现代单模光纤的改进及其制造技术

光纤与电缆及其应用技术　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃａｂｌｅ　２００２年第３期　ＮＯ．３　２００２　一述一～综～，｝ｋ＋　　、　．十●　现代单模光纤的改进及其制造技术　徐乃英　（信息产业部电信科学技术第一研究所，上海２０００３２）　［摘　要］　回顾了通信用光纤的发展历史，综述了最新发展的几种单模光纤，阐述了它们的几个关键参数与应　用范围，描述了它们的制造技术。　［关键词］　非零色散位移光纤；全波光纤；色散补偿光纤；偏振模色散　［中图分类号］ＴＮ８１８　［文献标识码］Ａ　［文章编号］　１００６—１９０８（２００２）０３—０００１—０８　Ｍｏｄｅｒｎ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ＸＵ　Ｎａｉ—ｙｉｎｇ　（Ｆｉｒｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｌｅｃｏｍ．Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈｎ．，ＭＩＩ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００３２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌ　ｒｅｃｅｎｔｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｋｅｙ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅｉｒ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　ｔｅｃｈ—　ｎｉｑｕｅｓ　ａｒｅ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ—ｚｅｒｏ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ；ａｌｌ—ｗａｖｅ　ｆｉｂｅｒ；ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　ｆｉｂｅｒ；ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　１　通信用光纤的发展历史　自从２０世纪７０年代光纤衰减降到实用化水平　以来，光纤从多模光纤开始，其工作波长随着激光器　技术的发展从０．８５／＊ｍ波长发展到衰减更低带宽更　宽的１．３　ｍ波长。这种光纤被当时的ＣＣＩＴＴ（现　ＩＴＵ—Ｔ）列为Ｇ．６５１光纤。２０世纪８０年代初，单模　光纤开始实用，且零色散波长设计在１．３１　ｍ。这种　随着光纤放大器和波分复用技术的迅速发展，　人们发现ＤＳＦ在１５５０ｎｍ附近的零色散会由于光　纤的非线性效应而影响信号的传输。　为了克服色散位移光纤的非线性效应，出现了　非零色散位移光纤（ＮＺ～ＤＳＦ）＿１］。这种光纤在　１５５０ｎｍ波长上有一定范围的小色散。色散的下限　保证足以抑制四波混频，色散的上限保证允许　１０Ｇｂ／ｓ的单通道能传输２５０ｋｍ以上，而无需色散　补偿。这些ＮＺ—ＤＳＦ于１９９６年被ＩＴＵ—Ｔ列为Ｇ．　光纤被ＣＣＩＴＴ列为Ｇ．６５２单模光纤（ＳＭＦ）。２０世　纪９０年代初，１．５５／＊ｍ的激光器进入商用，这一波长　上的光纤衰减最低，而且波长窗口较宽，对波分复用　的应用较为有利。但是，Ｇ．６５２光纤在该波长下约＋　６５５光纤。这些初期的ＮＺ—ＤＳＦ在不同场合应用后　发现，单一规格的ＮＺ—ＤＳＦ难以满足各种不同的使　用场合，于是各个光纤制造厂相继开发了具有不同　色散性能的ＮＺ—ＤＳＦ＿１ｊ。其中色散范围已越出Ｇ．　６５５建议书的规定，工作波长也超出了Ｇ．６５５建议　书的范围，达到１６００ｎｍ以上。为此，ＩＴＵ—Ｔ于２０００　年４月的１９９７年～２０００年研究期末期会议上把　Ｇ．６５５类光纤分为Ｇ．６５５Ａ和Ｇ．６５５Ｂ两个子　类　引。　在非色散位移光纤方面的一个进展是对长波长　１７ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）的色散，对应用有较大的限制。