通信网络中光纤的应用现状及发展趋势

12/29/2010，千家网

 目前，品种繁多的光纤层出不穷，不仅在光通信和光传感中占据着越来越重要的地位，而且在工业、电力、军事、航空航天、生物医学等方面也发挥着越来越重要的作用。随着3G网络的大规模建设、IPv6的试用和建设、“光进铜退”战略进一步实施，国内外对常规通信光纤的需求进一步高涨，光纤成为通信市场最为紧俏的商品之一。因此，我们需要改进工艺，降低光纤成本，使光纤到户可以尽快的在广大家庭中得到应用。

    光纤通信技术中光纤应用的现状

    普通单模光纤

    传统的普通单模光纤(G.652光纤)在1310nm波长窗口色散为0，但是损耗较大(0.35dB/km)，在1550nm波长窗口损耗小(0.2dB/km)，但是色散较大(20ps/nm•km)。为了利用光纤的1550nm长窗口的低损耗特性和成熟的光放大技术(EDFA)，而又想具有低色散，可以对光纤的结构进行设计，从而使零色散波长产生位移，设计出了色散位移光纤，即G.653光纤。G.653光纤在1550nm波长窗口的低损耗和低色散特性非常适合光纤孤子通信的需要，在高速光纤孤子通信系统中得到了大量应用，但是它1550rim处的色散为零，在进行WDM时会产生严重的FWM效应，不适应波分复用系统的需要。

    高强度耐弯单模光纤

    在光通信领域中，高强度耐弯单模光纤是企业最具竞争力的一种光纤，主要是因为在光纤网建设重点由骨干网向城域网、用户接入网发展，高强度耐弯单模光纤主导的全业务接入网正在成为光缆市场的主要拉动力，其中最具代表性的就是正在迅速发展的FTTH网络，高强度耐弯单模光纤特点就是光纤可以沿着建筑拐角施工，从而降低网络布线的成本。

    无水峰光纤

    与传统的单模光纤相比，无水峰光纤具有下列优势：其一，在全部可用波长范围内比常规光纤增加了约一半，可复用的波长数大大增加，可实现超大容量传输；其二，可用波长范围大大扩展后，可以采用稀疏波分复用(CWDM)方案，使用波长间隔较宽、波长精度和稳定度要求较低的元件，使元器件特别是无源器件的成本大幅度下降；其三，1350～1450nm波长窗口的光纤色散仅为1550nm波长区的一半，容易实现高比特率长距离传输。

    大有效面积光纤

    超高速系统的主要性能限制是色散和非线性。通常线性色散可以用色散补偿的方法来消除，而非线性的影响却不能用简单的线性补偿的方法来消除，光纤的有效面积是决定光纤非线性的主要因素。为了适应超大容量长距离密集波分复用系统的应用，大有效面积光纤已经问世。在c波段，由大有效面积光纤构成的以10Gbit/s为基础的高密集WDM系统信噪比较高，误码率较低，光放大器的间隔较长，因而得到了广泛的应用。

    宽带光传输用非零色散光纤

    宽带非零色散平坦光纤以G.656光纤为例，其特点是在工作波长范围内色散应大于所要求的非零值，有效面积合适，色散斜率基本为零。因此，应用G.656光纤既可显著降低系统的色散补偿成本，又可进一步发掘石英玻璃光纤潜在的巨大带宽。使用G.656光纤时，可保证通道间隔100GHz、40Gbit/s系统至少传输400km。

    光纤通信技术中光纤的发展 

    光子晶体光纤

    与常规光纤不同，光子晶体光纤(PCF)是由石英玻璃一空气孔微小结构组成的光纤，其又可以分为实芯光纤和空芯光纤，即前者是由石英玻璃棒和石英玻璃毛细管加热拉制成的，而后者则是由石英玻璃管和石英玻璃毛细管加热拉制成的。在PCF的拉制过程中，改变拉制温度和速度就可以调整PCF的结构和性能，使得PCF作为光传输介质和光器件具有许多诱人之处，实际上，人们是通过调整纤芯直径、包层空气孔直径、包层空气孔之间距离方式来达到分别制造出具有低衰减、高色散、非线性效应小(大模场直径或者大有效面积)、保偏和小弯曲损耗等性能的PCF的目的。

    塑料光纤

    塑料光纤(POF)以其芯径大、制造简单、连接方便、可用便宜光源等优点正在受到宽带局域网建设者的青睐。正是宽带局域网的迅速发展带来了POF技术的革命性进步，特别是以全氟化的聚合物为基本组成的氟化塑料光纤在局域网的逐步使用，标志着PF-POF已由试验室步入实际应用中。另外，为了提高POF带宽和减小模间色散，POF都采用梯度折射率分布结构，再通过选择小色散材料，提高模耦合效率和减小差分模衰减等措施，可以达到提高POF带宽的目的。

    用于局域网的新型多模光纤

    局域网和用户驻地网的高速发展，大量的综合布线系统也采用了多模光纤来代替数字电缆，因此多模光纤的市场份额会逐渐加大。之所以选用多模光纤，是因为局域网传输距离较短，虽然多模光纤比单模光纤价格贵50％～100％，但是它所配套的光器件可选用发光二极管价格则比激光管便宜很多，而且多模光纤有较大的芯径与数值孔径容易连接与耦合，相应的连接器、耦合器等元器件价格也低得多。

    空芯光纤

    美国一些公司及大学研究所正在开发一种新的空芯光纤，即光是在光纤的空气中传输。从理论上讲，这种光纤没有纤芯，减小了衰耗。增长了通信距离，防止了色散导致的干扰现象，可以支持更多的波段，并且它允许较强的光功率注入，预计其通信能力可达到目前光纤的100倍。对于其究竟是否可以问世，我们拭目以待。

    色散控制光纤(DMF)

    DWDM(密集波分复用)系统要求色散控制，使系统的色散特性既能足以抑制FⅣM

    (四波混频)，又要使总色散为零。过去用交替连接正/负色散的光纤或色散沿光纤长度渐变的光纤进行。在OFC99会议上，NTTdocomo的40kmDMF，其色散符号周期性变化是每20km为1周期。在1550nm的平均色散为-0.06ps/nm，色散斜率0.064ps/nm，衰减系数0.2dB/km，两端的截止波长分别为1.05nm和1.11µm。NTTdocomo是通过在拉丝过程中控制拉丝速度、改变包层直径，实际上是改变了芯径，而芯径影响色散的方式来实现其色散符号周期性变化的。

    目前，光纤新技术不断涌现大幅度提高了光纤的应用能力，并不断扩大光纤通信的应用范围，光纤通信技术的发展需要得到光纤材料、制造工艺等多项技术的支持，光纤通信的发展是光纤、器件、系统三者彼此发展，共同促进的结果，不同种类的通信光纤是为不同层次网络服务的，为了满足新的通信系统应用，光纤研究人员应不断地开发出新型的通信光纤。