网络中的光纤和单模光纤的混合

詹姆斯 J.Refi

　　在今天已建成的网络中可发现各种类型的单模光纤。象IEC和ITU这样的标准组织已认可了四种单模光纤：色散非位移光纤(G.652)、色散位移光纤(G.653)、截止波长位移光纤(G.654)和非零色散光纤(G.655)。此外，有两种G.652光纤（传统的和低水峰），和无数的商用G.655光纤（小的、中等的和大的有效区域；低的、中等的和高的色散斜率；负的和正的色散），有时会在一个网络中使用。当将TrueWave RS光纤同色散非位移和其他非零色散光纤混合时，应评价几个方面的指标，包括：（1）接续损耗，（2）单向OTDR异常，（3）链路色散，（4）链路色散斜率，（5）截止波长，（6）非线性效应。

接续损耗

　　当两个光纤彼此通过连接器或接头连接起来时，模场直径(MFDs)和折射率分布的不同将对接续损耗产生影响。由于模场直径制造偏差(对商用光纤是从±0.4到 ±1.0 ?m)即使对同一家的产品也会产生熔接损耗，但是当接续不同的光纤类型时，损耗的增加将更加显著。

　　连接两种具有不同MFD的光纤时增加的损耗可用下式来计算：

　　这表明：额定MFD为8.4μm的TrueWave RS光纤同OFS的MFD为9.7μm凹陷包层光纤在1550纳米上连接时，理论上增加的接续损耗为0.09dB。当与其他厂家的不同类型光纤混接时，其附加熔接损耗将更高，数据表明这种损耗可高达0.15dB。

　　尽管0.15 dB是个显著的额外损耗（相当于750米的光纤），但这种传输接续通常在一个放大器间距内只发生两次-每端一次-TrueWave RS光纤被接入户内或建筑物内使用凹陷包层光纤的外部设备。

　　由于MFD不同的光纤混接将导致附加损耗会在连接器接头处及光纤熔接处产生，因此，不同光纤类型间的转换次数应减至最小。

单向OTDR异常

　　光时域反射计(OTDR)衡量的是被反射的功率，而不是发射功率。由于光纤反射的功率取决于它的MFD，当测量接续点的衰减时，OTDR可产生出异常的读数。OTDR误差可由下式得出。

　　这个等式表明如果接续点后光纤的MFD (MFD2)大于接续点前(MFD1)，OTDR误差就是正的。这种对真实接续损耗的正误差就导致了不真实的被放大了的读数。

　　如果接续点后的光纤的MFD小于接续点前的光纤，OTDR误差就是负的。这种负的误差同真实的接续损耗相加就会导致读数变小，在有些情况下，甚至会出现增益而不是损耗！这种众所周知的单向异常OTDR行为需要在两个方向对接续点进行测量，将两个损耗进行平均就得到了接续点的实际损耗。

　　由于具有不同的额定MFD，TrueWave RS光纤同其他光纤类型混合将产生较大的OTDR误差。表2示出了利用公式（2）计算出的理论误差值

链路色散

　　除了MFD，单模光纤间存在的另一种差别是色散。色散衡量了不同波长在光纤中以不同的速度传播的趋势。
　　如果色散太大，数字脉冲将变宽并与临近的脉冲相干扰-这样就会使误码率增加。因此，色散限制了没有再生或校正的数字信号的传输距离。对使用了1550纳米的、非归零(NRZ)信号形式的外调制分布反馈激光器的数字系统，这种最大距离即“色散限制距离”的近似计算方法

　　等式（3）表明了当传送2.5 Gb/s的信号时，匹配的和凹陷包层光纤（色散是17ps/nm·km）的色散受限距离是980公里。这样的距离通常是足够长的。然而，当速率为10Gb/s时，色散受限距离为61公里，在较长距离上的无再生传输需要使用色散管理技术，如色散补偿。由于这些技术会导致额外的复杂性和成本，因此开发出了TrueWave RS光纤和其他的非零光纤，它们要比标准的单模光纤(G.652)拥有较低的色散。表3示出了不同单模光纤在10Gb/s时的额定色散受限距离。

　　由于不同的光纤具有不同的色散受限距离，包含有两种混合光纤的路由的限制距离也将发生变化。一个包含·iTW公里TrueWave RS光纤和iMC公里匹配包层光纤的路由的平均色散系数为(4.4·iTW+17.MC)/(iTW+iMC)。例如，如果一个100公里的链路（一系列光缆）包括75公里的TrueWave RS光纤和25公里的匹配包层光纤，那么链路的平均色散系数是7.55ps/nm km,在10Gb/s.的色散限制距离是138公里。

　　对于大多数运营在10Gb/s上的长途应用来说，表3中所示的色散受限距离太短，所以要通过色散补偿来延长距离。通常，补偿是通过周期性地加入色散补偿光纤(DCF)模块来实现的，用负色散来抵消传输光纤中的正色散。DCF模块通常有不同的色散量级，合适的模块取决于链路的总色散。下例讨论TrueWave RS光纤和匹配光纤的混合对DCF模块选择的影响。

　　以运营在10Gb/s的100公里长的TrueWave RS光纤为例，在1550纳米上链路的总额定色散是440ps/nm。一个10 Gb/s传输设备的制造商建议选择一个可补偿85%色散的DCF模块－0.85×440=374ps/nm。由于模块的色散值是离散的，有必要选择一个最接近于计算出的374ps/nm值的模块。

