[科普中国]-全波光纤

背景

多年来在传统的G.652光纤的谱损曲线上，总是有一个损耗峰，将光纤的损耗曲线隔裂成传统的第二窗口（1280 ~1325nm）和第三窗口（1530~1665nm），这一损耗峰是由于 OH 的存在 ， 而形成2. 7μm 左右的波长上的吸收峰，水峰1385土3nm则是其一次谐峰。多年来，人们一直在努力探索消除这一水峰的途径。实际上有的光纤厂商已通过改进光纤预制棒工艺，可以做到在制成的光纤中基本上消除了水峰，但经一段时间的使用后，水峰又会出现，这是因为在光纤的使用过程中，氢气与光纤中不可避免的缺陷的作用；氢与硅结合将在1385nm波长上导致谐波损耗增加 ，而氢与错结合则在1420nm波长上引起吸收损耗。因此消除水峰的难题一直无法彻底解决。1998年美国朗讯公司开发了一种新工艺，完全消除了光纤玻璃中的OH，从1280~1665nm之间的全部波长范围内可以开通光路，这类光纤称为全波光纤。

简介全波光纤的出现，使利用单一光纤实现多种通信业务有了更大的灵活性。传统的G. 652光纤的传输系统主要用于第二波段（1280~1325nm）以及第三波段(1530 ~ 1565nm)两个低损耗窗口，其间的第五波段（1325~1530nm）由于水峰损耗的存在 ， 一直未能开拓利用 。 在全波光纤中， 由于水峰损耗的消失，遂令第五波段"天重变通途"，使这一广阔波段的损耗小于第二波段，而其色散又低于第三波段，从而使这一波段成为多种通信应用的理想选择。例如，可以在一根光纤上同时开通：用于第二波段的波分复用(WDM)模拟视频；在1350~ 1450nm波段上的高比特（10Gb/s）的密集波分复用(DWDM)数据传输(该段波上光纤色散很小)；以及在高于1450nm波段上的2.5Gb/s的密集波分复用(DWDM)的数据传输；或可在1280~1625nm的全波段上采用粗波分复用 (CWDM)进行各种信息的传输。粗波分复用的通道波长间隔约20nm，因此可使用无需制冷的激光器和廉价的分插复用器，从而可以得到在城域网和接入网最低的比特造价。

全波光纤的结构参数和色散特性与传统的 G. 652 光纤完全一样，因此 lTU将全波光纤也归类于 G. 652 光纤，并专门规定了其特有的损耗特性，以资与一般的 G. 652 光纤相区别 ，另外还规范了老化试验条件 ， 全波光纤经老化试验后，其水峰损能应不大于在1310nm 波长上的损耗 。

全波光纤技术的突破 ，是光纤技术发展史上有一个里程碑，它使单模光纤的有效使用波段扩展为从1280~1625nm 的石英光纤低损耗区域的全部波段。包括第二波段（1280~1325nm）， 第三波段(1530 ~ 1565nm)，第四波段 ( 1565~1625nm ) 以及第五波段 (1325~1530nm )，全波光纤技术的突破大大推动了在各个波段上相关光器件的发展，如激光光源、光放大器、OTDR 等，从而使全波段的光通信逐步成为可能。2

优势与目前广泛应用的单模光纤相比，全波光纤能大大提高系统的传输容量。通过用这种光纤和利用波分复用（WDM)技术，能使光通信网络的传输速率从目前的吉比特/秒（Gbit/s)级提高到太比特/秒（Tbit/s)级。

全波光纤可提供比现在普通单模光纤超出100纳米的有效波段，至少是常规光纤使用波段的1.6倍。全波光纤是一种匹配包层光纤，其在1310nm与1550nm波段的性能是完全一样的。但与传统的单模光纤相比，全波光纤还具有其不可比拟的优势，更宽的频谱：全波光纤可以提供从1280mn－1625nm的完整传输波段为DWDM系统提供的波长至少超过常规光纤60%。全波光纤除去了水峰损耗，开辟了以前不能利用的1340nm-1440nm的窗口。这使服务商可以用全波光纤提供高速数据服务，如多媒体、Internet和VOD、点播电视。对高速率传输有更长的非色散补偿距离：一在1400nm波段，全波光一纤的色散只有常规光纤在1550nm波段的一半以下，这可允许信号无补偿传输距离增加一倍以上。全波光纤不只提供更多的波长，而且对高速信号（10G/s）在1400nm区域具有很小的色散。利用全波光纤，在1400nm区域10Gb/s信号无色散补偿距离可比常规光纤在1550nm窗口长2倍以上。一根光纤上同时存在多种服务：全波光纤可同时在光纤波段的一个区域传输模拟信号，在另一个波段传输高速率信息（可达10Gb/s），而在另外一个波段传输低速率DWDM信息。全波光纤在目前带宽需求成指数增长的情况下为城市提供本地网络设计的最佳方案，是适应现在及将来的功能强大、高度灵活的光纤产品。

全波光纤的最大优点就是大大加宽了光纤通信的带宽。它可提供比原来常规单模光纤多100纳米的带宽，如果按波分复用的现用波长标准间隔为0.8纳米（还有可能降低到0.4纳米)来算，就可以多增加125个通路；以一个通路的传输速率为10吉比特/秒计，总共可以增加125个通路。3

此外，多个波长的光纤通信系统可以有更多的波长供选择，能适应多种业务的需要；它更有利于实现全光联网，将一个波长作为一个通道，全光地进行路由选择。由于全波光纤也还是单模光纤和现用的单模光纤有许多相同的特性，所以完全可以与现有的光纤系统兼容，现有的光纤通信设备都可以继续使用，这就为它的推广应用创造了一个重要的条件。

全波光纤的制造工艺众所周知，全波光纤的主要特征在于解决了在 1385nm波长上的水峰损耗的问题。测量表明，光纤中导光部分的 OH含量为 1ppm时，1385nm 波长上的损耗高达 65dB/km左右。在全波光纤中，OH的浓度低达 0. 8ppb，在1385 nm产生的 OH损耗仅为 0 . 05 dB/km ， 加上该波长上的瑞利散射损耗 ，其总损耗不会超过 0 . 33 dB/km。

全波光纤的典型工艺流程如下:

1. VAD 工艺制作芯棒( 内包层/纤芯比值 ，D/d