光纤技术的几个分支及其发展趋势

光纤技术的几个分支及其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，就是通过旧能地消除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。≯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。≯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GIPOF的数据传输速率已达到11Gbps。因此，GIPOF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-structuredfiber)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-guidingPhotonicBandgapFiber)，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(DoubleCladHighNAYbFiber)，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。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，就是通过旧能地消除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。≯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。≯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GIPOF的数据传输速率已达到11Gbps。因此，GIPOF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