3.4 光纤种类

希望你们年轻的一代，也能像蜡烛为人照明那样，有一分热，发一分光，忠诚而踏实地为人类伟大的事业贡献自己的力量。

——法拉第（M.Faraday）

波导色散与制造光纤的材料特性和光纤的几何尺寸有关，改变单模光纤结构和参数设计，就有可能设计不同种类的光纤。

已经开发的有色散位移光纤、非零色散位移光纤、色散补偿光纤，以及在1.55μm衰减最小的光纤等。

图3.4.1表示标准单模光纤、色散位移光纤、非零色散位移光纤和色散补偿光纤的结构和折射率分布。

图3.4.2表示标准光纤、色散位移光纤、非零色散位移光纤、色散平坦光纤和色散补偿光纤的色散特性和衰减特性。

3.4.1 G.652标准单模（SSM）光纤

标准单模光纤是指零色散波长在1.3μm窗口的单模光纤，国际电信联盟（ITU）把这种光纤规范为G.652《单模光纤和光缆特性》光纤，这属于第一代单模光纤，其特点是当工作波长在1.3μm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受一个因素，即光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3μm波段的损耗较大，为0.3~0.4dB/km；在1.55μm波段的损耗较小，为0.2~0.25dB/km。色散在1.3μm波段为±3.5ps/（nm·km），在1.55μm波段较大，约为20ps/（nm·km）。这种光纤可支持用于在1.55μm波段的2.5Gbit/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10Gbit/s的信号，传输距离超过50km时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块，另外由于它的使用也增加了线路损耗，缩短了中继距离，所以不适用于DWDM系统。

3.4.2 G.653色散位移光纤（DSF）光纤

G.652光纤的最大缺点是低衰减和零色散不在同一工作波长上，为此，在20世纪80年代中期，成功开发了一种把零色散波长从1.3μm移到1.55μm的色散位移光纤，它属于第二代单模光纤。

G.653光纤也分为A和B两类，A类是常规的色散位移光纤，B类与A类类似，只是对偏振模色散（PMD）的要求更为严格，允许STM-64的传输距离大于400km，并可支持STM-256应用。

3.4.3 G.654截止波长位移光纤（CSF）

为了满足海底光缆长距离通信的需求，科学家们开发了一种应用于1.55μm波长的纯石英芯单模光纤，它是通过降低光纤包层的折射率，来提高光纤SiO₂芯层的相对折射率而实现的。该光纤具有更大的有效面积（大于110μm²），超低的非线性和损耗，它在1.55μm波长附近仅为0.151dB/km，可以尽量减少使用掺铒光纤放大器（EDFA）的数量，并具有氢老化稳定性和良好的抗辐射特性，特别适用于无中继海底DWDM传输。G.654光纤在1.3μm波长区域的色散为零，但在1.55μm波长区域色散较大，为17~20ps/（nm·km）。

3.4.4 G.655非零色散位移光纤（NZ-DSF）

色散位移光纤在1.55μm色散为零，不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会发生一种称为四波混频（FWM）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；如果有微量色散，FWM干扰反而还会减小。针对这一现象，科学家们研制了一种新型光纤，即NZ-DSF光纤。这种光纤实质上是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1.55μm，而是在1.525μm或1.585μm处。在光纤的制作过程中，适当控制掺杂剂的量，使它大到足以抑制高密度波分复用系统中的四波混频，小到足以允许单信道数据速率达到10Gbit/s，而不需要色散补偿。非零色散光纤消除了色散效应和四波混频效应，而标准光纤和色散位移光纤都只能克服这两种缺陷中的一种，所以非零色散光纤综合了标准光纤和色散位移光纤最好的传输特性，既能用于新的陆上网络，又可对现有系统进行升级改造，它特别适合于高密度WDM系统的传输，所以非零色散光纤是新一代光纤通信系统的最佳传输介质。

表3.4.2列出了G.655光纤与G.656光纤/光缆参数的比较。由表可见，非零色散位移光纤综合了常规光纤和色散位移光纤最好的传输特性，是新一代DWDM光纤通信系统的最佳传输介质，将在大容量线路中取代色散位移光纤。

