光纖技術(shù)及其發(fā)展趨勢轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)
1.美國出現(xiàn)新興網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營公司
從1996年開始，美國出現(xiàn)了一批新型通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營公司，在全國范圍內(nèi)利用專用線路大規(guī)模建設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)，其目的很明顯，就是利用現(xiàn)有的路由提高自身的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力和價值。這些公司包括Level3，Qwest，Pathnet，Enron和PF.Net。其中PF.Net原是天然氣公司，利用其天然氣管道和石油管道資源擁有的57000km路由，初期準(zhǔn)備建立15000km光纖網(wǎng)，價值2億美元。全程全部采用朗訊科技的G.655真波光纖，第一階段工程計劃于2000年第一季度完成。近一兩年在美國新興的以經(jīng)營IP業(yè)務(wù)為主的電信公司正掀起新一輪大規(guī)模建設(shè)光纖網(wǎng)的高潮，僅全國性的新建長途網(wǎng)就達(dá)6個，計劃新敷設(shè)的光纖路由約20萬km。其動因主要是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是IP業(yè)務(wù)的爆炸式增長以及市場開放和競爭的加劇，造成核心網(wǎng)絡(luò)的容量再次成為緊缺商品。而且這種大規(guī)模建設(shè)正逐漸從長途網(wǎng)向中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)延伸，這就使得光纖芯數(shù)明顯增加。在美國，各新興運(yùn)營公司的干線網(wǎng)絡(luò)芯數(shù)為144芯到288芯，而接入光纖網(wǎng)更達(dá)到864芯。然而，采用電時分復(fù)用系統(tǒng)的擴(kuò)容潛力己盡，而光纖的全部可用帶寬僅僅利用了不到1％，為滿足將至的而且不斷增長的帶寬需求，WDM已成為必然選擇，以大幅度提高系統(tǒng)的傳輸容量，充分利用光纖的巨大帶寬資源。！
目前400Gbit／s（40×10 Gbit／s）系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用，而且朗訊科技貝爾實驗室已經(jīng)成功地實現(xiàn)了在300km真波光纖上傳輸32Tbit／s的實驗（80×40 Gbit／s），創(chuàng)造了長距離傳輸總?cè)萘孔罡叩氖澜缬涗?，揭示了波分?fù)用技術(shù)的巨大發(fā)展?jié)摿ΑＵ沁@種需求和技術(shù)的發(fā)展，為新一代光纖提供了舞臺?，F(xiàn)在的新興網(wǎng)絡(luò)公司在長途建設(shè)方面統(tǒng)一采用新一代的非零色散位移光纖（NZDF），特別是低色散斜率色散平坦光纖，如美國的Qwest和Pathnet公司，歐洲的Global Crossing和Viatel，南美的Impsat都采用了朗訊科技的真波RS光纖。在城域網(wǎng)建設(shè)方面，北美和歐洲都在大規(guī)模敷設(shè)全波光纖（文中將詳細(xì)介紹），其目的主要是為了轉(zhuǎn)售光纖或波長，上述各個網(wǎng)絡(luò)公司以及電力系統(tǒng)公司將自己網(wǎng)絡(luò)中的光纖／波長出租或者出售給需要的運(yùn)營公司及大用戶。
2.中國緊跟世界步伐