采　用零色散位于１５５０ｎｍ的色散位移光纤（ＤＳＦ）是较　早的一个解决方法，此种光纤被ＣＣＩＴＴ列为Ｇ．６５３　光纤。这种光纤主要用于海底光缆系统，它把单一波　长传送几千公里。有些国家也一度广泛地用于陆上　干线中。　［收稿日期］２００１—１１—１２　［作者简介］　徐乃英（１９２５一　），男，信息产业部电信科学　技术第一研究所教授级高级工程师．　宏弯损耗的改善，使得传输波长可以延伸到Ｌ波　段。另外一个重大进展是朗讯公司通过采用新的制　棒技术，成功地消除了１３８５ｎｍ附近的ｏＨ一引起的　［作者地址］　上海市徐汇区桂林路５０５弄１号８０４室，　２００２３３　・２・　光纤与电缆及其应用技术　２００２年第３期　衰减峰，使得１３１０ｎｍ波长窗口（约１２８０～１３２５ｎｍ）　（同步数字体系）系统和信道间隔不小于２００　ＧＨｚ　（１．６　ｎｍ）的ＳＴＭ一６４的ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９２　带光放大　与１５５０ｎｍ波长窗口（约１５３０～１５６５ｎｍ）之间的波　段都能利用　。为此，ＩＴＵ—Ｔ于２０００年４月的１９９７　年～２０００年研究期末期会议上把Ｇ．６５２类光纤分　为Ｇ．６５２Ａ、Ｇ．６５２Ｂ和Ｇ．６５２Ｃ三个子类：　。　器的波分复用传输系统；Ｇ．６５５Ｂ主要适用于信道　间隔不小于１（）（）ＧＨｚ的Ｇ．６９２　ＤＷＤＭ（密集波分复　用）传输系统。Ｇ．６５５光纤及其两个子类光纤的主要　技术指标如表１所列。从表１可知，Ｇ．６５５Ａ光纤除　有些指标在Ｇ．６５５的基础上略严外，色散与工作波　２　ＮＺ—ＤＳＦ（Ｇ．６５５）　Ｇ．６５５Ａ为ＮＺ—ＤＳＦ的基础子类，它适用于　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９１㈨规定的带光放大器的单信道ＳＤＨ　段都与Ｇ．６５５光纤相同，而Ｇ．６５５Ｂ光纤则有较大　的变化。　表１　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６５５、Ｇ．６５５Ａ和Ｇ．６５５Ｂ光纤光缆的主要技术指标　注：１）波长ＸＸ为待定值，ＸＸ≤２５ｎｍ。　２）如果对于特定的光缆结构已经知道能支持对光缆ＰＭＤＱ要求的最大ＰＭＤ系数，则可以由成缆者来规定可选用的　最大ＰＭＤ系数。　徐乃英：现代单模光纤的改进及其制造技术　表２特锐光纤在１４４０￣１６００　ｎｍ波长上的色散值　采用ＤＷＤＭ技术，光纤Ｔｂ传输系统已成为现　实。随着占据１５３０ｎｍ到１６１０ｎｍ之间Ｃ＋Ｌ波段速　度的加快，已经取得了高达３Ｔｂ／ｓ的传输能力。选　择最合适的传输光纤来满足ＤｗＤＭ的大容量和升　级的要求，是实现这种高速传输的主要问题之一。　在Ｇ．６５５光纤分为Ｇ．６５５Ａ与Ｇ．６５５Ｂ之前，　许多光纤制造商为了适应各种ｗＤＭ系统的需要，　相继开发了不同色散、色散斜率和有效面积的ＮＺ—　ＤＳＦ。　大有效面积的ＮＺ—ＤＳＦ有康宁公司的ＬＥＡＦ　（７２　ｍ　）、长飞公司的大保实光纤（８４　ｍ　）、藤仓公　司的ＥＸＡＦ—Ａ（７４　ｍ　）等，光纤的大有效面积可减　小非线性效应，但是它们的色散斜率较大，都在　０．０９６～０．１１５　ｐｓ／（ｎｍ。・ｋｍ）范围内，这会使　ＤＷＤＭ系统内各个信道付出不同的衰减代价。　低色散斜率的ＮＺ—ＤＳＦ有朗讯公司的真波　（Ｔｒｕｅ—ｗａｖｅ）ＲＳ光纤（色散斜率≤０．０５ｐｓ／（ｎｍ　・　ｋｍ））和阿尔卡特公司的特锐（ＴｅｒａＬｉｇｈｔ）光纤（典　型色散斜率为０．０５８ｐｓ／（ｎｍ　・ｋｍ））等。特锐光纤具　有较低的零色散波长，与低的色散斜率相结合，可以　把传输波长向下延伸到Ｃ波段以下的Ｓ波段，向上　延伸到Ｌ波段。表２列出其在各个波长下的色散　值。　海底光缆用特大有效面积负色散ＮＺ—ＤＳＦ有　真波ＸＬ光纤。真波ＸＬ光纤的有效面积达到　１０５￣ｍ　。这种光纤的大有效面积减小了光纤的功率　密度，允许把更大的功率注入光纤，加大了海底放大　器之间的距离，减少了放大器数目，具有显著的经济　效益。虽然为了防止非线性所产生的ＦｗＭ（四波｝昆　频），在工作波长区内所要求的小色散可以为正也可　以为负，但负色散可以防止由光纤的非线性和光纤　的色散在长距离上相互作用而产生的调制不稳定性　所引起的信号劣化。