nm2·km) 降到0.05ps/( nm2·km)以下。典型低色散斜率G.655光纤在1530～1565nm波长范围的色散值为2.6～6.0 ps/(nm·km), 在1565～1625n m波长范围的色散值为4.0～ 8.6 ps/(nm·km)。其色散随波长的变化幅度比其他非零色散光纤要小35%～55%,从而使光纤在低波段的色散有所增加,最小色散也可达2.6ps/(nm·km),可以较好地压制四波混合和交叉相位调制影响,而另一方面又可以使高波段的色散不致过大,可低于8.6ps/(nm·km),仍然可以使10Gbps信号传输足够远的距离而无须色散补偿,通信系统的工作波长区可以顺利地从C波段扩展至L波段而不至于引起过大的色散补偿负担,甚至只需一个色散补偿模块即可补偿整个C波段和L波段。

3.大有效面积光纤

超高速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。光纤的有效面积是决定光纤非线性的主要因素,尽管降低输入功率或减少系统传输距离和光区段长度也可以减轻光纤非线性的影响,但同时也降低了系统要求和性能价格比,可见光纤的有效面积是长距离密集波分复用系统性能的最终限制。为了适应超大容量长距离密集波分复用系统的应用, 大有效面积光纤已经问世。

其中以美国康宁公司的Leaf光纤为例,光纤的截面积采用了分段式的纤芯结构,典型有效面积达72μm2以上, 零色散点处于1510nm左右, 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, 而且色散系数规范已大为改进,提高了下限值, 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4.5～1 1.2ps/(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性影响, 若按72μm2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。尽管其色散为正, 也可能产生调制不稳定性, 但由于有效面积变大,其影响将远小于普通正色散光纤。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;另外其MFD也偏大, 在1550nm处大约为9.2nm到10nm, 因此微弯和宏弯损耗需要仔细控制。

在理论上,光纤的线性色散总是可以补偿的,而非线性却很难补偿。大有效面积光纤从本质上改进了系统抗非线性的能力,这一优点特别表现在间隔100GHz、容量为40×10G bps以上的C波段WDM系统中,此时其系统设计窗口较大,色散补偿的精度要求较低。我们可以认为,在C波段,由大有效面积光纤构成的以10Gbps为基础的高密集WDM系统信噪比较高, 误码率较低, 光放大器的间隔较长, 系统总长度也较长, 代表了干线光纤的又一新发展方向。

在实际应用中,我们也可以采用正色散和负色散光纤交替连接的方式来完成色散补偿,从而消除色散的影响,但这会为维护运行带来麻烦。