重要光纤类型及应用指南

在不断扩展的光纤通信世界中,一种尺寸并不适合所有的光纤。符合国际电信联盟G.652规范的步进式单模光纤有时被称为"标准单模",因为它们已经被广泛使用了几十年。然而,G.652光纤已经随着需求的变化而发展,其他单模光纤已经被开发出新的用途,多模光纤已经找到了新的市场,并且出现了更多的奇异光纤。

重要光纤类型及应用指南

这些变化反映了为特定应用定制光纤的优势。室内使用的导管中需要抗弯曲的纤维。收缩纤维包层允许在电缆中使用更多的纤维数量。低水光纤可以在1270和1610nm之间以20nm为步长进行廉价的粗波分复用(WDM)。超低损耗光纤可以拉伸放大器的间距。多模分级光纤可以在短距离内传输高数据速率,削减发射机和接收机成本。

以下是重要光纤类型及其在通信中的应用指南:

渐变折射率多模光纤

梯度指数多模光纤最初是在20世纪60年代末开发的,目的是增加大芯光纤的带宽,现在主要用于短数据链路。过去使用的是LED光源,但现在大多数数据链路的速度都需要大规模生产的发射波长为800至960nm的垂直腔面发光激光器(VCSELs)。大多数分级光纤的纤芯为50μm,但一些纤芯为62.5μm的光纤仍在使用。表中列出了标准多模光纤的性能。

在实际应用中,多模数据链路只使用到550米左右,更远的距离使用单模光纤。虽然多模光纤在1310nm波段的损耗比短波长的损耗低,但廉价的VCSEL只在短波长波段大量生产。OM3和更新的标准使用VCSEL支持每秒多千兆比特的数据传输速率。

OM5标准规定,在850——953nm的两个或四个波长上,以25Gbit/s的短波分复用(SWDM)传输速率达到100Gbit/s的双工。2020年1月,IEEE工作组批准了IEEEP802.3cm400Gbit/soverMultimodeFiber标准,该标准将400Gbit/s信号在4根或8根光纤中进行分流,跨度可达100或150米,主要应用在大型数据中心内和5G网络的短距离高速链路上。

重复使用旧版光纤

数据中心安装的传统多模光纤可以重新利用,以高于表中所列的速率传输单模信号。Cailabs(法国雷恩)已经开发出一种光学器件,可以将高达99.5%的单模输入耦合到光纤的多种模式之一。他们报告说,传输速率为10Gbit/s,最高可达一公里,并正在测试100Gbit/s的速率。

二十年前安装的遗留G.652单模光纤,如果仍然是暗的或未充分使用,只需要进行最小的处理,就可以点亮使用。得益于数字信号处理和相干光传输,原本安装在一个或几个波长上传输10Gbit/s的G.652光纤可以在多达100个波长上传输相干的100Gbit/s信号,而不需要以适当的排列方式拼接不同类型的光纤来管理色散。这为传统光纤带来了新的生命,并可以为运营商节省安装新电缆的高昂费用,在城市地区安装新电缆的费用高达50万美元。

单模光纤标准

国际电联G.652单模标准的第一个版本是在1984年起草的,当时光纤通信的波长限制在1310纳米,那里的色散基本为零。它要求模场直径为8.6至9.5微米,截止波长不超过1260纳米,1310纳米处衰减不超过0.5分贝/公里,1550纳米处衰减不超过0.4分贝/公里。掺铒光纤放大器(EDFA)的发展将大部分传输转移到了1550nm窗口,但G.652光纤仍在广泛使用,当前G.652.D版本最显著的变化是将1310至1625nm处的损耗限制降低到0.4dB/km,1530至1565nm处的损耗限制降低到0.30dB/km6。

随着光纤传输的发展,其他新标准也随之而来。零色散移至1550nm的光纤的发展刺激了G.653标准的发展。最初的版本于1988年通过,要求纤芯直径为7.8至8.5微米,1500至1600纳米之间为零色散,最大色散为3.5ps/(nm-km)。一些零色散光纤仍在使用,但1550nm铒波段严重的四波混杂噪声使WDM不切实际,除非在1570——1625nmL波段使用放大器。

