光网络使用的各种光纤技术现状分析

光纤在各种光网络中的实际应用决定了对光纤技术性能的要求。对于短距离光传输网络，考虑的重点是适合激光传输和模式带宽更宽的多模光纤，以支持更大的串行信号信息传输容量。

对于长距离海底光缆传输系统而言，为了减少价格昂贵的光纤放大器数量应重点考虑采用具有大模场直径面积和负色散的光纤增大传输距离。

而对陆上长距离传输系统考虑的重点是能够传输更多的波长，而且每个波长都尽可能以高速率进行传输，同时还要解决光纤的色散问题，即使光纤的色散值随波长的变化达到最小值。

对于局域网和环形馈线来说，由于传输的距离相对比较短，考虑的重点是光网络成本而不是传输成本。就是说要解决好光纤传输系统中上/下路的分/插复用问题，同时还必须把插/分波长的成本降至最低。

传输用光纤

光纤技术在传输系统中的应用，首先是通过各种不同的光网络来实现的。截止目前，建设的各种光纤传输网的拓朴结构基本上可以分为三类：星形、总线形和环形。而进一步从网络的分层模形来说，又可以把网络从上到下分成若干层，每一层又可以分为若干个子网。也就是说，由各个交换中心及其传输系统构成的网与网还可以继续化分为若干个更小的子网，以便使整个数字网能有效地通信服务，全数字化的综合业务数字网(ISDN)是通信网的总目标。ADSL和CATV的普及、城域接入系统容量的不断增加，干线骨干网的扩容都需要不同类型的光纤担当起传输的重任。

色散补偿光纤(DCF)

光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。色散补偿光纤是在传输系统中用来解决色散管理的一种技术。

非色散位移光纤(USF)以正的材料色散为主，它与小的波导色散合并以后，在1310nm附近产生零色散。而色散位移光纤(DSF)和非零色散位移光纤(NZDSF)是采用技术手段后，故意把光纤的折射率分布设计为可产生与材料色散相比的波导色散，使材料色散和波导色散相加后，DSF的零色散波长就移到了1550nm附近。1550nm波长是当前通信网中应用最多的一个波长。在海底光缆传输系统中，则是通过把两种分别具有正色散和负色散的光纤相互结合来组成传输系统进行色散管理的。随着传输系统的距离增长和容量的增加，大量的WDM和DWDM系统投入使用。在这些系统中，为了进行色散补偿又研制出了可在 C波段和L波段上工作的双包层和三包层折射率分布的DCF。在C波段上可进行色散补偿的SMF的色散值为60 65Ps/nm/km，其有效面积(Apff)达到23 28m2，损耗为0.225 0.265dB/km。

放大用光纤

在石英光纤芯层内掺杂稀土元素就可以制成放大光纤了，如掺铒放大光纤(EDF)，掺铥放大光纤(TOF)等等。放大光纤与传统的石英光纤具有良好的整合性能，同时还具有高输出、宽带宽、低噪声等许多优点。用放大光纤制成的光纤放大器(如EDFA)是当今传输系统中应用最广的关键器件。EDF的放大带宽已从C波段(1530 1560nm)扩大到了L波段(1570 1610)，放大带宽达80nm。最新研究成果表明EDF也可在S波段(1460 1530)进行光放大，且已制造出感应喇曼光纤放大器，在S波段上进行放大。

对于L波段(1530 1560nm)放大光纤，在高输出领域已研发出了双包层光纤。其中第一包层多模传输泵浦光，在纤芯单模包层传输信号光并掺杂钉(Yb)作感光剂，以增大吸收系数。

在解决光纤的非线性方面，采用共参杂Yb或La(镧)等稀土元素制作出EYDF光纤。这种光纤几乎无FWM发生。这是因为Yb离子与Er离子集结后增大了Er离子间的距离，解决了由于Ev离子过度集中集结而引起的浓度消光，同时也增加了Er离子掺杂量，提高了增益系数，从而降低了非线性。

对于L波段(1570 1610nm)放大光纤，已报导日本住友电工研发的采用C波段EDF需要长度的1/3短尺寸EDF而扩大到L波段的EDF。制作成功适合40Gb/s高速率传输，总色散为零的L波段三级结构光纤放大器。该放大器第一段为具有负色散的常规EDF，而第二、三段波长色散值为正值的短尺寸EDF。

对于S波段(1460 1530nm)放大光纤，日本NEC公司采用双波长泵浦GS-TD FA进行了10.92Tb/s的长距离传输试验，利用1440nm和1560nm双波长激光器(LD)实现了29%的转换率;NTT采用单波和 1440nm双通道泵浦激光器实现了42%的转换率(掺铥浓度为6000ppm);Alcatel公司采用1240和1400nm多波喇曼激光器实现了 48%转换率，同时利用800nm钛兰宝石激光器和1400nm多级喇曼激光器双波长泵浦实现了50%的转换率，最新报导日本旭硝公司又提出了以铋(Bi)族氧化物玻璃为基质材料的S波段泵浦放大方案。简而言之，需要解决的主要技术课题是如何降低声子能量成份的掺杂量和提高量子效率问题。

超连续波(SC)发生用光纤

超连续波是强光脉冲在透明介质中传输时光谱超宽带现象。做为新一代多载波光源受到业界广泛关注。从1970年Alfano和shapiro在大容量玻璃中观察到的超宽带光发生以来，已先后在光纤，半导体材料、水等多种多样物质中观察到超宽带光发生。

采用单模光纤的SC光源就是应用上述复数光源方法进行解决技术课题的一个有效手段。

1997年，日本NTT公司研发成功双包层和4包层折射率分布结构，芯经沿长度方向(纵向)呈现锥形分布，具有凸型色散特性的光纤。2000年又研发成功采用SC光的保偏光纤(PM-SC光纤)。

高非线性SC光纤大都采用光子晶体纤维和锥形组径纤芯纤维的高封闭结构，光子晶体纤维制造技术已取得了新的突破，今后的研究方向是低成本SC光纤制造技术及如何在下一代网络中具体应用。

来源：IT168