2.5　光纤的选择

2.5.1　一般光纤的选择

对光纤的基本要求是：从发射光源耦合进光纤的光功率最大，光信号通过光纤传输后产生的波形畸变最小，光纤的传输窗口要满足系统应用的要求。具体设计要根据使用条件进行折中。

1. 衰减

在选定工作波长的条件下，光信号在光纤中的衰减要足够小，以使在满足光接收机所要求光功率前提下，使光纤通信系统的中继距离尽可能大。设计光纤通信系统时，要考虑光信号在光连接器、光接头和耦合器的损耗，以及光纤通信系统工作时所需的余量。为此，要正确选择工作波长和光纤类型。

2. 耦合损耗

耦合损耗包括光纤与光源的耦合损耗和光纤与光探测器的耦合损耗。如果纤芯尺寸和数值孔径大，可减小与光源的耦合损耗，但却增加了与光探测器的耦合损耗。为了减小与光探测器的耦合损耗，要求纤芯尺寸和数值孔径要足够小，以使出射光完全落在光探测器上。为了提高光接收机响应速度，降低噪声，要求光探测器面积小，所以不能采用增大光探测器光敏面的办法来减小耦合损耗。纤芯尺寸和数值孔径大的光纤，其传输带宽小，适合于采用发光管（LED）的系统。

3. 连接损耗

连接损耗包括光连接器和光接头的损耗。纤芯直径公差、不圆度、纤芯与包层同心度误差要尽可能小，以得到最小连接损耗。提高光纤几何精度，要增加制造成本；增大纤芯尺寸和数值孔径，可以减小几何公差对连接损耗的不利影响，但与增大带宽相矛盾。

4. 色散和带宽

为了使已调制的光信号波形以最小畸变通过光纤全长，光纤色散要足够小。为了减小光纤色散，要严格控制折射率分布指数和零色散波长。对具体系统要正确选择光纤类型和工作波长，例如，长距离、高传输速率海底光缆系统要选择零色散波长为1.55μm的G.654截止波长位移光纤。波分复用系统要选择色散系数很小且不为零的G.655非零色散位移光纤，以减小四波混频的影响。用于城域网的DWDM系统要选择G.656宽带非零色散位移光纤，因为该光纤无水峰，可用波长范围特别宽。采用发光管（LED）的系统，要充分考虑光纤材料色散的影响等。

成缆G.651多模光纤典型特性如表2.5.1所示。

G.65x光纤和色散补偿光纤的性能比较如表2.5.2所示。

2.5.2　超低损耗光纤的选择

为了保持与迅猛发展的世界电信业务同步增长，基于100Gbit/s数字相干技术和使用非色散管理光纤线路的大容量海底光缆系统，已得到积极的开发。对于这种大容量超长距离系统的主要挑战是提高系统OSNR。在这种系统中，色散（CD）和偏振模色散（PMD）产生的线性损伤被数字信号处理器均衡，Q参数几乎与OSNR成比例增加。为了提高系统性能，对具有低损耗、较小非线性系数的光纤需求与日俱增。事实上，当今海底光缆/光纤的标准传输衰减系数是0.16dB/km。而最近开发并批量生产的纯硅芯光纤（Pure Silica Core Fiber，PSCF），在1 550nm波长处的衰减系数已降低到0.15dB/km，并具有110～130μm2足够大的

有效芯径面积[31]。

对长距离海底光缆通信系统来说，光纤损耗是首要考虑的因素。系统OSNR与中继段入射光功率成正比，而入射光功率又与光纤有效芯径面积成正比，而与光纤非线性系数成反比，即芯径面积越大，允许入射光功率越大；光纤非线性系数越大，允许进入光纤的入射光功率就越小。同时，OSNR与中继段光纤损耗成反比。因此，减小光纤衰减系数和增大有效芯径面积，可增加光信号传输距离、提高系统光信噪比。

因此，长距离无中继系统倾向选择G.654纯硅芯光纤（Pure Silica Core Fiber，PSCF）。然而，若光信号传输距离不是很长，使用G.653色散位移光纤和G.655非零色散位移光纤也是可以的，但这两种光纤因色散小将不利于WDM升级。实际上，小色散光纤要比大色散光纤的WDM非线性效应阈值低，因为色散越小，四波混频等效应就越大。因此，使用色散较大光纤，既引起信道光谱展宽，又使光信号长距离传输受益。事实上，2.5Gbit/s光信号传输距离超过500km，NZ-DSF和PSCF色散可被抑制。然而，对于10Gbit/s或更高比特率的光信号，接收端或发送端必须补偿线路色散。这可以用色散补偿光纤或布拉格光栅进行补偿，既使光信号传输距离很长，又无须经受显著的色散代价。

海底光缆使用的有代表性的线路光纤如表2.5.3所示。光纤有效芯径面积也很重要，NZ-DSF和PSCF比DSF具有较大的有效面积，这意味着可以减小非线性效应的影响，因为非线性效应阈值与有效芯径面积成反比。

为了减小光纤非线性效应的影响，扩大无中继系统传输距离，增加传输带宽，要求采用低损耗大芯径单模光纤。目前，已有超低损耗、大有效面积的光纤，例如，超低损耗纯硅芯光纤，纤芯有效面积为110～130μm2，平均传输衰减系数为0.162dB/km或0.167dB/km。还有纤芯有效面积更大的光纤，这种光纤有效面积高达155μm2，衰减系数为0.183dB/km（1 550μm工作波长）[32]。