ITUG.654标准是为另一种基本被废弃的技术而制定的:1300nm附近零色散的海底电缆,单模截止波长转移到长达1530nm的波长。最近的变化将1530至1612nm处的最大损耗降低到0.25dB/km,因此它可以用于色散管理海底电缆的L波段传输。

WDM和色散管理的发展也导致了1996年ITUG.655非零色散位移单模光纤标准的出台.该标准规定的色散高到足以防止紧密间隔的光通道之间的非线性串扰,但低到足以允许通过混合不同色散的光纤进行色散补偿。最大单模截止波长为1450nm,最小和最大色散的单独公式规定了1460和1550nm之间的值,以及1550和1625nm之间的值,以允许通过拼接不同色散的光纤长度进行色散补偿。

另一个色散驱动的标准是G.656,2004年提供的是1460到1625nm之间低色散的单模光纤,适用于四波混杂不会成为严重问题的宽幅分离的WDM系统。后来,它被修改为用于拉曼光放大。

相干光传输采用数字信号处理进行前向纠错,避免了色散管理的需要,基本上不需要严格规定色散的标准。

弯曲损耗不敏感光纤

当光纤安装在网络的接入和传输部分的狭小空间时,弯曲损耗可能是一个重要的问题,因此ITU制定了G.657标准,定义了两类光纤的抗弯曲性能。A类涵盖了在传输和接入网中使用的G.652型光纤,它的弯曲半径可以是10或7.5mm。B类涵盖接入网中可能不符合G.652的光纤,当弯曲到7.5毫米或5毫米的半径时,具有低损耗。

弯曲损耗发生在单模光纤遇到弯曲或紧密包装的地方,如机柜、电缆管道、立管和隔板内。限制损耗的一种方法是减小模场直径,以改善对光的限制。另一种方法是嵌入一层折射率较低的玻璃,作为紧邻核心的凹陷内包层,或作为包层内的"沟槽"。其他的选择包括在纤芯中嵌入亚波长的孔或纳米结构。

1.用于降低弯曲损耗和改善导光性的光纤结构。

减薄型光纤

减少光纤的厚度可以让光纤被挤压成更小的体积,并弯曲成更小的半径,而不会引发可能导致光纤断裂的微小裂缝的形成。它还可以让更多的光纤装入电缆中。有两种选择:减少包层和覆盖在包层上的保护层,或者只减少保护层。

2.缩小包层直径如何改变10µm纤芯的单模光纤的尺寸。

标准光纤的外径为125µm,与单模光纤10µm的纤芯相比,纤芯很厚。可以将包层直径减小到80µm,这样光纤的玻璃体积就减少了2.4倍。带有塑料涂层的缩小包层光纤的外径约为170µm,而普通涂层光纤的外径为250µm。

另外,在标准的125µm包层上涂抹的涂层厚度也可以减少,因此涂覆纤维的直径只有200µm,而不是通常的250µm。

低水光纤

标准的光纤制造会留下氢的痕迹,氢在熔融硅纤维中与氧结合成羟基,在1360和1460nm之间吸收,在1383nm处有一个强峰。当光纤系统只在1310和1550nm波段工作时,这个波段可以忽略,但对于1270和1610nm之间20nm间距的廉价粗波分复用来说,这个波段就成了问题。

3.低水位和零水位峰值纤维的损耗比较(由Sterlite技术公司提供)。

已开发出将光纤中的氢气(通常称为"水")降低到两个水平的工艺。"低水"光纤通常在1383nm峰值处的损耗不高于1310nm处的损耗,通常低于0.34dB/km。目前版本的G.652.D和G.657标准都规定,1310——1625nm之间的光纤损耗应不超过0.40dB/km,低水光纤符合这一要求。标准还要求1383nm峰值处的损耗即使在老化后也要保持在0.4dB/km以下。

零水光纤可进一步降低OH的吸收,使1383nm峰值基本消失,衰减低于0.27和0.31dB/km。要达到如此低的损耗,需要用氘(重氢-2同位素)进一步加工,以阻止轻氢与玻璃中的氧结合,保持低吸收。

