光網絡用的各種光纖技術現狀分析

光纖在各種光網絡中的實際應用決定了對光纖技術性能的要求。對于短距離光傳輸網絡，考慮的重點是適合激光傳輸和模式帶寬更寬的多模光纖，以支持更大的串行信號信息傳輸容量。

　　對于長距離海底光纜傳輸系統而言，為了減少價格昂貴的光纖放大器數量應重點考慮采用具有大模場直徑面積和負色散的光纖增大傳輸距離。

　　而對陸上長距離傳輸系統考慮的重點是能夠傳輸更多的波長，而且每個波長都盡可能以高速率進行傳輸，同時還要解決光纖的色散問題，即使光纖的色散值隨波長的變化達到最小值。

　　對于局域網和環形饋線來說，由于傳輸的距離相對比較短，考慮的重點是光網絡成本而不是傳輸成本。就是說要解決好光纖傳輸系統中上/下路的分/插復用問題，同時還必須把插/分波長的成本降至最低。

　　傳輸用光纖

　　光纖技術在傳輸系統中的應用，首先是通過各種不同的光網絡來實現的。截止目前，建設的各種光纖傳輸網的拓樸結構基本上可以分為三類：星形、總線形和環形。而進一步從網絡的分層模形來說，又可以把網絡從上到下分成若干層，每一層又可以分為若干個子網。也就是說，由各個交換中心及其傳輸系統構成的網與網還可以繼續化分為若干個更小的子網，以便使整個數字網能有效地通信服務，全數字化的綜合業務數字網(ISDN)是通信網的總目標。ADSL和CATV的普及、城域接入系統容量的不斷增加，干線骨干網的擴容都需要不同類型的光纖擔當起傳輸的重任。

　　色散補償光纖(DCF)

　　光纖色散可以使脈沖展寬，而導致誤碼。這是在通信網中必須避免的一個問題，也是長距離傳輸系統中需要解決的一個課題。一般來說，光纖色散包括材料色散和波導結構色散兩部分，材料色散取決于制造光纖的二氧化硅母料和摻雜劑的分散性，而波導色散通常是一種模式的有效折射率隨波長而改變的傾向。色散補償光纖是在傳輸系統中用來解決色散管理的一種技術。

　　非色散位移光纖(USF)以正的材料色散為主，它與小的波導色散合并以后，在1310nm附近產生零色散。而色散位移光纖(DSF)和非零色散位移光纖(NZDSF)是采用技術手段后，故意把光纖的折射率分布設計為可產生與材料色散相比的波導色散，使材料色散和波導色散相加后，DSF的零色散波長就移到了1550nm附近。1550nm波長是當前通信網中應用最多的一個波長。在海底光纜傳輸系統中，則是通過把兩種分別具有正色散和負色散的光纖相互結合來組成傳輸系統進行色散管理的。隨著傳輸系統的距離增長和容量的增加，大量的WDM和DWDM系統投入使用。在這些系統中，為了進行色散補償又研制出了可在 C波段和L波段上工作的雙包層和三包層折射率分布的DCF。在C波段上可進行色散補償的SMF的色散值為60 65Ps/nm/km，其有效面積(Apff)達到23 28m2，損耗為0.225 0.265dB/km。

　　放大用光纖

　　在石英光纖芯層內摻雜稀土元素就可以制成放大光纖了，如摻鉺放大光纖(EDF)，摻銩放大光纖(TOF)等等。放大光纖與傳統的石英光纖具有良好的整合性能，同時還具有高輸出、寬帶寬、低噪聲等許多優點。用放大光纖制成的光纖放大器(如EDFA)是當今傳輸系統中應用最廣的關鍵器件。EDF的放大帶寬已從C波段(1530 1560nm)擴大到了L波段(1570 1610)，放大帶寬達80nm。最新研究成果表明EDF也可在S波段(1460 1530)進行光放大，且已制造出感應喇曼光纖放大器，在S波段上進行放大。

　　對于L波段(1530 1560nm)放大光纖，在高輸出領域已研發出了雙包層光纖。其中第一包層多模傳輸泵浦光，在纖芯單模包層傳輸信號光并摻雜釘(Yb)作感光劑，以增大吸收系數。

　　在解決光纖的非線性方面，采用共參雜Yb或La(鑭)等稀土元素制作出EYDF光纖。這種光纖幾乎無FWM發生。這是因為Yb離子與Er離子集結后增大了Er離子間的距離，解決了由于Ev離子過度集中集結而引起的濃度消光，同時也增加了Er離子摻雜量，提高了增益系數，從而降低了非線性。

　　對于L波段(1570 1610nm)放大光纖，已報導日本住友電工研發的采用C波段EDF需要長度的1/3短尺寸EDF而擴大到L波段的EDF。制作成功適合40Gb/s高速率傳輸，總色散為零的L波段三級結構光纖放大器。該放大器第一段為具有負色散的常規EDF，而第二、三段波長色散值為正值的短尺寸EDF。

　　對于S波段(1460 1530nm)放大光纖，日本NEC公司采用雙波長泵浦GS-TD FA進行了10.92Tb/s的長距離傳輸試驗，利用1440nm和1560nm雙波長激光器(LD)實現了29%的轉換率;NTT采用單波和 1440nm雙通道泵浦激光器實現了42%的轉換率(摻銩濃度為6000ppm);Alcatel公司采用1240和1400nm多波喇曼激光器實現了 48%轉換率，同時利用800nm鈦蘭寶石激光器和1400nm多級喇曼激光器雙波長泵浦實現了50%的轉換率，最新報導日本旭硝公司又提出了以鉍(Bi)族氧化物玻璃為基質材料的S波段泵浦放大方案。簡而言之，需要解決的主要技術課題是如何降低聲子能量成份的摻雜量和提高量子效率問題。