在建设海底光缆线路时，要仔细　地把三种类型的光纤组合在一起：真波ＸＬ光纤、低　色散斜率的负色散真波ＳＲＳ光波和常规单模光纤。　常规单模光纤的正色散是作“补偿”用的，使路由上　的平均色散近于零。　城域网用ＮＺ—ＤＳＦ已由康宁公司和阿尔卡特　公司开发出来，其商品名分别为ＭｅｔｒｏＣｏｒ和Ｔｅｒａ—　Ｌｉｇｈｔ　ｍｅｔｒｏ。它们都能使４００ｋｍ以内的城域网中每　对光纤传输Ｔｂ级的信号。　以上的几类ＮＺ—ＤＳＦ基本上都能纳入Ｇ．６５５Ａ　或Ｇ．６５５Ｂ建议书中。随着更多新开发的光纤及其　实际应用，Ｇ．６５５Ｂ建议书一定能有进一步的充实　和改进。　３　色散补偿光纤和色散斜率补偿光纤　色散补偿光纤（ＤＣＦ）是一种在Ｃ波段（第３窗　口）具有较大负色散系数的特殊光纤，应用ＤＣＦ可　以在第３窗口补偿常规单模光纤（Ｇ．６５２光纤）在线　路上所积累的色散。这种光纤的芯径可以减小到　２ｐｍ左右，而光纤的折射率差可以增大至２　～　４　。通过采用特殊的折射率分布，可以使光纤在　１５５０ｎｍ波长处具有所需要的负色散系数和负色散　斜率。表３列出了几种ＤＣＦ的特性　ｊ。　表３　ＤＣＦ在１５５０ｎｍ波长上的特性　自１９９４年ＤＣＦ进入商用以来，开发了许多品　种。它不但可以用来补偿常规单模光纤在第３窗口　的色散，而且也可用来补偿各种ＤＳＦ（零色散或非　零色散）在第３窗口中的色散斜率。能够补偿色散斜　率的这种光纤被称为色散斜率补偿光纤（ＤＳＣＦ）。　例如，日本古河电气开发的Ａ型和Ｂ型ＤＳＣＦ在工　作波段内具有很小的色散和很陡的负色散斜率，Ａ　型与零色散波长在１５３０ｎｍ的ＮＺ～ＤＳＦ（Ｇ．６５５光　纤）一起工作，而Ｂ型与零色散波长在１５５０ｎｍ的　ＤＳＦ（Ｇ．６５３光纤）一起工作，前者使１５３Ｏ～１５６０ｎｍ　波长范围内后者使１５５Ｏ～１５８０ｎｒｎ波长范围内的色　散几乎完全平坦。　古河电气还开发了一种新型的色散补偿光　缆ｌ＿８］。这种光缆应用反色散光纤（ＲＤＦ）。ＲＤＦ不但　补偿常规单模光纤在第３窗口中的色散，而且还补　偿其色散斜率，并具有小的非线性效应。应用ＲＤＦ　・４・　光纤与电缆及其应用技术　２００２年第３期　的系统具有以下的特点：　性能。　１）不需用ＤＣＦ或色散补偿组件，ＤＣＦ有插入　损耗高和色散补偿不够完善的缺点。ＲＤＦ本身不是　一２）能够应用大功率的光纤放大器（ＥＤＦＡ），由　于ＲＤＦ和常规单模光纤的有效面积都大于ＤＣＦ的　有效面积，当ＥＤＦＡ的输出被注入系统时，脉冲的　畸变要比ＤＣＦ系统的小。所以，在ＲＤＦ系统中能够　用较大的ＥＤＦＡ功率。　个器件，而是一根传输线。它的色散特性在数值上　和斜率上都具有与常规单模光纤相反的符号。所以　应用ＲＤＦ的系统可以不用ＤＣＦ或色散补偿组件而　实现低的残余色散。而且，它的低损耗也改善了系统　表４　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６５２、Ｇ．６５２Ａ、Ｇ．６５２Ｂ和Ｇ．６５２Ｃ光纤光缆的主要技术指标　注：１）波长ＸＸ为待定值，ＸＸ≤２５ｎｍ。　２）如果对于特定的光缆结构已经知道能支持对光缆ＰＭＤＱ要求的最大ＰＭＤ系数，则可以由成缆者来规定可选用的　最大ＰＭＤ系数。　３）波长ｙｙｙｙ被推荐为１　３８３ｎｍ≤ｙｙｙｙ≤１４８０ｎｍ，由买卖双方协商同意。如果规定的是水峰处（１３８３ｎｍ），则更长和更短　的波长都可以在延伸波段内应用。如果规定的数值大于水峰处，那么在延伸波段中只可以应用大－］：：ｙｙｙｙ的波长。　４）在按照ＩＥＣ　６０７９３　２中关于Ｂ１．３类光纤的氢老化之后，；￣Ｅｙｙｙｙ　ｎｍ抽测到的平均衰减应当小于或等于在１３１０ｎｍ￣　规定之值　徐乃英：现代单模光纤的改进及其制造技术　３）能够进行宽带传输，ＲＤＦ的色散斜率是负　的，与常规单模光纤的相反。所以，把ＲＤＦ的长度与　常规单模光纤的长度进行恰当的配合，就能够在　１５３Ｏ～１５７０ｎｍ之间得到平坦的色散斜率。　以上各种色散补偿和色散斜率补偿光纤尚未由　ＩＴＵ—Ｔ纳入Ｇ系列建议书。　４　非色散位移光纤（Ｇ．６５２）　Ｇ．６５２Ａ为单模光纤的基础子类，它适用于　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．