光纖技術(shù)的幾個分支及其發(fā)展趨勢

1、光纖技術(shù)的幾個分支及其發(fā)展趨勢 隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)、光纖放大技術(shù)，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導(dǎo)體放大器(SOA)和光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光纖通信技術(shù)不斷向著更高速率、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展， 而先進的光纖制造技術(shù)既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸以及足夠的富余度，又能滿足光通信對大寬帶的需求，并減少非線性損傷。多模光纖多模光纖的中心纖芯較粗(50或62.5m)，可傳多種模式的光。常用的多模光纖為：50/125m(歐洲標準)，62.5/125m(美國標準)。近年來，多模光纖的應(yīng)用增速很快，這主要是因為世界光纖通信技術(shù)將逐步轉(zhuǎn)向縱深

2、發(fā)展，并行光互聯(lián)元件的實用化也大大推動短程多模光纜市場的快速增長，從而使多模光纖的市場份額持續(xù)上升。隨著千兆以太網(wǎng)的建立，以太網(wǎng)還將從Gbps向10Gbps的超高速率升級，10Gbps以太網(wǎng)標準(IEEE802.3ae)，已于2002年上半年出臺。通信技術(shù)的不斷進步，大大促進了多模光纖的發(fā)展。全波光纖隨著人們對光纖帶寬需求的不斷擴大，通信業(yè)界一直在努力探求消除水吸收峰的途徑。全波光纖(All-WaveFiber)的生產(chǎn)制造技術(shù)，從本質(zhì)上來說，就是通過舊能地消除OH離子的水吸收峰的一項專門的生產(chǎn)工藝技術(shù)，它使普通標準單模光纖在1383nm附近處的衰減峰，降到足夠低的程度。1998年，美國朗訊公司

3、研制了一種新的光纖制造技術(shù)，它能消除光纖玻璃中的OH離子，從而使光纖損耗完全由玻璃的特性所控制，水吸收峰基本上被壓平了，從而使光纖在1280?1625nm的全部波長范圍內(nèi)都可以用于光通信，由此，全波光纖制造技術(shù)的難題也逐漸得到了解決。到目前為止，已經(jīng)有許多廠家能夠生產(chǎn)通信用全波光纖，如朗訊公司的All-wave光纖、康寧公司的SMF-28e光纖、阿爾卡特的ESMF增強型單模光纖、以及藤倉公司的LWPfiber光纖等。2000年4月，為適應(yīng)光纖產(chǎn)品技術(shù)的最新進展，ITU對G.652單模光纖標準進行了大規(guī)模的修訂，到10月份正式定稿，對應(yīng)于IEC(國際電工委員會)的分類編號B1.3，ITU-T將全

4、波光纖定義為G.652c類光纖，主要適用于ITU-T的G.957規(guī)定的SDH傳輸系統(tǒng)和G.691規(guī)定的帶光放大的單通道SDH傳輸系統(tǒng)和直到STM-64(10Gb/s)的ITU-T的G.692帶光放大的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，對于1550nm波長區(qū)域的高速率傳輸通常也需要波長色散調(diào)節(jié)。全波光纖在城域網(wǎng)建設(shè)中將會大有作為。從網(wǎng)絡(luò)運營商的角度來考慮，有了全波光纖，就可以采用粗波分復(fù)用技術(shù)，取其信道間隔為20nm左右，這時仍可為網(wǎng)絡(luò)提供較大的帶寬，而與此同時，對濾波器和激光器性能要求卻大為降低，這就大大降低了網(wǎng)絡(luò)運營商的建設(shè)成本。全波光纖的出現(xiàn)使多種光通信業(yè)務(wù)有了更大的靈活性，由于有很寬的波帶可供通信之用，

5、我們就可將全波光纖的波帶劃分成不同通信業(yè)務(wù)段而分別使用?？梢灶A(yù)見，未來中小城市城域網(wǎng)的建設(shè)，將會大量采用這種全波光纖。 人類追求高速、寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的欲望是永無止境的，在目前帶寬需求成指數(shù)增長的情況下，全波光纖正越來越受到業(yè)界的關(guān)注，它的諸多優(yōu)點已被通信業(yè)界廣泛接受。 合物光纖目前通信的主干線已實現(xiàn)了以石英光纖為基質(zhì)的通信,但是，在接入網(wǎng)和光纖入戶(FTTH)工程中，石英光纖卻遇到了較大的困難。由于石英光纖的纖芯很細(6?10m)，光纖的耦合和互接都面臨技術(shù)困難，因為需要高精度的對準技術(shù)，因此對于距離短、接點多的接入網(wǎng)用戶是一個難題。而聚合物光纖(polymeropticalfiber，POF)

