1、光纤的发展及其在城域网中选型的考虑光纤的传输速率、传输距离受光纤的传输损耗、光纤的色散特性和光纤非线性等的影响。为了进一步提高光纤的传输容量和光纤的传输速率，对光纤的设计参数和制造方法进行了进一步的改进。由此，已经制造出色散特性得到改善的、更适合于大容量和长距离传输的新一代光纤。这些新类型的光纤包括非零色散位移光纤（NZ-DSF，也称作 G.655型光纤）、大有效面积 G.655 型光纤、色散平坦的 G.655 型光纤和全波光纤等。一、 各种光纤的发展1.G.652 型光纤G.652 型光纤的损耗特性具有三个特点：（l）在短波长区内的衰减随波长的增加而减小，这是因为在这个区域内，与波长的 4
2、次方成反比的瑞利散射所引起的衰减是主要的；（2）损耗曲线上有羟基（ OH-）引起的几个吸收峰，特别是 1.385m 上的的峰；（3 ）在 1.6m 以上的波长上由于弯曲损耗和二氧化硅的吸收而使衰减有上升的趋势。因此，在 G.652 型光纤内有 3 个低损耗窗口的波长，即 850nm， 1310nm 和 1550nm.其中损耗最小的波长是 1550nm.在 G.652 型光纤中，其零色散波长为 1310nm，也就是在光纤损耗第二小的这个波长上。对损耗最小的 1550nm 波长而言，其色散系数大约为 17 ps/（km.nm ）。2.G.655 型光纤G.652 型光纤为光信号的传输提供了很高的带
3、宽，但是它的不令人完全满意之处在于其零色散波长在光纤损耗第二小的这个波长上，而没有在损耗最小的 1550nm 波长上。而这个特性对一个光纤通信系统来说意味着：如果这个光纤通信系统对损耗特性是最优的，那么它对色散限制特性就不是最优的；如果这个光纤通信系统对色散特性是最优，那么它对损耗限制特性就不是最优的。为了使光纤通信系统对损耗限制特性和色散限制特性都是最优的，人们又研制出色散位移光纤（DSF），即将光纤的零色散波长从 1310nm 处移动到1550nm 处，而光纤的损耗特性不发生变化。也就是将零色散波长移动到损耗最小的波长上。但是零色散波长最大的问题是容易产生四波混频现象，所以为了避免产生四波
4、混频非线性的影响，同时又使 1550nm 处的色散系数值较小，就产生了 NZ-DSF 光纤。NZ-DSF 光纤的色散值大到足以允许 DWDM 传输，并且使信道间有害的非线性相互作用减至最低，同时又小到足以使信号以10Gbit/s 的速率传输 300 至 400 公里而无需色散补偿。按照光纤在 1550nm 处的色散系数的正负，G.655 型光纤又分为两类：正色散系数 G.655 型光纤和负色散系数 G.655 型光纤。典型的 G.655 光纤在1550nm 波长区的色散值为 G.652 光纤的 1/41/6，因此色散补偿距离也大致为 G.652 光纤的 46 倍，色散补偿成本（包括光放大器、色
5、散补偿器和安装调试）远低于 G.652 光纤。另外，由于 G.655 光纤采用了新的光纤拉制工艺，具有较小的极化模色散，单根光纤的极化模色散一般不超过 0.05ps/km1/2.即便按 0.1ps/km1/2 考虑，这也可以完成至少 400km 长的 40Gbit/s 信号的传输。3. 大有效面积光纤高速传输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。光纤的非线性包括自相位调制、交叉相位调制和四波混频，光纤的有效面积是决定光纤非线性的主要因素。NZ-DSF 光纤大大地改善了光纤的色散特性，但是因为光纤特定折射率的
6、分布与普通的 SMF 光纤不同，所以，与普通 SMF 光纤相比，其模场直径变小，相应地，其有效面积也减小。在连接有效面积小的光纤时，更容易产生较大的插入损耗，所以对光纤接头的要求更高；同时，有效面积小的光纤更容易产生非线性。理论研究表明，增加光纤有效面积能减低所有的非线性。所以，增大有效面积是一种减低所有光纤非线性效应，从而改进系统性能的有效方法。例如，美国康宁公司所生产的 Leaf 光纤，光纤的有效面积达 72m2 以上，与 G.652 光纤的接近，同时其弯曲性能、极化模色散和衰减性能均可达到常规G.655 光纤水平，而且色散系数的下限值已经提高，使之在 15301565nm 窗口内处于 2
7、 6ps/（nm.km）之内，而在 15651625nm 窗口内处于4.511.2ps/（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 72m2 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.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
8、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。4.低色散斜率光纤色散对光脉冲信号传输的影响是促使光脉冲信号的宽度增加。在 WDM 传输系统中，由于色散的积累，各通路的色散都随传输距离的延长而增大。然而，由于色散斜率的作用，各通路的色散积累量是不同的，其中位于两侧的边缘通路间的色散积累量差别最大。当传输距离超过一定值后，具有较大色散积累量通路的色散值超标，从而限制了整个 WDM 系统的传输距离。当 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15301565nm 扩展到 15301625nm 时，如果色散斜率仍维持原来的
