摘要：隨著長途通信傳輸容量的成倍增長，以10Gbit／s為基礎的波分復用技術全面走向商用。新開發的G.655光纖是開通大容量傳輸系統的較好的媒介。

關鍵詞：波分復用　光纖　色散　四波混合　G.655 

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1.引子

       21世紀是一個多媒體的時代，電信網也將是一個寬帶、大容量的多媒體網絡。長途骨干傳輸網正 向以單根光纖提供Tbit／s（＝1000Gbit／s）信息容量的方向發展。中國網通的G.655長途骨干網已經初具規模，為其今后向社會提供寬帶傳輸 通路奠定了基礎。中國電信的改組也初步完成，未來兩年內，中國電信將建設完成超高速骨干傳輸網。隨著今年底第二條京濟寧干線光纜線路工程的開工，中國電信 在長途骨干傳輸網上大規模使用G.655光纖的時代到來了。那么，為什么要使用G.655光纖呢？

2.光纖的非線性影響

       我們都知道，近10年來，G.652光纖一直占據著光纖市場的主導地位，但是隨著光纖傳輸速 率的提高，尤其是近年來，隨著光纖放大器的應用和波分復用（WDM）技術的發展，人們對光纖又有了一些新的要求。在以前的傳輸網上，進人光纖的光功率不 大，光纖呈現線性傳輸特性，影響光纖傳輸特性的因素主要是損耗和色散。然而，隨著光纖放大器的應用，超過＋18dB以上的光信號被耦合進一根光纖，波分復 用技術使一根光纖中有了數十條甚至上百條光波道。這時，較高的光能量聚集在很小的截面上，光纖開始呈現出非線性特性，并成為最終限制傳輸系統性能的關鍵因 素。主要的非線性現象是受激散射和非線性折射（克爾效應）。

       受激散射主要分為受激拉曼散射（SRS）和受激布里淵散射（SBS）。其中SRS對于單波長 系統的影響可以忽略不計，但是對于高密集的波分復用系統，SRS將成為限制通路數的主要因素。拉曼散射和布里淵散射都使入射光能量降低，并在光纖中形成損 耗。這種損耗在入射功率低時影響甚微，但入射功率達到一定程度時，損耗就會到影響系統的正常運行。

       克爾效應是在光功率較高時，光纖的折射率隨光強變化而變化的非線性現象。主要有自相位調制、 交叉相位調制和4波混合，其中尤以四波混合對大功率WDM系統影響最大。在波道頻率間隔相等和光纖的色散很低的情況下，四波混合會將大量的信道的功率轉移 到另一條渡道上。這不僅使有用的信道的功率損失，而且導致信道間串音，嚴重影響系統性能。特別是當波道波長接近光纖零色散點時，這一現象更加突出。

3.各種光纖的比較

       在1550nm處，常規的G.652光纖具有最低損耗特性。再配合使用光纖放大器，可以在 G.652光纖上開通8×2.5Gbit／s或16甚至32×2.5Gbit／s系統。但由于G.652光纖在1550nm處的色散值較大，受其影響，當 單一波道上的傳輸速率提高到10Gbit／s時，傳輸距離就會大大縮短。因此，高速率的傳輸系統要求采取色散補償的方式降低G.652光纖在1550nm 處的色散系數，例如在G.652光纖線路中加入一段色散補償模塊。但由于采用色散補償模塊，會引入較高的插入損耗，系統必須使用光纖放大器，造成系統建設 成本的提高。因此在骨干傳輸網上，利用G.652光纖開通高速、超高速系統不是今后的發展方向。

