下一代长途通信单模光纤
长途通信光缆线路工程建设
长途通信光缆线路工程建设有关技术问题一、长途通信光缆线路工程建设的有关技术问题（一）通信光缆中光纤的主要技术指标目前通信建设工程使用的光纤主要有两种，即ITU-T G.655（简称G.655）和ITU-T G.652（简称G.652）建议的单模光纤。
G.655为非零色散位移单模光纤。
一个工程（至少是一个中继段）所用的光缆应为同一型号和同一来源（即同一工厂、同一材料和同一制造方法）。
光缆中的同一种光纤（G.655或G.652）应为同一来源（同一工厂、同一材料和同一制造方法和同一折射率分布）。
每盘光缆中的光纤不应有接头。
现将G.652和G.655光纤的主要技术标准分别介绍如下：1、G.652光纤（1）模场直径（1310nm波长）标称值：8.8-9.5μm之间取一定值偏差：不超过取定值的±0.5μm（2）包层直径标称值：125μm偏差：不超过取定值的±1.0μm（3）1310nm波长的模场同心度偏差：不大于0.8μm（4）包层不圆度：小于2%（5）截止波长截止波长应满足λcc及λc的要求：λc（在2米光纤上测试）<1260nm；λcc（在20米光缆+2米光纤上测试）<1270nm。
（6）光纤衰减系数①在1310nm波长上的最大衰减系数为：0.36dB/km。
光纤衰减曲线应有良好的线性并且无明显台阶。
用OTDR检测任意一根光纤时，在1285～1339nm波长范围内，任一波长上光纤的衰减系数与1310nm波长上的衰减系数相比，其差值不超过0.03dB/km。
②在1550nm波长上的最大衰减系数为：0.23dB/km。
光纤衰减曲线应有良好的线性并且无明显台阶。
用OTDR检测任意一根光纤时，在1480～1580nm波长范围内，任一波长上光纤的衰减系数与1550nm波长上的衰减系数相比，其差值不超过0.05dB/km。
用OTDR检测任意一根光纤时（在1310nm及1550nm波长）时，其衰减曲线具有良好的线性，并无明显台阶。
光纤的分类及比较(包括各种单模光纤的色散及衰减特性)
4 对各种单模光纤特性的比较
• G652 • G653 • G654 • G655
1 ）G652光纤又被称为标准单模光纤，这种光纤是目前应用在1310nm窗口的最广泛的零色散波长的单模光纤。
2）其特点是当工作波长在1310nm时，光纤的色散很小，约为3.5ps/nm*km,系统的传输距离基本上只受光纤衰减所限制；但在1550nm波段色散较大，约为20ps/nm*km。
1）G654光纤又称为非零色散光纤，这是一种改进的色散位移光纤，其零色散波长不在1550nm处，而在1525nm或1585nm处。 2）零色散光纤同时削减了色散效应和四波混频效应，所以非零色散光纤综合了标准单模光纤和色散位移光纤，有比较好的传输特性，特别适合于高密度的波分复用系统的传输。
G655
A(l) = 10lg p1 (dB)
p2
p1、p2分别为光纤注入端和输出端的光功率。 （ dB与dBm）
光纤损耗（衰减）的定义
若光纤是均匀的，则还可以用单位长 度的衰减即衰减系数α来表示：
a (l) = 1 A(l) = 1 10 lg p1 (dB / km)
L
L
p2
光脉冲注入光纤后，长距离传输后脉冲的宽 度被展宽
色散补偿技术
当前，发展比较成熟的、主流的色散补偿技术主要是采用色散补偿光纤（DCF）来进行色散补偿。其主要技术是在每个（或几个）光纤段的输入或输出端通过放置 DCF色散补偿模块（DCM），周期性地使光纤链路上累积的色散接近零，从而可以使单信道1550nm外调制光纤干线的色散得到较好的补偿。