6、由于其芯徑大(0.2?1.5mm)，故可以使用廉價而又簡單的注塑連接器，并且其韌性和可撓性均較好，數(shù)值孔徑大，可以使用廉價的激光源，在可見光區(qū)有低損耗的窗口，適用于接入網(wǎng)。聚合物光纖是目前FTTH工程中最有希望的傳輸介質(zhì)。 合物光纖分為多模階躍型SI-POF和多模漸變型GI-POF兩大類，由于SIPOF存在嚴重的模式色散,傳輸帶寬與對絞銅線相似,限制在5MHz以內(nèi)，即便在很短的通信距離內(nèi)也不能滿足FDDI、SDH、B-ISDN的通信標準要求，而GIPOF纖芯的折射率分布呈拋物線，因此模式色散大大降低，信號傳輸?shù)膸捲?00m內(nèi)可達2.5Gbps以上，近年來，GIPOF已成為POF研究的主要方向

7、。最近，N.Tanio從理論上預(yù)測了無定形全氟聚丁烯乙烯基醚在1300nm處的理論損耗極限為0.3dB/km，在500nm處的損耗可低至0.15dB/km，這完全可以和石英光纖的損耗相比擬。G.Giorgio等人報道了100m全氟GIPOF的數(shù)據(jù)傳輸速率已達到11Gbps。因此，GIPOF有可能成為接入網(wǎng)，用戶網(wǎng)等的理想傳輸介質(zhì)。光子晶體光纖光子晶體光纖(photoniccrystalfiber，PCF)是由ST.J.Russell等人于1992年提出的。對石英光纖來說，PCF的結(jié)構(gòu)特點是在其中間軸向均勻排列空氣孔，這樣從光纖端面看，就存在一個二維周期性的結(jié)構(gòu)，如果其中一個孔遭到破壞和缺失，則

8、會出現(xiàn)缺陷，利用這個缺陷，光就能夠在其中傳播。PCF與普通單模光纖不同，由于它是由周期性排列空氣孔的單一石英材料構(gòu)成，所以有中空光纖(holeyfiber)或微結(jié)構(gòu)光纖(micro-structuredfiber)之稱。PCF具有特殊的色散和非線性特性，在光通信領(lǐng)域?qū)袕V泛的應(yīng)用。PCF引人注目的一個特點是，結(jié)構(gòu)合理，具備在所有波長上都支持單模傳輸?shù)哪芰?，即所謂的無休止單模特性(endlesslysingle-mode)，這個特性已經(jīng)有了很好的理論解釋。這需要滿足空氣孔足夠小的條件，空氣孔徑與孔間距之比必須不大于0.2?？諝饪纵^大的PCF將會與普通光纖一樣，在短波長區(qū)會出現(xiàn)多?，F(xiàn)象。PCF的

9、另一個特點是它具有奇異的色散特性。現(xiàn)在人們已經(jīng)在PCF中成功產(chǎn)生了850nm光孤子，預(yù)計將來波長還可以降低。PCF在未來超寬WDM的平坦色散補償中可能扮演重要角色。世界領(lǐng)先的PCF產(chǎn)品商業(yè)化的公司-丹麥CrystalFiberA/S最近推出了新的光子晶體光纖產(chǎn)品系列。一種是中空的空氣波導(dǎo)光子能帶隙晶體光纖(air-guidingPhotonicBandgapFiber)，此晶體光纖的纖芯是中空的，利用空氣作為波導(dǎo)，使光可以在特殊的能帶隙中傳輸。另外一種是雙包層高數(shù)值孔徑摻鐿晶體光纖(DoubleClad High NAYb Fiber)，該光纖可以用在光纖激光器或光纖放大器中，另外由于該光纖具