９５７一列和ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９１　］中的传输系统，　直到ＳＴＭ一１　６。Ｇ．６５２Ｂ适用于ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．９５７　、　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９１　和ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９２１　６］中的传输系统，　直到ＳＴＭ一６４。Ｇ．６５２Ｃ适用于ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．９５７＿９　、　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９１一　和ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９２　中的传输系统，　直到ＳＴＭ一６４。对于在１５５０ｎｍ波长区域的高比特　率传输，一般将需要调节色度色散。这个子类也允许　在１３６０ｎｍ以上和１５３０ｎｍ以下的部分波段内进行　ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．９５７　的传输。Ｇ．６５２光纤与光缆及其两　个子类的主要技术指标如表４所列。　从表４可知，Ｇ．６５２Ａ除有些指标加严并明确　了对ＰＭＤ不作规定以外，其他各项参数基本上都　与Ｇ．６５２光纤相同。Ｇ．６５２Ｂ，￣０把衰减的规定延伸到　Ｌ波段（第４窗Ｅ１）并对ＰＭＤ作了规定。Ｇ．６５２Ｃ在　Ｇ．６５２Ｂ的基础上增加了在水峰附近的一个波长上　的衰减规定，以保证在Ｓ波段（第５窗口）的传输。　图１示出了Ｇ．６５２Ａ光纤的典型衰减光谱特　性。我们能够注意到曲线上的三个特点：　１）在短波长区内的衰减随波长的增加而减小，　这是因为在这个区域内，与波长的４次方成反比的　瑞利散射所引起的衰减是主要的；　２）在１．６　ｍ以上的波长上由于宏弯损耗和二　氧化硅吸收而使衰减有上升的趋势；　３）曲线上有（）Ｈ引起的几个吸收峰（亦称水　峰），特别是１．３８５　ｍ波长上的峰。　图１　Ｇ．６５２Ａ光纤的典型衰减光谱　特性。图中　内的数字代表波　长窗口号　改善宏弯损耗和二氧化硅吸收就能得到　Ｇ．６５２Ｂ光纤。在此基础上再消灭水峰就能得到　Ｇ．６５２Ｃ光纤。朗讯科技公司首先利用独特的制棒技　术开发出来的全波光纤和康宁公司最近开发的　ＳＭＦ２８一ｅ光纤都属于Ｇ．６５２Ｃ光纤。图２示出了全波　光纤典型的衰减光谱特性。全波光纤除消除了水峰　衰减外，其他性能都与常规单模光纤（Ｇ．６５２光纤）　相同。它能采用与常规单模光纤同样的连接方法和　连接器。　图２　全波光纤（Ｇ．６５２Ｃ）典型的衰减光谱　特性　全波光纤最适合于在城域网中应用。利用其新　开辟的第５窗Ｅｌ（１．３５～１．５３／￣ｍ）把波长谱扩大了　大约１８０ｎｍ。因为这段波长处于第２窗口与第３窗　口之间，光纤的衰减小于１３１０ｎｍ处的衰减，而色散　则小于１５５０ｎｍ区域内的数值。这意味着能更好地　利用光纤的低色散区。在这样宽阔的波长区内，采用　粗波分复用（ＣｗＤＭ）代替ＤＷＤＭ往往能够取得相　当大的经济效益。　５　现代单模光纤的偏振模色散　（ＰＭＤ）及其改善　偏振是光波振动方向的一个特性。在单模光纤　中的光会在两个互相垂直的方向上振动，称为偏振　模。如果光纤是不对称的，在这两个方向上传播的模　就具有相对延迟，这种延迟称为ＰＭＤ，通常用ｐｓ来　衡量。光纤的这种不对称性的内在原因主要是纤芯　的不圆度与掺杂浓度的不均匀；外在原因也有很多，　如光纤所受的外界侧向负载等。两个正交的偏振模　之间的模耦合会减小ＰＭＤ。这种模耦合也可以是内　在的，即光纤内部的耦合点；也可以是外来的，即光　纤的弯曲、挤压或扭转。　如果不对ＰＭＤ进行适当的控制，则会在数字　传输系统中产生过大的误码。在实际中，沿光纤长度　上光纤的性能会有所变化，而且光纤还会受到诸如　径向压力、弯曲和扭转等随机的外界骚扰，所以　ＰＭＤ的瞬时值是一个随时间、温度和波长变化的随　机变量。这些瞬时值符合麦克斯韦密度函数，其平均　・６・　光纤与电缆及其应用技术　２００２年第３期　值随光纤长度以平方根的规律增加。