单模光纤的其他特殊功能

一些通信光纤提供了针对特殊情况进行优化的功能,例如拉伸放大器间距或跨越非常长的距离。

其中一个特点是扩大单模光纤的有效模式面积。虽然G.652的纤芯直径名义上是9到10微米,但它传输的单模以高斯模式扩散,因此有效模式面积更大一些--大约80nm2。如果这种光纤传输的功率很大,那么在靠近发射器或放大器的区域,功率最大的地方就会产生非线性效应。扩大有效模式面积可以降低纤芯的功率密度,减少非线性效应。改变磁芯-包层折射率差可以将有效模面积增加到100µm2以上,但这是有限制的。

大的有效模面积可以与极低的衰减相结合。例如,康宁公司(纽约州康宁市)和OFSOptics公司(佐治亚州诺克罗斯市)都提供了用于海底电缆的单模光纤,其有效模面积为125和150µm2,在1550nm处的衰减低于0.16dB/km。

还为通信系统中的端接或耦合光纤等任务制造了特殊光纤。

微结构和空芯光纤

新一代的光纤技术已经出现,基于微结构光纤,其长度上有孔。它们依靠光子晶体、光子带隙或其他结构来限制光,开辟了新的可能性。

微结构光纤具有由不同密度的微结构所产生的材料折射率差异;这些折射率差异引导或限制光。如果微结构与光纤传输的波长相比较小,它所包含的孔洞就会降低孔隙材料的平均折射率,因此它可以作为低折射率的包层,引导光通过固体或孔隙核心。

光子晶体光纤会产生光子带隙效应,阻止某些波长的光通过某些区域的传输。这种现象可用于将某些波长的光限制在一个有效面积较大的芯内,OFS光学公司在2020年10月出版的《激光聚焦世界》中对此进行了描述。网格结构作为内包层。标有"分流器"的六个六边形单元围绕着25微米的核心,将高阶模式从25微米的大核心中分流出来,使其有效地成为单模。

4.OFSOptics的中空芯光子带隙光纤的结构,该光纤在真空中以接近光速的速度传输信号(OFSOptics提供)。

虽然光子带隙光纤比传统的实芯光纤有更高的损耗,但其中空芯可以以30万公里/秒的速度传输光,而不是实芯光纤的20万公里/秒。光在中空芯中的领先时间获得了1.5微秒/公里,对于高频交易商来说,微秒意味着金钱,他们要为通过特殊电缆传输支付溢价。

2020年,南安普顿大学的衍生公司Lumenisity(英国罗姆西)推出了使用基于嵌套抗谐振无节光纤(NANF)技术的新型中空芯光纤的有线光纤。在这里,中空芯周围环绕着一层坚实的包层,其中几对嵌套的芯沿芯-包层边界运行。与光子带隙光纤相比,这种方法可以在更宽的波长范围内实现低损耗传输。在OFC2020上,南安普顿的研究人员报告说,在实芯光纤衰减的1550nm最小值处,损耗仅为0.28dB/km。

5.最小损耗为0.28dB/km的中空芯NANF光纤的结构(左)及其在1200和1700之间的衰减(蓝色)与早期最小为0.65dB/km的NANF光纤、纯硅实芯光纤(紫色)和光子带隙光纤(绿色)的衰减比较。

研究管道

另外两种新兴的实芯光纤仍在研究之中。

少模光纤的有效模态面积略高于单模工作的上限,使其只能携带少数几个模态(相比之下,传统多模光纤有数百或数千个模态)。研究人员已经证明,模分复用可以将单模信号耦合到少模光纤中的各个模式中,并在没有明显的串扰的情况下将其分离出来。

多芯光纤在其包层内嵌入了许多独立的导光芯,并将其分开以防止串扰。这样就可以实现芯分复用,每个芯传输单独的信号。
重要光纤类型及应用指南

这两种技术都已经在高数据速率下得到了证明,实验者已经成功地制造出包含多个芯的光纤,所有芯都以多种模式传输信号。这两种技术与在同一光缆中的不同光纤中或在平行线路中分别传输不同信号的不太优雅的方法一起被归类为空分复用。某种形式的空分多路复用在我们的未来,但哪种方法在电信系统中最具成本效益仍有待确定。

