超低损光纤（精选4篇）
超低损光纤 篇1
目前100G波分传输系统已广泛商用, 超低损耗和大有效面积等新型光纤有望助力下一代400G波分传输系统大规模部署。
近年来, 随着移动互联网、家庭宽带、云计算、视频等业务的快速发展, 运营商在光传输网上大力投资以满足日益增加的带宽需求。以中国移动为例, 骨干网流量将以每年30%~50%的速度增长, 特别是近几年, 骨干网传输带宽将从2014年的81T增长到2016年的约280T。
光传输网络发展概况
为此, 中国移动已经在骨干网上大规模部署100G波分系统, 单对光纤满配100G系统可以提供8T传输容量, 280T的容量需要超过35对 (70芯) 光纤, 铺设的光纤很快就会消耗殆尽。而400G系统可以提供16T到20T的单纤传输容量, 其频谱效率是100G系统的2~2.6倍, 可以有效缓解对光纤芯数的占用。
我国幅员辽阔、地理特征情况复杂, 运营商光传输网的光复用段的距离差异较大。据统计约90%的光复用段在600公里以下, 同时也有约7%的光复用段在600公里以上, 一些复用段的距离在1000公里以上。从实际工程测试的传输结果看, 普通G.652光纤可以满足100G系统1000公里左右的传输, 已经被广泛应用于运营商的省际、省内骨干网和城域核心层网络上。100G采用PM-QPSK编码方式、相干调制、数字信号处理等技术, 网络的传输带宽、成本、功耗等性能得到了很大提高, 同时也缩短了链路开通时间。
随着100G波分传输技术及相关产业链日趋成熟, 并实现规模商用, 业界也逐步转向400G甚至更高速率的研发以满足网络升级需求。目前400G光传输系统有多种实现方式, 包括四载波PM-QPSK、双载波PM-16QAM等, 其中双载波PM-16QAM为业界的主流实现方式。PM-16QAM调制格式的系统比PM-QPSK调制格式的系统有更高的频谱效率。在理论上PM-16QAM的背靠背OSNR容限比PMQPSK差约6.7d B, 因此PM-16QAM的传输距离不到PMQPSK的四分之一, 极大限制了400G系统在网络中的部署和应用。光传输系统需要保持系统容量和传输距离之间的平衡, 在长距离光传输系统中, 一般会采用高阶调制方式来提高频谱利用率, 同时通过低损耗、新型放大器等方法来保持所需的传输距离。
新型低损耗光纤技术指标
400G传输系统较短的传输距离成为限制其在骨干网广泛应用的主要因素, 因此产业界将很多目光投向了新型低损耗光纤, 希望通过使用新型低损耗光纤助力400G系统应用于骨干网。新型光纤包括低损光纤、超低损光纤和大有效面积光纤等, 如图所示。普通G.652光纤的纤芯材料为掺锗二氧化硅, 有效面积为85μm2, 典型损耗为0.19~0.20d B/km。低损光纤的纤芯材料也是掺锗二氧化硅, 有效面积为85μm2, 典型损耗为0.18d B/km。超低损光纤的纤芯材料为纯二氧化硅, 通过纯二氧化硅来降低损耗, 有效面积为90μm2, 典型损耗为0.168d B/km。大有效面积光纤的有效面积为110~130μm2, 典型损耗可以降低到0.158d B/km以下。
显著提高400G系统传输距离
理论上, 根据骨干网光缆现状和目前400G PM-16QAM传输系统的性能, 在400G系统传输距离达到1000公里的前提下, 如果使用普通的EDFA放大器, 则需要光纤的损耗达到0.14d B/km, 目前的光纤技术达不到这样的损耗。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面积光纤, 则需要光纤的损耗达到0.153d B/km, 目前的光纤技术也达不到这样的损耗。如果使用拉曼放大器, 则需要光纤的损耗达到0.17d B/km。如果使用拉曼放大器加上大有效面积光纤, 则需要光纤的损耗达到0.183d B/km。
