光纤专题（六）
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。
（长飞光纤光缆有限公司（武汉邮电科学研究院） 王铁军 杨铸 杨名）
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