05年11月JLT光纤光学专刊评论

12/23/2005，毫不夸张的说光纤是整个光通讯的技术基础，比如通讯波长的选择立足于光纤的吸收和色散峰位置，光纤的物理特性产生了当前光放大、色散管理以及非线性分析等研究分支，所有这些都足以表明光纤光学对整个光通讯研究的决定性作用。本期JLT是一期关于光纤的论文专刊，专刊既立足于揭示光纤光学研究的一些新主题，又总结回顾了近年来光纤研究的一些杰出成果。专刊共22篇论文，其中9篇为特邀论文，分别来自康宁，日本几个光纤公司，以及俄罗斯、丹麦等研究机构。内容上既聚焦于特种光纤研制，也涵盖了色散管理、非线性分析等光纤特性的深入研究，从覆盖面来看基本反映了近来光纤热门研究的方方面面，下面我们分类别、有选择的摘录一些：
1.具有某些特殊性能光纤的研究：
在FTTH实用化的同时，必须有效解决用户端信息写入难这一问题。由于通常的标准单模光纤数值孔径小，弯曲损耗大，因此并不适合客户端的局域网使用。此前评析的一些实用系统通常都在局域网内改用多模光纤，有效抑制了光纤的弯曲损耗，装配也更加容易了。然而多模光纤存在较大的模间色散，是无法用在长距离传输上的，因此在实现局域接入后必须改用单模光纤，这样增多了接头，也增大了接头损耗。另一方面，现有的光纤制作工艺已经相当成熟，做任何大的结构改进也都是不现实的。本期专刊一篇特邀论文是来自Fujikura公司的，其研发人员介绍了其利用现有光纤拉制工艺制作的两种改良光纤，具有低弯曲损耗的特性，接头损耗也明显降低，作者认为其产品更适合FTTH应用。第一种其实很简单，就是在包层和芯层之间再增加一层更低折射率分布的氧化硅，对芯层与包层之间的模场起到一种隔离作用，也就是折射率分布呈凹槽状，明显可以降低弯曲引起的能量泄漏。相应的作者也认为利用现有标准工艺来制作改进光纤也是相对容易的；另一种改进光纤就是孔洞光纤，结构有点类似于简化了的光子晶体光纤，比起凹槽光纤除了低弯曲损耗，还具有数值孔径大确保持单模的特性，容易做信息写入的载体，但显然制作上就没那么简单了。
刚刚提到了多模光纤由于数值孔径大，弯曲损耗小，抗干扰能力强等特性而在局域网接入有着广阔的市场。在实际使用的时候多模光纤的带宽主要受到激励模式的模间色散的影响，通常来说有两种光注入模式，一种是使用LED光源的满注入（OML）方式，另一种是使用VCSEL光源的限模注入法（RML）。顾名思义，使用前一种方法，光纤中上百个模式都会被激励，每个模式都携带能量；而后者只激发靠近纤芯的少数模式，这些模式色散接近，模时延降低，可以增大光纤带宽，目前该方式正逐渐被写入IEEE标准。RML有很多优势，但也同时有许多缺点，比如VCSEL阵列化难，以及由于模间干涉引起信噪比下降等，因此有很多研究者致力于改善这些问题。本期斯洛文尼亚的一篇研究思路是相反的，他们立足于对现有50和62.5微米的标准多模光纤做改进，仍使用OML方法，可以降低模间色散到0.055到0.25ns/km之间，这样可以有效改善光纤带宽，超过10GHz.km，这比通常的RML还优秀。另外由于OML法比起RML操作更容易，公差范围大，终端要求低。唯一让人产生疑问的是作者对光纤的改进是否容易开展，是否偏离了现有的工艺？如果工艺也容易的话，那么技术对实际应用具有相当诱惑力的。
来自康宁的特邀论文是关于其非线性光纤设计的最新研究成果，主要涉及光纤Kerr效应的一些应用，如信号处理等。在非线性光纤设计过程里要综合考虑许多参数，如光纤有效截面、色散和衰减因子等，必须对这些参数进行合理选择。康宁的设计既面向通常的阶跃型光纤，也涉及了更复杂折射率分布（如W型）的光纤。显然折射率分布复杂了，可以优化的参数就变多了，明显增大了设计的灵活性。在高性能非线性光纤设计过程里，必须消除的因素是受激布里渊散射（SBS）的影响，因为它限制了光纤的功率提供。为此康宁的技术方案是改变光纤中的掺杂和掺杂浓度，而让分布布里渊的频率发生漂移，从而避免了对使用波长的影响。其实类似的概念已经在色散降低光纤中得到了成功运用。（作者 浙江大学宋军博士）