9、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10Gbit/s 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 光纤成为必要。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 C 波段和 L 波段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
10、（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 15301565nm 波长范围的色散值为2.66.0ps/（nm.km），在 15651625nm 波长范围的色散值为4.08.6ps/（nm.km）。其色散随波长的变化幅度比其它非零色散光纤要小3555，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，在低于 8.6ps/（nm.km）时仍然可以使10Gbit/s 信号传输足够远的距离而
11、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。5.全波光纤全波光纤也可称作无水峰光纤，它几乎完全消除了内部的氢氧根（OH）离子，从而可以比较彻底地消除由之引起的附加水峰衰减。光纤衰减将仅由硅玻璃材料的内部散射损耗决定，在 1385nm 处的衰减可低至 0.31dB/km.由于内部已清除了氢氧根，因而光纤即便暴露在氢气环境下也不会形成水峰衰减，具有长期的衰减稳定性。因为它消除了 OH 损耗所产生的尖峰，所以与普通 G.652光纤相比，全波光纤具有以下优势。（1）在 1400nm
12、处存在较高的损耗尖峰，所以普通 G.652 光纤仅能使用1310nm 和 1550nm 两个窗口。由于 1310nm 处的色散为零，在这个波长窗口仅能够使用一个波长，所以理想情况下，普通 G.652 光纤除 1310nm 窗口外，还可以使用 1530nm-1625nm 的波分复用窗口。而全波光纤消除了水峰，所以理想情况下，全波光纤覆盖 G.652 全部波段以外，还可开辟 1400nm 窗口，所以它能够为波分复用系统（WDM）提供自 1335-1625nm 波段的传输通道。（2）在 1400nm 波段，全波光纤的色散只有普通光纤在 1550nm 波段的一半，所以对于高传输速率，全波光纤 1400
13、nm 波段的无色散补偿传输距离将比传统的 1550nm 波段的无色散补偿传输距离增加 1 倍。（3）因为全波光纤可以使用 1310nm、1400nm 和 1550nm 三个窗口，所以全波光纤将有可能实现在单根光纤上传输语音、数据和图象信号，实现三网合一。（4）全波光纤增加了 60的可用带宽，所以全波光纤为采用粗波分复用系统（CWDM）提供了波长空间。例如， 1400nm 窗口的波长间距为 2.5nm 时，就可以提供 40 个粗波分复用波长，而 1550nm 窗口提供 40 个波长时，其波长间距为 0.8nm.显然，1400nm 粗波分复用的波长间距比传统的间距更宽，而更宽的波长间距使系统对元器
14、件的要求大大降低，所以 CWDM 的价格低于DWDM 的价格，从而使电信运营商的运行成本降低。目前，全波光纤的标准化工作取得了很大的进展，已经获得了国际技术标准的支持。1999 年 7 月，美国电信协会（TIA）投票通过了低水峰光纤的详细指标。1999 年 10 月，国际电器技术协会（IEC）第一工作组通过了将低水峰光纤纳入 B.13 新光纤类别。1999 年 10 月，ITU-T 第 15 专家小组在日本奈良通过了将低水峰光纤（全波光纤）纳入到 G.652 增补项。所以，全波光纤已经解决了缺乏标准支持的问题。开辟 1400nm 窗口必须要有一系列有源和无源器件的支持。目前适用于这一波长区的光
15、源有 EA、DFB 和 FP，光接收器件有 PD 和 APD，光放大器有拉曼放大器和量子阱半导体光放大器，无源器件有薄膜滤波器、光纤布拉格光栅等等。因此，开发和利用光纤 1400nm 传输窗口的条件和时机已比较成熟。目前，1400nm 波段商用化也取得了一定的进展。例如，朗讯科技将有两套使用 1400nm 窗口的 WDM 系统面市。一套是在 WaveStar AllMetro 系统中增加 1400nm 窗口，此系统可在一根光纤中传输 1400 和 1550nm 两窗口的信号。此系统具有光放系统，应用在高速率的大城市骨干环网。第二套是1400nm 城市接入网系统 Allspectra 系统。此系统使用粗波分复用（大约 20nm信道间隔），使用全波光纤可提供 16 或更多的波长信道，而普通光纤只能提供大约 10 个信道。此粗波分复用产品应用在短距离环网（40 公里以内）。