因此，对于超长距离的光纤传输，现有的色散补偿技术可以相对较好的解决色散问题，对于超远距离的传输，其首要考虑的因素是光纤的衰减特性。
ps/nm·km
单模单芯光纤模块
单模单芯光纤模块，是指一种专为单模光纤（Single Mode Fiber, SMF）设计的光通信模块，它通常用于高速、长距离的数据传输。
这类模块内部只包含一个发射端和一个接收端，每个端口都连接着一根单模光纤。
单模光纤的特点是直径小（核心一般为9-10微米），仅允许一束主模光线传播，因此在信号衰减和传输距离上具有显著优势，能够实现几十公里甚至上百公里的远距离数据传输，并且支持更高的数据传输速率。
单模单芯光纤模块常见于各种网络设备中，如光纤收发器、以太网交换机、路由器等，广泛应用于电信网络、数据中心互联、城域网以及长途骨干网的建设。
其标准接口类型包括LC、SC、FC等，常见的传输速率有1Gbps、10Gbps、40Gbps、100Gbps等。
光缆的种类及型号
光缆的种类及型号光缆是传输光信号的一种重要的通信线缆，用于将光信号从一个地方传输到另一个地方。
根据不同的应用需求和技术要求，光缆有多种不同的种类及型号。
以下是常见的光缆种类及型号的介绍。
1. 单模光缆（Single Mode Fiber，SMF）：单模光缆采用的是一种直径较小的光纤，具有较低的传输损耗和较大的带宽。
它适用于长距离传输和高速传输，如电信、有线电视、数据中心等领域。
常见的单模光缆有G.652D、G.655和G.657- G.652D：G.652D是最常见的单模光缆，适用于大多数的光纤通信应用。
它的波长传输窗口范围为1310nm到1550nm，具有较低的传输损耗。
- G.655：G.655是一种非零色散单模光缆，适用于长距离传输和高速传输。
它的波长传输窗口范围为1525nm到1565nm，具有较大的带宽。
- G.657：G.657是一种用于弯曲应用的折射率变化型单模光缆，适用于需要弯曲或折弯的场景，如Fiber To The Home（FTTH）等。
2. 多模光缆（Multi Mode Fiber，MMF）：多模光缆采用的是直径较大的光纤，允许多个光模式同时传输。
它适用于较短距离传输和较低的传输速率，如局域网、多媒体传输等领域。
常见的多模光缆有OM1、OM2、OM3和OM4-OM1：OM1是最早的多模光缆，适用于传输距离不长且速率较低的应用。
它的最大传输距离约为550米（1000BASE-SX）。
-OM2：OM2是一种较新的多模光缆，适用于传输距离适中和速率适中的应用。
它的最大传输距离约为550米（1000BASE-SX）。
-OM3：OM3是一种高带宽多模光缆，适用于较长距离传输和较高速率的应用。
它的最大传输距离约为300米（10GBASE-SR）。
-OM4：OM4是一种超高带宽多模光缆，适用于更长距离传输和更高速率的应用。
它的最大传输距离约为400米（10GBASE-SR）。
3.特殊光缆：除了常见的单模光缆和多模光缆，还有一些特殊用途的光缆，用于特定的应用场景。
ITU-T关于单模光纤的主要技术规范
关于G.651、G.652、G。
653、G。
654、G.655的提出回顾历史，1975年第一个实用的光纤通信系统是市内电话的中继系统,当时的速率是45Mb/s,使用的是多模光纤,波长是在850nm的短波长窗口，衰减比较大。