中國已經(jīng)走上了美國4年前的發(fā)展道路，國家下決心打破通信網(wǎng)絡(luò)的壟斷，大量新興光纖網(wǎng)絡(luò)公司出現(xiàn)（如網(wǎng)通等），全國正值大規(guī)模光纜敷設(shè)的前夕。當(dāng)前，隨著Internet的普及、IP的迅猛發(fā)展、CATV業(yè)務(wù)的拓展，以及網(wǎng)上購物逐步走向現(xiàn)實和商務(wù)對商務(wù)（B2B）通信業(yè)務(wù)需求的不斷攀升，光纖的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足使用的要求，于是資金大量投向光纖通信網(wǎng)絡(luò)，電力、鐵路、公路的路由必將成為爭奪的對象。中國電力系統(tǒng)漫長優(yōu)質(zhì)的電力傳輸網(wǎng)將具有不可估量的價值。當(dāng)前高芯數(shù)ADSS光纜的實際應(yīng)用（朗訊科技為配合電力光傳輸網(wǎng)的發(fā)展，已開發(fā)并具備了864芯ADSS的生產(chǎn)能力，而且432芯ADSS光纜已經(jīng)在電力桿塔上實際應(yīng)用）再加上新一代光纖（非零色散位移光纖和全波光纖），為中國的電力光纜網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了優(yōu)質(zhì)的選擇。 二、新一代光纖1.全波光纖
對于城市本地網(wǎng)來說，通信業(yè)務(wù)不斷增加，尤其是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的增大，使得城市光環(huán)需要有更大的傳輸帶寬，以迎接語音、圖像、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一時代的到來。對于長途干線，近來發(fā)展的G.655光纖可在長距離、高速率的波分復(fù)用系統(tǒng)中提供極好的傳輸特性。在校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)的建設(shè)中，不斷有新型的多模光纖產(chǎn)生，適用于千兆比以太網(wǎng)，如朗訊科技公司的LazrSPEED多模光纖的帶寬可達(dá)10 Gbit／s。這樣，傳統(tǒng)的城市網(wǎng)絡(luò)就成了信息傳輸瓶頸。為擴(kuò)大城市網(wǎng)絡(luò)的帶寬，在城市光環(huán)中使用波分復(fù)用技術(shù)也成為一種趨勢。復(fù)用波長信道越多、帶寬越大，可提供的業(yè)務(wù)種類就越多。
對于提供傳輸?shù)奈锢韺庸饫w來說，傳統(tǒng)的G.652光纖目前應(yīng)用的窗口為兩個低損耗窗口，即1310nm和1550nm波長窗口，但由于1385nm波長有一衰減水峰，因此目前此窗口尚未應(yīng)用。朗訊科技于1998年6月4日宣布了光纖史上的一個突破，即全波光纖的誕生。全波光纖開辟了一個新的光通信窗口，可為世界范圍的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商提供更高性能價格比的服務(wù)能力。
（1）全波光纖的優(yōu)勢
1350～1450nm波段由于水峰的存在而尚未使用，朗訊科技通過一種全新的生產(chǎn)過程，幾乎完全取消了引入光纖的OH離子（OH離子導(dǎo)致1385nm左右波長區(qū)的衰減比周圍大得多），從而開創(chuàng)了前所未有的位于1350～1450nm的光譜窗。全波光纖在其生產(chǎn)過程中幾乎完全消除了OH離子，從而消除了水峰，使光纖的可應(yīng)用波長范圍達(dá)到1280～1625nm。朗訊科技開發(fā)了以前未利用的光纖頻譜區(qū)域，給市場帶來了具有革命性意義的新型光纖產(chǎn)品。全波光纖可提供比現(xiàn)在普通單模光纖超出100nm的有效波長范圍，至少是常規(guī)光纖使用波段的1.6倍。另外朗訊科技第一個承諾通過全波光纖在新的波段發(fā)展WDM系統(tǒng)。此種光纖與朗訊的WDM系統(tǒng)相結(jié)合可使本地服務(wù)商達(dá)到同時傳送數(shù)百個波長的高效數(shù)據(jù)能力。
全波光纖是一種匹配包層光纖，其在1310nm與1550 nm波段的性能是完全一樣的。但與傳統(tǒng)的單模光纖相比，全波光纖具有下列不可比擬的優(yōu)勢。
①更多的波長
全波光纖可以提供從1280～1625nm的完整傳輸波段，為DWDM系統(tǒng)提供的波長至少超過常規(guī)光纖的60％。全波光纖除去了水峰損耗，開辟了以前不能利用的1350～1450nm窗口，這使服務(wù)商可以用全波光纖提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)，如多媒體、Internet和點播電視。
②對高速率傳輸有更長的非色散補(bǔ)償距離
