G.655光纤的特点及其应用

2019-11-03 18:09:59

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供稿：网友

信息产业部北京邮电设计院　唐红炬
　　摘要：随着长途通信传输容量的成倍增长，以10Gbit／s为基础的波分复用技术全面走向商用。新开发的G.655光纤是开通大容量传输系统的较好的媒介。

　　关键词：波分复用　光纤　色散　四波混合　G.655

　　1.引子

　　21世纪是一个多媒体的时代，电信网也将是一个宽带、大容量的多媒体网络。长途骨干传输网正向以单根光纤提供Tbit／s（＝1000Gbit／s）信息容量的方向发展。中国网通的G.655长途骨干网已经初具规模，为其今后向社会提供宽带传输通路奠定了基础。中国电信的改组也初步完成，未来两年内，中国电信将建设完成超高速骨干传输网。随着今年底第二条京济宁干线光缆线路工程的开工，中国电信在长途骨干传输网上大规模使用G.655光纤的时代到来了。那么，为什么要使用G.655光纤呢？

　　2.光纤的非线性影响

　　我们都知道，近10年来，G.652光纤一直占据着光纤市场的主导地位，但是随着光纤传输速率的提高，尤其是近年来，随着光纤放大器的应用和波分复用（WDM）技术的发展，人们对光纤又有了一些新的要求。在以前的传输网上，进人光纤的光功率不大，光纤呈现线性传输特性，影响光纤传输特性的因素主要是损耗和色散。然而，随着光纤放大器的应用，超过＋18dB以上的光信号被耦合进一根光纤，波分复用技术使一根光纤中有了数十条甚至上百条光波道。这时，较高的光能量聚集在很小的截面上，光纤开始呈现出非线性特性，并成为最终限制传输系统性能的关键因素。主要的非线性现象是受激散射和非线性折射（克尔效应）。

　　受激散射主要分为受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）。其中SRS对于单波长系统的影响可以忽略不计，但是对于高密集的波分复用系统，SRS将成为限制通路数的主要因素。拉曼散射和布里渊散射都使入射光能量降低，并在光纤中形成损耗。这种损耗在入射功率低时影响甚微，但入射功率达到一定程度时，损耗就会到影响系统的正常运行。

　　克尔效应是在光功率较高时，光纤的折射率随光强变化而变化的非线性现象。主要有自相位调制、交叉相位调制和4波混合，其中尤以四波混合对大功率WDM系统影响最大。在波道频率间隔相等和光纤的色散很低的情况下，四波混合会将大量的信道的功率转移到另一条渡道上。这不仅使有用的信道的功率损失，而且导致信道间串音，严重影响系统性能。特别是当波道波长接近光纤零色散点时，这一现象更加突出。

　　3.各种光纤的比较

　　在1550nm处，常规的G.652光纤具有最低损耗特性。再配合使用光纤放大器，可以在G.652光纤上开通8×2.5Gbit／s或16甚至32×2.5Gbit／s系统。但由于G.652光纤在1550nm处的色散值较大，受其影响，当单一波道上的传输速率提高到10Gbit／s时，传输距离就会大大缩短。因此，高速率的传输系统要求采取色散补偿的方式降低G.652光纤在1550nm处的色散系数，例如在G.652光纤线路中加入一段色散补偿模块。但由于采用色散补偿模块，会引入较高的插入损耗，系统必须使用光纤放大器，造成系统建设成本的提高。因此在骨干传输网上，利用G.652光纤开通高速、超高速系统不是今后的发展方向。