通常所称的　ＰＭＤ就是指这个平均值。　根据ＩＴＵ—Ｔ　Ｇ．６９１建议　，要满足光通道代价　不大于ｌｄＢ的要求，所容许的ＰＭＤ的计算公式为：　ＰＭＤ＜　１００　式中Ｂ为以Ｇｂ／ｓ表示的比特率。这就是说速率为　２．５Ｇｂ／ｓ、１０Ｇｂ／ｓ和４０Ｇｂ／ｓ时，容许的ＰＭＤ值分　别为４０ｐｓ、１０ｐｓ和２．５ｐｓ。据此，ＩＴＵ—Ｔ推荐了０．５　ｐｓ／ｋｍ　的ＰＭＤ最大值。后来又考虑到链路上的　ＰＭＤ应当是统计值，各标准化组织都在考虑以统计　值的形式来规定ＰＭＤ。例如，ＩＴＵ—Ｔ第１５研究组　在１９９７年～２０００年研究期的末期会议上，除了对　最高传输速率一般不超过１０Ｇｂ／ｓ的Ｇ．６５２Ａ及　Ｇ．６５５Ａ两种光纤取消ＰＭＤ的规定外，对其余的　Ｇ．６５２、Ｇ．６５３、Ｇ．６５４和Ｇ．６５５光纤都规定了在由　２０个光缆段所组成的链路上，超过０．５ｐｓ／ｋｍ“。设计　最大值ＰＭＤＱ的概率Ｑ为０．０１　ｊ。　由于ＰＭＤ的随机性质，难于像色度色散那样　进行补偿。最近有些厂家正在研究各种ＰＭＤ补偿　技术，例如带外前向纠错技术、电域补偿技术和光域　补偿技术，但是要实现商用和经济上可行，可能尚需　一段时间。因此，从光纤预制棒的制造和光纤的拉制　两方面来改善ＰＭＤ指标还是目前较为有效的方　法。　５．１　改进光纤预制棒制造的方法　最先投入工业化生产的光纤预制棒制造技术有　ＭＣＶＤ（改进化学汽相沉积法）、ＰＣＶＤ（等离子体化　学汽相沉积法）、ＶＡＤ（汽相轴向沉积法）和ｏＶＤ　（外汽相沉积法）。ＭＣＶＤ和ＰＣＶＤ法采用天然石英　管生产单模光纤，预制棒的尺寸受到石英管的限制　而不能太大，因此光纤的生产效率低且成本高。在激　烈的市场竞争中，迫使采用ＭＣＶＤ和ＰＣＶＤ方法　生产的工厂设法提高生产效率和降低成本。于是，在　预制棒的外层采用ＯＶＤ法（混合法）来制造或者在　外层套上合成管（套管法）来制造。到目前为止，用汽　相沉积法制造的大预制棒的方法有８种，如表５所　列。　表５　制造大预制棒的汽相沉积法　根据表５所列各种方法制造的预制棒所拉制的　光纤来看，就ＰＭＤ而言，混合法最好，尤其是ＶＡＤ　＋ＯＶＤ法。套管法要差些。这可能是由于用混合法　时容易对掺杂的均匀性和棒的不圆度进行控制。优　选折射率分布和折射率差也可以改善ＰＭＤ，但是光　纤折射率分布的设计需要兼顾截止波长、零色散波　长、色散斜率等其他性能，因此实现起来比较困难。　５．２旋转光纤ｌｌ们　另外一种比较容易实现的方法是在光纤拉制的　过程中旋转光纤。这种方法已被一些制造厂用来生　产ＰＭＤ低而稳定的光纤。用这种方法制作的光纤　称为旋转光纤。　研究证明，把成品光纤进行扭转可以减小　ＰＭＤ。但是，它在光纤中留有内在的扭矩，会在着色　和成缆时产生麻烦；加进去的扭距在光纤中留存了　应力，它限制了以后在光缆制造和安装、接续与使用　中能够施加的扭转量；应力一光学效应抵消了扭转而　降低了所施加的有效扭转。　若在拉制光纤时把扭转形成于高温光纤之中就　能消除这些缺点。最初是在拉丝时旋转预制棒，但是　在高速拉丝时，以高速旋转一根笨重而且通常不太　平衡的预制棒难度较大。后来采用的一种方法是在　拉丝时操纵牵引轮附近的涂覆光纤来变化扭矩，在　光纤中引入一个摇摆的扭转。这种方法曾被用来进　行大规模生产，并获得了始终如一的低ＰＭＤ光纤。　这种方法的缺点在于需要复杂的旋转机械而且通常　在卷绕到盘上的光纤中加上了一个有弹性的扭转。　大约在１９９７年，意大利ＦＯＳ光纤公司开发了　一种新设备，它能够通过光纤涂覆器的旋转在拉丝　时使光纤旋转ＥｌＯ，ｌ１］。图３示出了用旋转光纤涂覆器　来制造旋转光纤所用设备的示意图，为了清楚起见，　图中只绘出了一个涂覆器。在旋转的模子中的流体　能够将裸光纤旋转，向上把扭转传送到颈缩区，并向　下传送到牵引轮。　Ｚｏ＝０　Ｚ　图。拉丝塔示意图和扭转坐标　徐乃英：现代单模光纤的改进及其制造技术　从文献［¨］可以获知增加光纤扭转量的措施：　１）增加旋转光涂覆器与牵引轮之间的距离；　２）降低拉丝速度；　３）采用优化的涂覆模设计或者增加涂覆粘度；　４）增加旋转模的最大角速度和反向频率，它们　的典型值分别为１００００ｒ／ｍｉｎ（≈１０００ｒａｄ／ｓ）和４Ｈｚ　目测回收的光纤，证实卷绕的光纤中的残余弹　性扭转是可以忽略的。模子的高速转动并不影响光　纤的涂覆。