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新型光纤及其标准

摘要   光纤是光纤通信系统中最基础的传输物理媒质，由于信息传送需求的不断增长，对光纤通信系统提 出了新的要求。于是，系统自然要对光纤提出新的要求。原有各种类型的光纤不能适应这种新的需求，人们就 会研究开发新型光纤以满足系统的要求。本文在简述了光纤的发展历程及新型光纤产生的背景之后，介绍了 G.652D、G.655C和G.656三种新型光纤的主要特性以及它们的标准制订情况。 　　
关键词 光纤通信 光纤 标准 

1 概 述
　　自1966年“光纤之父”高锟博士预言光纤可以用于通信至今，已经过去了37个年头，光纤通信系统也已经 实用了28年，如今可以说进入了光纤通信技术发展的顶峰时期。系统的发展是与应用密切相关的，系统和光电 子器件的进步又对光纤提出了新的要求，促进了光纤技术的发展。1975年第一个实用的光纤通信系统是应用于 市话中继，而且当时的速率是45Mbit/s，所使用的是多模光纤，而且应用在850nm的短波长窗口。随着光纤通信 系统的应用从市话扩展到长途，光纤850nm窗口的衰减显然较大，当时又研制成功了1300nm的长波长器件，于是 就产生了应用1300nm窗口的长波长光纤通信系统，这些系统都还是使用G.651规范的多模光纤。随着传输距离进 一步延伸和传输速率的提高，多模光纤已经不能满足系统要求。当单模激光器研制成功的时候，G.652单模光纤 也应运而生。而且由于光纤的1550nm窗口的衰减比1310nm窗口的衰减低，所以更高速率系统由于光接收灵敏度 的降低又希望保持一定的传输距离，逐步转到1550nm窗口来应用。
　　从系统的角度来说，2.5Gbit/s以下的系统一般为衰减限制系统，而10Gbit/s及其以上速率的系统为色散限 制系统。从衰减尽可能小的方面看，10Gbit/s及其以上速率的系统应工作在1550nm窗口，但G.652光纤在该窗口 的色散太大，达到18~20ps/nm·km，传输距离被限制在70~80km左右。能否使光纤在1550nm窗口的衰减又小而色 散也小呢，没问题，当时研制出来的G.653色散位移光纤，就是在G.652光纤的基础上，将零色散点从1310nm窗 口移动到1550nm窗口实现的。但是当DWDM系统大量推广应用时发现，由于EDFA在DWDM中的使用，使进入光纤的 光功率有很大的提高，会使光纤产生非线性效应。由于G.653光纤在1550nm窗口的色散值太小，使得在G.653光 纤上工作的DWDM系统受四波混频效应的影响太严重。虽然可以采用非均匀波道间隔、色散支持技术等方法来克 服，但毕竟使系统变得复杂，或者还减少了有效使用波道数，所以并不理想。G.652光纤在1550nm窗口的色散较 大，足以抑制四波混频现象，但因色散太大，不利于以10Gbit/s及其以上速率为基础的DWDM系统长距离传输。 虽然可以采用色散管理等技术来解决，也并不方便。所以人们就去寻求一种使光纤在1550nm窗口的色散既不很 大、又不为零的解决方案，这就是当时称为G.65x，后来规范为G.655的非零色散位移光纤。而且各个不同的光 纤厂家又设计制造出多种不同的G.655光纤，如大有效面积、低色散斜率等等。
　　实际上，10Gbit/s及其以上速率的系统在光纤中的传输距离不仅受通常光纤的色度色散限制，更严重的是 受偏振模色散PMD的限制，普通G.652光纤和G.655光纤的PMD较大且具有统计特性，系统补偿比较困难。为了满 足高速率系统的要求，在2000年10月G.652光纤 和G.655光纤的标准修订的时候，将G.652光纤细分为G.652A、 G.652B、G.652C三种类型。规定G.652A光纤只能支持2.5Gbit/s及其以下速率的系统（对缆内光纤的PMD系数不 提要求），G.652B光纤可以支持10Gbit/s速率的系统（粗略地说，要求缆内光纤的PMD系数小于0.5ps/km1/2） 。类似地，G.655光纤也相应划分为G.655A光纤和G.655B光纤，前者可支持波道间隔为200GHz以上的DWDM系统， 后者可以支持波道间隔为100GHz及其以下的DWDM系统，并能支持10Gbit/s 传输400km以上的距离。同时由于光 纤制造工艺的不断成熟，特别是脱水工艺的改进，使原来在1380nm附近出现的水吸收峰基本消失，使得G.652光 纤从1260nm到1670nm的整个范围都可用以通信。于是把这种光纤命名为G.652C光纤，G.652C光纤也可以支持 10Gbit/s速率的传输。
　　当在光纤上传输的单信道速率达到40Gbit/s或对于以40Gbit/s为基础的WDM系统，PMD的影响更为显著，必 须进一步严化对光纤的PMD指标的要求。另一方面，10Gbit/s系统已成为光纤传输的主流速率，希望所有的光纤 包括G.652A、G.655A都能支持10Gbit/s系统的传输，对G.652B希望能支持10Gbit/s 传输3000km以上的距离，显 然也必须减小PMD的影响于是在2003年1月修订G.652光纤和G.655光纤标准时，不仅对原G.652A、G.652B、 G.652C以及G.655A、G/655B的指标做了调整，又定义了两种新型的光纤G.652D和G.655C光纤。
　　初期的DWDM系统通常工作在C波段（1530~1565nm），然而，C波段只有35nm的范围，即使采用0.4nm的波道 间隔，在1529~1560也只能安排80个波道。要进一步增加波道数，就必须增大可利用的波长范围，例如可以把L 波段（1565~1625nm）利用起来，这样，就有95nm的范围可利用。由于1600~1625nm范围光纤的色散太大，所以 在L波段1570~1603nm范围内可安排80个间隔为0.4nm的波道。C+L波段可以实现160波的系统。要继续增加波道数 ，当然可以再减小波道间隔，但波道间隔的减小是有限度的，一方面增大了去复用的难度，另一方面太小的间 隔使每个波道可传送的速率受到较大的限制。所以寄希望于再扩大可利用波长范围。G.652C光纤的可用波长范 围达410nm，但整个范围内色散的变化太大，系统进行补偿的难度和代价太大。于是人们想到，利用S+C+L三个 波段，为了减少系统的麻烦，又应让光纤在这个范围内色散的变化维持在一个较小的范围，这就引出了对另一 种新型光纤的研究，ITU-T把这种光纤命名为G.656光纤。
　　本文在下面的部分主要介绍对G.652A、B、C，G.655A、B光纤的新要求和三种新型光纤G.652D、G.655C和 G.656的特性及其标准。 
2 G.652D光纤