3.4.5 G.656宽带非零色散位移光纤（WNZ-DSF）

我们知道，光纤在1383nm波长附近，由于OH离子的吸收，产生了一个较大的损耗峰，所以早期的光纤通信系统，只能使用光纤的0.85μm波段（第一窗口）和1.3μm波段（第二窗口），现在人们把早期使用的第二窗口称为O波段。随着光电器件和光纤技术的进步，人们为了利用光纤在1.55μm波段损耗几乎最小的特性，又在该波段开发出了许多先进的实用化光纤通信系统，这一波段称为常规波段。使用DWDM技术建立起来的许多长距离干线系统和海底光缆系统就是使用光纤的这一C波段。随着1290~1660nm波段光纤拉曼放大器的使用以及为了满足DWDM系统向长波方向扩展的需要，光纤制造商和系统开发者又起用了1600nm波段即长波段（L）和超长波段（U）。为了将DWDM系统应用于城域网，仅使用现有的波段是不够的，为此光纤制造商在1380nm波长附近，把OH离子浓度降到了10^-8以下，消除了1360~1460nm波段的损耗峰，使该波段的损耗也降低到0.3dB/km左右，可应用于光纤通信，而且色散值也小，所以在相同比特率下传输的距离更长，该波段就是E波段，它位于O波段和S短波段之间。这样一来，全波光纤，顾名思义，就是在光纤的整个波段，从1280nm开始到1675nm终止，这样的宽波段都可以用来通信。与常规光纤相比，全波光纤应用于DWDM，可使信道数增加50%，这就为DWDM系统应用于城域网创造了条件。ITU-T把这种光纤规范为G.656《宽带非零色散位移单模光纤和光缆特性》。

光纤的C波段正好与EDFA工作波段一致，这是目前常用的光纤波段，以它为参考，比它波长短的称为S段，比它长的称为L波段，比它的波长更长的称为U波段，如表3.4.1和图3.4.3所示。

ITU-T G.656光纤克服了以往使用的G.652、G.653和G.655光纤的一些缺陷，可广泛地应用到长途骨干网和城域网络。该光纤具有优异的色散特性，由于在S+C+L波段内都具有较合适的色散系数，并且具有适中的有效面积，可以有效地抑制非线性效应，因此该光纤可在S+C+L波段内应用密集的波分复用技术。此外，该光纤还具有优异的偏振模特性、几何性能和机械性能。

3.4.6 G.657接入网用光纤

随着光纤宽带业务向家庭延伸（FTTH），通信光网络的建设重点正在由核心网向光纤接入网发展。在FTTH建设中，由于光缆被安放在拥挤的管道中或者经过多次弯曲后被固定在接线盒和插座等狭小空间的线路终端设备中，所以FTTH用的光缆应该是结构简单、敷设方便和价格便宜的光缆。为了规范抗弯曲单模光纤产品的性能，ITU-T于2006年在日内瓦通过了ITU-T G.657《接入网用弯曲不敏感单模光纤和光缆特性》建议。

在实际使用的光缆线路中，光缆中的光纤不可避免地会受到各种弯曲应力作用，这些弯曲应力作用的结果是使光纤中的传导模变换为辐射模，导致光功率损失。研究证明，抗弯曲光纤是具有比较大的纤芯、包层折射率差、小的模场直径（MFD）或者长的截止波长（λ_c）的光纤。

3.4.7 正负色散光纤和色散补偿光纤

（1）正色散单模光纤（PDF）

正色散值可以减小非线性效应对DWDM系统的影响，大部分G.65x序列单模光纤在1550nm波长附近具有正的色散值，可作为PDF光纤。

（2）负色散单模光纤（NDF）

负色散值可以减小非线性效应对DWDM系统的影响，G.655单模光纤在1550nm波长附近具有负的色散值，可作为NDF光纤。

（3）色散补偿光纤（DCF）

色散补偿光纤具有大的负色散值，它是针对现已敷设的1.3μm标准单模光纤而设计的一种新型单模光纤。为了使现已敷设的1.3μm光纤系统采用WDM/EDFA技术，就必须将光纤的工作波长从1.3μm改为1.55μm，而标准光纤在1.55μm波长的色散不是零，而是正的17～20ps/(nm·km)，并且具有正的色散斜率，所以必须在这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近似为零，从而实现高速率、大容量、长距离的通信。典型的DCF特性见表3.4.2，几种单模光纤的结构和折射率分布比较见图3.4.1。