在1400nm波段，全波光纖的色散只有常規(guī)光纖在1550nm波段的一半以下，這可使信號無補(bǔ)償傳輸距離增加一倍以上。全波光纖不只提供更多的波長，而且對高速信號（10Gbit／s）在1400nm區(qū)域具有很小的色散。利用全波光纖，在1400nm區(qū)域10Gbit／s信號的無色散補(bǔ)償距離可比常規(guī)光纖在1550nm窗口長幾倍以上。
③一根光纖上同時存在多種服務(wù)
全波光纖可在光纖波段的一個區(qū)域傳輸模擬視頻信號，同時在另一個波段傳輸高速率信息（可達(dá)10 Gbit／s），而在另外一個波段傳輸?shù)退俾蔠DM信息。
④新的網(wǎng)絡(luò)管理能力
不同的服務(wù)類型可以組合在一起，分配到某個最適合的波段。由管理系統(tǒng)為特定業(yè)務(wù)服務(wù)，好像它們運(yùn)行在不同的光纖系統(tǒng)，實際卻是一個光纖類型，這樣很方便經(jīng)濟(jì)。
⑤低運(yùn)行成本
利用全波光纖，WDM信號可在很寬的波段上傳輸，減少了放大器和色散補(bǔ)償裝置的使用。朗訊科技的全波光纖為以上傳輸新理念提供了最好的工具。傳統(tǒng)視頻設(shè)備為模擬形式，占用1310nm或1550nm波長。在進(jìn)行業(yè)務(wù)拓展時，由于模擬信號功率大，為防止信道間干擾，其它語音數(shù)據(jù)信號只能在1310nm或1400nm傳輸。傳統(tǒng)的單模光纖只有1310nm和1550nm兩波長窗口，而1310nm由于零色散的原因不能進(jìn)行波分復(fù)用，那么要傳輸多路數(shù)據(jù)信號（包括數(shù)據(jù)壓縮圖像）和語音信號，只能再加一根光纖，使系統(tǒng)造價增加。但如果使用全波光纖，它的高帶寬增加了1400nm的波長窗口，則只需一根光纖即可解決問題。從1310nm到1610nm，采用粗波分復(fù)用（CDMA），波長間隔20nm，1550nm傳輸模擬視頻信號，1400nm窗口利用低色散特性的優(yōu)點傳輸高速數(shù)據(jù)或語音，而且由于在接入網(wǎng)里距離較短，不需雙向光放大器，不同類別信號可進(jìn)行雙向傳輸（1310nm傳反向信號），從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的交互性。此種組網(wǎng)方式所使用的光傳輸設(shè)備由于使用了粗波分復(fù)用，成本會有所降低，并且減少了光纖的使用量，體現(xiàn)了全波光纖的增值潛力。
（2）全波光纖演示系統(tǒng)
朗訊公司曾在大型國際通信會議上展出過兩套全波光纖系統(tǒng)，一套是小型展示，另一套在圣地亞哥展出，利用全波光纖實現(xiàn)了三網(wǎng)合一（語音、圖像、數(shù)字）。
此套小型的全波光纖演示系統(tǒng)是為全球用戶設(shè)計的便于運(yùn)輸?shù)难菔鞠到y(tǒng)。主要包含有1400nm傳送的一個10 Gbit／s的波分復(fù)用信道，1550nm傳送圖像，也就是說，高速基帶數(shù)字信號與模擬有線電視信號在同一根光纖上傳輸。系統(tǒng)的具體說明如下：如圖1所示，此系統(tǒng)在全波光纖上應(yīng)用1.4μm和1.5μm兩個窗口。圖像源（如DVD和盒式磁帶錄像機(jī)）所發(fā)出的信號去調(diào)制1550nm波長的光發(fā)射機(jī)，光信號用摻餌光纖放大器來放大（因其在1530～1565nm具有增益平坦性）。1400nm分布反饋式（DFB）激光器所發(fā)出的光被速率為10Gbit／s的偽隨機(jī)二進(jìn)制系列碼（PRBS）信號所調(diào)制?；蛘?.5Gbit／s偽隨機(jī)二進(jìn)制系列碼信號經(jīng)電復(fù)用卡復(fù)用成10 Gbit／s后調(diào)制1400nm的光。調(diào)制后的1.5μm信號與1.4μm信號通過薄膜濾波器（TFF）合波器件后復(fù)用到全波光纖上。此處采用粗波分復(fù)用，此技術(shù)可使光源及薄膜濾波器的需求精度降低，成本降低。
傳輸20～40km（無需光放）后，薄膜濾波器把兩波長的光解復(fù)用。CATV光接收機(jī)接收1550nm波長的光信號后，解調(diào)制成電信號，通過同軸電纜到達(dá)電視機(jī)，電視機(jī)即可播放節(jié)目。對于1400nm信號，由10Gbit／s光接收機(jī)接收，得到最終的10Gbit／s電信號，經(jīng)同軸電纜傳到收端，如發(fā)端為2.5 Gbit／s信號，則再經(jīng)電解復(fù)用卡解復(fù)用。