不久，人们发现在1300nm长波长窗口光纤具有比850nm的短波长窗口更低的损耗,而且1300nm的长波长器件也成功的研制出来，于是光纤通信系统迅速扩展到长途电话，应用范围迅速扩大.这时，为了使不同的设备生产厂家与不同的光纤生产厂家能够很好的配套，要求对所使用的光纤进行标准化。
这就是ITU —T关于光纤的第一个标准—G.651多模光纤。
随着传输距离进一步延伸和传输速率的提高，多模光纤已经不能满足系统要求。
几乎与单模激光器研制成功的同时,单模光纤也应运而生。
由于光纤的1550nm窗口的衰减比1310nm窗口更低，所以更高速率、长距离的系统逐步采用1550nm窗口.这种能够在1310nm和1550nm两个窗口都有较低损耗的单模光纤被命名为G。
652光纤，目前这种光纤仍然占据着市场的主流。
从限制系统性能的主导因素来说,2.5Gb/s以下的系统主要受衰减限制，而10Gb/s及以上速率的系统主要受色散限制。
为了降低衰减，10Gb/s以上速率的系统应工作在1550nm窗口，但G。
652光纤在该窗口的色散太大，达到了18~20ps/nm。
km，传输距离被限制在70~80km之间.为了使光纤在1550nm窗口的衰减小而且色散也小，人们研制出了一种新结构光纤，它被称为G.653色散位移光纤。
这种光纤是在G。
652光纤的基础上,将零色散点1310nm窗口移动到1550nm窗口.这种光纤在日本获得了大量应用。
但是不久，随着DWDM系统的出现及EDFA在DWDM系统中的应用，人们发现：进入光纤的功率有了很大的提高，使得光纤产生了非线性效应。
G.653光纤在1550nm窗口的色散太小，使得采用G.653光纤的DWDM系统会产生严重的四波混频效应,如果使用G.652光纤，它在1550nm窗口具有较大的色散，足以抑制四波混频效应，但因色散太大，也很不利。
单模光纤和多模光纤分类知识
单模光纤和多模光纤分类知识一、单模光纤单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF）是光纤的一种类型，其传输模式仅为单一的模态，也就是说，光线在光纤中传播时只以一种方式进行。
单模光纤的纤芯直径很小，约为4~10μm，只有单一的反射镜面，因此只能传输单一的波长光。
这种光纤主要用于长距离、大容量的数据传输，如长途电话线、高速网络连接和海底光缆等。
1.传输特性：单模光纤的传输特性包括低损耗、高带宽和低色散等。
由于其纤芯直径很小，光线在光纤中传播时不易发生散射，因此传输损耗较低。
同时，由于只传输单一的模态，其色散效应也较小，适合高速、长距离的数据传输。
2.应用领域：由于单模光纤具有传输容量大、传输距离远等优点，广泛应用于长距离、高速的光纤通信系统，如高速网络连接、数据中心、云计算和远程医疗等领域。
3.技术发展：随着光通信技术的不断发展，单模光纤的技术也在不断进步。
新型的单模光纤材料和制造技术能够进一步提高光纤的性能和可靠性，为未来的光通信系统提供更高效、更可靠的数据传输解决方案。
二、多模光纤多模光纤（Multi-Mode Fiber, MMF）是光纤的一种类型，其传输模式为多个模态，也就是说，光线在光纤中传播时可以以多种方式进行。
多模光纤的纤芯直径较大，一般在50~100μm之间，允许多种不同路径的光线在光纤中传播。
这种光纤主要用于短距离、低容量的数据传输，如建筑物内的网络连接、局域网等。
1.传输特性：多模光纤的传输特性包括高带宽和低成本等。
由于允许多种模态传输，其带宽相对较大，适合短距离、低容量的数据传输。
同时，多模光纤的成本较低，易于安装和维护。
2.应用领域：由于多模光纤具有成本低、易于安装和维护等优点，广泛应用于短距离、低容量的光纤通信系统，如建筑物内的网络连接、局域网和校园网等。
