单模光纤的发展|特点

　　单模光纤是ZX玻璃芯很细(一般为9或10μm)，只能传一种模式的光纤。因此，单模光纤模间色散很小，适用于远程通讯，但存在着材料色散和波导色散，对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

单模光纤的发展

　　自1976年以来，用户带宽需求的日益增长促进了光纤传输系统不断地向着高速率、长距离和大容量的发展，推动了单模光纤类型和性能的研究。光纤、光电子器件、调制格式和数字信号处理技术的发展，推动了光纤传输系统从低速率到高速率、从短距离到长距离、从小容量到大容量的发展。

　　20世纪80年代，在1310nm、1550nm长波长半导体激光器相续问世的背景下，光纤研究人员先后开发出单模光纤(G.652光纤)、色散位移单模光纤(G.653光纤)、截止波长位移单模光纤(G.654光纤)。G.652、G.653和G.654光纤的特点分别是1310nm的零色散、1550nm的零色散和低衰减以及1550nm的超低衰减。这些光纤的优点满足了565Mb/s以下的准同步数字体系(PDH)传输系统和10Gb/s以下同步数字体系(SDH)传输系统发展的需要。

　　20世纪90年代，在密集波分复用(DWDM)系统进入商用以后，研究人员发现G.653单模光纤(1550nm零色散)在DWDM系统中产生四波混频，导致相邻信道之间的串扰，严重影响DWDM系统传输性能。为此，相关研究人员专门为DWDM系统开发出了G.655单模光纤。G.655单模光纤的特点是以1550nm波长处的非零色散YZ四波混频，使其用于长途干线和城域光网络的核心层。

　　为了使城域网络边缘实现低成本扩容，人们发明了稀疏波分复用(CWDM)系统。为此，光纤研究人员开发了低水峰单模光纤(G.652C/D)，G.652C/D工作波长覆盖1280～1625nm全波带，可以提高CWDM系统信道数量。CWDM的信道间隔大于200GHz，复用信道数为4、8、16个波长，可以采用波长精度和稳定性要求宽松的光器件(如直接调制光源、光合/分波器等)，降低CWDM系统设备成本。

　　20世纪末，用户宽带需求持续增长，S、C、L三波带的宽带光纤放大器问世。为了确保DWDM系统可以在S、C、L三波带工作，通过增加复用信道数量来提高DWDM系统传输容量，研究人员开发出了宽带光传输用的G.656单模光纤。G.656单模光纤具有较小的色散斜率、降低了色散补偿的成本和复杂性、宽阔的工作波长范围增加了系统的复用的波长数量，使其成为宽带DWDM系统使用的光纤。

　　随着多媒体宽带业务的迅速发展，光纤和光器件的成本日益下降，加快了光纤接入网的进程。光进铜退和光纤到户(FTTH)是接入网建设策略。FTTH中的光纤路由空间狭小、弯曲频繁、操作困难，需要使用优越的耐弯曲性能的光纤。为此，研究人员研制出了接入网用的弯曲不敏感的单模光纤(G.657光纤),从而满足了FTTH建设发展的需要。

　　进入21世纪以来，4K/8K超高清晰电视、4G/5G宽带移动以及10GE、100Mb/s的FTTH宽带业务的迅速发展，推动了数字信号处理的相干光纤传输系统发展。数字相干传输系统中的光发射端，高阶调制提高系统频谱效率，正交频分复用、偏振复用和空分复用提高系统传输容量;在光接收端，电域的数字信号处理可以解决色散和偏振模色散限制问题。光纤衰减和非线性成为限制数字相干传输系统实现高质量传输的瓶颈。集超低损耗和大有效面积为一体的光纤，是确保新一代系统实现超高速率、超长距离、超大容量和超高频效率的传输光纤。

　　在单模光纤传输系统容量逐渐接近香农极限时，空分复用和高阶调制是提高系统传输容量和频谱效率的有效方法。多芯单模光纤是通过在一根光纤中的多个纤芯(物理空间)同时传输多个空间复用的光信号来提高系统的传输容量。少模光纤则是通过在一根光纤中同时传输多个模分复用的光信号来提高系统的传输容量。

单模光纤性能特点

　　1、常用单模光纤

　　G.652光纤是Z佳工作波长为1310nm的单模光纤。根据光纤是否存在水峰，G.652单模光纤分为4个子类，即G.652A、G.652B、G.652C和G.652D，其中G.652C和G.652D是低水峰光纤(消除了1383nm的水峰)，可以在1260～1675nm全波带工作。G.652各个子类的主要差别是光缆链路偏振模色散Zda设计值PMDQ和衰减系数的不同。G.652D集小PMDQ和宽阔工作带宽为一体，成为传输速率10Gb/s以下的DWDM系统的shou选G.652D光纤子类。

　　G.654单模光纤是以极小衰减系数(0.15～0.19dB/km)、更长的截止波长(1530nm)实现超长距离传输的光纤。按照模场直径、弯曲损耗和PMDQ的不同，G.654单模光纤可以分为4个子类：即G.654A、G.654B、G.654C和G.654D。G.654D同时具有极小衰减系数、超大模场直径和优越的抗弯曲性能，使其成为越洋、跨海底或陆地超长传输系统使用的光纤。

　　G.655单模光纤是C+L波带DWDM系统使用的光纤。按照模场直径、色散系数、弯曲损耗和PMDQ的不同，G.655单模光纤可以分为5个子类，即G.65、G.655B、G.655C、G.655D和G.655E。G.655光纤通过小的正负色散和大有效面积YZ非线性四波混频，以低色散斜率扩大工作波长，降低系统色散补偿成本，曾使G.655单模光纤被广泛应用在国家干线、省级干线的10Gb/s以上的DWDM传输系统。在100Gb/s及其以上数字相干传输系统进入商用以后，色散、偏振模色散已不限制系统传输性能指标，DWDM系统不会再大量使用G.655单模光纤。

　　G.657单模光纤是用于接入网的弯曲不敏感的光纤。根据Z小弯曲半径分别为10mm、7.5mm、5mm和弯曲圈数分别为10圈、1圈的不同。G.657单模光纤可以分为4个子类，即G.657A1、G.657A2、G.657B2和G.657B3。G.657A光纤除了与G.652光纤的性能基本一致外，它还具有好的耐弯曲性能。G.657B3允许的正常工作的Z小弯曲半径为5mm，它是FTTH使用的Z理想的光纤。

　　2、新型单模光纤

　　为了满足400Gb/s及以上系统超高速、超长传输性能的要求，新型单模光纤的两个研究方向分别是降低损耗和扩大有效面积。研究人员先后开发出超低损耗大有效面积单模光纤(ULL-LEAF-SMF)和多芯单模光纤(MC-SMF)。

　　ULL-LEAF-SMF是在G.654光纤基础上，通过采用纯硅芯减小散射损耗，降低光纤衰减;使用下凹内包层或匹配内包层，增加有效面积，提高弯曲性能，从而使ULL-LEAF-SMF获得超低损耗，降低非线性效应。

　　多芯-单模光纤(MC-SMF)是由一个共同包层中包含有多个纤芯的单模光纤。MC-SMF是在G.652光纤的基础上，通过套管工艺或钻孔工艺制造出多芯预制棒，然后加温将多芯预制棒拉丝而成。MC-SMF又在波分复用、偏振复用的基础上，再通过一根光纤中的多个纤芯构建的多个物理空间信道，即空分复用实现多路传输的方式，克服光纤传输香农容量限制，达到扩大系统传输容量的目的。