1、新 型 光 纤 及 其 标 准摘要 光纤是光纤通信系统中最基础的传输物理媒质，由于信息传送需求的不断增长，对光纤通信系统提 出了新的要求。于是，系统自然要对光纤提出新的要求。原有各种类型的光纤不能适应这种新的需求，人们就 会研究开发新型光纤以满足系统的要求。本文在简述了光纤的发展历程及新型光纤产生的背景之后，介绍了 G.652D 、G.655C 和 G.656 三种新型光纤的主要特性以及它们的标准制订情况。 关键词 光纤通信 光纤 标准 1 概 述自 1966 年“光纤之父 ”高锟博士预言光纤可以用于通信至今，已经过去了 37 个年头，光纤通信系统也已经 实用了 28 年，如今可以说进入了光纤
2、通信技术发展的顶峰时期。系统的发展是与应用密切相关的，系统和光电 子器件的进步又对光纤提出了新的要求，促进了光纤技术的发展。1975 年第一个实用的光纤通信系统是应用于 市话中继，而且当时的速率是 45Mbit/s，所使用的是多模光纤，而且应用在 850nm 的短波长窗口。随着光纤通信 系统的应用从市话扩展到长途，光纤 850nm 窗口的衰减显然较大，当时又研制成功了 1300nm 的长波长器件，于是 就产生了应用 1300nm 窗口的长波长光纤通信系统，这些系统都还是使用 G.651 规范的多模光纤。随着传输距离进 一步延伸和传输速率的提高，多模光纤已经不能满足系统要求。当单模激光器研制成功
3、的时候，G.652 单模光纤 也应运而生。而且由于光纤的 1550nm 窗口的衰减比 1310nm 窗口的衰减低，所以更高速率系统由于光接收灵敏度 的降低又希望保持一定的传输距离，逐步转到 1550nm 窗口来应用。从系统的角度来说，2.5Gbit/s 以下的系统一般为衰减限制系统，而 10Gbit/s 及其以上速率的系统为色散限 制系统。从衰减尽可能小的方面看，10Gbit/s 及其以上速率的系统应工作在1550nm 窗口，但 G.652 光纤在该窗口 的色散太大，达到1820ps/nmkm，传输距离被限制在 7080km 左右。能否使光纤在 1550nm 窗口的衰减又小而色 散也小呢，没问
4、题，当时研制出来的 G.653 色散位移光纤，就是在 G.652 光纤的基础上，将零色散点从 1310nm 窗 口移动到 1550nm 窗口实现的。但是当 DWDM 系统大量推广应用时发现，由于 EDFA 在 DWDM 中的使用，使进入光纤的 光功率有很大的提高，会使光纤产生非线性效应。由于 G.653 光纤在 1550nm 窗口的色散值太小，使得在 G.653 光 纤上工作的 DWDM 系统受四波混频效应的影响太严重。虽然可以采用非均匀波道间隔、色散支持技术等方法来克 服，但毕竟使系统变得复杂，或者还减少了有效使用波道数，所以并不理想。G.652 光纤在 1550nm 窗口的色散较 大，足以
5、抑制四波混频现象，但因色散太大，不利于以 10Gbit/s 及其以上速率为基础的 DWDM 系统长距离传输。 虽然可以采用色散管理等技术来解决，也并不方便。所以人们就去寻求一种使光纤在 1550nm 窗口的色散既不很 大、又不为零的解决方案，这就是当时称为 G.65x，后来规范为 G.655 的非零色散位移光纤。而且各个不同的光 纤厂家又设计制造出多种不同的 G.655光纤，如大有效面积、低色散斜率等等。实际上，10Gbit/s 及其以上速率的系统在光纤中的传输距离不仅受通常光纤的色度色散限制，更严重的是 受偏振模色散PMD 的限制，普通 G.652 光纤和 G.655 光纤的 PMD 较大且
6、具有统计特性，系统补偿比较困难。为了满 足高速率系统的要求，在 2000 年 10 月 G.652 光纤 和 G.655 光纤的标准修订的时候，将 G.652 光纤细分为 G.652A、 G.652B、 G.652C 三种类型。规定 G.652A 光纤只能支持 2.5Gbit/s 及其以下速率的系统（对缆内光纤的 PMD 系数不 提要求） ，G.652B 光纤可以支持 10Gbit/s速率的系统（粗略地说，要求缆内光纤的 PMD 系数小于0.5ps/km1/2） 。类似地，G.655 光纤也相应划分为 G.655A 光纤和 G.655B 光纤，前者可支持波道间隔为 200GHz 以上的DWDM
7、 系统， 后者可以支持波道间隔为 100GHz 及其以下的DWDM 系统，并能支持 10Gbit/s 传输 400km 以上的距离。同时由于光 纤制造工艺的不断成熟，特别是脱水工艺的改进，使原来在 1380nm 附近出现的水吸收峰基本消失，使得 G.652 光纤从 1260nm 到 1670nm 的整个范围都可用以通信。于是把这种光纤命名为 G.652C 光纤，G.652C 光纤也可以支持 10Gbit/s速率的传输。当在光纤上传输的单信道速率达到 40Gbit/s 或对于以40Gbit/s 为基础的 WDM 系统，PMD 的影响更为显著，必 须进一步严化对光纤的 PMD 指标的要求。另一方面