反而由于旋转增加了涂覆的轴向对称性　而对涂覆的同心度略有改善。　为了能用实验方法得到留存在光纤中的扭转　量，该公司开发了一种光纤旋转在线监测技　术［１Ｏ．１　２］。这种技术利用光纤包层的不圆度（＜２　９／６），　在光纤颈缩区附近进行横向在线测量，并对测量数　据进行实时傅里叶分析。根据所得到的功率谱上出　现的很容易分辨的峰及根据峰的频率与光纤的真实　扭转之间的相互关系，进行监测。采用这种技术就能　可靠地保证光纤有适当的扭转量，从而取得低而稳　定的ＰＭＤ。　６　现代单模光纤的优化设计　现代单模光纤的优化设计与整个光通信系统的　设计有关。一般来说，要考虑以下几点：　１）适当的色度色散（正的或者负的）和零色散　波长；２）小的色散斜率；３）大的有效面积；４）在工　作波段内低的微弯和宏弯损耗；５）低的ＰＭＤ；６）衰　减与以前各代光纤相当。　前面４点都与光纤的折射率分布有关。常规的　匹配包层型单模光纤的折射率分布最为简单。ＮＺ—　ＤＳＦ的折射率分布比较复杂，种类很多。折射率分　布越复杂，可以调节的参数就越多。加环梯形的折射　率分布有６个可调节的参数：中心梯形与环的高度，　环的宽度与位置，梯形的上下半径。为了优化设计，　对各个参数都进行扫描，在截止波长、弯曲损耗、色　散斜率、色散和有效面积之间进行最佳的折衷。特别　要注意到以下的几个关系：增加有效面积会增加色　散斜率；减小色散斜率会增加弯曲损耗；提高截止波　长能减小色散斜率，但是过高的截止波长不能保证　单模工作；增加色散值能减小色散斜率。　采用比较复杂的折射率分布虽然能够取得好的　折衷，但是增加了制棒的复杂性和预制棒的成本。在　上述提到的几种预制棒制造技术中，ＰＣＶＤ和　ＭＣＶＤ技术最适合制造复杂折射率分布的预制棒。　ＶＡＤ技术在这方面要差一些。因此，要生产折射率　复杂的大预制棒时，宜采用ＭＣＶＤ＋ＯＶＤ法、　ＰＣＶＤ＋０ＶＤ法、ＭＣＶＤ＋合成管法、ＰＣＶＤ＋合成　管法。　７　结束语　我国的光纤生产虽然在２０世纪８０年代后期就　建立了西古和长飞两家合资企业，但是初期的光纤　产量较小，“八五”期间仅约１０万ｋｍ。从“九五”开　始，光纤产业得到了快速的发展，２０００年达以５８０　万ｋｍ，估计今年２００１年将达到８００万ｋｍ。约占国　内需求量的７０　以上。“十五”期间，全国干线光缆　传输网将继续进行改造与完善，提高网络资源利用　率，以适应向城域网和接入网发展的需要，继续扩大　网络规模容量。“十五”期间，干线光缆传输网将采用　先进的ＤＷＤＭ技术和大容量ＳＤＨ系统，积极发展　全光网络。预计到２００５年，全国光纤的需求量将达　到２６００万ｋｍ，平均年增长率约２５　。光纤的生产　量将超过需求量而进入国际市场。　我国虽然在２０世纪８０年代初就引起了制棒设　备，但是由于多种原因，在２００１年前，我国只有长飞　公司和西古公司生产少量的预制棒。２００１年起，老　企业扩产和新企业的投产大大增加了预制棒的产　量，估计２００１年国产预制棒可以满足国产光纤需求　量的４０　左右。不同类型和不同性能的光纤需要不　同的预制棒。过去由于一部分光纤和大部分预制棒　是进口的，除了长飞公司自主开发了大有效面积的　大保实光纤以外，光纤都是国外开发的产品。为了适　应我国今后的光缆组网的需要，积极发展制棒工业　是当务之急。制棒设备与技术都要引进。在设备方　面，既要考虑适合于需求量大的折射率分布比较简　单的光纤，又要考虑适合于折射率较为复杂的以及　新开发的光纤。在制棒技术方面，除了工艺以外，如　本文所述的预制棒折射率分布的设计技术都是非常　必要的。　［参　考　文　献　］　徐乃英．单模光纤传输系统的扩容［Ｊ］．邮电设计技　术。２０００。（２）：７　１３．　ＩＴＵ　Ｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　Ｇ．６５５，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　ｎｏｎ——ｚｅｒｏ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ—－ｓｈｉｆｔｅｄ　ｓｉｎｇｌｅ—－ｍｏｄｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃａｂｌｅ　Ｅｓ］．　ＨＡＢＥＲ　Ｊ．