新型光纤及其标准
1、概述
自1966 年“光纤之父”高锟博士预言光纤可以用于通信至今，已经过去了37 个年头，光纤通信系统也已经实用了 28 年，如今可以说进入了光纤通信技术
发展的顶峰时期。系统的发展是与应用密切相关的，系统和光电子器件的进步又对光纤提出了新的要求，促进了光纤技术的发展。1975 年第一个实用的光纤通信系统是应用于市话中继，而且当时的速率是45Mbit/s，所使用的是多模光纤，而且应用在850nm 的短波长窗口。随着光纤通信系统的应用从市话扩展到长途，光纤850nm 窗口的衰减显然较大，当时又研制成功了1300nm 的长波长器件，于是就产生了应用 1300nm 窗口的长波长光纤通信系统，这些系统都还是使用G.651 规范的多模光纤。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。当单模激光器研制成功的时候，G.652 单模光纤也
应运而生。而且由于光纤的1550nm 窗口的衰减比1310nm 窗口的衰减低，所以更高速率系统由于光接收灵敏度的降低又希望保持一定的传输距离，逐步转到1550nm 窗口来应用。
从系统的角度来说，2.5Gbit/s 以下的系统一般为衰减限制系统，而10Gbit/s 及其以上速率的系统为色散限制系统。从衰减尽可能小的方面看，10Gbit/s 及
其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18~20ps/nm·km，传输距离被限制在70~80km 左右。能否使光纤在
1550nm窗口的衰减又小而色散也小呢，没问题，当时研制出来的G.653 色散
位移光纤，就是在G.652 光纤的基础上，将零色散点从1310nm 窗口移动到1550nm 窗口实现的。但是当DWDM系统大量推广应用时发现，由于EDFA 在DWDM 中的使用，使进入光纤的光功率有很大的提高，会使光纤产生非线性效
应。由于G.653光纤在1550nm 窗口的色散值太小，使得在G.653 光纤上工作的 DWDM 系统受四波混频效应的影响太严重。虽然可以采用非均匀波道间隔、色散支持技术等方法来克服，但毕竟使系统变得复杂，或者还减少了有效使用波道数，所以并不理想。G.652 光纤在1550nm 窗口的色散较大，足以抑制四波混频现象，但因色散太大，不利于以10Gbit/s 及其以上速率为基础的DWDM 系统长距离传输。虽然可以采用色散管理等技术来解决，也并不方便。所以人们就去寻求一种使光纤在1550nm 窗口的色散既不很大、又不为零的解决方案，这就是当时称为G.65x，后来规范为G.655 的非零色散位移光纤。而且各个不同的光纤厂家又设计制造出多种不同的G.655 光纤，如大有效面积、低色散斜率等等。
实际上，10Gbit/s 及其以上速率的系统在光纤中的传输距离不仅受通常光纤的色度色散限制，更严重的是受偏振模色散 PMD 的限制，普通G.652 光纤和G.655 光纤的PMD 较大且具有统计特性，系统补偿比较困难。为了满足高速率系统的要求，在2000 年10 月G.652 光纤和 G.655 光纤的标准修订的时候，将G.652 光纤细分为G.652A、 G.652B、G.652C 三种类型。规定G.652A 光纤只能支持2.5Gbit/s 及其以下速率的系统（对缆内光纤的PMD系数不提要求），G.652B光纤可以支持10Gbit/s 速率的系统（粗略地说，要求缆内光纤的PMD 系数小于0.5ps/km1/2）。类似地，G.655 光纤也相应划分为G.655A 光纤和G.655B光纤，前者可支持波道间隔为200GHz 以上的DWDM 系统，后者可以支持波道间隔为100GHz 及其以下的DWDM 系统，并能支持10Gbit/s 传输400km 以上的距离。同时由于光纤制造工艺的不断成熟，特别是脱水工艺的改进，使原来在1380nm 附近出现的水吸收峰基本消失，使得G.652 光纤从1260nm 到1670nm的整个范围都可用以通信。于是把这种光纤命名为G.652C 光纤，G.652C 光纤也可以支持 10Gbit/s 速率的传输。