       這里，不得不提及G.653光纖。將G.652光纖的零色散波長從1310nm移至1550nm處，便成為了G.653，色散位移光纖。

       在G.653光纖上，使用光纖放大器技術，可將高功率光信號在單波道上傳輸得更遠，是極好的 單波道傳輸媒介，可以毫無困難地開通長距離高速系統。但是對于DWDM復用系統，這種光纖不是合適的媒介。G.653光纖在工作區內的零色散點是導致光纖 非線性四波混合效應的源泉。一般來講，四波混合的效率取決于通路間隔和光纖的色散。通路間隔越窄，光纖色散越小，不同光波間相位匹配就越好，四波混合的效 率也就越高，而且一旦四波混合現象產生，就無法用任何均衡技術來消除。但是，若有意識地在生產光纖時使其具有一定的色散，比如，大于 0.1ps／nm·km，則可有效地抑制四波混合現象。為此，一種專門為高速超大容量波分復用系統設計的新型光纖誕生了，這就是G.655，非零色散位移 光纖。

       G.655光纖的零色散點不在1550nm附近，而是向長波長或短波長方向位移，使得 1550nm附近呈現一定大小的色散（ITU—T規范為0.1-6ps／nm·km）。這樣，可大大減輕四波混合的影響，有利于密集波分復用系統的傳輸。 但同時，也要控制1550nm附近的色散值不能太大，以保證速率超過10Gbit／s的信號可以不受色散限制地傳輸300km以上。根據零色散點出現的位 置的不同，G.655光纖在1530nm－1565nm的工作區內所呈現的色散值也不同。零色散點在1530nm以下時，在工作區內色散值為正值，這種正 色散G.655光纖適合陸地傳輸系統使用；零色散點在1565nm以上時，在工作區內色散值為負值，這種負色散G.655光纖適合海底傳輸系統使用。

上述三種光纖的主要技術規范見表1。

表1　ITU-T關于光纖的主要規范

       表1中提及的大有效面積光纖是一種改進型G.655光纖。其模場直徑比一般的G.655光纖大，光有效面積達 72μm（的平方）以上，可承受更高的入射光功率。由于光纖的非線性效應與入射的光功率密度成正比，而功率密度又與纖芯的有效面積成反比，因而這種光纖可 以更有效地克服非線性效應。同時，這種光纖的色散系數規范也大為改進，提高了下限值，使之在1530nm－1565nm窗口內處于1至 6ps／nm·km，從而進一步減小四波混合的影響。因而這種光纖非常適合高速率的DWDM系統，從目前看，大有效面積G.655光纖將成為今后長途骨干 傳輸網的首選光纖。

大保實光纖（G.655）性能及其應用

       隨著全球通信容量的飛速增長，ＥＤＦＡ和ＤＷＤＭ技術的日益成熟，光電技術和器件的快速 更新發展，促使光纖的性能達到更高的速率、更大的容量。大保實光纖就具有更均衡的有效面積，低色散斜率和低ＰＭＤ等特性，可以有效地抑制非線性效應，適用 于長距離、高速率、大容量的ＤＷＤＭ通信系統的應用。這樣，通信網絡設計者可以充分利用ＤＷＤＭ技術和光電器件的功能，增加系統設計的靈活性。 

１．波分復用系統發展的要求

       在ＷＤＭ通信網中，干線傳輸的波道多，功率大，而光纖中的非線性效應是影響系統性能的主要因素。非線性效應包括四波混頻（ＦＷＭ），自相位 調制 （ＳＰＭ），互相位調制（ＸＰＭ），及由受激散射產生的拉曼散射（ＳＲＳ）和布里淵散射（ＳＢＳ）。光纖中的非線性效應與光功率密度有關。對ＷＤＭ系統影 響最大的非線性效應為ＳＰＭ。ＳＰＭ是由于光脈沖中心強度引起折射率變化產生的脈沖展寬。有ＳＰＭ產生功率損失與有效面積的關系如（１）式：其中Ｄ為光纖 色散，Ａｅｆｆ為有效面積。 １　 ＦＷＭ指兩個或三個波長的光波混合產生新波長光波的現象，是影響ＤＷＤＭ通信的主要非線性效應之一。有ＦＷＭ一起的光噪聲功率如（２）式所示：式中Ｐ為每 通道光功率，ｎ２為非線性折射率，α為光纖損耗，Δλ為信道間隔。 ２　 對ＷＤＭ系統影響最大的兩種非線性效應都隨有效面積的增加而減小。因此，大有效面積的非零色散位移光纖是應用于大容量ＤＷＤＭ系統的最優化設計光纖。

