常用单模光纤的特性和应用

1、常用单模光纤的特性和应用一、前言光纤是光信号的物理传输媒质，其特性直接影响光纤传输系统的带宽和传输距离，目前 已开发出不同特性的光纤以适应不同的应用，常用的光纤种类有常规单模光纤G.652色散位移光纤G.653、截止波长位移单模光纤 G.654、非零色散位移光纤G.655和适用于宽带传送 的非零色散位移光纤G.656,前三种光纤的低损耗区都在1550nm波长监J近，G.656光纤将非 零色散位移光纤使用的波长范围延伸到了 14601625nm波段。我国光纤标准等同采用了 IEC(国际电工委员会)的分类编号方法，但人们有时也按ITU- T(国际电信联盟电信标准化部)建议的编号称呼相应的光纤，例如

2、 G. 652光纤、G. 655光 纤。玻璃 芯/玻璃包层单模光纤的分类如表1所示。目前在全球通信网络中最常用的单模 光纤是:G.652,G.655和G.656光纤。表1.单模光纤的分类IEC分类编号光纤名称ITU-T建议编号B1.1非色散位移单模光纤G.652A,BB1.2截止波长位移单模光纤G.654Bl.3波长扩展的非色散位移单模光纤G.652CB2色散位移单模光纤G.653B4非零色散位移单模光纤G.655二、各种光纤的应用特性2.1、 G.652单模光纤特性与应用ITU-TG.652新建议将G.652光纤分为A,B,C三个子类，如表1所示，A,B子类和C子类 光纤分别与B1.1类和B

3、1.3类光纤相对应。A子类光纤适用于最高可达 STM-16(2. 5 Gb/s) 传输系统。B子类光纤适用于最高可达 STM-64(10 Gb/s)传输系统，对于1550 nm波长区域 的高速率传输通常需要波长色散调节。C子类光纤适用于最高可达STM-64(10 Gb/s)传输系 统,对于1550 nm波长区域的高速率传输通常也需波长色散调节。该子类光纤的主要特点是 可将ITU-TG .95 7建议的SDH专输扩展到1360-1530 nm波段，在此波段内，波长色散会 对最大线路长度有所限制或需要进行调节。表2 G.652单模光纤特性项目特性要求A子类B子类C子类模场直径1310nm(8 .6

4、 - 9. 5) ± 0 .7 pm包层直径125 ± 1 1i m同心度偏差<0.8 pm包层不圆度毛<2.0%光缆截止波长<1260 pm宏与'损耗1550nm<0.50 dB(37.5 mn4H5 100 圈)16xxnm一<0. 50 dB筛选应力>0.69 GPa色散零色散波长入01300 nmc 入 0<1324 nm特性零色散斜率So<0.093p s/nm 2?未成缆光纤偏振模色散系数一 z/i 一、1/2一<xx ps/(km)光缆衰减系数1310nm<0.5 dB/km<0.4 d

5、 B/kmyyyy1)nm一 一xx dB/km1550nm<0.4 dB/km<0.35dB/km16xx(l)nm一<0.40 dB/km光缆偏振模色散系数M一20个光缆段Q一0.01%PMD一<0.5 ps/(Km)1/2 上限波长尚未完全确定，且xx<25 nnr 如果对一种特定结构的光缆已经过验证.制造厂家可以在满足光缆PMD基本要求的情 况下，对未成缆光纤选择规定最大的偏振模色散系数。 对于波 长YYYY由买卖双方协商，建议为1383nme yyyyW 1480nm 如果规定是水峰 波长(1383nm),则在扩展波段中大于和小于yyyy的波长均可使用；

6、如果规定值大于水峰波长，则在扩展波段中只有大于yyyy的波长可以使用。 取样光纤在室温和0.01大气压的氢气中暴露4天，取出再等待14天，这样老化后， 在yyyy nm测量的衰减平均值应不大于在1310 nm规定的衰减值。2.2、 G.653单模光纤特性与应用满足ITU-T.G.653要求的单模光纤，常称色散位移光纤(DS已Dispersion Shifled Fiber ),其零色散波长移位到损耗极低的1550nm处。这种光纤主要用于海底光缆系统，它 把单一波长传送几千公里，也有些国家一度广泛用于陆地干线中，特别在日本被推广使用， 我国京九干线上也有所采纳。美国 AT&E期发现DSF