以上介紹的是全波光纖的小型演示系統(tǒng)。大型的全方位全波光纖系統(tǒng)在新澤西的貝爾實驗室。對于較長距離的傳輸，使用對應(yīng)不同波長的放大器。主要用1550nm和1400nm窗口進(jìn)行圖像及數(shù)據(jù)的傳輸，客戶機(jī)與服務(wù)器之間的通信使用1310nm與1400nm互相收發(fā)。此系統(tǒng)真正通過全波光纖的傳輸實現(xiàn)了三網(wǎng)合一，在2000年2月圣地亞哥的國際會議上引起了極大的轟動。
寬帶、高速的交互式網(wǎng)絡(luò)是未來網(wǎng)絡(luò)的新要求。全波光纖在目前帶寬需求成指數(shù)增長的情況下為您提供本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的最佳方案，是適應(yīng)現(xiàn)在及將來的功能強(qiáng)大、高度靈活的光纖產(chǎn)品。
2.非零色散位移光纖
目前的公用電信領(lǐng)域幾乎由單模光纖一統(tǒng)天下，然而，隨著光纖網(wǎng)容量需求的迅速增長，時分復(fù)用傳輸速率已經(jīng)增長到10 Gbit／s。波分復(fù)用技術(shù)也開始應(yīng)用，無再生傳輸距離也隨著光纖放大器的引入而迅速延長。面對這種超高速、超大容量、超長傳輸距離的新形勢，傳統(tǒng)的色散位移單模光纖（稱為G.652光纖）已暴露出力不從心的態(tài)勢，開發(fā)新一代的干線光纖已成為歷史的必然，在這種情況下一種非零色散光纖——G.655光纖應(yīng)運(yùn)而生。其基本設(shè)計思想是在1550nm窗口工作波長區(qū)具有合理的較低色散，足以支持10 Gbit／s的長距離傳輸而無需色散補(bǔ)償，從而節(jié)省了色散補(bǔ)償器及其附加光放大器的成本；同時，其色散值又保持非零特性，具有一個起碼的最小數(shù)值，足以壓制四波混合和交叉相位調(diào)制等非線性影響，適宜開通具有足夠多波長的DWDM系統(tǒng)，同時滿足TDM和DWDM兩種發(fā)展方向的需要。為了達(dá)到上述目的，可以將零色散點移向短波長側(cè)或長波長側(cè)，使之在1550nm附近的工作波長區(qū)呈現(xiàn)一定大小的色散值以滿足上述要求。目前北美新敷設(shè)的干線光纜已放棄1652光纖和1653光纖，全部轉(zhuǎn)向G.655光纖，而且第二代的G.655光纖——大有效面積的光纖和低色散斜率光纖也已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。前者具有較大的有效面積，可以較有效地克服光纖非線性的影響；后者具有更合理的色散規(guī)范值，簡化了色散補(bǔ)償，更適合于C波段及L波段的應(yīng)用。兩者均適合于以10Gbit／s為基礎(chǔ)的高密集波分復(fù)用系統(tǒng)，代表了干線光纖的最新發(fā)展方向。在這種形勢下，中國信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院韋樂平副院長建議，中國東部高業(yè)務(wù)量地區(qū)的新建光纜路由也應(yīng)不失時機(jī)地停止采用G.652光纖，并跨過第一代G.655光纖，直接轉(zhuǎn)向第二代G.655光纖。
（1）真波?RSTM非零色散位移光纖
真波RS光纖是為優(yōu)化高比特率DWDM系統(tǒng)的容量和費(fèi)用優(yōu)點而設(shè)計的。真波RS光纖減小了色散斜率，是朗訊科技非常成功的真波非零色散位移光纖家族的最新成員。它是由貝爾實驗室開發(fā)的，主要是為了滿足長距離不斷增長的帶寬要求，并能完全支持光放大、高比特率、DWDM傳輸系統(tǒng)的迅速發(fā)展。早期的DWDM系統(tǒng)工作在1540～1560nm波長范圍，提供8或16信道。光放大器設(shè)計方面取得的最新進(jìn)展已將工作區(qū)域擴(kuò)展到1530～1565nm范圍，并且每個信道10Gbit／s，共40個信道以上；實驗室已經(jīng)公布了工作在1565～1620nm范圍的光放大器。光纖的發(fā)展不得不改向支持這些進(jìn)步，尤其是要滿足這些波長色散斜率的一致性。