当在光纤上传输的单信道速率达到40Gbit/s 或对于以40Gbit/s 为基础的WDM 系统，PMD 的影响更为显著，必须进一步严化对光纤的 PMD 指标的要求。另一方面，10Gbit/s 系统已成为光纤传输的主流速率，希望所有的光纤包括G.652A、G.655A都能支持10Gbit/s 系统的传输，对G.652B 希望能支持10Gbit/s传输3000km 以上的距离，显然也必须减小 PMD 的影响。于是在2003 年1 月修订G.652 光纤和G.655 光纤标准时，不仅对原G.652A、G.652B、G.652C 以及G.655A、G/655B 的指标做了调整，又定义了两种新型的光纤G.652D 和G.655C光纤。
初期的DWDM系统通常工作在C 波段（1530~1565nm），然而，C 波段只有35nm 的范围，即使采用0.4nm 的波道间隔，在1529~1560 也只能安排80 个波道。要进一步增加波道数，就必须增大可利用的波长范围，例如可以把L 波段（1565~1625nm）利用起来，这样，就有95nm 的范围可利用。由于
1600~1625nm范围光纤的色散太大，所以在 L 波段1570~1603nm 范围内可安排80 个间隔为0.4nm 的波道。C+L 波段可以实现160 波的系统。要继续增加波道数，当然可以再减小波道间隔，但波道间隔的减小是有限度的，一方面增大了去复用的难度，另一方面太小的间隔使每个波道可传送的速率受到较大的限制。所以寄希望于再扩大可利用波长范围。G.652C 光纤的可用波长范围达410nm，但整个范围内色散的变化太大，系统进行补偿的难度和代价太大。于是人们想到，利用S+C+L三个波段，为了减少系统的麻烦，又应让光纤在这个范围内色散的变化维持在一个较小的范围，这就引出了对另一种新型光纤的研究，ITU-T 把这种光纤命名为G.656 光纤。
本文在下面的部分主要介绍对G.652A、B、C，G.655A、B 光纤的新要求和三种新型光纤G.652D、G.655C 和 G.656 的特性及其标准。
2、G.652D 光纤
如前所述，对于10Gbit/s 及其以上速率的高速系统来说，PMD 对其传输距离的影响极大，从表1 中可以看出，要支持统传输距离达400km，则PMDQ必须小于0.5 ps/?km，此时可支持40Gbit/s 系统的甚短距离2km 的应用。当PMDQ 小于0.20 ps/?km 时，10Gbit/s 系统传输距离可达3000km 以上，40Gbit/s系统传输距离可达80km 以上。当 PMDQ 小于0.10 ps/?km 时，10Gbit/s 系统传输距离可大于4000km，而40Gbit/s 系统传输距离可达400km 以上。在2003 年1月修改G.652 光纤标准时，希望全面提高G.652 光纤的特性，至少都要支持10Gbit/s 的长途应用，对 G.652B 要求支持40Gbit/s 的长途应用，所以开始提出G.652B 的PMDQ 应小于0.10ps/?km。后来基于考虑40Gbit/s 的应用主要从城域网开始，10Gbit/s 系统的传送在3000km 左右已经可以覆盖大部分应用情况，所以放宽到0.20 ps/?km。经过调整过的各类G.652 光纤的特性为：G.652A 支持10Gbit/s系统传输距离可达400km，10Gbit/s以太网的传输达
40km，支持40Gbit/s系统的距离为2km。相应的参数指标如表2 所示。