2008年,穆沙拉夫辞去巴基斯坦总统职务,被迫开始逃亡。可他虽与中国交好,12年间却从未踏入中国,背后原因让人肃然起敬。

2001年,穆沙拉夫凭借出色的战绩,成为巴基斯坦第十届总统,也是第一位军人出身的总统。

穆沙拉夫上台之后,大力发展国家经济,使得国内的GDP翻了两倍。在外交方面,穆沙拉夫也一直致力于与中国的友好邦交关系。

2008年,汶川发生大地震,穆沙拉夫知道后,立即开了一个紧急的会议:“中国兄弟有困难了,我们一定要全力支援。他们现在应该最需要帐篷,赶紧把国内的帐篷送过去。”

但是有人提出异议:“总统,现在蝗虫灾害挺严重的,我们也需要物资。”穆沙拉夫沉默了一会,严肃地说:“中国兄弟的情况比我们严重,我们先全力支援他们!”

接受到总统的指令,巴基斯坦人民连夜赶工,帐篷和其他物资很快准备妥当。为了更快地运送过去,穆沙拉夫说:“用我的专机吧,把座椅都拆了,大家先挤一挤,再多放点东西。”

就这样,地震发生后的第四天,中国人民收到了巴基斯坦送来的物资,里面有22260顶帐篷。

中国人民惊呆了:其他国家送来的帐篷都是整数,怎么巴基斯坦的帐篷还是有零有整的?

后来才得知,这些是整个巴基斯坦所能筹集到的全部帐篷。而2008年,巴基斯坦全国GDP其实只有一千多亿美元,仅相当于中国一个中等省份的经济总量。

中国人民非常感动,想为巴基斯坦医疗队提供更好的生活条件,可是他们都一一拒绝了:“我们是去救人的,只要有菜叶吃就行。”

震惊之余,更是感动,所以中国人民总爱称呼巴基斯坦为“巴铁”,寓意是铁哥们。

如果说送帐篷是雪中送炭,那祝福北京奥运成功举办的举动,更展现了巴基斯坦对中国的鼎力相助。

2008年中国北京申办奥运会成功,但是以美国为首的西方国家却想要抵制中国,不打算出席奥运会。

听到这个消息,穆沙拉夫特意出席了南博鳌论坛,并发表了长文致辞,祝福北京奥运会圆满展开。

这还不够,穆沙拉夫还做出了一个让人惊讶的决定——带着总理一起出席。

当奥运圣火传到巴基斯坦的时候,穆沙拉夫站起来,邀请总理吉拉尼和自己一起亲自把火炬递交给火炬手,这种超高规格的接待和重视在国际上是独一份的。

可是就在此后不久,巴基斯坦国内开始动荡不安,穆沙拉夫也被反动派指责集权、独裁,无奈之下,他忍痛宣布辞去一切职务,被迫出逃英国。

直到2020,穆沙拉夫才被赦免“叛国罪”,定居迪拜。

这12年间,穆沙拉夫从未去过中国。

问及原因,穆沙拉夫解释:虽然我如此落魄,可是新上任的巴基斯坦总统仍然与中国保持着深厚的友谊,如果我去了中国,那势必会影响两国的关系。所以,我绝对不会去。”

这回答足以证明穆沙拉夫对中国的情谊,真挚而深厚,不愧是中国的好兄弟。

当中国需要帮助时,他第一时间举全国之力出手相救;当他深陷困境时,却想着不连累中国。这份情谊让人感动,令人敬佩。

山王镇:抗“疫”战场,每一个你都了不起

“在第二轮区域核酸检测结果报告中,山王镇孔集村一根‘20混1’试管检测结果异常,立即对这20名人员再次“单人单管”筛查,并对全村落实管控。”夜幕降临,一通电话彻底打破了这个村庄的平静。

有一种精神叫责任,尽锐出战、冲锋在前,只因心中使命如山

收到通知后,作为“当家人”的孔集村党总支书记、村委会主任孔维山立即扔下手中碗筷,十万火急召集全体村“两委”,封闭村庄出入口,召回外出群众……孔集村西邻凤台县,东接李冲回族乡,作为山王镇人口最多的行政村,共有10个村民小组,常住人口1700余人。村民以就近务工、贩菜为主,彼此多为亲戚,人员流动大,这给防控工作增加了不少难度。为提高核酸筛查效率,此前均采用“20混1”核酸检测,本次检测结果的“异常”意味着病毒就可能藏匿在这一组20人中,此时距离采样已过去12小时,事关重大,必须争分夺秒!在做好个人防护后,孔维山便拿起手电筒,带头开展重点人员排查,与医护人员入户进行核酸采样,每到一户都认真询问并详细记录,叮嘱他们做好防护积极配合,安抚村民不安的情绪。