　如前所述，对于10Gbit/s 及其以上速率的高速系统来说，PMD对其传输距离的影响极大，从表1中可以看出 ，要支持统传输距离达400km，则PMDQ必须小于0.5 ps/Ökm，此时可支持40Gbit/s系统的甚短距离2km的应用。 当PMDQ小于0.20 ps/Ökm时，10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上，40Gbit/s系统传输距离可达80km以上。当 PMDQ小于0.10 ps/Ökm时，10Gbit/s系统传输距离可大于4000km，而40Gbit/s系统传输距离可达400km以上。在2003年1月修改G.652光纤标准时，希望全面提高G.652光纤的特性，至少都要支持10Gbit/s的长途应用，对 G.652B要求支持40Gbit/s的长途应用，所以开始提出G.652B的PMDQ应小于0.10ps/Ökm。后来基于考虑40Gbit/s 的应用主要从城域网开始，10Gbit/s系统的传送在3000km左右已经可以覆盖大部分应用情况，所以放宽到0.20 ps/Ökm。经过调整过的各类G.652光纤的特性为：G.652A支持10Gbit/s系统传输距离可达400km，10Gbit/s以太 网的传输达40km，支持40Gbit/s系统的距离为2km。相应的参数指标如表2所示。
表2 G.652A光纤参数指标

对于G.652B型光纤，必须支持10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上，40Gbit/s系统的传输距离为80km。 相应的参数指标如表3所示。 
表3 G.652B光纤参数指标