　　这里，不得不提及G.653光纤。将G.652光纤的零色散波长从1310nm移至1550nm处，便成为了G.653，色散位移光纤。

　　在G.653光纤上，使用光纤放大器技术，可将高功率光信号在单波道上传输得更远，是极好的单波道传输媒介，可以毫无困难地开通长距离高速系统。但是对于DWDM复用系统，这种光纤不是合适的媒介。G.653光纤在工作区内的零色散点是导致光纤非线性四波混合效应的源泉。一般来讲，四波混合的效率取决于通路间隔和光纤的色散。通路间隔越窄，光纤色散越小，不同光波间相位匹配就越好，四波混合的效率也就越高，而且一旦四波混合现象产生，就无法用任何均衡技术来消除。但是，若有意识地在生产光纤时使其具有一定的色散，比如，大于0.1ps／nm·km，则可有效地抑制四波混合现象。为此，一种专门为高速超大容量波分复用系统设计的新型光纤诞生了，这就是G.655，非零色散位移光纤。

　　G.655光纤的零色散点不在1550nm附近，而是向长波长或短波长方向位移，使得1550nm附近呈现一定大小的色散（ITU—T规范为0.1-6ps／nm·km）。这样，可大大减轻四波混合的影响，有利于密集波分复用系统的传输。但同时，也要控制1550nm附近的色散值不能太大，以保证速率超过10Gbit／s的信号可以不受色散限制地传输300km以上。根据零色散点出现的位置的不同，G.655光纤在1530nm－1565nm的工作区内所呈现的色散值也不同。零色散点在1530nm以下时，在工作区内色散值为正值，这种正色散G.655光纤适合陆地传输系统使用；零色散点在1565nm以上时，在工作区内色散值为负值，这种负色散G.655光纤适合海底传输系统使用。

　　上述三种光纤的主要技术规范见表1。

表1　ITU-T关于光纤的主要规范

光纤种类	G.652光纤	G.653光纤	G.655光纤	大有效面积光纤
模场直径（标称值）	8.6-9.5μm 变化不超过±10％	7-8.3μm 变化不超过±10％	8-11μm 变化不超过±10％	9.5μm 变化不超过±10％
模场直径（标称值）	8.6-9.5μm 变化不超过±10％	7-8.3μm 变化不超过±10％	8-11μm 变化不超过±10％	9.5μm 变化不超过±10％
模场同心度偏差	≤1μm	≤1μm	≤1μm	≤1μm
2m长光纤截止波长λc	≤1250nm	--	≤1470nm	--
22m长光缆截止波长λcc	≤1260nm	≤1270nm	≤1480nm	--
零色散波长	1300-1324nm	1500-1600nm	--	--
零色散斜率	≤0.093ps／nm（的平方）km	≤0.085ps／nm（的平方）km	--	≤0.1ps／nm（的平方）km
最大色散系数	≤20ps／nm·km (1525-1575nm)	≤3.5ps／nm·km (1525-1575nm)	0.1-6.0ps／nm·km (1530-1565nm)	1-6.0ps／nm·km (1530-1565nm)
最大色散系数	≤20ps／nm·km (1525-1575nm)	≤3.5ps／nm·km (1525-1575nm)	0.1-6.0ps／nm·km (1530-1565nm)	1-6.0ps／nm·km (1530-1565nm)
包层直径	125±2μm	125±2μm	125±2μm	125±2μm
典型衰减系数（1550nm）	0.17-0.25dB／km	0.19-0.25dB／km	0.19-0.25dB／km	0.19-0.25dB／km
1550nm的宏弯损耗	≤1dB	≤0.5dB	≤0.5dB	≤0.5dB
适用工作窗口	1310nm和1550nm	1550nm	1550nm	1550nm

　　表1中提及的大有效面积光纤是一种改进型G.655光纤。其模场直径比一般的G.655光纤大，光有效面积达72μm（的平方）以上，可承受更高的入射光功率。由于光纤的非线性效应与入射的光功率密度成正比，而功率密度又与纤芯的有效面积成反比，因而这种光纤可以更有效地克服非线性效应。同时，这种光纤的色散系数规范也大为改进，提高了下限值，使之在1530nm－1565nm窗口内处于1至6ps／nm·km，从而进一步减小四波混合的影响。因而这种光纤非常适合高速率的DWDM系统，从目前看，大有效面积G.655光纤将成为今后长途骨干传输网的首选光纤。

摘自《电信工程技术与标准化》2001.2

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