10、有光敏性，還可以在它上面刻寫光纖光柵。通信光纖面臨的問題目前，光纖在光通信應(yīng)用中還有許多問題有待解決。如色散與彌散、有限色散和小色散斜率、負色散、偏振模色散、非線性、大芯區(qū)有效面積彎曲損耗、綜合優(yōu)化面臨的矛盾、有效面積與色散斜率、負色散與損耗等。但有理由相信，隨著光通信技術(shù)的不斷進步，這些問題都會找到合適的解決辦法。 隨著密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)、光纖放大技術(shù)，包括摻鉺光纖放大器(EDFA)、分布喇曼光纖放大器(DRFA)、半導(dǎo)體放大器(SOA)和光時分復(fù)用(OTDM)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，光纖通信技術(shù)不斷向著更高速率、更大容量的通信系統(tǒng)發(fā)展， 而先進的光纖制造技術(shù)既能保持穩(wěn)定、可靠的傳輸

11、以及足夠的富余度，又能滿足光通信對大寬帶的需求，并減少非線性損傷。多模光纖多模光纖的中心纖芯較粗(50或62.5m)，可傳多種模式的光。常用的多模光纖為：50/125m(歐洲標準)，62.5/125m(美國標準)。近年來，多模光纖的應(yīng)用增速很快，這主要是因為世界光纖通信技術(shù)將逐步轉(zhuǎn)向縱深發(fā)展，并行光互聯(lián)元件的實用化也大大推動短程多模光纜市場的快速增長，從而使多模光纖的市場份額持續(xù)上升。隨著千兆以太網(wǎng)的建立，以太網(wǎng)還將從Gbps向10Gbps的超高速率升級，10Gbps以太網(wǎng)標準(IEEE802.3ae)，已于2002年上半年出臺。通信技術(shù)的不斷進步，大大促進了多模光纖的發(fā)展。全波光纖隨著人們對

12、光纖帶寬需求的不斷擴大，通信業(yè)界一直在努力探求消除水吸收峰的途徑。全波光纖(All-WaveFiber)的生產(chǎn)制造技術(shù)，從本質(zhì)上來說，就是通過舊能地消除OH離子的水吸收峰的一項專門的生產(chǎn)工藝技術(shù)，它使普通標準單模光纖在1383nm附近處的衰減峰，降到足夠低的程度。1998年，美國朗訊公司研制了一種新的光纖制造技術(shù)，它能消除光纖玻璃中的OH離子，從而使光纖損耗完全由玻璃的特性所控制，水吸收峰基本上被壓平了，從而使光纖在1280?1625nm的全部波長范圍內(nèi)都可以用于光通信，由此，全波光纖制造技術(shù)的難題也逐漸得到了解決。到目前為止，已經(jīng)有許多廠家能夠生產(chǎn)通信用全波光纖，如朗訊公司的All-wave

13、光纖、康寧公司的SMF-28e光纖、阿爾卡特的ESMF增強型單模光纖、以及藤倉公司的LWPfiber光纖等。2000年4月，為適應(yīng)光纖產(chǎn)品技術(shù)的最新進展，ITU對G.652單模光纖標準進行了大規(guī)模的修訂，到10月份正式定稿，對應(yīng)于IEC(國際電工委員會)的分類編號B1.3，ITU-T將全波光纖定義為G.652c類光纖，主要適用于ITU-T的G.957規(guī)定的SDH傳輸系統(tǒng)和G.691規(guī)定的帶光放大的單通道SDH傳輸系統(tǒng)和直到STM-64(10Gb/s)的ITU-T的G.692帶光放大的波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，對于1550nm波長區(qū)域的高速率傳輸通常也需要波長色散調(diào)節(jié)。全波光纖在城域網(wǎng)建設(shè)中將會大有作為

14、。從網(wǎng)絡(luò)運營商的角度來考慮，有了全波光纖，就可以采用粗波分復(fù)用技術(shù)，取其信道間隔為20nm左右，這時仍可為網(wǎng)絡(luò)提供較大的帶寬，而與此同時，對濾波器和激光器性能要求卻大為降低，這就大大降低了網(wǎng)絡(luò)運營商的建設(shè)成本。全波光纖的出現(xiàn)使多種光通信業(yè)務(wù)有了更大的靈活性，由于有很寬的波帶可供通信之用，我們就可將全波光纖的波帶劃分成不同通信業(yè)務(wù)段而分別使用。可以預(yù)見，未來中小城市城域網(wǎng)的建設(shè)，將會大量采用這種全波光纖。 人類追求高速、寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的欲望是永無止境的，在目前帶寬需求成指數(shù)增長的情況下，全波光纖正越來越受到業(yè)界的關(guān)注，它的諸多優(yōu)點已被通信業(yè)界廣泛接受。 合物光纖目前通信的主干線已實現(xiàn)了以石英光纖為