3.技术发展：随着光通信技术的不断发展，多模光纤的技术也在不断进步。
新型的多模光纤材料和制造技术能够进一步提高光纤的性能和可靠性，为未来的短距离光通信系统提供更高效、更可靠的数据传输解决方案。
单模光纤(SingleModeFiber)
单模光纤(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤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。
后来又发现在1.31μm波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。
这样，1.31μm波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段1.31μm常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟ITU-T在G652建议中确定的，因此这种光纤又称G652光纤。
单模光纤的水峰是指在1380nm 波长的衰减过大，不适合传输应用。
"单模光纤" 在学术文献中的解释：一般v小于2.405时,光纤中就只有一个波峰通过,故称为单模光纤,它的芯子很细,约为3一10微米,模式色散很小.影响光纤传输带宽度的主要因素是各种色散,而以模式色散最为重要,单模光纤的色散小,故能把光以很宽的频带传输很长距离。
单模光纤具备10 micron的芯直径，可容许单模光束传输，可减除频宽及振模色散(Modal dispersion)的限制，但由于单模光纤芯径太小，较难控制光束传输，故需要极为昂贵的激光作为光源体，而单模光缆的主要限制在于材料色散 (Material dispersion)，单模光缆主要利用激光才能获得高频宽，而由于LED会发放大量不同频宽的光源，所以材料色散要求非常重要。
单模光纤相比于多模光纤可支持更长传输距离，在100Mbps的以太网以至这行的1G千兆网，单模光纤都可支持超过5000m的传输距离。
从成本角度考虑，由于光端机非常昂贵，故采用单模光纤的成本会比多模光纤电缆的成本高。
更多资料：/。
电信发展史
4
最早的无线电通信
1899年，我国最早使用无线电通信的地区是广州。早在1899年，就在广州督署、 马口、前山、威远等要塞以及广海、宝壁、龙骧、江大、江巩等江防军舰上设立无 线电报机。
4G FDD/TDD LTE
12
中国电信产业重组历史
邮电部成立 1949年11月1日，中央人民政府邮电部成立，朱学范为第一任邮电部部长； 联通成立 1994年，为了效仿英国双寡头竞争的局面，当时的电子部联合铁道部、电力部以及广
电部成立了中国联通，但主要还是经营寻呼业务； 信息产业部成立 1998年3月，在原电子部和邮电部基础上组建了信息产业部，随后电信业实现
业务。 开始研制晶体管载波电话机 1966年，我国第一套长途自动电话编码纵横制交换机研制成功，在北京安装使用 1967年，电子式中文译码机样机试制成功，在上海安装试用 1970年，960路微波通信系统Ⅰ型机研制成功，我国第一颗人造卫星（东方红1号）
发射成功。 1972年，北京开始建设地球站一号站，1973年建成投产。 1974年，北京卫星地球站二号站建成投产，通信容量为132条话路和一条双向彩色
电视。通过印度洋上空的国际通信卫星与亚非各国和地区开通直达电路。 -研制成功 石英光纤。 1978年，120路脉码调制系统通过鉴定。 -研制成功多模光纤光缆。 1980年，64路自动转报系统（DJ5-131型）研制成功