现网中大多数光复用段的距离在600公里以内, 在400G系统传输距离达到600公里的前提下, 如果使用普通的EDFA放大器, 则需要光纤的损耗达到0.165d B/km, 超低损光纤基本能够满足性能要求。如果使用普通的EDFA放大器加上大有效面积光纤, 则需要光纤的损耗达到0.178d B/km。如果使用拉曼放大器, 则需要光纤的损耗达到0.195d B/km。由此可见, 新型低损耗光纤和拉曼放大器对400G系统传输距离的帮助很大。
除了400G系统的应用外, 超低损光纤还有望用于长距离直达链路、光电混合交叉等场景。以从北京到广州为例, 如果铺设超低损光纤, 则有望用100G光传输系统实现3000公里的直达链路而不需要电再生。
测试/ 试点火热开展
为了评估100G和400G传输系统在新型光纤上的传输性能, 中国移动在国内率先开展了实验室测试和现网试点。100G和400G信号分别在G.652、超低损耗光纤和大有效面积光纤上进行传输性能测试。超低损光纤熔接后的损耗为0.175d B/km, 大有效面积光纤熔接后的损耗为0.165d B/km。
系统方面, 100G系统采用PM-QPSK调制格式, 400G系统采用双载波的PM-16QAM调制格式。根据实验结果结合理论分析, 采用PM-QPSK调制格式的100G系统的背靠背OSNR容限约为10d B, 能够在G.652光纤上传输约3000公里 (5d B OSNR余量) , 采用PM-16QAM调制格式的400G系统的背靠背OSNR容限约为18.5db, 能够在G.652光纤上传输约450公里 (5d B OSNR余量) 。对于超低损光纤和大有效面积光纤, 400G的传输距离可以被延长到约600公里和900公里 (5d B OSNR余量) 。结果表明, 超低损光纤和大有效面积光纤对于延长400G系统的传输距离帮助非常大。
在现网试点中, 中国移动于遂宁至内江 (共151公里, 其中遂宁 (OTM站) —安岳 (OA站) 91公里, 安岳 (OA站) —内江 (OTM站) 60公里) 开展超低损光纤试点, 施工中每段光缆长度2公里。测试的光纤类型为康宁超低损耗G.652光纤 (SMF-28超低损) 。工程后的超低损耗光纤衰耗是约0.19d B/km, 工程后的低损光纤衰耗是约0.22d B/km, 一般工程要求为0.23d B/km~0.24d B/km, 接头熔接损耗一般小于0.05d B, 法兰盘连接损耗一般小于0.5d B。工程后的超低损光纤衰耗是约0.19d B/km, 而普通光纤是约0.21~0.22d B/km, 这意味100公里的跨段, 超低损耗光纤损耗将比普通G.652光纤少2d B, 就可以增加60%的跨段数。现网测试中也发现, 超低损光缆间的熔接质量也对整个链路效果至关重要, 较差的熔接质量会抵消掉超低损耗光纤的性能优越性。
超低损耗光纤产业链正走向成熟
对于超低损光纤, 目前国外在海底光纤技术方面积累了较长时间, 因此超低损耗光纤技术较为领先, 康宁、住友等相继推出了满足G.652规范的超低损耗光纤。国内企业在超低损耗纯硅芯光纤方面的研发虽然起步较晚, 但当前长飞、富通、烽火等国内大的光纤企业, 正积极从事这方面的研究。随着超低损耗光纤部署规模的扩大和更多厂家对研发的投入, 超低损耗光纤的产业链正走向成熟。