8、，10Gbit/s 系统已成为光纤传输的主流速率，希望所有的光纤 包括G.652A、G.655A 都能支持 10Gbit/s 系统的传输，对 G.652B 希望能支持 10Gbit/s 传输 3000km 以上的距离，显 然也必须减小PMD 的影响。于是在 2003 年 1 月修订 G.652 光纤和 G.655 光纤标准时，不仅对原 G.652A、G.652B、 G.652C 以及G.655A、G/655B 的指标做了调整，又定义了两种新型的光纤G.652D 和 G.655C 光纤。初期的 DWDM 系统通常工作在 C 波段（ 15301565nm） ，然而，C 波段只有 35nm 的范围，
9、即使采用 0.4nm 的波道 间隔，在 15291560 也只能安排 80 个波道。要进一步增加波道数，就必须增大可利用的波长范围，例如可以把 L 波段（15651625nm）利用起来，这样，就有 95nm 的范围可利用。由于 16001625nm 范围光纤的色散太大，所以 在 L 波段15701603nm 范围内可安排 80 个间隔为 0.4nm 的波道。C+L波段可以实现 160 波的系统。要继续增加波道数 ，当然可以再减小波道间隔，但波道间隔的减小是有限度的，一方面增大了去复用的难度，另一方面太小的间 隔使每个波道可传送的速率受到较大的限制。所以寄希望于再扩大可利用波长范围。G.652C
10、 光纤的可用波长范 围达 410nm，但整个范围内色散的变化太大，系统进行补偿的难度和代价太大。于是人们想到，利用 S+C+L 三个 波段，为了减少系统的麻烦，又应让光纤在这个范围内色散的变化维持在一个较小的范围，这就引出了对另一 种新型光纤的研究，ITU-T 把这种光纤命名为 G.656 光纤。本文在下面的部分主要介绍对G.652A、B、C ，G.655A、B 光纤的新要求和三种新型光纤G.652D、G.655C 和 G.656 的特性及其标准。 2 G.652D 光纤如前所述，对于 10Gbit/s 及其以上速率的高速系统来说，PMD 对其传输距离的影响极大，从表 1 中可以看出 ，要支持
11、统传输距离达 400km，则 PMDQ 必须小于 0.5 ps/km，此时可支持 40Gbit/s 系统的甚短距离 2km 的应用。 当 PMDQ 小于0.20 ps/km 时，10Gbit/s 系统传输距离可达 3000km 以上，40Gbit/s 系统传输距离可达 80km 以上。当 PMDQ 小于0.10 ps/km 时，10Gbit/s 系统传输距离可大于 4000km，而40Gbit/s 系统传输距离可达 400km 以上。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
12、40Gbit/s 的长途应用，所以开始提出 G.652B 的 PMDQ 应小于 0.10ps/km。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 0.20 ps/km。经过调整过的各类 G.652 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 2km。相应的参数指标如表 2 所示。表 2 G.652A 光纤参数指标对于 G.652B 型光纤，必须支持 10Gbit/s 系统传输距
13、离可达3000km 以上，40Gbit/s 系统的传输距离为 80km。 相应的参数指标如表 3 所示。 表 3 G.652B 光纤参数指标对于 G.652C 型光纤，基本属性与 G.652A 相同，但在1550nm 的衰减系数更低，而且消除了 1380nm 附近的水吸 收峰，即系统可以工作在 13601530nm 波段。相应的参数指标如表 4所示。 表 4 G.652C 光纤参数指标 为了使无水吸收峰光纤也能支持 G.652B 所支持的那些应用，必须对无水吸收峰光纤的 PMDQ 提出更严的要求 ，因此有必要定义一种新的光纤类型，即 G.652D 型光纤。这种光纤的参数指标如表 5 所示。可以
14、看出，G.652D 型 光纤的属性与 G.652B 光纤基本相同，而衰减系数与 G.652C 光纤相同，即系统可以工作在 13601530nm 波段。 表 5 G.652D 型光纤参数指标 3 G.655C 光纤G.655 光纤是为适于 DWDM 的应用而开发的。 2000 年版的 G.655 标准只将其分为 A、B 两种类型。类似于对 G.652 各类型光纤的要求全面提高，对 G.655 的 A、B 两类光纤的要求也都提高了，分别如表 6 和表 7 所示。也就是说，虽 然新的G.655A 光纤仍只能支持 200GHz 及其以上间隔的 DWDM 系统在 C 波段的应用，却已经可以支持以 10Gbit/s 为基 础的DWDM 系统了。而新的 G.655B 光纤可以支持以 10Gbit/s 为基础的 100GHz 及其以下间隔的 DWDM 系统在 C 和 L 波段 的应
