非零色散光纖

色散位移光纖在1550nm單一波長處，進行長距離傳輸具有很大優越性，但當在一根光纖上同時傳輸多波長光信號再採用光放大器時，DFS光纖就會在零色散波長區出現嚴重的非線性效應，這限制了波分複用（WDM）的應用。為此，ITU-T制定了G.655建議，G.655光纖在1550nm窗口保留了適量的色散，以抑制四波混頻 ^[1]  。

非零色散光纖是指在符合ITU-T G.655建議的光纖中，一類在1550nm附近的色散不為零的光纖。具體的來説，所謂非零色散光纖，是指光纖的工作波長不是在1550nm的零色散點，而是移到1540~1565範圍內，在此區域內的色散值較小，為1.0~4.0ps/(nm*km)，儘管色散係數不為零，但與一般單模光纖相比，此範圍內色散和損耗都比較小，且可採用波分複用技術和光纖放大器（EDFA）來實現大容量超長距離的傳輸 ^[1]  。

從歷史上看，最早的非零色散光纖（G.655光纖）是20世紀90年代中期出現和發展起來的G655.A光纖。G.655光纖的基本設計思想是從兩個方面來改進色散特性。一方面使光纖在1550nm波長區具有合理的較低的色散，可以支持10Gbit/s信號傳輸足夠長的距離而不需要色散彌補，即便對於更長距離的傳輸或40Gbit/s信號傳輸也只需要較少的色散補償，從而節省了昂貴的色散補償器及其附加光放大器的成本。同時較低的色散也降低了40Gbit/s系統的自相位調製影響。另一方面，設法使色散值保持非零特性，即具有一起碼的最小數值（例如至少2ps/(nm*km)，為了抑制非線性影響，傾向於取更高值）足以壓制四波混合和交叉相位調製等非線性影響，適應WDM系統波長通路間隔日益變窄，通路數量日益日益增加的趨勢。簡言之，G.655光纖需要同時兼顧TDM和WDM兩個發展方向的需要。為了達到上述目的，初期的G655光纖將零色散點移向短波長側（1450~1510nm範圍）或長波長側（1570nm附近），使之在1550nm附近的工作波長區呈現一定大小的色散值以滿足上述要求 ^[2]  。

為適應EDFA/WDM系統的推廣使用，非零色散光纖在設計時應重點考慮以下幾點 ^[3]  ：

（1）在1540~1565波長區，色散應控制在1.0~4.0ps/(nm*km)；

（2）增大光纖的橫場直徑（MFD），以便減小功率密度，降低非線性效應；

（3）在工作的波段區內，仍應保證損耗最低即0.2dB/km左右；

（4）偏振色散應小於0.05ps/km；

（5）纖芯內的折射率分佈宜採用三角形或梯形；

（6）由於MFD的增加和波長零色散點的移動，將造成彎曲損耗的增加，應進行必要的最佳化設計

最早的非零色散光纖（G.655光纖）是20世紀90年代中期出現和發展起來的G655.A光纖，後來才逐漸出現不斷優化的G655.B/C/D/E光纖 ^[2]  。

最早的非零色散光纖（G.655光纖）是20世紀90年代中期出現和發展起來的G655.A光纖，後來才逐漸出現不斷優化的G655.B/C光纖 ^[2]  。

一、具有正色散的G.655光纖

1.主要優點

（1）假設傳統G.655光纖在1550nm波長區的色散值為G.652光纖的1/4，則色散補償距離也大致為G.652光纖的4倍，或者説所需的色散補償光纖的長度僅為補償G652光纖的1/4，不僅色散補償成本遠低於G.652光纖，而且對色散補償光纖的PMD的容忍性也高了一倍 ^[2]  。

（2）G655光纖可以利用色散補償其一階和二階色散 ^[2]  。

（3）由於在1550nm附近色散係數D為正，有可能與能夠產生的負啁啾的MZ外調制器結合，利用自相位調製（SPM）技術來擴大色散受限傳輸距離乃至實現光孤子傳輸 ^[2]  。