朗讯科技领导光纤网络革命［Ｒ］．上海：全　波光纤研讨会。１９９９．　ＩＴＵ—Ｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　Ｇ．６５２。Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃａｂｌｅ［Ｓ］．　ＩＴＵ—Ｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　Ｇ．６９１，Ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　ｆｏｒ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈａｎｎｅｌ　ＳＤＨ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｍｐｌｉ一　・８・　ｉｔｅｒｓ，ａｎｄ　ＳＴＭ　６４　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｒＳ］．　光纤与电缆及其应用技术　２００２年第３期　ｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ［ｓ］．　［１ｏ］　徐乃英．光纤光缆中的偏振模色散与旋转光纤［Ｊ］．现　代有线传输，２００１，（２）：１　９．　ｏｎ　Ｇ．６９２．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　［６］　ＩＴＵ　Ｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｆｏｒ　ｍｕｈｉｃｈａｎｎｅｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ［ｓ］．　　Ｍ．［７］　ＴＳＵＫＩＴＡＮＩＨｉｇｈ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｎｅａｒｌｙ　ｄｉｓｐｅｒ　［１１］　ＣＡＩＡＴＡ　Ｍ．Ｌｏｗ　ＰＭＩ）ｆｉｂｅｒｓ　ｂｙ　ａｎ　ｏｎ　ｌｉｎｅ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ａｐｐａｒａｔｕｓ［Ａｌｊ．４６ｔｈ　ＩＷＣＳ　Ｐｒｏｃｓ［ｃ］．１９９７．６１　７　６２１．　ｓｉｏｎ—ｆｌａｔｔｅｎｅｄ　ｈｙｂｒｉｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅｓ　ｆｏｒ　ｕｌｔｒａ—ｌａｒｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｔｒａｎｓｏｃｅａｎｉｃ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ａ］．４９ｔｈ　ＩＷＣＳ　Ｐｒｏｃｓ　ｒＣ］．２０００．６１４—６２１．　ｃａｌ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　［８］　ＭＯＲＩＭＯＴＯ　Ｍ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｉｎｅ　ｆｉｂｅｒ　ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒ　［１　２］　ＣＯＣＣＨＩＮＩ　Ｆ．Ｏｎ　ｌｌｏｗ　ＰＭＤ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ［Ａ］．４９ｔｈ　ＩＷＣＳ　Ｐｒｏｃｓ［ｃ］．　２０００．４９—５４．　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｃａｂｌｅｓ［Ａ］．　４８ｔｈ　ＩＷＣＳ　Ｐｒｏｃｓ　ｒＣ］．１　９９９．５１　５４．　ｏｎ　Ｇ．