S –C L 三波段傳輸新型單模光纖的設(shè)計(jì)與論述

1、S C- L 三波段傳輸新型單模光纖的設(shè)計(jì)與論述摘要：隨著科技的不斷進(jìn)步時(shí)代的發(fā)展，光通信技術(shù)也隨之快速發(fā)展，各種現(xiàn)有的單模光纖已不能滿足寬帶光傳輸密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)傳輸?shù)囊螅琒 C- L 三波段傳輸新型單模光纖是在1460-1625m的波長范圍內(nèi)具有足夠大的色散以抑制四波混頻效應(yīng)，交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)，又使色散及斜率盡可能低，從而使色散管理成本降到最低的新型單模光纖，我們設(shè)計(jì)和計(jì)算了這種新型的光纖結(jié)構(gòu)，并對其性能參數(shù)進(jìn)行了分析和討論。關(guān)鍵詞：S C- L 三波段、非線性效應(yīng)、色散、色散斜率1、概述：從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上考慮，光纖通信技術(shù)的發(fā)展主要包括兩大方向。其一，提高波分復(fù)用（W

2、DM）單信道的傳輸速率；其二，增加WDM復(fù)用的信道數(shù)量。目前，總傳輸速率10Tbit/s的多信道40Gbit/s的密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)將是光纖通信技術(shù)發(fā)展的最近目標(biāo)40Gbit/s系統(tǒng)正在商用化。系統(tǒng)要求的光信噪比（OSNR）隨著單信道的速率提高而成正比增大。因此要求有更高的信號光功率，這使得光纖非線性效應(yīng)更趨嚴(yán)重。又由于粗波分復(fù)用（CWDM）和DWDM傳輸波長范圍擴(kuò)展，邊緣信道的色散累積使得光纖色散補(bǔ)償更加復(fù)雜，影響了系統(tǒng)成本。 以上范圍內(nèi)非線性效應(yīng)、色散和片振膜色散（PMD）等因素不能兼顧。G.652 光纖在S、C、L 帶的色散大，色散斜率搞，因此，色散補(bǔ)償困難，增加了系統(tǒng)成本。G

3、.653 光纖在C帶有零色散波長，有效面積小，因此，工作波長范圍不足，色散補(bǔ)償困難，系統(tǒng)成本增加。目前 G.655光纖種類很多，但是對于現(xiàn)有的大多數(shù) G.625光纖，即使傳輸距離為80km，也要在L波段上進(jìn)行色散補(bǔ)償，增加了系統(tǒng)成本，所以G.655A和G.655B光纖也不能滿足系統(tǒng)發(fā)展要求。由于現(xiàn)有的各種單模光纖都不能適應(yīng)在S-C-L三個(gè)連續(xù)波段上進(jìn)行多信道窄間隔DWDM應(yīng)用和CWNM應(yīng)用，因此國際上已經(jīng)開始研究能夠滿足S-C-L三個(gè)連續(xù)波段實(shí)現(xiàn)多信道窄間隔DWDM和SWDM應(yīng)用，如ULTRA特銳光纖。日本NTT、美國Cornning、OFS、法國Alcatel等已經(jīng)向ITUT-T提出建議，制

4、定這種能滿足光纖通信發(fā)展形勢要求的新型單模光纖標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)名稱為ITU-T G.656寬帶光傳輸用非零色散單模光纖和光纜特性。G.656 光纖在1460-1625 nm波段比現(xiàn)有G.655光纖具有更大的正色散值，且色散的斜率更低。這種更大的色散值課更有效地抑制DWDM系統(tǒng)中的四波混頻、交叉相位調(diào)制（XPM）等非線性效應(yīng)。由于這種光纖超出了現(xiàn)有G.655 光纖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的波長范圍，而且該光纖在S、C、L三個(gè)波段具有較大的正色散值，所以，可以在S、C、L三個(gè)波段實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用，滿足最新系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)用的要求。2 光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展的要求，S-C-L三波段光纖色散特性更優(yōu)，工作波長更寬：在1460162

5、5nm波長范圍內(nèi)，色散可抑制DWDM系統(tǒng)中的各種非線性效應(yīng)。非零色散工作波長1460nm1625nm，也可超出14501625nm波長范圍。色散系數(shù)為正（+）號，2ps/（nm·km） 11ps/（nm·km）。光纖的色散斜率比其它光纖更低。 石英玻璃單模光纖的色散特性主要由材料色散和波導(dǎo)色散兩部分復(fù)合構(gòu)成?？偵槭街小⒎謩e為材料色散、波導(dǎo)色散和折射率剖面色散系數(shù)，具體的表達(dá)式為式中，第一項(xiàng)為材料色散；第二項(xiàng)為波導(dǎo)色散；第三項(xiàng)為折射率剖面色散；為線芯折射率；為包層折射率；為傳輸光波長；為光速度；H為線芯中傳輸?shù)墓β史謹(jǐn)?shù)，；b為歸一化傳播常熟，；為相對折射率差；為歸一化介質(zhì)

6、頻率。最后，其總色散可簡化為。光纖的材料色散隨波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變化不大，而波導(dǎo)色散對波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的改變極為敏感。適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)光纖的折射率剖面結(jié)構(gòu)，能夠改變波導(dǎo)色散的幅度，實(shí)現(xiàn)非零色散位移，還可以改變波導(dǎo)色散隨波長增加的斜率，從而改變總的色散率，實(shí)現(xiàn)色散斜率基本為零，以保持2-11 ps/（nm·km）的非零色散。根據(jù)以上原則，經(jīng)過對光纖的纖芯和包層進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和調(diào)整，是光纖的色散參數(shù)符合設(shè)計(jì)條件。設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 第一種設(shè)計(jì)如下：第1部分為纖芯，半徑為3.6，折射率為1.4645。第2部分為第一折射率下凹環(huán)，尺寸為1.55，折射率為1.45。第3部分為第二折射率下凹環(huán)，尺寸為1.3，折射率為1.4

7、52（修正為1.4518）。第4部分為外芯，尺寸為4.4，折射率為1.46（修正為1.4602）。第5部分為光纖內(nèi)包層，尺寸為5，折射率為1.456。第6部分為襯底管，尺寸為10，折射率為1.457。第7部分為外包層，尺寸為36.65，折射率為1.457。3、設(shè)計(jì)結(jié)果 如下圖所示： 色散圖：1.46096色散為5.22288（原文中應(yīng)為5.53）1.62503色散為6.58275（原文中應(yīng)為6.24）相差原因未知 功率分布：模場半徑4.24399 面積為56.58 模場直徑：有效面積有些小原因未知微彎損耗：第二種設(shè)計(jì)如下：第1部分為纖芯，半徑為3.6，折射率為1.4643。第2部分為第一折射率

8、下凹環(huán)，尺寸為1.55，折射率為1.453。第3部分為第二折射率下凹環(huán)，尺寸為1.3，折射率為1.455。第4部分為外芯，尺寸為4.4，折射率為1.46。第5部分為光纖內(nèi)包層，尺寸為5，折射率為1.456。第6部分為襯底管，尺寸為10，折射率為1.457。第7部分為外包層，尺寸為36.65，折射率為1.457。 如下圖所示： 色散圖：1.46012色散為2.20000（原文中應(yīng)為2.70）1.62545色散為7.50414（原文中應(yīng)為7.56）相差原因未知 功率分布：模場半徑4.17526 面積為54.7 模場直徑：有效面積有些小原因未知微彎損耗：4、結(jié)論本文提出了一種應(yīng)用于S-C-L 波段傳輸?shù)男滦蛦文９饫w，通過模擬計(jì)算，該光纖在