　对于G.652C型光纤，基本属性与 G.652A相同，但在1550nm的衰减系数更低，而且消除了1380nm附近的水吸 收峰，即系统可以工作在1360~1530nm波段。相应的参数指标如表4所示。 
表4 G.652C光纤参数指标 

为了使无水吸收峰光纤也能支持G.652B所支持的那些应用，必须对无水吸收峰光纤的PMDQ提出更严的要求 ，因此有必要定义一种新的光纤类型，即G.652D型光纤。这种光纤的参数指标如表5所示。可以看出，G.652D型 光纤的属性与G.652B光纤基本相同，而衰减系数与G.652C光纤相同，即系统可以工作在1360~1530nm波段。 
表5 G.652D型光纤参数指标 

3 G.655C光纤
　　G.655光纤是为适于DWDM的应用而开发的。2000年版的G.655标准只将其分为A、B两种类型。类似于对G.652 各类型光纤的要求全面提高，对G.655的A、B两类光纤的要求也都提高了，分别如表6和表7所示。也就是说，虽 然新的G.655A光纤仍只能支持200GHz及其以上间隔的DWDM系统在C波段的应用，却已经可以支持以10Gbit/s为基 础的DWDM系统了。而新的G.655B光纤可以支持以10Gbit/s为基础的100GHz及其以下间隔的DWDM系统在C和L波段 的应用。 
表6 G.655A型光纤参数指标 

表7 G.655B型光纤参数指标

为了既能满足100GHz及其以下间隔DWDM系统在C、L波段的应用，又能使N×10Gbit/s系统传送3000km以上， 或支持N×40Gbit/s系统传送80km以上，就规范了一种新的G.655C型光纤。这种光纤的特性如表8所示。可以看 出除了PMDQ为0.20 ps/*km之外，它的其他属性和G.655B是一样的。 
表8 G.655C型光纤参数指标

4 G.656光纤
　　2002年，日本NTT公司和CLPAJ公司提出了应规范一种适用于DWDM系统S+C+L波段应用的新型光纤，即在 S+C+L波段为非零色散的光纤，得到各国专家的广泛支持。经过9个月的研究，提出了这种光纤的基本规范，各 公司对这种光纤也都开展了研究，提出了对一些关键指标取值的建议。在激烈的讨论之后，除少数参数外（虽 然少数，却很关键），基本达成了一致的意见，并把这种新型光纤命名为G.656光纤。目前提出的有关G.656光 纤的规范如表9所示。
　　表9中对模场直径MFD和色散系数还有不同的意见。这两个参数的取值涉及许多与应用有关的方面，两个值 之间也是关联的。例如，MDF与光纤熔接损耗、色散系数、有效面积、非线性效应等都有关。色散系数更直接影 响到系统特别是高速系统的受限传输距离、密集波分复用系统的四波混频等非线性效应等。对于不同的应用， 例如是城域还是长途，CWDM还是DWDM等，考虑的出发点不同，对取值的选取自然有所不同。笔者的观点是：既 然应用有所区别，就应该允许参数值有差异。因此比较妥善的解决方案是不必强求用一组指标来满足所有的应 用，可以把G.656光纤也分为A、B等不同类型，分别规范适宜于其应用的相应指标，则可以实现各得其所。 
表9 G.656型光纤参数指标

5 结 语
　　光纤技术在30多年来，有了很大的发展，特别是光纤制造工艺水平的不断提高，使光纤的质量、成品率极 大地提高，光纤的成本也在不断下降，为系统的应用提供了较有利的条件。反过来，系统应用的种类和范围不 断扩大，也对光纤提出了新的要求。为了满足系统的应用，不断开发出新的光纤类型。G.655和G.656光纤的出 现，就是很好的例证。事物的发展、变化总是无止境的，光纤技术的发展也不会停滞不前。我们不仅要密切注 意和跟踪它的发展，适时做出各种新型的光纤。还希望光纤领域的同行们与系统的专家们密切结合，提出适合 于新的应用的新型光纤，为我国光纤通信技术的发展，做出新的更大的贡献。