光纖前沿技術(shù)簡(jiǎn)析與舉例

1、光纖前沿技術(shù)簡(jiǎn)析與舉例自從 1966年高錕博士提出了光纖通信新設(shè)想以來， 光纖通信獲得了飛速發(fā)展： 光纖通信業(yè)務(wù)從最初的簡(jiǎn)單電話語音業(yè)務(wù)發(fā)展到復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；光纖通 信技術(shù)從數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)發(fā)展到圖像視頻傳輸技術(shù)；光纖通信系統(tǒng)從單波長(zhǎng)通信 系統(tǒng)發(fā)展到密集波分復(fù)用通信系統(tǒng)； 光纖通信技術(shù)徹底改變了人類的生活方式， 創(chuàng)造了一個(gè)全新的信息社會(huì)和高效融通的國(guó)際園地。 1989年建成的第一條橫跨 太平洋海底光纜通信系統(tǒng)拉開了海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)序幕，促進(jìn)了全球通 信網(wǎng)的建設(shè)與飛速發(fā)展，迅速拉近了人類的空間距離，地球也從此變成了宇宙 中一個(gè)較小的“地球村” 。作為光纖前沿技術(shù)的代表， 光子晶體光纖技術(shù)當(dāng)

2、之無愧光子晶體光纖（PCF）具備許多獨(dú)特而新穎的物理特性，如可控的非線性、無盡 單模、可調(diào)節(jié)的奇異色散、低彎曲損耗、大模場(chǎng)等特性，這些特性是常規(guī)石英單 模光纖所很難或無法實(shí)現(xiàn)的。 因此，光子晶體光纖引起了國(guó)外科學(xué)界的廣泛關(guān)注。 隨著光子晶體光纖制造工藝技術(shù)的進(jìn)步， 光子晶體光纖的各種指標(biāo)已經(jīng)取得了突 破性進(jìn)展， 各種光子晶體光纖新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。 它不僅應(yīng)用到常規(guī)光通信技術(shù)領(lǐng) 域，而且廣泛地應(yīng)用到光器件領(lǐng)域，如高功率光纖激光器、光纖放大器、超連續(xù) 光譜、色散補(bǔ)償、光開關(guān)、光倍頻、濾波器、波長(zhǎng)變換器、孤子發(fā)生器、模式轉(zhuǎn) 換器、光纖偏振器、醫(yī)療 /生物傳感等領(lǐng)域。光子晶體光纖具有靈活可裁剪色散特性。

3、現(xiàn)已可以制造出色散平坦且具備大有效面積和無盡單模特性的光子晶體光纖。該光纖可以進(jìn)行40G高速長(zhǎng)途傳輸 超高非線性光子晶體光纖非線性系數(shù)是常規(guī)單模光纖的 100倍以上，能夠?qū)崿F(xiàn) 100On的超連續(xù)光譜，可以為DWDM系統(tǒng)提供光源，節(jié)省大量激光光源成本；同 時(shí)利用非線性實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)變化器件， 其靈活性是其他非線性光纖器件無法比擬的， 可以實(shí)現(xiàn)超跨度波長(zhǎng)變換。 采用非線性光子晶體光纖與差頻技術(shù)， 可以實(shí)現(xiàn)微波 通信，其保密功能非常強(qiáng)， 美國(guó)已經(jīng)將該新技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。 采用光子晶體 光纖技術(shù)制造的大模場(chǎng)摻稀土光子晶體光纖， 具備良好的抗熱損傷能力， 同時(shí)激 光光束質(zhì)量好， 空氣形成的內(nèi)包層數(shù)值孔徑較

4、大， 大大提高了激光二極管與光纖 的耦合效率，實(shí)現(xiàn)kW級(jí)激光輸出，在大功率切割焊接以及激光打標(biāo)等領(lǐng)域具有 廣泛應(yīng)用。 利用光子晶體光纖的超高非線性效應(yīng)， 可以實(shí)現(xiàn)光速減慢， 國(guó)外采用 三級(jí)減速，已經(jīng)將光通信傳輸系統(tǒng)中光速減慢 1個(gè)脈沖，國(guó)內(nèi)清華大學(xué)采用國(guó)產(chǎn) 化高非線性光子晶體光纖只一級(jí)減速就實(shí)現(xiàn)了光速減慢 0.5 個(gè)脈沖，該前沿技術(shù) 的研究為將來全光通信與存儲(chǔ)奠定了良好的基礎(chǔ)。光子晶體光纖具有普通光纖所不具備的各種新穎特性，其在光器件領(lǐng)域應(yīng)用 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些，光子晶體光纖靈活而善變的新奇特性給科研工作者提供了更為廣 闊的想象與創(chuàng)新的空間， 預(yù)示著微結(jié)構(gòu)光纖將會(huì)在光通信、 光器件、光傳感等領(lǐng) 域具