　　现在考虑一个包含了75公里的TrueWave RS光纤和25公里匹配包层光纤的混合路由，总额定色散是4.4×75+17×25 =755ps/nm，该数值的85%是642ps/nm，需要一个DCF-40模块。

　　总之，根据其他光纤类型的色散值，TrueWave RS光纤同其他光纤的混合需要使用不同的DCF模块。

链路色散斜率

　　前一部分讨论了光纤类型混合对选择与1550纳米上的链路色散相匹配的DCF模块的影响。然而，密集波分复用(DWDM)系统在一系列波长上运营，在这些波长上的光纤色散同1550纳米上的不同。图1示出了一些光纤的色散是如何随着波长而变化的。

　　色散对波长的变化可以用1550纳米上的光纤色散斜率S1550来衡量。不同的光纤有不同的斜率，低斜率光纤比较容易在较宽的波长范围上补偿。表4列出了一些光纤的色散斜率。

　　这些传输光纤的色散斜率是正的，因此，DCF模块的色散斜率应是负的，以便可在较宽波长范围上对色散进行补偿。一个模块补偿传输光纤的色散斜率的能力可以用相对色散斜率(RDS)来衡量，RDS是1550纳米上斜率对色散的比率。理想状态下，一个DCF模块的RDS应与传输光纤的RDS相等。

　　利用这个公式，对标准单模光纤，标准的DCF仅可补偿63%的色散斜率，而宽带DCF可补偿100%。高斜率 DCF可补偿65%的TrueWave RS光纤的色散斜率,但仅可补偿30%的增强LEAF光纤的色散斜率。超高斜率DCF可补偿96%的TrueWave RS光纤的色散斜率，但仅可补偿44%的增强LEAF光纤的色散斜率。

　　混合光纤链路的RDS可通过长度加权的斜率与色散的比率来求得。对于包含了75公里的TrueWave RS光纤和25公里匹配包层光纤的100公里链路，长度加权斜率是(75×0.043+25×(0.060)/100=0.0475，长度加权色散是(75×4.4 + 255×17)/100=7.55，因此，RDS是0.0063。因为这个数值基本等于高斜率 DCF的RDS，所以混合光纤路由要比纯TrueWave RS光纤路由有较好的斜率匹配。

截止波长

理论上，截止波长描述了光纤从多模变为单模时的波长。对于单模运行系统，单模光纤的截止波长应低于系统运营波长。

　　ITU建议，对于色散非位移(G.652)光纤光缆截止波长不应超过1260纳米，对于非零色散(G.655)光纤不应超过1480纳米。因此，G.652光纤具有同传统的传输设备运营在1310纳米波段的能力，一些G.655光纤却不具备这个能力。

　　尽管TrueWave RS光纤被优化用于1550纳米(C-波段)和1600纳米(L-波段) 的光窗，它的1260纳米的光缆截止波长允许其传送1310纳米(O-波段)的业务量。当同匹配的或凹陷包层光纤混合时，这个1310纳米的window被保留下来。然而，当与光缆截止波长超过1320纳米的G.655光纤混合时，1310纳米的window就不存在了。

非线性影响

　　光放大传输系统将受光纤中出现的一系列非线性受激散射和非线性折射等因素的影响。这些现象取决于光纤的有效面积、非线性折射率、布里渊散射、喇曼增益系数以及色散。由于发生在这些参数间的复杂的相互作用，通常要进行计算机仿真来评估给定的传输系统的光纤性能，传输设备供销商以“设计原则”形式提供的用于决定链路长度的结果。因此，评价混合光纤是如何影响链路的非线性特性的是很困难的。基于以上几点，下面给出一些一般的考虑。

　　具有较大MFD的光纤通常有较大的有效面积。因为这将导致较低的光纤功率密度，所以光纤可传送更多的光纤功率。由于在发射端光纤功率是最高的，所以当被放置在距发射机或放大器头20公里范围内时，大有效面积的光纤是有益的。

　　具有小的有效面积的光纤在分布式喇曼放大系统中的产生信号放大方面更有效。当使用喇曼放大时，小有效面积的光纤将受益。

　　由于可能出现的无数的非线性影响，混合光纤的放大器间距的长度，应根据在距发射机或放大器头20公里范围的主导光纤类型的比较保守的设计原则来选择。例如，对于一个一端是至少20公里的TrueWave RS光纤，另一端至少是20公里的G.652光纤的路由，间距长度应通过传输设备供销商提供的两种光纤类型的比较保守的设计原则来决定。

小结

　　市场上有许多种单模光纤， TrueWave RS光纤将不可避免地会同其他类型的光纤接合在一起。实际上，当外部设备TrueWave RS光缆进入中继站或者建筑物时，TrueWave RS光纤一般是与较短的色散非位移光纤混合。

摘自《通信市场》
　　将TrueWave RS光纤同其他类型的光纤混合时需要考虑五个方面的问题：（1）接续损耗，（2）单向OTDR异常，（3）链路色散，（4）链路色散斜率，（5）截止波长，和（6）非线性影响。除了最后一点，所有这些影响都可以量化。由于对最后一点非线性影响的评估需要详细的计算机分析，因此建议根据在距发射机或放大器头20公里范围内的主导光纤类型的比较保守的设计原则来设计间距。