7、勺严重不足，在1550nm附近低色散区 存在有害的四波混频等光纤非线性效应，阻碍光纤放大器在1550nm窗口的应用。2.3、 G.655单模光纤特性与应用ITU- TG.655新建议将G.655光纤分为A,B两个子类。两个子类光纤均是非零色散位移 单模光纤。由于其具有少量色散，抑制了对密集波分复用系统极为不利的四波混合增长和非 线性效应。该光纤的最佳使用波长为 1530-1565 nm某些场合也可扩展到更高的波长，直 至16xx nm(xx<25 nm)。A类光纤适用于G.691具有光放大器的单通道SDHC统和G.692具 有光放大器的多通道系统，但有以下限制：(1)中等注一入功率(-5

8、d Bm);(2)通路间隔妻200GHz;(3)除非PMD!行规定，会对10G b/s系统传输长度有所限制。B类光纤也适用G.691具有光放大器的单通道SDHS统和G.692具有光放大器的多通道 系统，但有以下扩展：(1)更高的注入功率；(2)通路间隔簇100GHz;(3 )对400k m长的10Gb/s系统，没有PMD可题。表4 G.655单模光纤特性项目特性要求A子类B子类模场直径 1310nm(8 - 11) ± 0 .7包层直径125 ± 1 pm向心度偏差< 0.8 pm包层不圆度毛<2.0%光缆截止波长<1480 pmE损耗1550nm<

9、0.50 dB(37.5 mm#彳100 圈)16xx nm 一<0. 50 dB<0,69 GPa筛选应力波长色散系数C波段 入 max和 入 min1530 nm和 1565 nmDhax>0.1 ps/nm - km>6.0 ps/nm - kmDmin<6,0 ps/nm - km < 10.0 ps/nm - km未成缆光纤偏振模色散系数"<xx ps/(km) 1/2光缆衰减系数1550 nm<0,35dB/km16xx(l) nm一<0,40 dB/km光缆偏振模色散系数M 20个光缆段Q 一0.01%PMD >

10、;0,5 ps/(Km)1/2ITU-T G.655建议对A和B子类单模光纤的特性要求如表 4所示。表4中可以看出：(1)A , B两子类光纤对色散的规定有所不同，B子类还对上下波长边界的色散差(Dmax - Dmin)进 行了限制，使色散斜率较小，有利于密集波分复用 (DWDM)应用。(2)B子类单模光纤还可扩展应用于L波段，对其色散系数提出了要求(特定)，对16xxnm 的光缆衰减系数也作了规定。(3) B子类单模光纤对光缆偏振模色散系数提出了具体规定。表5三种光纤的主要技术参数光纤种类G.652光纤G.653光纤G.655光纤大启效卸积光纤模场直径(标称值)8.6- 9.5 pm 变化不

11、超过土 10%7-8.3 pm 变化不超过土 10%8-11 pm变化不超过土 10%9.5 pm变化不超过土 10%模场同心度偏差< 1m< 1m< 1m< 1(1 m2m406 纤截止波长入C01250nm-<1470nm-22mfc光缆截止波长入cc01260nm<1270nm<1480nm-零色散波长1300-1324nm1500-1600nm-零色散斜率<0.093psnm(的平方)km<0.085psnm(的平方)km-<0.1ps /nm(的平方)km最大色散系数<20ps/nrni - km (1525-1575

12、nm)<3.5ps /nm- km (1525-1575nm)0.1-6.0ps /nm km (1530-1565nm)i1-6.0ps /nm- km (1530-1565nm)包层直径125± 2um125± 2um125± 2um125± 2um典型衰减系数 (1550nn)0.17-0.25dB /km0.19-0.25dB /km0.19-0.25dB /km0.19-0.25dB /km1550nm的宏弯损耗<1dB<0.5dB<0.5dB<0.5dB适用工作窗口1310nrnf 口 1550nm1550nm1

13、550nm1550nm三、光纤衰减和色散对传输系统中继距离的影响。3.1 G.652光纤衰减和色散对传输系统中继距离的影响在1550nm处，常规的G.652光纤具有最低损耗特性。再配合使用光纤放大器，可以在 G.652光纤上开通8X 2.5Gbit /s或16甚至32X 2.5Gbit /s系统。但由于 G.652光纤在 1550nm处的色散值较大，受其影响，当单一波道上的传输速率提高到10Gbit/s时，传输距离就会大大缩短。因此，高速率的传输系统要求采取色散补偿的方式降低G.652光纤在1550nm处的色散系数,例如在G.652光纤线路中加入一段色散补偿模块。但由于采用色散 补偿模块，会引