９５７，Ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ　［９］　ＩＴＵ—Ｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｆｏｒ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｎｌｓ　ｒｅｌａｔｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｓｙｎ一　［１　３］ＤＥ　ＭＯＮＴＭＯＲＩＩ　Ｉ　ＯＮ　Ｉ　Ａ．Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｆｉｂｅｒ　ｆｏｒ　ｔｅｒａｂｉｔ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ａ］．４９ｔｈ　ＩＷＣＳ　Ｐｒｏｃｓ［ｃ］．　２０００．３８—４４．　国内外动态　高阶模色散补偿模块　美国的ＯＦＳ　Ｆｉｔｅｌ实验室宣布，在使４０Ｇｂ／ｓ传输成为实用技术的竞争中取得＿『第一。　日本古河电工新的光纤部的研究小组用一个高阶模色散补偿模块（ＨＯＭ—ＤＣＭ）演示了在１７００ｋｉｎ的非零色散位移光纤　上，以１００ｋｉｎ的放大器间隔传输４０Ｇｂ／ｓ的信号。　高速光链路的噪声性能取决于所采用的色散补偿方案。常用的方法是选择单模色散补偿光纤（ＤＣＦ），但是，如果信号功率　太大，ＤＣＦ会引入非线性失真，所以必须采用低的注入功率；此外，采用ＤＣＦ，要达到高的色散斜率也很困难。　“ＨＯＭ—ＤＣＭ为常规技术遇到的两个难题提供了解决方法，即它能使色散斜率匹配，大大降低ＤＣＦ的非线性失真”，ＯＦＳ　的科学家Ｓ．Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ解释说。“我们发现，它的大注入功率能力，从根本上避免了ＤＣＭ成为高速光链路中的信噪比瓶　颈。”　研究人员用一盘２ｋｉｎ的ＨＯＭ光纤发送信号，实现了色散补偿。这种光纤具有６５ｐ－ｍ。的有效截面积，是常规ＤＣＦ的４到　ｊ倍，这可以使输入功率达５ｄＢ而不引起非线性失真。该光纤被拼接到两个模式转换器上。一个模式转换器位于输入端，将输　入的基模信号转换成高阶模；另一个则位于输出端，起相反的作用。　用于实验的重复循环回路由１００ｋｉｎ的真波低色散斜率光纤和其后的ＨＯＭ—ＤＣＭ构成。分布式拉曼放大是由一个　１４５５ｎｍ光源（３５０ｒｏＷ）反向泵浦来实现，分立放大则由三个掺铒光纤放大器实现。　在１５５２．６ｎｍ波长下，ＨＯＭ—Ｉ）ＣＭ约有３ｄＢ的损耗及ｌｐｓ左右的偏振模色散。误码率小于１０一。“这些结果表明，ＨＯＭ—　ＤＣＭ与放大器一起可以将一条现有的高速光链路的传输距离延长１０　～５Ｏ　”，Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ说。　秦大甲译自《Ｆｉｂｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ》，２００２，３（２）：１　２　用于放大器的新型光纤　采用半导体薄膜包层圆柱型光纤制造的光放大器将对电信用掺铒光纤放大器形成挑战，这种光纤是由美国纽约州锡拉　丘兹的Ｓｙｒａｃｕｓｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和美国纽约州罗姆的Ｄｏｖｅ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ公司共同研制（见（（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｓｐｅｃｔｒａ》１９９９，Ｏｃｔ．，Ｐ．４７）。　在２０００年ｌ１月波士顿召开的“Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｅａｓｔ”会议上，研究人员所描述的这种器件具有掺铒光纤放大器１Ｏ倍的带宽），　不需要输入／输出耦合器，而且可以用ＬＥＤ阵列而不是激光器来泵浦。　研究小组用４ｒａｍ长，在芯包界面处有一层Ｃｄ。Ｐ。的光纤制成了演示放大器。这种器件在１　５５０ｎｍ处具有７．１ｄＢ的增益，　但是研究小组预计，如采用较高质量的玻璃并引入一个泵浦最优化系统，将能产生更好的结果。　秦大甲译自｛｛Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｓｐｅｃｔｒａ》，２００ｌ，Ｊａｎ．，３５（１）：３４