应用于陆地传输的大有效面积光纤, 国内外均有厂家可提供相关产品。其中OFS、长飞和烽火可提供有效面积110~130μm2、衰减不大于0.180d B/km的低损耗大有效面积光纤, 康宁、住友、长飞等可提供有效面积112~125μm2的超低损耗大有效面积光纤。目前大有效面积光纤主要应用于海底传输, 陆地传输的大有效面积光纤的实际应用案例较少, 随着ITU-T的G.654E标准的逐步规范, 相继会有运营商进行更多现网试验来验证陆地用大有效面积光纤的工程可行性。
对新型光纤的规模部署, 仍有以下一些问题需要解决:首先超低损光纤的成本需要进一步优化。超低损耗光纤由于采用纯硅纤芯技术, 目前光纤价格较高, 是普通G.652光纤的3~4倍, 是G.655光纤的1.5倍左右。随着工艺的改进、供应商的增加和生产规模的扩大, 超低损耗光纤的成本和价格预计会不断降低。其次, 超低损和大有效面积光纤的标准规范尚未完成, 现有的G.652规范和正在讨论的G.654E规范对光纤衰减的规范定义都非常宽泛, 对超低损耗等光纤无相应的标准或规范, 无法满足行业采购、管理、检测、应用等需求。因此, 新型光纤的应用还需整个产业链上所有参与方的共同努力。
超低损光纤 篇2
随着数据通信及互联网络的高速发展,网络点到点、在线应用及视频业务都呈现出爆炸式增长,海量数字媒体内容使得互联网流量出现数十倍甚至百倍的急速增长,这导致了电信骨干网的流量每年正以50%~80%的速度飞速增长。
目前已在各大运营商商用的100G系统虽可暂时满足当前通信业务流量及网络带宽需求,但100G系统在不断成倍增长的通信业务流量宽带需求下,显得力不从心。400G及超400G光纤通信技术的应用需求越来越迫切。
3LA光纤性能优越
400G乃至超400G技术要求光纤技术向极限进军,让光纤的衰减更低。烽火通信作为我国光纤通信的“国家队”,责无旁贷地担负起向光纤衰减极限奋斗、向世界领先水平进军的任务。
烽火通信首先提出了低损耗单模光纤的概念,在国内实现了衰减低达0.185d B/km的单模光纤的规模量产,此类光纤不仅完全兼容常规G.652D光纤,而且成本也可做到与之一致的水平。目前,该低损耗光纤已在国家电网的青海到西藏工程中得到应用。
在此基础上,为了让更多的信号通过低损耗光纤传输,烽火通信进一步提出了低损耗大有效面积单模光纤,也就是3LA光纤。历时3年研发,烽火通信于2015年正式向市场推出3LA光纤,这是一种有效面积130um2,衰减小于0.183d B/km的低损耗大有效面积光纤。
在研究3LA光纤的基础上,烽火通信原始创新提出的三步法工艺也日趋成熟。三步法工艺采用“VAD+PCVD+OVD”,它利用了VAD适合制造低损耗乃至超低损耗的纯石英芯层,PCVD则适合制造折射率较低的下凹包层,同时还用上了OVD高效率以保障更低成本。
随着三步法工艺相互融合的关键技术越发成熟,超低损耗光纤研制面临的包括低损耗纯硅芯、掺氟下凹包层等问题均可迎刃而解。另外,三步法工艺还可通过调整不同工艺间的材料搭配,进一步降低芯层和包层间因材料粘度匹配问题带来的芯包间的应力,从而将光纤的损耗进一步降低。因此,不仅低损耗大有效面积单模光纤可借助此工艺高效率、高质量研制,超低损耗光纤也有了研制基础。
将采用“VAD+PCVD+OVD”三步法制造新型光纤
烽火通信认为具有高抗弯、高质量稳定性和低成本的超低损耗大有效面积光纤将会逐步成为400G及以上通信系统的主力载体。超低损耗大有效面积光纤更低的衰减、更强的抗弯性能、较大的有效面积提升了系统的OSNR,同时优越的熔接性能将成为400G时代主流链路传输介质。