（4）這類光纖在1310nm波長區的色散較小，有利於開放1310窗口 ^[2]  。

2.不足之處

（1）由於典型G.655光纖的有效面積為55~72μm^2，而G652光纖的有效面積為80μm^2，因而G.655光纖的非線性損傷略大，使每一光區段的允許損耗少1~2dB ^[2]  。

（2）可能產生所謂的調製不穩定性 ^[2]  。

（3）這類光纖對XPM的影響比較敏感，由之產生的性能劣化較大 ^[2]  。

（4）利用G.652光纖時僅能補償其一階色散 ^[2]  。

二、具有負色散的G.655光纖

1.主要優點：不存在調製不穩定性問題，眼圖清楚，對XPM的影響不敏感，由之產生的性能劣化較小 ^[2]  。

2.不足之處

（1）零色散點1570nm落入L波段，影響L波段的應用 ^[2]  ；

（2）不能利用SPM來擴大色散受限傳輸距離 ^[2]  ；

（3）在光纖製造工藝相同和折射率剖面形狀類似的條件下，零色散波長較長的光纖要求有較大的波導色散，因而芯包折射率差較大，從而使損耗較大而有效面積較小 ^[2]  。

三、兩類光纖的比較

兩類光纖各有優缺點，當傳輸距離為幾百公里範圍時，即多數陸地傳輸系統應用場合，具有正色散的G.655光纖上的脈衝有壓縮現象，眼開度較大，調製不穩定性（MI）影響不大，比較有利，具有負色散的普通G.655光纖複用通路數不多。當傳輸距離大於1000km時，兩類光纖上的脈衝均呈較大的展寬現象，必須使用色散補償技術。但具有正色散的G.655光纖上的脈衝頻譜展寬將會大到使部分功率落到WDM濾波器通常之外，或者會由於光放大器鏈的增益帶變窄而被濾掉，這種情況下負色散G.655光纖性能較好，例如海纜系統應用就是這樣。近來，隨着WDM系統的工作波長區從C波段向L波段的發展，只有正色散光纖才有可能滿足這種發展的需要，因而具有正色散的G.655光纖正成為在陸地光纖通信系統的主要光纖類型，而具有負色散的G.655光纖在陸地傳輸系統中已經自然淘汰，主要用於海纜系統 ^[2]  。

第一代G.655光纖主要為C波段（1530~1565nm）通信窗口設計的，有美國Lucent公司的True Wave光纖和Corning公司的SMF-LS光纖，它們的色散斜率較大。隨着寬帶光纖放大器（BOFA）的發展，WDM系統已經擴展到L波段（1562~1620nm）。在這種情況下，如果色散斜率仍然維持原來的數值（0.07~0.10ps/(nm*km)），長距離傳輸時短波長和長波長之間的色散差異將隨着距離的增大而增大，勢必造成L波段高端過大的色散，影響10 Gbit/s及以上高碼速信號的傳輸距離，或者採用高代價的色散補償措施，而低波段的色散又太小，多波長傳輸時不足以抑制FWM、SPM、XPM等非線性效應，因此，研製和開發出低色散斜率的光纖具有重要的實際意義 ^[4]  。

第二代G655光纖適應了第一代G655光纖的要求，且具有較低的色散斜率，較好的滿足了DWDM（密集波分複用）的要求。第二代G655光纖主要有美國Lucent公司的True Wave-RS光纖和True Wave-XL光纖，其色散斜率降低到0.05ps/(nm*km)以下，Corning公司的LEAF（大有效面積光纖）、Pireli公司推出的Free Light光纖，把工作波長擴展到1625nm處。第二代G655光纖成功克服了光纖非線性所帶來的傳輸損傷，大大提高了光纖通信系統的傳輸性能 ^[4]  。

初期的DWDM系統通常工作在C波段，後來又利用了L波段。為進一步擴大可利用的波長範圍以增加波道數，人們想到了利用S+C+L三個波段。為了減少系統的麻煩，又讓光纖在這個範圍內的色散的變化維持在一個較小的範圍內，這就引出了另一種新型光纖的研究。2002年日本NTT公司和CLPAJ公司提出，經過9個月的研究，提出了這種光纖的基本規範，並把這種光纖命名為G.656光纖。G.656光纖光纜品性如圖1所示 ^[4]  。