通信網絡中光纖的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

      目前，品種繁多的光纖層出不窮，不僅在光通信和光傳感中占據(jù)著越來越重要的地位，而且在工業(yè)、電力、軍事、航空航天、生物醫(yī)學等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著3G網絡的大規(guī)模建設、IPv6的試用和建設、“光進銅退”戰(zhàn)略進一步實施，國內外對常規(guī)通信光纖的需求進一步高漲，光纖成為通信市場最為緊俏的商品之一。因此，我們需要改進工藝，降低光纖成本，使光纖到戶可以盡快的在廣大家庭中得到應用。

      光纖通信技術中光纖應用的現(xiàn)狀

      普通單模光纖

      傳統(tǒng)的普通單模光纖(G.652光纖)在1310nm波長窗口色散為0，但是損耗較大 (0.35dB/km)，在1550nm波長窗口損耗小(0.2dB/km)，但是色散較大(20ps/nm•km)。為了利用光纖的1550nm長窗口的低損耗特性和成熟的光放大技術(EDFA)，而又想具有低色散，可以對光纖的結構進行設計，從而使零色散波長產生位移，設計出了色散位移光纖，即 G.653光纖。G.653光纖在1550nm波長窗口的低損耗和低色散特性非常適合光纖孤子通信的需要，在高速光纖孤子通信系統(tǒng)中得到了大量應用，但是它1550rim處的色散為零，在進行WDM時會產生嚴重的FWM效應，不適應波分復用系統(tǒng)的需要。

      高強度耐彎單模光纖

      在光通信領域中，高強度耐彎單模光纖是企業(yè)最具競爭力的一種光纖，主要是因為在光纖網建設重點由骨干網向城域網、用戶接入網發(fā)展，高強度耐彎單模光纖主導的全業(yè)務接入網正在成為光纜市場的主要拉動力，其中最具代表性的就是正在迅速發(fā)展的FTTH網絡，高強度耐彎單模光纖特點就是光纖可以沿著建筑拐角施工，從而降低網絡布線的成本。

      無水峰光纖

      與傳統(tǒng)的單模光纖相比，無水峰光纖具有下列優(yōu)勢：其一，在全部可用波長范圍內比常規(guī)光纖增加了約一半，可復用的波長數(shù)大大增加，可實現(xiàn)超大容量傳輸；其二，可用波長范圍大大擴展后，可以采用稀疏波分復用(CWDM)方案，使用波長間隔較寬、波長精度和穩(wěn)定度要求較低的元件，使元器件特別是無源器件的成本大幅度下降；其三，1350～1450nm波長窗口的光纖色散僅為1550nm波長區(qū)的一半，容易實現(xiàn)高比特率長距離傳輸。

      大有效面積光纖

      超高速系統(tǒng)的主要性能限制是色散和非線性。通常線性色散可以用色散補償?shù)姆椒▉硐?，而非線性的影響卻不能用簡單的線性補償?shù)姆椒▉硐?A href="http://getprofitprime.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%85%89%e7%ba%a4&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">光纖的有效面積是決定光纖非線性的主要因素。為了適應超大容量長距離密集波分復用系統(tǒng)的應用，大有效面積光纖已經問世。在c波段，由大有效面積光纖構成的以10Gbit/s為基礎的高密集WDM系統(tǒng)信噪比較高，誤碼率較低，光放大器的間隔較長，因而得到了廣泛的應用。

      寬帶光傳輸用非零色散光纖

      寬帶非零色散平坦光纖以G.656光纖為例，其特點是在工作波長范圍內色散應大于所要求的非零值，有效面積合適，色散斜率基本為零。因此，應用G.656光纖既可顯著降低系統(tǒng)的色散補償成本，又可進一步發(fā)掘石英玻璃光纖潛在的巨大帶寬。使用 G.656光纖時，可保證通道間隔100GHz、40 Gbit/s系統(tǒng)至少傳輸400 km。