在制作工艺上,由于MCVD制作芯棒效率低、成本高和稳定性低,较难用于大批量生产;VAD制作芯棒衰减最优且稳定性高,PCVD制作深掺氟最有优势,OVD制作包层成本最低,故烽火通信在下一步研究中将采用首创的“VAD+PCVD+OVD”三步法制作高抗弯超低损耗大有效面积光纤。
三大运营商也在不断探索适合未来400G及以上系统的下一代光纤,其中中国联通展开G.654.E陆地化应用的研究。在试点工程中,烽火通信3LA光纤能较好地与系统兼容,待后续济青干线400G系统验证传输效果。中国移动和中国电信也开始在实验室进行G.654.E光纤的传输性能研究。
400G乃至超400G通信系统要求光纤的衰减更低,向超低损耗光纤迈进。目前,烽火通信已能提供1550nm衰减达到0.160~0.170d B/km以内的超低损耗光纤。而且这一光纤还具有可达G.657A1的抗弯曲能力,从而大幅提高了超低损耗光纤的应用范围。
超低损光纤 篇3
中国目前陆地干线网主要以普通G.652.D光纤为主,而上世纪90年代铺设的光缆已经达到预期20~25年的使用寿命,今后几年将逐步出现对干线网络进行升级换代的要求。
因此,如何为长距离陆地干线光缆选择合适的光纤,对于网络运营商和光通信厂商而言都是一个亟待解决的问题。
G.654.E建议指标
为了获得最佳的系统性能,如果将超低衰减和大有效面积的特性融合到一根光纤中,这种光纤可谓是下一代通信网络中堪称完美的光纤。目前业界热议的G.654.E光纤兼具超低衰减和大有效面积特性,成为下一代通信网络的重要选择。
表1展示了目前正在讨论中的G.6 5 4.E光纤指标和长飞超低衰减大有效面积光纤的性能指标范围,可见长飞公司的超低衰减大有效面积光纤(远贝超强)能够满足甚至优于现有最严格的G.6 5 4.E标准建议。
光纤设计、制造思路
在光纤制造工艺上,与传统的掺氟外包层结构的超低衰减大有效面积光纤相比,长飞采用纯二氧化硅(Si O2)作为光纤的外包层,由于减少了氟掺杂材料的使用量,无论从材料制备成本、制备技术难度以及环保等角度,超低衰减大有效面积光纤产品在成本上更具有竞争力。光纤折射率剖面结构示意图如图1所示。
光纤性能需要不断提升
无论从理论还是实际角度,更低的衰减可以减少中继站的数量并降低长距离通信网络的维护成本,因此不断地降低光纤衰减系数是光纤研发的长期目标。对于光纤研发和制造企业而言,如果可以在理论上对衰减组成的各个部分进行定性和定量的分析,就可以找到降低衰减的最优途径,在实际工作中指导光纤厂商的工作方向。
●光纤衰减
表2展示了超低衰减大有效面积光纤和标准G.652.D光纤在1550nm处各损耗贡献因素的具体对比数值。
●熔接性能
选择超低衰减大有效面积光纤作为下一代长距离通信用光纤,光纤的熔接性能是一个非常关键的参数。G.654光纤的熔接可以分为两方面:第一是G.654光纤的自熔损耗;第二是其与现网中大量使用的G.652.D光纤互熔时的损耗。
影响熔接损耗的因素有很多,但模场直径失配是最关键的因素。有效面积为110μm2的超低衰减大有效面积光纤和标准G.652光纤的典型熔接损耗值,明显低于有效面积为130μm2的大有效面积光纤同标准G.652光纤的典型熔接损耗值,如图2所示。一般认为,光纤接头热熔损耗必须≤0.08d B,而有效面积为130μm2的光纤同标准G.652熔接时,熔接损耗明显>0.08d B,这也是长飞选择110μm2作为下一代通信光纤最优有效面积的主要原因。
需要注意的是,在现网部署中需要对光纤进行熔接的情况有2种:第一种是光缆与光缆之间的熔接,这部分主要是同种光纤的互熔,不可能出现较大的模场直径失配;第二种是光缆与各种有源和无源设备之间的连接,对于这种情况我们可以通过把设备跳线换为G.654光纤跳线的方法,避免模场直径失配,所有在实际部署中G.654光纤同G.652光纤的熔接接头数量非常少,不会影响整体链路衰减。