14、入较高的插入损耗，系统必须使用光纤放大器，造成系统建设成本的提高。 因此在骨干传输网上，利用 G.652光纤开通高速、超高速系统不是今后的发展方向。在 2003年1月修改G.652光纤标准时，希望全面提高 G.652光纤的特性，至少都要支持 10Gbit/s的长途应用，对 G.652B要求支持40Gbit/s的长途应用，所以开始提出 G.652B的 PMDCE小于0.10ps/ (knj) 1/2。后来基于考虑40Gbit/s的应用主要从城域网开始， 10Gbit/s系统的传送在3000km左右已经可以覆盖大部分应用情况，所以放宽到0.20ps/ (knj) 1/20经过调整过的各类G.652

15、光纤的特性为：G.652A支持10Gbit/s系统传输距 离可达400km 10Gbit/s以太网的传输达40km,支持40Gbit/s系统的距离为2kms对于 G.652B型光纤，必须支持10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上，40Gbit/s系统的传输 距离为80km 3.2 G.653光纤衰减和色散对传输系统中继距离的影响将G.652光纤的零色散波长从1310nmB至1550nm便成为了 G.653,色散位移光纤。 在G.653光纤上，使用光纤放大器技术，可将高功率光信号在单波道上传输得更远，是极好 的单波道传输媒介，可以毫无困难地开通长距离高速系统。但是对于DWDM用系统，这

16、种光纤不是合适的媒介。G.653光纤在工作区内的零色散点是导致光纤非线性四波混合效应的 源泉。一般来讲，四波混合的效率取决于通路间隔和光纤的色散。通路间隔越窄，光纤色散 越小，不同光波间相位匹配就越好，四波混合的效率也就越高，而且一旦四波混合现象产生， 就无法用任何均衡技术来消除。但是，若有意识地在生产光纤时使其具有一定的色散，比如， 大于0.1ps/nm km,则可有效地抑制四波混合现象。为此，一种专门为高速超大容量波分 复用系统设计的新型光纤诞生了，这就是 G.655,非零色散位移光纤。3.3 G.655光纤衰减和色散对传输系统中继距离的影响G.655光纤的零色散点不在1550nm附近，而

17、是向长波长或短波长方向位移，使得 1550nm附近呈现一定大小的色散(ITU-T规范为0.1-6ps /nm- kmj)。这样，可大大减轻四波混合的影响，有利于密集波分复用系统的传输。但同时，也要控制1550nm付近的色散值不能太大，以保证速率超过10Gbit/s的信号可以不受色散限制地传输300km以上。按照光 纤在1550nm处的色散系数的正负，G.655型光纤又分为两类：正色散系数 G.655型光纤和 负色散系数G.655型光纤。典型的G.655光纤在1550nmM长区的色散值为G.652光纤的 1/41/6,因此色散补偿距离也大致为 G.652光纤的46倍，色散补偿成本（包括光放大器、

18、 色散补偿器和安装调试）远低于G.652光纤。另外，由于G.655光纤采用了新的光纤拉制工 艺，具有较小的极化模色散，单根光纤的极化模色散一般不超过0.05ps/km1/2。即便按0.1ps/km1/2考虑，这也可以完成至少400kmrfc的40Gbit/s信号的传输。根据零色散点出 现的位置的不同，G.655光纤在1530nm- 1565nm的工作区内所呈现的色散值也不同。零色 散点在1530nm以下时，在工作区内色散值为正值，这种正色散G.655光纤适合陆地传输系统使用；零色散点在1565nm以上时，在工作区内色散值为负值，这种负色散G.655光纤适合海底传输系统使用。四、消除光纤衰减和色

19、散影响的措施光纤的光传输性能包括：衰减系数、色散系数、色散斜率、偏振模色散、非线性效应和工 作波长范围等。现在人们十分清楚，不同层次的网络需要不同传输性能的光纤。4.1 基于G.652光纤G.652光纤在我国已大量敷设，G.652光纤进行扩容主要有两种方法，即波分复用 （WDM方式和时分复用（TDM方式。利用WDMfc术在G.652光纤上实现超高速传输是我们 的重要选择，而且这种方案越来越受到人们的青睐。WD眦服了色散对高速系统的限制，以 2.5Gbit/s XN系统为例，虽然在整个线路上传输的速率是 10Gbit/s或20Gbit/s，但每个波 长承载的业务只有2.5 Gbit/s ,这样就

20、大大减轻了对系统色散参数的要求。采用马赫一曾德尔外调制时，色散受限距离可达1000KM因而我们可以在不采取色散调节措施的情况下，在常规 G.652光纤上开通超高速系统。除 WD般术外，TDM勺10 Gbit/s系统也实现了商用化。在 Gbit/s光纤上，即使采用外调制技术，10 Gbit/s系统的 色散受限距离也只有50KM左右，因而必须采取色散调节措施。虽然目前色散调节的方法很 多，可真正能够实用化的只有色散补偿光纤法（DCF。这种方法将使系统对色散的限制完全 消除，只要在长途传输线路中间断地插入色散补偿光纤，系统就可以采用TDMK术方便地扩容到10 Gbit/s、20 Gbit/s甚至40

