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 

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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

       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。

大保实光纤（G.655）性能及其应用

       随着全球通信容量的飞速增长，ＥＤＦＡ和ＤＷＤＭ技术的日益成熟，光电技术和器件的快速 更新发展，促使光纤的性能达到更高的速率、更大的容量。大保实光纤就具有更均衡的有效面积，低色散斜率和低ＰＭＤ等特性，可以有效地抑制非线性效应，适用 于长距离、高速率、大容量的ＤＷＤＭ通信系统的应用。这样，通信网络设计者可以充分利用ＤＷＤＭ技术和光电器件的功能，增加系统设计的灵活性。 

１．波分复用系统发展的要求

       在ＷＤＭ通信网中，干线传输的波道多，功率大，而光纤中的非线性效应是影响系统性能的主要因素。非线性效应包括四波混频（ＦＷＭ），自相位 调制 （ＳＰＭ），互相位调制（ＸＰＭ），及由受激散射产生的拉曼散射（ＳＲＳ）和布里渊散射（ＳＢＳ）。光纤中的非线性效应与光功率密度有关。对ＷＤＭ系统影 响最大的非线性效应为ＳＰＭ。ＳＰＭ是由于光脉冲中心强度引起折射率变化产生的脉冲展宽。有ＳＰＭ产生功率损失与有效面积的关系如（１）式：其中Ｄ为光纤 色散，Ａｅｆｆ为有效面积。 １　 ＦＷＭ指两个或三个波长的光波混合产生新波长光波的现象，是影响ＤＷＤＭ通信的主要非线性效应之一。有ＦＷＭ一起的光噪声功率如（２）式所示：式中Ｐ为每 通道光功率，ｎ２为非线性折射率，α为光纤损耗，Δλ为信道间隔。 ２　 对ＷＤＭ系统影响最大的两种非线性效应都随有效面积的增加而减小。因此，大有效面积的非零色散位移光纤是应用于大容量ＤＷＤＭ系统的最优化设计光纤。

2.大保实（Ｇ．６５５）光纤 

       大保实（非零色散位移单模光纤）光波导有利于高速率、大容量的通信传输。其折射率剖面为多包层抛 物线型。纤芯折射率的高低对导光面积的影响最大，１％的折射率波动将会引起有效面积数平方微米的变化。通过调整芯径和下陷层的高低可以获得１５５０ｎｍ窗 口的低色散及零色散点的低斜率，并可以控制直至Ｌ波段的较平坦的色散分布。外环的作用一方面适当地增加有效面积，减小非线形效应；另一方面，外环折射率的 高低和宽窄可以使光波场的更大部分分布于光波导的中心，以避免宏弯和微弯损耗，降低光纤性能受外部因素干扰的敏感性。

       理论分析和实践表明，多包层折射率分布利用其基模波导色散控制原理，是构成大有效面积非零色散位移光纤最理想的结构。而ＰＣＶＤ工艺由于其折射率分布控制 精确、均匀，因此，大保实光纤在衰减、色散、色散斜率及偏振模色散（ＰＭＤ）等指标上得到进一步优化，能满足高速率、大容量、多通道的通信需要。 

       在大保实光纤生产的核心工序--预制棒沉积过程中，我们利用ＰＣＶＤ工艺沉积均匀性好，折射率分布精细的特点，分别控制芯层和包层的沉积，既保证了完善的 光学性能，又提高了制造效率。通过控制非等温等离子体的功率，反应物ＧｅＣｌ４、ＳｉＣｌ４等气体的流量，以及真空条件下的压力和温度分布等工艺因素，可 以获得所需要的理想的折射率分布，平衡各个使光纤有效面积，色散、色散斜率及抗弯曲能力调整到最佳状态。 

       在ＰＣＶＤ沉积过程中，非均相反应过程不受温度影响，减少了沉积对温度的敏感性。微波功率直接耦合到负压的反应区域内，使沉积不受沉积衬管热传导性的影 响。通过精确控制折射率不同界面的掺杂量和ＧｅＯ２、氟等物质的扩散，进一步提高了光波导的对称性和均匀性，并且减小了产生ＰＭＤ的主要因素之一--光纤 内应力的影响，使大保实光纤的ＰＭＤ的链路值不大于０．１ｐｓ／。 

       大保实光纤不仅在１５５０ｎｍ工作波段有较小并且稳定的正色散值，在Ｌ波段（１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）也有较低的色散和衰耗，因此，大保实光纤能充分 支持ＤＷＤＭ在Ｌ波段的传输。为有效地抑制四波混频等非线性效应，我们权衡了有效面积和色散斜率，使大保实光纤能可靠地应用于密集波分复用系统中。

3.系统实验

       我们用大保实光纤成功地实现了１６×１０Ｇｂｉｔ／ｓ ４００公里无误码的传输实验。

       试验中的系统受条件限制，有调制的信号光只有７个波道，其余９个波道用直流光顶替。其基本参数为：速率，９．９５３２８Ｇｂｉｔ／ｓ；测试误码率的信号图 案，２３１－１伪随机码；灵敏度条件，ＢＥＲ＜１０－１２。 １５５０．９２ｎｍ波道传输４００ｋｍ后的接收眼。 

        在误码率ＢＥＲ＝１０－１０时，系统传输各通道代价均小于１ｄＢ。在传输实验中， 没有出现四波混频（ＦＷＭ），自相位调制（ＳＰＭ）等非线性效应。ＰＭＤ也没有对传输产生影响。

        大保实光纤权衡了有效面积和色散斜率的影响，在大有效面积的基础上，调整了色散和色散斜率等光学性能，使大保实光纤更有利于克服非线性效应对系统的影响，满足长距离，高速率的ＤＷＤＭ传输。在Ｌ波段的色散和衰耗控制，提供了更好地扩容性。