2.大保實（Ｇ．６５５）光纖 

       大保實（非零色散位移單模光纖）光波導有利于高速率、大容量的通信傳輸。其折射率剖面為多包層拋 物線型。纖芯折射率的高低對導光面積的影響最大，１％的折射率波動將會引起有效面積數平方微米的變化。通過調整芯徑和下陷層的高低可以獲得１５５０ｎｍ窗 口的低色散及零色散點的低斜率，并可以控制直至Ｌ波段的較平坦的色散分布。外環的作用一方面適當地增加有效面積，減小非線形效應；另一方面，外環折射率的 高低和寬窄可以使光波場的更大部分分布于光波導的中心，以避免宏彎和微彎損耗，降低光纖性能受外部因素干擾的敏感性。

       理論分析和實踐表明，多包層折射率分布利用其基模波導色散控制原理，是構成大有效面積非零色散位移光纖最理想的結構。而ＰＣＶＤ工藝由于其折射率分布控制 精確、均勻，因此，大保實光纖在衰減、色散、色散斜率及偏振模色散（ＰＭＤ）等指標上得到進一步優化，能滿足高速率、大容量、多通道的通信需要。 

       在大保實光纖生產的核心工序--預制棒沉積過程中，我們利用ＰＣＶＤ工藝沉積均勻性好，折射率分布精細的特點，分別控制芯層和包層的沉積，既保證了完善的 光學性能，又提高了制造效率。通過控制非等溫等離子體的功率，反應物ＧｅＣｌ４、ＳｉＣｌ４等氣體的流量，以及真空條件下的壓力和溫度分布等工藝因素，可 以獲得所需要的理想的折射率分布，平衡各個使光纖有效面積，色散、色散斜率及抗彎曲能力調整到最佳狀態。 

       在ＰＣＶＤ沉積過程中，非均相反應過程不受溫度影響，減少了沉積對溫度的敏感性。微波功率直接耦合到負壓的反應區域內，使沉積不受沉積襯管熱傳導性的影 響。通過精確控制折射率不同界面的摻雜量和ＧｅＯ２、氟等物質的擴散，進一步提高了光波導的對稱性和均勻性，并且減小了產生ＰＭＤ的主要因素之一--光纖 內應力的影響，使大保實光纖的ＰＭＤ的鏈路值不大于０．１ｐｓ／。 

       大保實光纖不僅在１５５０ｎｍ工作波段有較小并且穩定的正色散值，在Ｌ波段（１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）也有較低的色散和衰耗，因此，大保實光纖能充分 支持ＤＷＤＭ在Ｌ波段的傳輸。為有效地抑制四波混頻等非線性效應，我們權衡了有效面積和色散斜率，使大保實光纖能可靠地應用于密集波分復用系統中。

3.系統實驗

       我們用大保實光纖成功地實現了１６×１０Ｇｂｉｔ／ｓ ４００公里無誤碼的傳輸實驗。

       試驗中的系統受條件限制，有調制的信號光只有７個波道，其余９個波道用直流光頂替。其基本參數為：速率，９．９５３２８Ｇｂｉｔ／ｓ；測試誤碼率的信號圖 案，２３１－１偽隨機碼；靈敏度條件，ＢＥＲ＜１０－１２。 １５５０．９２ｎｍ波道傳輸４００ｋｍ后的接收眼。 

        在誤碼率ＢＥＲ＝１０－１０時，系統傳輸各通道代價均小于１ｄＢ。在傳輸實驗中， 沒有出現四波混頻（ＦＷＭ），自相位調制（ＳＰＭ）等非線性效應。ＰＭＤ也沒有對傳輸產生影響。

        大保實光纖權衡了有效面積和色散斜率的影響，在大有效面積的基礎上，調整了色散和色散斜率等光學性能，使大保實光纖更有利于克服非線性效應對系統的影響，滿足長距離，高速率的ＤＷＤＭ傳輸。在Ｌ波段的色散和衰耗控制，提供了更好地擴容性。