长飞测试并比较了有效面积为110μm2的超低衰减大有效面积光纤自熔接损耗和标准G.652.D光纤的自熔损耗。G.652和G.654光纤自熔接损耗对比中,G.652典型值0.035d B,G.654典型值为0.15d B,如图3所示。
相对于传统的G.652单模光纤,由于有效面积相对较大可以减少模场直径失配的影响,有效面积为110μm2的超低衰减光纤的自熔接损耗低于标准G.652.D光纤,典型值在0.015d B左右。考虑到长距离通信网络中的大部分熔接为同一种光纤的自熔接,因此使用超低衰减大有效面积光纤作为下一代通信光纤可以显著地减小因熔接损耗造成链路损耗增加。
小结
超低损光纤 篇4
一、光纤线路连续损耗的成因分析
光通信系统中的连续损耗主要集中在线路上, 光纤对连续信号的损耗可归纳为两大类:本身固有损耗和连接损耗。
1.1本身固有损耗
本身固有损耗是由光纤自身材料对光波的吸收及在弯曲、扭转处对光波的散射构成的, 不能期望通过改善接续工艺和熔接设备来减少连接损耗。本身固有损耗的原因主要包括吸收损耗和散射损耗。
1.1.1吸收损耗
吸收损耗是光波通过光纤材料时, 一部分的光转化成热能, 造成在光纤中传输的光的功率的损失。造成吸收损耗的主要原因是光纤材料的本征吸收和制作光纤时光纤材料不纯净所产生的杂质吸收。 (1) 本征吸收。本征吸收, 它是光纤的基础材料二氧化硅 (Si O2) 固有的吸收, 不是杂质或者材料缺陷所引起的。木征材料基本上确定了某一种材料吸收损耗的下限。 (2) 杂质吸收。杂质吸收, 它是由于光纤材料的不钝净和晶体缺陷所产生的附加的吸收损耗。主要是材料中的金属过渡离子和生产过程中的OH离子使光的传输产生损耗。
1.1.2散射损耗
散射是指光通过密度或折射率不均匀的透明物质时, 除了在光的传播方向以外, 在其它方向也能看到光, 这种现象称为光的散射。在光纤中光的传输由于散射的作用而产生散射损耗。散射损耗主要由瑞利散射和结构缺陷散射两部分组成。
1.2接续损耗
接续损耗是由接续方式、接续工艺、接续环境和接续设备的不完善引起的, 可以通过人为努力来减小损耗。
1.2.1光纤模场直径不同引起的连接损耗
如果单模光纤模场直径偏差的离散性大, 就会使光纤接头的连接损耗增大。
1.2.2光纤轴向错位引起的连接损耗
由于单模光纤的纤芯很细, 显然轴向错位对连接损耗的影响更为严重。但是, 单模光纤的轴向错位引起的连接损耗是由外部原因造成的。如光纤熔接机精度不高, 光纤放置在熔接机V型槽中产生错位。因此, 光纤熔接机的精度与连接损耗有很大的关系。
1.2.3待熔接光纤的间隙不当引起的损耗
如果光纤端面间隙过大, 熔接后会引起熔接点凹陷变细。如果光纤端面间隙过小, 会使熔接点变形而产生连接损耗。
1.2.4光纤端面不完整引起的损耗
光纤端面不完整包括两个方面:一是切割端面产生倾角, 二是制作光纤端面粗糙。根据经验, 当光纤端面稍有倾斜时, 就会产生较大的连接损耗。因此当连接损耗要求小于0.1d B时, 单模光纤的轴向倾斜角应小于0.3。要达到该要求, 需选用高质量的光纤切割刀。光纤端面是否平整、有无损伤对连接损耗也有较大的影响。光纤端面粗糙严重时, 熔接机会拒绝工作。
二、降低光纤线路连续损耗的措施
2.1选用一致的优质光纤
工程设计、施工和维护工作中应选用特性一致的优质光纤, 一条线路上尽量采用同一批次的优质名牌裸纤, 以求光纤的特性尽量匹配, 使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。