      光纖通信技術中光纖的發(fā)展光子晶體光纖

      與常規(guī)光纖不同，光子晶體光纖(PCF)是由石英玻璃一空氣孔微小結構組成的光纖，其又可以分為實芯光纖和空芯光纖，即前者是由石英玻璃棒和石英玻璃毛細管加熱拉制成的，而后者則是由石英玻璃管和石英玻璃毛細管加熱拉制成的。在PCF的拉制過程中，改變拉制溫度和速度就可以調整PCF的結構和性能，使得PCF作為光傳輸介質和光器件具有許多誘人之處，實際上，人們是通過調整纖芯直徑、包層空氣孔直徑、包層空氣孔之間距離方式來達到分別制造出具有低衰減、高色散、非線性效應小(大模場直徑或者大有效面積)、保偏和小彎曲損耗等性能的PCF的目的。

      塑料光纖

      塑料光纖(POF)以其芯徑大、制造簡單、連接方便、可用便宜光源等優(yōu)點正在受到寬帶局域網建設者的青睞。正是寬帶局域網的迅速發(fā)展帶來了POF技術的革命性進步，特別是以全氟化的聚合物為基本組成的氟化塑料光纖在局域網的逐步使用，標志著 PF-POF已由試驗室步入實際應用中。另外，為了提高POF帶寬和減小模間色散，POF都采用梯度折射率分布結構，再通過選擇小色散材料，提高模耦合效率和減小差分模衰減等措施，可以達到提高POF帶寬的目的。

      用于局域網的新型多模光纖

      局域網和用戶駐地網的高速發(fā)展，大量的綜合布線系統(tǒng)也采用了多模光纖來代替數(shù)字電纜，因此多模光纖的市場份額會逐漸加大。之所以選用多模光纖，是因為局域網傳輸距離較短，雖然多模光纖比單模光纖價格貴50％～100％，但是它所配套的光器件可選用發(fā)光二極管價格則比激光管便宜很多，而且多模光纖有較大的芯徑與數(shù)值孔徑容易連接與耦合，相應的連接器、耦合器等元器件價格也低得多。

      空芯光纖

      美國一些公司及大學研究所正在開發(fā)一種新的空芯光纖，即光是在光纖的空氣中傳輸。從理論上講，這種光纖沒有纖芯，減小了衰耗。增長了通信距離，防止了色散導致的干擾現(xiàn)象，可以支持更多的波段，并且它允許較強的光功率注入，預計其通信能力可達到目前光纖的100倍。對于其究竟是否可以問世，我們拭目以待。

      色散控制光纖(DMF)

      DWDM(密集波分復用)系統(tǒng)要求色散控制，使系統(tǒng)的色散特性既能足以抑制FⅣM

      (四波混頻)，又要使總色散為零。過去用交替連接正/負色散的光纖或色散沿光纖長度漸變的光纖進行。在OFC99會議上，NTT docomo的40km DMF，其色散符號周期性變化是每20km為1周期。在1550nm的平均色散為-0.06ps/nm，色散斜率0.064ps/nm，衰減系數(shù) 0.2dB/km，兩端的截止波長分別為1.05nm和1.11µm。NTT docomo是通過在拉絲過程中控制拉絲速度、改變包層直徑，實際上是改變了芯徑，而芯徑影響色散的方式來實現(xiàn)其色散符號周期性變化的。

      目前，光纖新技術不斷涌現(xiàn)大幅度提高了光纖的應用能力，并不斷擴大光纖通信的應用范圍，光纖通信技術的發(fā)展需要得到光纖材料、制造工藝等多項技術的支持，光纖通信的發(fā)展是光纖、器件、系統(tǒng)三者彼此發(fā)展，共同促進的結果，不同種類的通信光纖是為不同層次網絡服務的，為了滿足新的通信系統(tǒng)應用，光纖研究人員應不斷地開發(fā)出新型的通信光纖。