色散是光纖的一種性質(zhì)，它導(dǎo)致不同顏色的光傳播速度不同，它對數(shù)字復(fù)用系統(tǒng)的影響既好又壞。太大的色散限制了高比特率信號在沒有昂貴的色散補(bǔ)償下的傳輸距離，大小的色散將導(dǎo)致鄰近信號的干涉，產(chǎn)生串?dāng)_。理想的長距離光纖應(yīng)該有足夠大的色散以抑制串?dāng)_，足夠小的色散以允許高比特率信號傳輸更長的距離，并且對于每一個波長應(yīng)有相同的色散。在所有的單模光纖中，色散隨波長而變，對于不同的光纖類型，色散隨波長的變化曲線也不同。因此理想的光纖應(yīng)有一個平坦的斜率（即對于所有波長，有相同的色散）。真波RS光纖非常接近這種理想光纖，與今天市場上的大多數(shù)非零色散位移光纖相比斜率減小了35％，與大有效面積非零色散位移光纖相比減少了甚至55％。
（2）真波RSTM光纖的特性
①每個10Gbit／s信道的費(fèi)用更低
這是所有非零色散位移光纖的優(yōu)點。它是由低色散以及隨之而來的色散補(bǔ)償開支的減少或消除而產(chǎn)生的。研究說明，在非零色散位移光纖上每多投資1美元，從工作在10Gbit／s的DWDM網(wǎng)絡(luò)中的回報為3～5美元。
②能升級到每個波長40Gbit／s
這是所有非零色散位移光纖的另一個優(yōu)點。由于高比特率系統(tǒng)不允許大多的色散，而傳統(tǒng)光纖的高色散使之應(yīng)用于每個波長40Gbit／s變得不符合實際。非零散位移光纖已經(jīng)證明，在未來的一兩年內(nèi)，工作在40Gbit／s的商用系統(tǒng)將成為現(xiàn)實。
③在1530～1565nm波長范圍有更好的性能和容量（第3窗口即C波段）
大有效面積非零色散位移光纖比真波RS光纖的色散斜率大，使得在1530nm的最低波長附近因色散太低而無法有效抑制串?dāng)_。這種光纖使色散在這一區(qū)域保持較低，從而避免了在波段的高端有太大的色散。依賴于傳輸設(shè)備的設(shè)計（功率水平、功率代價頻道間隔以及其它因子），低色散限制了低波長的應(yīng)用。真波RS光纖的低色散斜率，使在C波段的低端有較大的色散，而在高端保持在限制以內(nèi)，因而能抑制各種傳輸設(shè)備的串?dāng)_，并且1530～1565nm范圍內(nèi)的波長都能使用。
④波長利用率更高
高色散斜率對于非零色散位移光纖色散補(bǔ)償?shù)馁M(fèi)用有兩個主要的影響：當(dāng)長距離網(wǎng)絡(luò)需要補(bǔ)償時，用單一的補(bǔ)償模塊補(bǔ)償所有的波段，必將導(dǎo)致一端的過補(bǔ)償和另一端的欠補(bǔ)償。因而，為了精確補(bǔ)償，每一個波段應(yīng)分為兩個或更多的子波段，而使用更多不同的補(bǔ)償模塊會使費(fèi)用增加。對于L波段的波長，加大有效面積非零色散位移光纖的色散值比真波RS光纖超出了60％，需要更多的色散補(bǔ)償以及更昂貴的模塊。
另外，傳統(tǒng)光纖在1310nm處具有零色散，所以這一波段在DWDM系統(tǒng)中由于各波長問的串?dāng)_而不能利用占大多數(shù)非零色散位移光纖在這一波段有很高的負(fù)色散（約-16～-20ps（nm·km）），雖然在DWDM系統(tǒng)中可以應(yīng)用，但嚴(yán)重限制了高比特率的傳輸距離。大有效面積非零色散位移光纖根本不能傳輸1310nm的信號。真波RS光纖適中的負(fù)色散（-9ps／（nm·km）使其能用于DWDM系統(tǒng)，并可在1310 nm處進(jìn)行長距離傳輸。這正是真波RS光纖的“附加”價值。
⑤彎曲損耗低
大有效面積非零色散位移光纖有兩個缺點：前面已經(jīng)討論了的高色散斜率，還有高彎曲損耗。這一彎曲損耗在所有波段都是重要的，并且在信號波長與網(wǎng)絡(luò)管理波長都并存的1620nm范圍是關(guān)鍵性的。真波RS光纖的低彎曲損耗使應(yīng)用更加容易且安全，高波長更能得到利用。
總而言之，真波RS光纖繼承了上一代真波光纖在費(fèi)用及性能方面的優(yōu)點（10Gbit／s可有效傳輸，并能改進(jìn)至40Gbit／的。另外，在C波段（第3窗口）與L波段（第4窗口）與其它非零色散位移光纖相比具有更大的容量、更好的性能、更低的總體造價；使將來的DWDM系統(tǒng)能充分利用1310nm處的窗口；具有低彎曲損耗，使施工操作及處理更容易。