2.2光缆施工时应严格按规程和要求进行
配盘时尽量做到整盘配置 (单盘≥3000米) , 以尽量减少接头数量。敷设时严格按缆盘编号和端别顺序布放, 使损耗值达到最小。
2.3加强接续人员的测试
接续人员的水平直接影响接续损耗的大小, 接续人员应严格按照光纤熔接工艺流程进行接续, 严格控制接头损耗, 接头损耗值会在熔接机上显示接点损耗的估计值, 只能用来参考, 不能做为接点损耗的依据。熔接过程中时刻使用光域反射仪 (OTDR) 进行监测 (接续损耗≤0.08d B/个) , 不符合要求的应重新熔接。使用光时域反射仪 (OT-DR) 时, 应从两个方向测量接头的损耗, 并求出这两个结果的平均值, 消除单向OTDR测量的人为因素误差。
2.4保证接续环境符合要求
严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作, 光缆接续部位及工具、材料应保持清洁, 不得让光纤接头受潮, 准备切割的光纤必须清洁, 不得有污物。切割后光纤不得在空气中暴露时间过长尤其是在多尘潮湿的环境中。接续环境温度过低时, 应采取必要的升温措施。
2.5制备完善的光纤端面
光纤端面的制备是光纤接续最为关键的工序。光纤端面的完善与否是决定光纤接续损耗的重要原因之一。优质的端面应平整, 无毛刺、无缺损, 且与轴线垂直, 光纤端面的轴线倾角应小于0.3度, 呈现一个光滑平整的镜面, 且保持清洁, 避免灰尘污染。应选用优质的切割刀, 并正确使用切割刀切割光纤。裸纤的清洁、切割和熔接应紧密衔接, 不可间隔过长。移动光纤时要轻拿轻放, 防止与其他物件擦碰而损伤光纤端面。
2.6正确使用熔接机
正确使用熔接机是降低光纤接续损耗的重要保证和关键环节。 (1) 应严格按照熔接机的操作说明和操作流程, 正确操作熔接机。 (2) 合理放置光纤, 将光纤放置到熔接机的V型槽中时, 动作要轻巧。这是因为对纤芯直径为10 nm的单模光纤而言, 若要熔接损耗小于0.1d B, 则光纤轴线的径向偏移要小于0.8nm。 (3) 根据光纤类型正确合理地设置熔接参数 (预放电电流、时间及主放电电流、主放电时间等) 。 (4) 尽量选用优质合格的活动连接器, 保证连接器性能指标符合相关规定活动接头的插入损耗应控制在0.3 d B/个以下 (甚至更低) , 附加损耗不大于0.2 d B/个。 (5) 活动接头应接插良好、耦合紧密, 防止漏光现象。 (6) 调整光纤接续的配纤。在两条光缆的端点进行接续时, 纤芯折射率有偏差的两根光纤接续到一起, 在接续部位就由于光纤数值孔径NA的不同, 使得光传输损耗增加, 这就是纤芯折射率的相对偏差产生的接续损耗。为了使的相邻的光纤的数值孔径系数尽量接近, 可采用将光纤配纤的方法解决这个问题。
配纤的方法有两种:一种是纤芯直接配纤, 即根据单盘测试数据直接将折射率近似的光纤配对熔接, 这种方法适用纤芯数量较少的光缆。另一种是同色配纤, 即对同一色标的光纤根据单盘测试数据直接将折射率近似的光纤配对熔接, 这种方法适用于纤芯数量较多的光缆。采用配纤后熔接的方法可使相邻端的光纤衰减值相差较小, 使得光纤的接点衰减较小。
三、结束语
总之, 光纤通信作为现代通信的主要支柱之一, 在现代电信网中起着重要的作用。光波在光纤中传输将会产生一时损耗。光纤的传输线路损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长度, 必须使用有效的损耗措施, 以确保光纤通信系统的传输质量和系统的可靠性。
参考文献
[1]张引发.光缆线路工程设计、施工与维护[J].电子工业出版社.2007:351