21、Gbit/s。这种技术的缺点是DCF来了较大的插入损耗， 需要采用光放大器EDFAP以补偿，整个系统会引入较多的 EDFA成本较高，另外DCF本身 的价格也比较贵。到现在为止，对于G.652光缆，几乎所有的大公司都选择 NX 2.5 Gbit/sWD腑为发 展策略，在不使用色散补偿手段的情况下方便地进行扩容。这也可为未来的全光网的发展积 累技术，但也有公司认为2.5 Gbit/s作为基准速率低了一些，应先采用 TDM勺10Gbit/s系 统,然后再发展更高速率的 WD陈统。但是当前TDM?式费用较大，必须进行色散补偿，而 且以后系统再扩容也必须采用 WD0式。4.2 基于G.653光纤较G.6

22、52光纤而言，在G.653光纤上运行10 Gbit/s及其以上速率系统要简单些，因为 1550n*口是零色散窗口，这就完全消除了色散限制。在G.653光纤上进行扩容时，开始无一例外地要采用TD汕式。如果只考虑TD汕式扩容，G.653光纤无疑是最好的选择，特 别是和外调制器及EDFN目结合，可以达到超长距离的全光传输。现在 G.653光纤面临的一 个挑战是开WD陈统的问题，又t以开通多路 WD陈统。当光纤中有多个波长的信号传播，且 信号的强度达到一定程度时，会发生严重的四波混频现象，产生较大的用扰。当然采用不等 间隔波长安排时，也不排除开通8波长以上的波分复用系统，但需要十分精细的设计，而且 占

23、用了本来就不富裕的EDFA勺放大带宽。G.653光纤只是单波长系统的最佳选择，单通道可以直接开通TDM 10 Gbit/s甚至20Gbit/s系统，但是G.653光纤限制了未来波分复用的应用。从发展趋势上看，WDMfc术在传输网上的应用是必然的，现在的问题是以哪个速率为基准速率。在许多国家的网上，已不鼓 励使用G.653光纤。我国也基本上不会再在网上使用这种光纤。4.3 基于G.655光纤在G.655光纤上运行10 Gbit/s或更高速系统比较容易。由于这类光纤既解决了光纤的 线性色散受限问题，又解决了光纤的非线性问题。因此既可以单波长采用TDM&式直接开通10 Gbit/s甚至20G

24、bit/s系统，又可以采用 WDM?式以2.5Gbit/s XN ( N= 4, 8, 16) 或 10 Gbit/s XN ( N= 4, 8)开通高速系统，满足了 TDMF口 WDM5种发展方向的要求。以Lucent的真波光纤为例：在15401565NmE间，光纤色散系数在1.04.0 ps/(nm.km),这个值已足以消除四波混频的相位匹配效应，从而基本避免 了非线性影响；而低色散系数又不至于对系统造成色散受限。它既可以开通高速率的10Gbit/s、20Gbit/s的TDMS统，又可以采用 WDM?式进行扩容。现在出现的G.655光纤主要有两种，最先出现的是 Lucent公司的真波光纤(

25、True Wave Fiber ),它的零色散点在1530NmZ下的短波长区，在15491561 Nmfi个最常用的EDF4曾 益平坦区，色散系数为2.03.0 ps/(nm.km),这个值已足以消除四波混频的相位匹配效应， 从而基本避免了非线性影响；而低色散系数又不至对系统造成色散受限。据 Lucent提供的 资料：即使单波长传输10 Gbit/s的TDMS统，其色散受限距离仍可达 300km左右。在Lucent的应用中，使用的是色散“正区”，在这一区域，自相位调制效应(SPM可以压缩脉冲宽度，从而有利于减轻色散的压力。但是它会带来调制不稳定性(MI-ModulationInstability ), MI效应随光功率的提高和系统距离的延长而增长。关于 MI效应有不同的看 法：一种认为可以用滤波器滤出产生的干扰信号，另一种则认为它是不可克服的缺陷。但是 到现在为止，有关真波光纤陆地WD陈统的应用似乎并没出现很大的问题。几乎与Lucent公司同时，康宁公司也推出了自己的非零色散光纤SM4 LS,与真波光纤不同的是：它的零色散点处于长波长区 1570 NH付近，而在15301565 nm光放大器能放 大的频谱区域，光纤的色散值都为负值，系统工作于色散