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。

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星座日运 ,2022年 4月3日

白羊座
3.21-4.20
爱情运

单身的可以用心留意身边的桃花,说不定有合眼缘的对象。恋爱中的能够被恋人照顾到小情绪,让你感觉很感动。

事业运
工作方面会以整理为主,也会主动梳理头绪,虽然行动成果不明显,不过你会感觉任务开展越来越顺手。

财富运
在财运运势方面表现较好,保持有效的沟通,赚钱的方向是明确的,收入很可观,不用为了钱而烦恼。

健康运
在健康运势方面表现尚好,皮肤问题多,容易出现皱纹,少熬夜会更好。

幸运颜色:棕色
贵人星座:天秤座

金牛座

4.20-5.20

爱情运

单身的可能会遇到聊不来的对象,建议不要将就开始一段感情。恋爱中的要将自己的想法多表达出来,才能更好地磨合。

事业运

工作方面要调整自己的计划,不能随波逐流,跟随大众不一定是你想要的结果,所以还是建议多坚持自己原来的计划。

财富运

在财运运势方面表现还行,晚上购物容易冲动,购物最好避开这个时间段,冲动消费是容易后悔的。

健康运

在健康运势方面表现平平,鼻炎发作多,预防工作要做好。

幸运颜色:浅绿色

贵人星座:天蝎座

双子座

5.21-6.21

爱情运

单身的可以通过寻找共同话题,增加互动机会。恋爱中的要和恋人一起成长,利于巩固感情的发展。

事业运

很适合进行团队合作,尤其是一些大的项目内容,即便是在团队中也能让你发光发亮,值得好好表现。

财富运

在财运运势方面表现还行,需要改变赚钱的方向,见机行事有必要,不要一条道走到黑。

健康运

在健康运势方面表现中等,皮肤干燥要重视,不宜用过热的水洗澡,容易加重皮肤干燥问题。

幸运颜色:白色

贵人星座:狮子座

巨蟹座

6.22-7.22

爱情运

单身的有望重逢故人,或能在小聚互动中擦出爱的火花。恋爱中的将心里柔软的一面留给恋人,能更好地做到互相理解。

事业运

工作方面会敢于主动探索带有挑战系数的任务内容,即便受挫也会能让你累积经验,会有更好的反击和进攻。

财富运

在财运运势方面表现尚好,换个合作伙伴会更好,小本生意也要做好计划和规划,不切实际的想法要摈弃。

健康运

在健康运势方面表现中等,经常会觉得累,疲劳感变多。

幸运颜色:绿色

贵人星座:处女座

狮子座

7.23-8.22

爱情运

单身的暂时还不宜急着表白,感情基础不稳定。恋爱中的要表现成熟稳重一些,别总是要恋人宠着哄着,也要哄哄Ta。

事业运

工作方面适度收敛自己的锋芒,免得惹到小人眼红,会处处针对你,建议保持低调行事,静待时机的到来。

财富运

在财运运势方面表现还行,赚钱的过程中是要保持理智和清醒的,不能被别人牵着走。

健康运

在健康运势方面表现较好,不要挑食,营养不够会降低身体的免疫力的。

幸运颜色:橙色

贵人星座:摩羯座

处女座

8.23-9.22

爱情运

单身的比较适合独自消化自己的负能量,没有桃花运的光顾。恋爱中的可以给恋人适度的空间,自己也学着独立。

事业运

工作方面不要意气用事,尤其是不要掉入别人的陷阱中,保持平和心态,专注自己的事,别受旁人的挑衅。

财富运

在财运运势方面表现不错,投资上有好的眼光,投资收益提升快,适当享受生活很不错。

健康运

在健康运势方面表现较好,腰椎疾病不能忽略,早发现早治疗,不能拖拉影响治疗。

幸运颜色:米色

贵人星座:巨蟹座

天秤座

9.23-10.23

爱情运

单身的还在循序渐进地培养感情,或能有一点点进展。恋爱中的需要进行性格的磨合,遇到矛盾尽量每人各让一步。

事业运

工作方面你的执行力很强,尤其是在落实计划行动会有很大的成绩,有望赢得领导的肯定,或能得到被重用的机会。

财富运

在财运运势方面表现一般,投资有风险,不适合追加,需要及时止损。

健康运

在健康运势方面表现中等,犯困的状态变多,睡眠不足影响很大,早睡会更好一点。

幸运颜色:咖啡色

贵人星座:天蝎座

天蝎座

10.24-11.22

爱情运

单身的需要减减肥提高个人魅力,才能满足择偶的条件。恋爱中的可以考虑做好美容护肤,利于保持自己的魅力。

事业运

工作方面能够保持稳扎稳打的姿态,你清楚自己每一步计划部署,只不过更多是在为长远计划做铺垫,所以成绩还不明显。

财富运

在财运运势方面表现良好,有钱的生活是轻松的,保持目前的赚钱状态,远离小人的纠缠。

健康运

在健康运势方面表现不错,食欲变好,不过食量还是要控制的,避免身材走样。

幸运颜色:棕色

贵人星座:天蝎座

射手座

11.23-12.21

爱情运

单身的不能总是等爱情的接近,你需要主动架起鹊桥。恋爱中的多主动寻找共同话题,增加双方生活圈子的交集。

事业运

工作方面在不确定自己想法之前,不要急着落实行动,不然计划开始之后才后悔的话,也会浪费时间做无用功。

财富运

在财运运势方面表现还行,赚钱上的走马观花是要不得的,需要吸取经验和教训,重新出发。

健康运

在健康运势方面表现还行,伤口愈合快,要注意发炎问题的发生,忌口要做好。

幸运颜色:紫色

贵人星座:白羊座

摩羯座
12.22-1.19

爱情运

单身的对感情还是有保留的态度,没有做好脱单的准备。恋爱中的不愿意谈及婚姻之事,要学着承担责任。

事业运

工作方面不要给自己太大的思想顾虑,没有到来的麻烦也别想太多,建议大胆往前走,多尝试才知道自己能力的极限。

财富运

财运运势方面表现泛泛,借钱来花很不应该,不要消耗身边人的给的信任,钱财观念要改变。

健康运

在健康运势方面表现平平,护肤要做好,卸妆工作要认真做,对皮肤好。

幸运颜色:姜黄色

贵人星座:水瓶座

水瓶座

1.20-2.18

爱情运

单身的只是处于单恋的状态,再不行动就要被别人捷足先登。恋爱中的只顾着玩手机,容易忽略恋人的情绪。

事业运

工作方面你需要把手机放远一些,减少对你注意力的干扰,也要一个相对安静的环境,建议提高行动的效率。

财富运

在财运运势方面表现还行,不能说大话,想要有好的财运,那么脚踏实地的做会更好。

健康运

在健康运势方面表现尚可,上火问题多,容易因为上火而牙疼,吃点降火的食物。

幸运颜色:茶色

贵人星座:双鱼座

双鱼座

2.19-3.20

爱情运

单身的社交圈子比较窄,目前还没有桃花的迹象。恋爱中的容易和恋人因为琐事吵吵闹闹,会冲动冒出分手的念头。

事业运

工作方面或许会遇到一些不顺心的事情,你要把麻烦的琐事先解决才能继续前行,会比较考验的你耐心。

财富运

在财运运势方面表现尚好,和陌生人的合作是有风险的,合作对象选择知根知底的会更好。

健康运

在健康运势方面表现不错,好好整理房间,睡眠质量会提升起来。

幸运颜色:青色

贵人星座:巨蟹座

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