超連續波(SC)發生用光纖

　　超連續波是強光脈沖在透明介質中傳輸時光譜超寬帶現象。做為新一代多載波光源受到業界廣泛關注。從1970年Alfano和shapiro在大容量玻璃中觀察到的超寬帶光發生以來，已先后在光纖，半導體材料、水等多種多樣物質中觀察到超寬帶光發生。

　　采用單模光纖的SC光源就是應用上述復數光源方法進行解決技術課題的一個有效手段。

　　1997年，日本NTT公司研發成功雙包層和4包層折射率分布結構，芯經沿長度方向(縱向)呈現錐形分布，具有凸型色散特性的光纖。2000年又研發成功采用SC光的保偏光纖(PM-SC光纖)。

　　高非線性SC光纖大都采用光子晶體纖維和錐形組徑纖芯纖維的高封閉結構，光子晶體纖維制造技術已取得了新的突破，今后的研究方向是低成本SC光纖制造技術及如何在下一代網絡中具體應用。

　　光器件用光纖

　　隨著大量光通信網的建設和擴容，有源和無源器件的用量不斷增大。其中應用最多的是光纖型器件，主要有光纖放大器、光纖耦合器、光分波合波器、光纖光柵(FG)、AWG等。上述光器件必須具有低損耗、高可靠性、易于和通信光纖進行低損耗耦合和連接才能應用于通信網絡中。于是就研發生產出了FG用光纖和器件耦合用光纖(LP用光纖)。

　　FG是石英系光纖中的GeO2、B2O3、P2O5等摻雜劑受紫外光照射或與H2發生化學反應后由于玻璃密度變化而引起折射率變化形成的。紫外線感應折射率的變化值因玻璃成份不同而不同，所以為了提高光敏特性，實現FG的長期溫度穩定性，又研究了摻雜Sn，Sb等重金屬而解決紫外線吸收問題。

　　現已開發研制出各種降低FBG損耗的光纖。如波導結構多層膜埋入光纖等，為進一步降低損耗，必須使包層和芯部的光敏特性盡量一致。在光敏特性變化量為10%、折射率變化量為1 10-3時則損耗值可小于0.1dB。

　　光器件用耦合光纖是隨著AWG與PLC光器件性能不斷提高而發展起來的，已開發出與PLC的MFD值相同的高△光纖;通過熱擴散膨脹法(TEC)使普通光纖高△值光纖的MFD達到一致，這種新型光纖采用的TEC法可以使光纖的連接損耗由原來的1.5dB降至目前的0.1dB以下。

　　保偏光纖

　　保偏光纖最早是用于相干光傳輸而被研發出來的光纖。此后，用于光纖陀螺等光纖傳感器技術領域。近幾年來，由于DWDM傳輸系統中的波分復用數量的增加和高速化的發展，保偏光纖得到了更加廣泛地應用。目前應用最多的是熊貓光纖(PANDA)。

　　PANDA光纖目前大量用作尾纖使用，與其它光纖器件相連接為一體在系統中使用。

　　單模不可剝離光纖(SM-NSP) 單模不可剝離光纖是一種即使去除光纖被復層以后仍有NSP聚脂層保留在光纖包層表面，以保護光纖的機械性能和高可靠性的新型光纖。

　　SM-NSP光纖與常規SM光纖具有相同的外徑、偏心量、不因度精度。但是ASM-NSP光纖具有的機械強度大大高于SM，具有優良的可靠性，接續試驗表明，無論是SM-NSP光纖相互連接還是把SM-NSP光纖與SM光纖連接，其接續特性、耐環境性能均良好。可廣泛用于傳輸系統的光纖，是一種理想的新型配線光纖。

　　深紫外光傳輸用光纖(DUV)

　　目前固體激光器和氣體激光器研究的課題之一就是深紫外光領域(250nm)的激光器振蕩技術。在固體激光器領域，采用CLBO(CsLiB6O10)結晶的Nd:YAG激光器的四倍波(=266nm)、五倍波(=213nm);在氣體激光器領域，F2(=157nm)，KY2(=148nm)，Ar2 (=126nm)，而采用ArF的環氧樹脂激光器的振高波長=193nm等。

　　在半導體基片表面處理，在生物化學領域中對DNA的分析測試和化驗、在醫療領域內對近視治療等應用領域中，深紫外光都得到了極其廣泛的應用。對能傳輸深紫外光的光纖開發工作也成為人所關注的重大技術課題。

　　從DUV光纖的損耗光譜化可以看出，在波長為=200nm時，傳輸損耗發生急聚變化，而在1240和1380nm處出現二個峰值，我們認為這是由OH的伸縮振動引起的吸收造成的。

　　相同的預制棒在拉絲過程中因拉絲條件不同，損耗光譜值也不同，DUV拉制過程中(當<220nm)拉絲速度為0.5m/分，爐溫為1780℃時，光纖損耗值最小，光使用波長為193nmArF激光源時，最小透過率約為60%/m。光纖的損耗是隨拉絲速度加快，爐溫升高而增加，在220nm波長處產生吸收增加，這種增加值是由E"中心引起的，屬拉絲工藝缺欠造在的。

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