8
现代通信技术的开始
1982年，首次在市内电话局间使用短波长局间中继光纤通信系统。 -256线程控用户电报自动交 换系统研制成功并投户使用。 -我国自行设计的8频道公用移动电话系统在上海投入运营。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
日本 NT&T 在 OVD 的基础上进行改进，推出了汽相轴向沉积法 （ VAD）工艺； 荷兰 Philips 则开发了等离子体化学（PCVD） 工艺，成功地在 生产中加以应用。
是唯一不存在中心缺陷技术。
PCVD 具有高效原材料利 用效率；能实现精细波导 结构
3
MCVD和PCVD：粉尘沉积和玻璃烧结是同时完成。 VAD和OVD，粉尘沉积和玻璃烧结分两步完成， 在玻璃烧结过程中，可以有效地将玻璃中粉末水分去除，这两 种工艺可以制备出水峰极低的光纤预制棒。
0.33~0.35dB/km 0.33~0.35dB/km 0.19~0.20dB/km 0.20~0.23dB/km 9.2±0.4um
ZTT-ALF
≤0.325dB/km ≤0.300dB/km
≤0.183dB/km
≤0.20dB/km 9.2±0.4um
普通G.652
ZTT-ALF
光纤折射率剖面对比示意图
目前的技术路线： 纯硅芯 ＋ 下陷包层
（深度掺氟）
问题1 问题1：制备困难
→ 氟硅烷极易挥发，高速率深度掺氟非常困难 → 采用在芯层掺羟基，碱金属等方法降低纯硅的粘度 → 拉丝工艺需要平衡张力，炉温和拉丝速度 → 成本至少增加三倍
（几乎不掺锗）
普通G.652
问题2 问题2：环境污染
→ 产生大量含氟废料，环保上公认的较难处理的物质 → 要彻底消除氟化物的带来的综合影响，成本可能会 超出给运营商带来的预期效益
• • • 常规G.652D 光纤相对折射率即在0.35%左右， 因此现有设计无需做大的改动, 只需要改进制造工艺即可实现低损耗光纤的制造。
13
中天达远低损耗光纤（ZTT-ALF）主要指标
关键指标
ATT1310nm ATT1383nm ATT1550nm ATT1625nm MFD@1310
普通G.6520
1605
1630
signal wavelength (nm)
超低损耗G.652（ULL）：1550nm 衰减: 0.165dB/km 有效面积：83µm2
大有效面积G.654（LAF）:1550nm 衰减: 0.182dB/km 有效面积：125 µm2
17
降低光纤衰减的考虑
损耗随掺杂浓度和应力增大而增大
瑞利散射是1550nm损耗的主要来源
纯硅芯对减小散射有益处。 纯硅芯比外包层（通常掺Ｆ）的粘 度高。拉丝过程中将产生很高应力 从而增加光纤损耗。
单通道速率 （Gb/s) 10 10.7 46 112 224 448 1000
通道宽度 （GHz) 1 50 50 50 50 80 170
通道数 1 80 80 80 80 50 25
单光纤Cband 速率（Tbps) 0.01 0.856 3.68 8.96 17.92 22.4 25
9
100G及更高系统的特点
12
对100Gb的系统，中天认为低损耗光纤可以满足要求
⇒ 0.18dB/km（比常规G.652光纤低0.02dB/km） ⇒ 制造技术：调整和优化波导结构（适当减少锗的掺杂量）， 改进预制棒制造和拉丝过程中退火工艺，可以降低衰减。 理论衰减＝0.15＋0.074×相对折射率%