5、有廣泛的應(yīng)用前景。而另一方面塑料光纖也得到了較大的發(fā)展。為了降低局域網(wǎng)光纖接入成本，短距離局域網(wǎng)光纖多采用石英玻璃光纖多 模光纖加發(fā)光管的配置方案。那么局域網(wǎng)石英玻璃光纖的研究重點(diǎn)是通過提高 多模光纖梯度折射率分布控制精度和改善光源注入條件的方法來提高石英玻璃 多模光纖的工作帶寬和減小光纖的衰減，以適應(yīng)吉比特以太網(wǎng)和10吉比特以太網(wǎng)發(fā)展的需要。近幾年，國(guó)內(nèi)外著名的光纖機(jī)構(gòu)紛紛研究出了新一代的50/125卩 m的多模光纖。這種多模光纖的主要特點(diǎn)是由于光纖制造中消除了梯度折射率分布中心的缺陷，使得梯度折射率分布控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)50/12皈m的多模光纖，從而大大提高了多模光纖的工作帶寬。新一代的

6、50/12皈m的多模光纖與850nm勺VCSEL配合使用，可以實(shí)現(xiàn)在 850nn波長(zhǎng)上進(jìn)行10Gbit/串行傳輸300m 距離。隨著半導(dǎo)體材料制造水平的不斷提高和生產(chǎn)成本的大幅度的降低，光纖、有源/無源光器件的價(jià)格日益便宜，從而推動(dòng)了光纖到大樓（FTTB）、光纖到家 庭（FTTH）、光纖到桌面（FTTD）的實(shí)用化發(fā)展進(jìn)程。特別是最近幾年，日本 和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開發(fā)出了梯度折射率分布塑料光纖。由于塑料光纖制造 工藝簡(jiǎn)單、材料便宜和連接成本低的新型光纖等，所以其已經(jīng)被應(yīng)用于企業(yè)和 大學(xué)校園局域網(wǎng)的內(nèi)部通信系統(tǒng)。與石英玻璃光纖相比，塑料光纖（POF, Plastic Optical F）e以其芯

7、徑大、制造簡(jiǎn)單、連接方便、可用便宜光源等優(yōu)點(diǎn)正在受到寬帶局域網(wǎng)建設(shè)者的青睞。 正是寬帶局域網(wǎng)的迅速發(fā)展帶來了 POF 技術(shù)的革命性進(jìn)步，特別是以全氟化的 聚合物（如商用產(chǎn)品名稱為 CYTOF）為基本組成的氟化塑料光纖（PF-POF）在 局域網(wǎng)的逐步使用，從而標(biāo)志著 PF-POF 正在由試驗(yàn)室步入局域網(wǎng)工程應(yīng)用。一般，在局域網(wǎng)的工程應(yīng)用的 POF是以全氟化的聚合物為基本組成的PF-POF。眾所周知，PF-POF的研究要點(diǎn)為衰減、帶寬、制造方法等問題。最 早 POF 是用聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA ）材料制成的。 由于 PMMA 材料中存在 著大量的C-H鍵諧振會(huì)引起很大的光吸收，所以PMMA

8、-POF在650not勺衰減系 數(shù)高達(dá)160dB/k以上。研究人員采用全氟化的聚合物材料為基本成份制造出了在 850nn和1300nr的衰減系數(shù)小于20dB/km的PF-POF。究其原因是氟化的聚合物 中的 C-F 鍵大大減小了光吸收，故全氟化的聚合物 PF-POF 的衰減系數(shù)十分小?？偠灾?，由于全球IP流量的急速增長(zhǎng)，10G網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)量逐漸減少， 到201時(shí)，40G和100®絡(luò)線卡市場(chǎng)銷量將逐漸增大。目前，各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在 部署40G光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，采用的技術(shù)有逐漸從 DPSK/DQPSK向DP-QPSK轉(zhuǎn)移 的趨勢(shì)。傳輸速率和傳輸編碼控制的變化在一定程度上將會(huì)對(duì)光纖材料提出新的 要求，