光纖技術(shù)的幾個(gè)分支及其發(fā)展趨勢(shì)

  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(shí)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(jìn)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(duì)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62.5μm)，可傳多種模式的光。常用的多模光纖為：50/125μm(歐洲標(biāo)準(zhǔn))，62.5/125μm(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))。

　　近年來(lái)，多模光纖的應(yīng)用增速很快，這主要是因?yàn)槭澜绻饫w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(shí)用化也大大推動(dòng)短程多模光纜市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，從而使多模光纖的*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(jí)，10Gbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE802.3ae)，已于2002年上半年出臺(tái)。通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，大大促進(jìn)了多模光纖的發(fā)展。

　　全波光纖

　　隨著人們對(duì)光纖帶寬需求的不斷擴(kuò)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(lái)說(shuō)，就是通過(guò)盡可能地消除OH離子的"水吸收峰"的一項(xiàng)專門的生產(chǎn)工藝技術(shù)，它使普通標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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*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(zhǎng)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(qiáng)型單模光纖、以及藤倉(cāng)公司的LWPfiber光纖等。

　　2000年4月，為適應(yīng)光纖產(chǎn)品技術(shù)的xin進(jìn)展，ITU對(duì)G.652單模光纖標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大規(guī)模的修訂，到10月份正式定稿，對(duì)應(yīng)于IEC(電工委員會(huì))的分類編號(hào)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(duì)于1550nm波長(zhǎng)區(qū)域的高速率傳輸通常也需要波長(zhǎng)色散調(diào)節(jié)。

　　全波光纖在城域網(wǎng)建設(shè)中將會(huì)大有作為。從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度來(lái)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(shí)仍可為網(wǎng)絡(luò)提供較大的帶寬，而與此同時(shí)，對(duì)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(yùn)營(yíng)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(jiàn)，未來(lái)中小城市城域網(wǎng)的建設(shè)，將會(huì)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yu望是永無(wú)止境的，在目前帶寬需求成指數(shù)增長(zhǎng)的情況下，全波光纖正越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注，它的諸多優(yōu)點(diǎn)已被通信業(yè)界廣泛接受。

　　聚合物光纖

　　目前通信的主干線已實(shí)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(xì)(6?10μm)，光纖的耦合和互接都面臨技術(shù)困難，因?yàn)樾枰呔鹊膶?duì)準(zhǔn)技術(shù)，因此對(duì)于距離短、接點(diǎn)多的接入網(wǎng)用戶是一個(gè)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(jià)而又簡(jiǎn)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(jià)的激光源，在可見(jiàn)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工程中有希望的傳輸介質(zhì)。

　　聚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(yán)重的模式色散,傳輸帶寬與對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)傳輸?shù)膸捲?00m內(nèi)可達(dá)2.5Gbps以上，近年來(lái)，GIPOF已成為POF研究的主要方向。近，N.Tanio從理論上預(yù)測(cè)了無(wú)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*可以和石英光纖的損耗相比擬。G.Giorgio等人報(bào)道了100m全氟GIPOF的數(shù)據(jù)傳輸速率已達(dá)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(duì)石英光纖來(lái)說(shuō)，PCF的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(gè)二維周期性的結(jié)構(gòu)，如果其中一個(gè)孔遭到破壞和缺失，則會(huì)出現(xiàn)缺陷，利用這個(gè)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)?huì)有廣泛的應(yīng)用。

　　PCF引人注目的一個(gè)特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)合理，具備在所有波長(zhǎng)上都支持單模傳輸?shù)哪芰Γ此^的"無(wú)休止單mo"特性(endlesslysingle-mode)，這個(gè)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。空氣孔較大的PCF將會(huì)與普通光纖一樣，在短波長(zhǎng)區(qū)會(huì)出現(xiàn)多模現(xiàn)象。

　　PCF的另一個(gè)特點(diǎn)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(jì)將來(lái)波長(zhǎng)還可以降低。PCF在未來(lái)超寬WDM的平坦色散補(bǔ)償中可能扮演重要角色。

　　世界領(lǐng)xian的PCF產(chǎn)品商業(yè)化的公司----丹麥CrystalFiberA/S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 NA Yb 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(wèn)題

　　目前，光纖在光通信應(yīng)用中還有許多問(wèn)題有待解決。如色散與彌散、有限色散和小色散斜率、負(fù)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(fù)色散與損耗等。但有理由相信，隨著光通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，這些問(wèn)題都會(huì)找到合適的解決辦法。