当相对折射率小于0.40%时，可以获得小于0.18dB/km的衰减
高级调制 16QAM, 64QAM (正交振幅调制）和更高的波特 （baud ）速率。 脉冲整形 高光谱效率(>6b/s/Hz) 对非线性更敏感
信号速率
10G 100G 200G 400G 400G
编码格式
NRZ/RZ PDM-QPSK PDM-16QAM DC-PDM-16QAM PDM-16QAM
美国 AT&T发明了改进的化学汽相沉积法（MCVD）工艺；
OVD 可以实现最高的沉积速
MCVD 是 制 备 特 种 光 纤 的 最 佳技术
美国 Corning 公司随后开发了适合光纤大规模生产的管外汽相 沉积法（OVD）工艺，其后 OVD 工艺又有不断改进；
率，兼具产品尺寸大的特点
VAD 具有较高的沉积速率，
• 根据机械接续损耗理论，两种不同光纤对接时的损 耗将有所增加
– 两种成熟的技术（过度和拉锥）可以减小两种ＭＦＤ 不同光纤之间的接续损耗。
过度光纤
•
批量接续实验结果：
– LAF和LAF对接 • 平均损耗 0.04 dB – LAF和SMMF对接 • 平均损耗 0.15 dB
拉锥
• •
单纯的长途通信网络，有很多接入接出点。这是一 个LAF最大的问题。 光电混合缆和海缆基本不是问题
脱水与导热气体 脱水与导热气体
4
不同预制棒制造工艺的对比
沉积速率 沉积效率
灵活性
光纤性能
制备各种设计 的光纤 高速率 水峰值低 水峰值低 无中心缺陷 剖面精细 对原料纯度要 求极高
MCVD OVD VAD
★☆☆
★★☆
★★★
★★★
★☆☆
★★☆
★★☆
★☆☆
★☆☆
PCVD
★★☆
★★★
★★☆
VAD、OVD是目前国际上的主流单模技术， 具有最优的性价比。
λcutoff<λSig
• e.g. λcutoff < 1530nm （ ITU-T G.654 光纤）
D. Peckham, OFC2008 NtuC3 M. Bigot-Astruc, et al.,OFC2012, OTh4I.1.
21
低损耗大有效面积光纤设计的考虑和限制（II）
大Aeff也影响微弯损耗
7
光纤传输技术的发展
108
趋势: 每4年增加10倍 SDM ，MDM 相干/PDM 非线性香农极限 WDM
C-band 光纤容量 (Gbps)
106 104 102 1 10-2 10-4
多心, 少模
非线性 LAF/LLF
EDFA
TDM
色散管控 NZDSF 损耗改进 单模光纤
112Gbs @50GHz
23
大有效面积光纤对拉曼放大器系统影响
大有效面积(e.g. Aeff=125um2)
多路径干涉引起的二次瑞利散射较低，非线性效应低，传输性能高。 X 拉曼效率低, 需要较高的泵浦功率
高色散，低零色散波长
避免泵浦－泵浦和泵浦－信号之间由于缺陷引起的相互作用
Raman gain coef.[(1/W.km)]
超低损耗光纤
问题3 问题3：指标缺陷
→ 1383nm 衰 减 达 到 1dB/km 以 上 （ G.652D 光 纤 为 0.30dB/km），与目前骨干网络大量铺设的G.652D光 纤兼容存在问题，给未来网络扩容带来障碍
19
衰减值
1.25 1.15 1.05 0.95 0.85 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.25 0.15
现有超低损耗光纤与G652D光纤的衰减对比 超低损耗光纤
现有G652光纤
20
低损耗大有效面积光纤设计的考虑和限制（I）
单模的要求 2 λ
2
弯曲损耗的要求 2.4 – 折射率主要受到宏弯损耗的限制 – 压低包层折射，或采用凹陷设计对 弯曲损耗 有一定改善。
λ
1.4
2Δ
λSig
– 芯径主要受到截止波长限制, i.e
• G.652 (A/B/C/D) • G.653 (A/B) ITU-T
色散位移单模光纤 截止波长位移单模光纤 非零色散位移单模光纤
• G.654 (A/B/C)
• G.655 (A/B/C/D/E) • G.656
宽波带非零色散位移单模光纤 弯曲不敏感单模光纤
• G.657 (A1/A2/B2/B3)
• 瑞利散射和λ4成反比
αR =
1 ∫ A(r ) P(r ) r dr λ4 P (r ) r dr
• 和掺杂浓度成正比
A = A 0 (1 + 0.44 ∆ )
1. M. Ohashi, J. Lightwave Tech. 10, p. 539 (1992).
18
超低损耗光纤的设计和一些问题：
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1480 TeraWave SLA+ LAF SSMF
LAF 100-km 跨距，Raman/EDFA混合放 大器所需的泵浦功率 泵浦 λ 1429nm 1447nm 总功率 Gon-off =10 dB 160 mW 470 mW 630 mW
1505
11
长途干线网 （采用G.652 光纤设计）
40G
典型再生距离 (公里） 系统要求OSNR 成缆后允许 光纤最大衰减 允许光纤最大衰减
100G 3200 14.5 0.20 0.18
400G < 1300 21 0.19以下 0.17
6000 11.5 0.22 0.20
现有的G.652和G.655光 纤可以满足使用要求
股份比例 外方 37.5% 普睿司曼（意） 藤仓（日） OFS（美） 住友（日） 信越（日） ——
62.5%
40% 49% 49% 25%
60% 51% 51% 75%
——
100%
6
二、通信光纤的回顾和展望
在过去40年中，在新技术和市场需求的推动下，出现了以下几种 通信光纤产品。
• G.651
50/125um多模光纤 非色散位移单模光纤
14
与普通G652光纤兼容，双向平均接续损耗结果绝大部分在0.04dB以下。
接续损耗散点图
0.050 0.045 0.040 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 0 0.1 0.2