对于G.652B 型光纤，必须支持10Gbit/s 系统传输距离可达3000km 以上，40Gbit/s 系统的传输距离为80km。相应的参数指标如表 3 所示。
对于G.652C 型光纤，基本属性与 G.652A相同，但在1550nm 的衰减系数更低，而且消除了1380nm 附近的水吸收峰，即系统可以工作在1360~1530nm 波段。相应的参数指标如表4 所示。
为了使无水吸收峰光纤也能支持G.652B 所支持的那些应用，必须对无水吸收峰光纤的PMDQ 提出更严的要求，因此有必要定义一种新的光纤类型，即G.652D 型光纤。这种光纤的参数指标如表5 所示。可以看出，G.652D 型光纤的属性与G.652B 光纤基本相同，而衰减系数与G.652C 光纤相同，即系统
可以工作在1360~1530nm 波段。
3、G.655C 光纤
G.655 光纤是为适于DWDM 的应用而开发的。2000 年版的G.655 标准只将其分为A、B 两种类型。类似于对G.652 各类型光纤的要求全面提高，对G.655的A、B 两类光纤的要求也都提高了，分别如表6 和表7 所示。也就是说，虽然新的G.655A光纤仍只能支持200GHz及其以上间隔的DWDM 系统在C 波段的应用，却已经可以支持以10Gbit/s 为基础的 DWDM系统了。而新的
G.655B光纤可以支持以10Gbit/s 为基础的100GHz及其以下间隔的DWDM系统在C 和L波段的应用。
表 7 G.655B 型光纤参数指标为了既能满足 100GHz及其以下间隔DWDM 系统在C、L 波段的应用，又能使N×10Gbit/s 系统传送3000km 以上，或支持N×40Gbit/s 系统传送80km 以上，就规范了一种新的G.655C 型光纤。这种光纤的特性如表8 所示。可以看出除了PMDQ 为0.20 ps/*km 之外，它的其他属性和G.655B是一样的。
4、G.656 光纤
2002 年，日本NTT 公司和CLPAJ 公司提出了应规范一种适用于DWDM系统S+C+L 波段应用的新型光纤，即在 S+C+L 波段为非零色散的光纤，得到各国专家的广泛支持。经过9 个月的研究，提出了这种光纤的基本规范，各公司对这种光纤也都开展了研究，提出了对一些关键指标取值的建议。在激烈的讨论之后，除少数参数外（虽然少数，却很关键），基本达成了一致的意见，并把这种
新型光纤命名为G.656 光纤。目前提出的有关G.656 光纤的规范如表 9 所示。表9 中对模场直径MFD 和色散系数还有不同的意见。这两个参数的取值涉及许多与应用有关的方面，两个值之间也是关联的。例如，MDF 与光纤熔接损耗、色散系数、有效面积、非线性效应等都有关。色散系数更直接影响到系统特别是高速系统的受限传输距离、密集波分复用系统的四波混频等非线性效应等。对于不同的应用，例如是城域还是长途，CWDM 还是DWDM等，考虑的出发点不同，对取值的选取自然有所不同。笔者的观点是：既然应用有所区别，就应该允许参数值有差异。因此比较妥善的解决方案是不必强求用一组指标来满足所有的应用，可以把G.656 光纤也分为A、B 等不同类型，分别规范适宜于其应用的相应指标，则可以实现各得其所。
5、结束语
光纤技术在30 多年来，有了很大的发展，特别是光纤制造工艺水平的不断提高，使光纤的质量、成品率极大地提高，光纤的成本也在不断下降，为系统的应用提供了较有利的条件。反过来，系统应用的种类和范围不断扩大，也对光纤提出了新的要求。为了满足系统的应用，不断开发出新的光纤类型。G.655和G.656 光纤的出现，就是很好的例证。事物的发展、变化总是无止境的，光纤技术的发展也不会停滞不前。我们不仅要密切注意和跟踪它的发展，适时做出各种新型的光纤。还希望光纤领域的同行们与系统的专家们密切结合，提出适合于新的应用的新型光纤，为我国光纤通信技术的发展，做出新的更大的贡献。