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光纤技术的发展

2020-07-29 14:46:23 山东万硕光电设备有限公司 阅读

光纤技术的发展


      近年来,科技发展的速度不断加快,综合布线通信行业也正在蓬勃发展,掺铒光纤放大器(EDFA)、分布喇曼光纤放大器(DRFA)、半导体放大器(SOA)、光时分复用(OTDM)技术以及密集波分复用(DWDM)技术得到了广泛的应用。光纤通信技术不断向着传输速率更高、容量更大的方向发展着。

      目前,先进的光纤制造技术更是发展快速,如今不但能维持更稳定、更可靠的信息传输以及足够的富余度 ,还能满足光纤通信对高宽带速率的需求,并能减少非线性损伤。光纤通信技术如果按照如今的步伐不断前进,那么预计将会往全波光纤、多模光纤、光子晶体光纤、聚合物光纤等这几类分支方向发展。


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  全波光纤 

         随着人们对光纤带宽需求的不断扩大,通信业界一直在努力探求消除"水吸收峰"的途径。全波光纤(All-WaveFiber)的生产制造技术,从本质上来说,就是通过尽可能地消除 OH 离子的"水吸收峰"的一项专门的生产工艺技术,它使普通标准单模光纤在 1383nm 附近处的衰减峰,降到足够低的程度。

        网络运营商的角度来考虑,有了全波光纤,就可以采用粗波分复用技术,取其信道间隔为 20nm 左右,这时仍可为网络提供较大的带宽,而与此同时,对滤波器和激光器性能要求却大为降低,这就大大降低了网络运营商的建设成本。全波光纤的出现使多种光通信业务有了更大的灵活性,由于有很宽的波带可供通信之用,我们就可将全波光纤的波带划分成不同通信业务段而分别使用。可以预见, 未来中小城市城域网的建设,将会大量采用这种全波光纤。

       人类追求高速、宽带通信网络的欲望是永无止境的,在目前带宽需求成指数增长的情况下,全波光纤正越来越受到业界的关注,它的诸多优点已被通信业界广泛接受。


 多模光纤

       随着千兆以太网的建立,以太网还将从 Gbps 向 10Gbps 的超高速率升级,通 信技术的不断进步,大大促进了多模光纤的发展。多模光纤的中心纤芯较粗(50 或 62.5μm),可传多种模式的光。常用的多模光纤为:50/125μm(欧洲标准), 62.5/125μm(美国标准)。近年来,多模光纤的应用增速很快,这主要是因为世界光纤通信技术将逐步转向纵深发展,并行光互联元件的实用化也大大推动短程多模光缆市场的快速增长,从而使多模光纤的市场份额持续上升。


 光子晶体光纤


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      光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF)是由 ST.J.Russell 等人于1992 年提出的。对石英光纤来说,PCF 的结构特点是在其中间沿轴向均匀排列空气孔, 这样从光纤端面看,就存在一个二维周期性的结构,如果其中一个孔遭到破坏和缺失,则会出现缺陷,利用这个缺陷,光就能够在其中传播。PCF 与普通单模光纤不同,由于它是由周期性排列空气孔的单一石英材料构成,所以有中空光纤 (holeyfiber)或微结构光纤(micro-structuredfiber)之称。PCF 具有特殊的色散和非线性特性,在光通信领域将会有广泛的应用。

       PCF 引人注目的一个特点是,结构合理,具备在所有波长上都支持单模传输的能力,即所谓的"无休止单模"特性(endlesslysingle-mode),这个特性已经有 了很好的理论解释。这需要满足空气孔足够小的条件,空气孔径与孔间距之比必须不大于 0.2。空气孔较大的 PCF 将会与普通光纤一样,在短波长区会出现多模现象。

        PCF的另一个特点是它具有奇异的色散特性。现在人们已经在 PCF 中成功产生了 850nm 光孤子,预计将来波长还可以降低。此外,有些企业已经研究出新的 光子晶体光纤,一种是中空的"空气波导光子能带隙晶体光纤"(air-guidingPhotonicBandgapFiber),此晶体光纤的纤芯是中空的,利用空气作为波导,使光可以在特殊的能带隙中传输。另外一种是"双包层高数值孔径掺镱晶体光纤"(DoubleClad High NA Yb Fiber),该光纤可以用在光纤激光器或光 纤放大器中,另外由于该光纤具有光敏性,还可以在它上面刻写光纤光栅


  聚合物光纤


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      目前通信的主干线已实现了以石英光纤为基质的通信,但是,在接入网和光 纤入户(FTTH)工程中,石英光纤却遇到了较大的困难。由于石英光纤的纤芯很细 (6?10μm),光纤的耦合和互接都面临技术困难,因为需要高精度的对准技术, 因此对于距离短、接点多的接入网用户是一难题。

      而聚合物光纤(polymeropticalfiber,POF)由于其芯径大(0.2?1.5mm),故 可以使用廉价而又简单的注塑连接器,并且其韧性和可挠性均较好,数值孔径大, 可以使用廉价的激光源,在可见光区有低损耗的窗口,适用于接入网。聚合物光 纤是目前 FTTH 工程中最有希望的传输介质。

       聚合物光纤分为多模阶跃型 SI-POF 和多模渐变型 GI-POF 两大类,由于 SIPOF 存在严重的模式色散,传输带宽与对绞铜线相似,限制在 5MHz 以内,即便 在很短的通信距离内也不能满足 FDDI、SDH、B-ISDN 的通信标准要求,而 GIPOF 纤芯的折射率分布呈抛物线,因此模式色散大大降低,信号传输的带宽在 100m 内可达 2.5Gbps 以上,近年来,GIPOF已成为POF研究的主要方向。

       即使光纤技术发展快速,但是光纤在光通信应用中还有许多问题有待解决, 例如:色散与弥散、有限色散和小色散斜率、负色散、偏振模色散、非线性、大 芯区有效面积弯曲损耗、综合优化面临的矛盾、有效面积与色散斜率、负色散与 损耗等,所以,我们还是必须不断进行技术创新,不断解决遇到的难题,相信随 着时代的推移,光纤技术将会更上一层楼。


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