15、基質(zhì)的通信,但是，在接入網(wǎng)和光纖入戶(FTTH)工程中，石英光纖卻遇到了較大的困難。由于石英光纖的纖芯很細(6?10m)，光纖的耦合和互接都面臨技術(shù)困難，因為需要高精度的對準技術(shù)，因此對于距離短、接點多的接入網(wǎng)用戶是一個難題。而聚合物光纖(polymeropticalfiber，POF)由于其芯徑大(0.2?1.5mm)，故可以使用廉價而又簡單的注塑連接器，并且其韌性和可撓性均較好，數(shù)值孔徑大，可以使用廉價的激光源，在可見光區(qū)有低損耗的窗口，適用于接入網(wǎng)。聚合物光纖是目前FTTH工程中最有希望的傳輸介質(zhì)。 合物光纖分為多模階躍型SI-POF和多模漸變型GI-POF兩大類，由于SIPOF存在嚴重

16、的模式色散,傳輸帶寬與對絞銅線相似,限制在5MHz以內(nèi)，即便在很短的通信距離內(nèi)也不能滿足FDDI、SDH、B-ISDN的通信標準要求，而GIPOF纖芯的折射率分布呈拋物線，因此模式色散大大降低，信號傳輸?shù)膸捲?00m內(nèi)可達2.5Gbps以上，近年來，GIPOF已成為POF研究的主要方向。最近，N.Tanio從理論上預(yù)測了無定形全氟聚丁烯乙烯基醚在1300nm處的理論損耗極限為0.3dB/km，在500nm處的損耗可低至0.15dB/km，這完全可以和石英光纖的損耗相比擬。G.Giorgio等人報道了100m全氟GIPOF的數(shù)據(jù)傳輸速率已達到11Gbps。因此，GIPOF有可能成為接入網(wǎng)，用戶

17、網(wǎng)等的理想傳輸介質(zhì)。光子晶體光纖光子晶體光纖(photoniccrystalfiber，PCF)是由ST.J.Russell等人于1992年提出的。對石英光纖來說，PCF的結(jié)構(gòu)特點是在其中間軸向均勻排列空氣孔，這樣從光纖端面看，就存在一個二維周期性的結(jié)構(gòu)，如果其中一個孔遭到破壞和缺失，則會出現(xiàn)缺陷，利用這個缺陷，光就能夠在其中傳播。PCF與普通單模光纖不同，由于它是由周期性排列空氣孔的單一石英材料構(gòu)成，所以有中空光纖(holeyfiber)或微結(jié)構(gòu)光纖(micro-structuredfiber)之稱。PCF具有特殊的色散和非線性特性，在光通信領(lǐng)域?qū)袕V泛的應(yīng)用。PCF引人注目的一個特點是，

18、結(jié)構(gòu)合理，具備在所有波長上都支持單模傳輸?shù)哪芰?，即所謂的無休止單模特性(endlesslysingle-mode)，這個特性已經(jīng)有了很好的理論解釋。這需要滿足空氣孔足夠小的條件，空氣孔徑與孔間距之比必須不大于0.2?？諝饪纵^大的PCF將會與普通光纖一樣，在短波長區(qū)會出現(xiàn)多?，F(xiàn)象。PCF的另一個特點是它具有奇異的色散特性?，F(xiàn)在人們已經(jīng)在PCF中成功產(chǎn)生了850nm光孤子，預(yù)計將來波長還可以降低。PCF在未來超寬WDM的平坦色散補償中可能扮演重要角色。世界領(lǐng)先的PCF產(chǎn)品商業(yè)化的公司-丹麥CrystalFiberA/S最近推出了新的光子晶體光纖產(chǎn)品系列。一種是中空的空氣波導(dǎo)光子能帶隙晶體光纖(air-guidingPhotonicBandgapFiber)，此