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光纤制造技术的几个发展趋势
随着密集波分复用(DWDM)技术、光纤放大技术,包括掺铒光纤放大器(EDFA)、分布喇曼光纤放大器(DRFA)、半导体放大器(SOA)和光时分复用(OTDM)技术的发展和广泛应用,光纤通信技术不断向着更高速率、更大容量的通信系统发展,而先进的光纤制造技术既能保持稳定、可靠的传输以及足够的富余度,又能满足光通信对大宽带的需求,并减少非线性损伤.
多模光纤
多模光纤的中心纤芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光.常用的多模光纤为:50/125μm( 欧洲标准),62.5/125μm(美国标准).
近年来,多模光纤的应用增速很快,这主要是因为世界光纤通信技术将逐步转向纵深发展,并行光互联元件的实用化也大大推动短程多模光缆市场的快速增长,从而使多模光纤的市场份额持续上升.随着千兆以太网的建立,以太网还将从Gbps向10Gbps的超高速率升级,10Gbps以太网标准(IEEE802.3ae),已于2002年上半年出台.通信技术的不断进步,大大促进了多模光纤的发展.
全波光纤
随着人们对光纤带宽需求的不断扩大,通信业界一直在努力探求消除“水吸收峰”的途径.全波光纤(All-WaveFiber)的生产制造技术,从本质上来说,就是通过尽可能地消除OH离子的“水吸收峰”的一项专门的生产工艺技术,它使普通标准单模光纤在1383nm附近处的衰减峰,降到足够低的程度.1998年,美国朗讯公司研制了一种新的光纤制造技术,它能消除光纤玻璃中的OH离子,从而使光纤损耗完全由玻璃的特性所控制,“水吸收峰”基本上被“压平”了,从而使光纤在1280?1625nm的全部波长范围内都可以用于光通信,由此,全波光纤制造技术的难题也逐渐得到了解决.到目前为止,已经有许多厂家能够生产通信用全波光纤,如朗讯公司的All-wave光纤、康宁公司的SMF-28e光纤、阿尔卡特的ESMF增强型单模光纤、以及藤仓公司的LWPfiber光纤等.
2000年4月,为适应光纤产品技术的最新进展,ITU对G.652单模光纤标准进行了大规模的修订,到10月份正式定稿,对应于IEC(国际电工委员会)的分类编号B1.3,ITU-T将“全波光纤”定义为G.652c类光纤,主要适用于ITU-T的G.957规定的SDH传输系统和G.691规定的带光放大的单通道SDH传输系统和直到STM-64(10Gb/s)的ITU-T的G.692带光放大的波分复用传输系统,对于1550nm波长区域的高速率传输通常也需要波长色散调节.
全波光纤在城域网建设中将会大有作为.从网络运营商的角度来考虑,有了全波光纤,就可以采用粗波分复用技术,取其信道间隔为20nm左右,这时仍可为网络提供较大的带宽,而与此同时,对滤波器和激光器性能要求却大为降低,这就大大降低了网络运营商的建设成本.全波光纤的出现使多种光通信业务有了更大的灵活性,由于有很宽的波带可供通信之用,我们就可将全波光纤的波带划分成不同通信业务段而分别使用.可以预见,未来中小城市城域网的建设,将会大量采用这种全波光纤.
人类追求高速、宽带通信网络的欲望是永无止境的,在目前带宽需求成指数增长的情况下,全波光纤正越来越受到业界的关注,它的诸多优点已被通信业界广泛接受.
聚合物光纤
目前通信的主干线已实现了以石英光纤为基质的通信,但是,在接入网和光纤入户(FTTH)工程中,石英光纤却遇到了较大的困难.由于石英光纤的纤芯很细(6?10μm),光纤的耦合和互接都面临技术困难,因为需要高精度的对准技术,因此对于距离短、接点多的接入网用户是一个难题.而聚合物光纤(polymeropticalfiber,POF)由于其芯径大(0.2?1.5mm),故可以使用廉价而又简单的注塑连接器,并且其韧性和可挠性均较好,数值孔径大,可以使用廉价的激光源,在可见光区有低损耗的窗口,适用于接入网.聚合物光纤是目前FTTH工程中最有希望的传输介质.
聚合物光纤分为多模阶跃型SI-POF和多模渐变型GI-POF两大类,由于SIPOF存在严重的模式色散,传输带宽与对绞铜线相似,限制在5MHz以内,即便在很短的通信距离内也不能满足FDDI、SDH、B-ISDN的通信标准要求,而GIPOF纤芯的折射率分布呈抛物线,因此模式色散大大降低,信号传输的带宽在100m内可达2.5Gbps以上,近年来,GIPOF已成为POF研究的主要方向.最近,N.Tanio从理论上预测了无定形全氟聚丁烯乙烯基醚在1300nm处的理论损耗极限为0.3dB/km,在500nm处的损耗可低至0.15dB/km,这完全可以和石英光纤的损耗相比拟.G.Giorgio等人报道了100m全氟GI POF的数据传输速率已达到11Gbps.因此,GI POF有可能成为接入网,用户网等的理想传输介质.
光子晶体光纤
光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF)是由ST.J.Russell等人于1992年提出的.对石英光纤来说,PCF的结构特点是在其中间沿轴向均匀排列空气孔,这样从光纤端面看,就存在一个二维周期性的结构,如果其中一个孔遭到破坏和缺失,则会出现缺陷,利用这个缺陷,光就能够在其中传播.PCF与普通单模光纤不同,由于它是由周期性排列空气孔的单一石英材料构成,所以有中空光纤(holeyfiber)或微结构光纤(micro-structured fiber)之称.PCF具有特殊的色散和非线性特性,在光通信领域将会有广泛的应用.
PCF引人注目的一个特点是,结构合理,具备在所有波长上都支持单模传输的能力,即所谓的“无休止单模”特性(endlesslysingle-mode),这个特性已经有了很好的理论解释.这需要满足空气孔足够小的条件,空气孔径与孔间距之比必须不大于0.2.空气孔较大的PCF将会与普通光纤一样,在短波长区会出现多模现象.
PCF的另一个特点是它具有奇异的色散特性.现在人们已经在PCF中成功产生了850nm光孤子,预计将来波长还可以降低.PCF在未来超宽WDM的平坦色散补偿中可能扮演重要角色.
世界领先的PCF产品商业化的公司----丹麦CrystalFiberA/S最近推出了新的光子晶体光纤产品系列.一种是中空的“空气波导光子能带隙晶体光纤”(air-guidingPhotonic Bandgap Fiber),此晶体光纤的纤芯是中空的,利用空气作为波导,使光可以在特殊的能带隙中传输.另外一种是“双包层高数值孔径掺镱晶体光纤”(Double Clad High NA Yb Fiber),该光纤可以用在光纤激光器或光纤放大器中,另外由于该光纤具有光敏性,还可以在它上面刻写光纤光栅.
通信光纤面临的问题
目前,光纤在光通信应用中还有许多问题有待解决.如色散与弥散、有限色散和小色散斜率、负色散、偏振模色散、非线性、大芯区有效面积弯曲损耗、综合优化面临的矛盾、有效面积与色散斜率、负色散与损耗等.但有理由相信,随着光通信技术的不断进步,这些问题都会找到合适的解决办法.
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aliwer
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