这一夜,无数个手电筒的微弱灯光将村庄点亮。“这就是一场和病毒的赛跑,我就想跑的快点,再快点,一定要跑在它的前面,担忧和恐惧也没时间多想。”灯光如炬,哪怕是黑夜又何惧前行?此次共摸排相关人员120余人,圆满完成群众转移任务。结束这些工作已经凌晨4点,稍做休息后,他即将投入到新一天的战斗。

有一种坚守叫感动,守望相助、坚守一线,只因心中信仰如柱

“红伟啊,不是大爷有意为难,村里的情况我也知道,可是眼下正是地里撒菜籽的时候,我和你大娘年纪大了,身体也不好,平时还能靠种点辣椒、白菜增加收入,现在家里实在是没有种子了,不让我出去,你让我们咋办……”。此刻,孔集村委会副主任边红伟,正在卡点值守,面前是乡亲,身后是责任,自己也是农民的儿子,老人的话他怎么能不动容?但是作为全镇唯一的管控村,守住卡点就是守住了整个村的生命线,这一步绝不能让。“大爷,您放心吧,这种子我一定亲手送到您手里!”为了让农户在疫情之下不影响春耕,村民不影响生活,再三考虑后,他决定召集村内党员、民兵等志愿者组建一支“生活服务队”,通过微信群将每家每户物资需求进行汇总统计,可是一个新的问题也摆在了他的面前:大量的需求,不能保证第一时间将物资采购到位。

守望相助,共克时艰,周边的王巷村、工农村、张楼村等兄弟村得知后,纷纷伸出援手,根据清单进行分类采购并将物资第一时间送至孔集村入口,此外还无偿为其提供土豆、蘑菇等时令蔬菜。“没想到,你们这么忙还能把种子送到我手里,等地里的菜成熟了,疫情过去了,大爷我啊请你们到家里做客!”看见大爷的笑容,边红伟相信疫情肆掠过的冰冷土地下,是即将破土而出的春的萌芽。

有一种精神叫奉献,舍小顾大、保卫大家,只因心中芳华如花

“口罩戴好,请出示身份证或预登记二维码……”这是孔集村党总支委员刘琼这十多天里重复最多的一句话,这些天她主要负责信息报送和核酸采样现场信息录入。截至4月7日,在村里的7轮核酸检测采样工作中,她始终坚守在一线,一丝不苟地为前来采样的群众登记信息、检验身份。不仅如此,为保证“不漏一户,不落一人”,在集中采样后,她还主动随同医护人员上门为行动不便的人群做核酸检测采样。每到一户人家中,她都能熟练地为村民进行个人信息确认,协助医护人员消毒、普及防疫知识,同时叮嘱他们做好日常防护和通风。面对核酸筛查人数众多,工作人员紧缺的状态,每次穿上防护服就意味着至少7个小时不能喝水上厕所。进入4月,白天气温持续升高,防护服里衣衫早已被汗水浸透,但刘琼和广大镇村工作人员一直在坚守,工作速度和效率没有受到丝毫影响。

穿上防护服是“战士”,脱下防护服是母亲,结束了一天的工作已是深夜。为了疫情早日结束,3月27日她便将家搬到了村里,自己的两个孩子,最大的7岁,最小的才3岁,“家里人都很支持我的工作,孩子太小每次在电话里对我也很是撒娇,我相信等他们大一点就能明白了。”

抗击疫情从来不是一个人的力挽狂澜,而是一群心怀责任的人,以战斗的姿态、忘我的精神、严明的纪律,尽锐出战。此刻,无论是坚守工作岗位的你、响应号召足不出户的你、主动走向志愿者岗位的你,还是那个在外牵挂家乡安好的你,山王镇的每一个你都了不起,点点微光,聚成星河,终将驱散阴霾、照亮前路。

(山王镇 王征)


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