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G.655光纤的特点及其应用

2/14/2005来源:光纤通信人气:11334

信息产业部北京邮电设计院 唐红炬

  摘要:随着长途通信传输容量的成倍增长,以10Gbit/s为基础的波分复用技术全面走向商用。新开发的G.655光纤是开通大容量传输系统的较好的媒介。

  关键词:波分复用 光纤 色散 四波混合 G.655

  1.引子

  21世纪是一个多媒体的时代,电信网也将是一个宽带、大容量的多媒体网络。长途骨干传输网正向以单根光纤提供Tbit/s(=1000Gbit/s)信息容量的方向发展。中国网通的G.655长途骨干网已经初具规模,为其今后向社会提供宽带传输通路奠定了基础。中国电信的改组也初步完成,未来两年内,中国电信将建设完成超高速骨干传输网。随着今年底第二条京济宁干线光缆线路工程的开工,中国电信在长途骨干传输网上大规模使用G.655光纤的时代到来了。那么,为什么要使用G.655光纤呢?

  2.光纤的非线性影响

  我们都知道,近10年来,G.652光纤一直占据着光纤市场的主导地位,但是随着光纤传输速率的提高,尤其是近年来,随着光纤放大器的应用和波分复用(WDM)技术的发展,人们对光纤又有了一些新的要求。在以前的传输网上,进人光纤的光功率不大,光纤呈现线性传输特性,影响光纤传输特性的因素主要是损耗和色散。然而,随着光纤放大器的应用,超过+18dB以上的光信号被耦合进一根光纤,波分复用技术使一根光纤中有了数十条甚至上百条光波道。这时,较高的光能量聚集在很小的截面上,光纤开始呈现出非线性特性,并成为最终限制传输系统性能的关键因素。主要的非线性现象是受激散射和非线性折射(克尔效应)。

  受激散射主要分为受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)。其中SRS对于单波长系统的影响可以忽略不计,但是对于高密集的波分复用系统,SRS将成为限制通路数的主要因素。拉曼散射和布里渊散射都使入射光能量降低,并在光纤中形成损耗。这种损耗在入射功率低时影响甚微,但入射功率达到一定程度时,损耗就会到影响系统的正常运行。

  克尔效应是在光功率较高时,光纤的折射率随光强变化而变化的非线性现象。主要有自相位调制、交叉相位调制和4波混合,其中尤以四波混合对大功率WDM系统影响最大。在波道频率间隔相等和光纤的色散很低的情况下,四波混合会将大量的信道的功率转移到另一条渡道上。这不仅使有用的信道的功率损失,而且导致信道间串音,严重影响系统性能。特别是当波道波长接近光纤零色散点时,这一现象更加突出。

  3.各种光纤的比较

  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8×2.5Gbit/s或16甚至32×2.5Gbit/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。

  这里,不得不提及G.653光纤。将G.652光纤的零色散波长从1310nm移至1550nm处,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复用系统,这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。

  G.655光纤的零色散点不在1550nm附近,而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·km)。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附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。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。

  上述三种光纤的主要技术规范见表1。

表1 ITU-T关于光纤的主要规范


光纤种类 G.652光纤 G.653光纤 G.655光纤 大有效面积光纤
模场直径(标称值) 8.6-9.5μm
变化不超过±10%
7-8.3μm
变化不超过±10%
8-11μm
变化不超过±10%
9.5μm
变化不超过±10%
模场同心度偏差 ≤1μm ≤1μm ≤1μm ≤1μm
2m长光纤截止波长λc ≤1250nm -- ≤1470nm --
22m长光缆截止波长λcc ≤1260nm ≤1270nm ≤1480nm --
零色散波长 1300-1324nm 1500-1600nm -- --
零色散斜率 ≤0.093ps/nm(的平方)km ≤0.085ps/nm(的平方)km -- ≤0.1ps/nm(的平方)km
最大色散系数 ≤20ps/nm·km
(1525-1575nm)
≤3.5ps/nm·km
(1525-1575nm)
0.1-6.0ps/nm·km
(1530-1565nm)
1-6.0ps/nm·km
(1530-1565nm)
包层直径 125±2μm 125±2μm 125±2μm 125±2μm
典型衰减系数(1550nm) 0.17-0.25dB/km 0.19-0.25dB/km 0.19-0.25dB/km 0.19-0.25dB/km
1550nm的宏弯损耗 ≤1dB ≤0.5dB ≤0.5dB ≤0.5dB
适用工作窗口 1310nm和1550nm 1550nm 1550nm 1550nm

  表1中提及的大有效面积光纤是一种改进型G.655光纤。其模场直径比一般的G.655光纤大,光有效面积达72μm(的平方)以上,可承受更高的入射光功率。由于光纤的非线性效应与入射的光功率密度成正比,而功率密度又与纤芯的有效面积成反比,因而这种光纤可以更有效地克服非线性效应。同时,这种光纤的色散系数规范也大为改进,提高了下限值,使之在1530nm-1565nm窗口内处于1至6ps/nm·km,从而进一步减小四波混合的影响。因而这种光纤非常适合高速率的DWDM系统,从目前看,大有效面积G.655光纤将成为今后长途骨干传输网的首选光纤。

摘自《电信工程技术与标准化》2001.2