七大光網(wǎng)絡(luò)用光纖技術(shù)現(xiàn)狀分析

    在解決光纖的非線性方面，采用共參雜Yb或La(鑭)等稀土元素制作出EYDF光纖。這種光纖幾乎無(wú)FWM發(fā)生。這是因?yàn)閅b離子與Er離子集結(jié)后增大了Er離子間的距離，解決了由于Ev離子過(guò)度集中集結(jié)而引起的濃度消光，同時(shí)也增加了Er離子摻雜量，提高了增益系數(shù)，從而降低了非線性。

    對(duì)于L波段(15701610nm)放大光纖，已報(bào)導(dǎo)日本住友電工研發(fā)的采用C波段EDF需要長(zhǎng)度的1/3短尺寸EDF而擴(kuò)大到L波段的EDF。制作成功適合40Gb/s高速率傳輸，總色散為零的L波段三級(jí)結(jié)構(gòu)光纖放大器。該放大器第一段為具有負(fù)色散的常規(guī)EDF，而第二、三段波長(zhǎng)色散值為正值的短尺寸EDF。

    對(duì)于S波段(14601530nm)放大光纖，日本NEC公司采用雙波長(zhǎng)泵浦GS-TDFA進(jìn)行了10.92Tb/s的長(zhǎng)距離傳輸試驗(yàn)，利用1440nm和1560nm雙波長(zhǎng)激光器(LD)實(shí)現(xiàn)了29%的轉(zhuǎn)換率；NTT采用單波和1440nm雙通道泵浦激光器實(shí)現(xiàn)了42%的轉(zhuǎn)換率(摻銩濃度為6000ppm)；Alcatel公司采用1240和1400nm多波喇曼激光器實(shí)現(xiàn)了48%轉(zhuǎn)換率，同時(shí)利用800nm鈦蘭寶石激光器和1400nm多級(jí)喇曼激光器雙波長(zhǎng)泵浦實(shí)現(xiàn)了50%的轉(zhuǎn)換率，最新報(bào)導(dǎo)日本旭硝公司又提出了以鉍(Bi)族氧化物玻璃為基質(zhì)材料的S波段泵浦放大方案。簡(jiǎn)而言之，需要解決的主要技術(shù)課題是如何降低聲子能量成份的摻雜量和提高量子效率問(wèn)題。

    光纖技術(shù)

    超連續(xù)波(SC)發(fā)生用光纖

    超連續(xù)波是強(qiáng)光脈沖在透明介質(zhì)中傳輸時(shí)光譜超寬帶現(xiàn)象。做為新一代多載波光源受到業(yè)界廣泛關(guān)注。從1970年Alfano和shapiro在大容量玻璃中觀察到的超寬帶光發(fā)生以來(lái)，已先后在光纖，半導(dǎo)體材料、水等多種多樣物質(zhì)中觀察到超寬帶光發(fā)生。

    采用單模光纖的SC光源就是應(yīng)用上述復(fù)數(shù)光源方法進(jìn)行解決技術(shù)課題的一個(gè)有效手段。

    1997年，日本NTT公司研發(fā)成功雙包層和4包層折射率分布結(jié)構(gòu)，芯經(jīng)沿長(zhǎng)度方向(縱向)呈現(xiàn)錐形分布，具有凸型色散特性的光纖。2000年又研發(fā)成功采用SC光的保偏光纖(PM-SC光纖)。

    高非線性SC光纖大都采用光子晶體纖維和錐形組徑纖芯纖維的高封閉結(jié)構(gòu)，光子晶體纖維制造技術(shù)已取得了新的突破，今后的研究方向是低成本SC光纖制造技術(shù)及如何在下一代網(wǎng)絡(luò)中具體應(yīng)用。

    光器件用光纖

    隨著大量光通信網(wǎng)的建設(shè)和擴(kuò)容，有源和無(wú)源器件的用量不斷增大。其中應(yīng)用最多的是光纖型器件，主要有光纖放大器、光纖耦合器、光分波合波器、光纖光柵(FG)、AWG等。上述光器件必須具有低損耗、高可靠性、易于和通信光纖進(jìn)行低損耗耦合和連接才能應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)中。于是就研發(fā)生產(chǎn)出了FG用光纖和器件耦合用光纖(LP用光纖)。

    FG是石英系光纖中的GeO2、B2O3、P2O5等摻雜劑受紫外光照射或與H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后由于玻璃密度變化而引起折射率變化形成的。紫外線感應(yīng)折射率的變化值因玻璃成份不同而不同，所以為了提高光敏特性，實(shí)現(xiàn)FG的長(zhǎng)期溫度穩(wěn)定性，又研究了摻雜Sn，Sb等重金屬而解決紫外線吸收問(wèn)題。

    現(xiàn)已開(kāi)發(fā)研制出各種降低FBG損耗的光纖。如波導(dǎo)結(jié)構(gòu)多層膜埋入光纖等，為進(jìn)一步降低損耗，必須使包層和芯部的光敏特性盡量一致。在光敏特性變化量為10%、折射率變化量為110-3時(shí)則損耗值可小于0.1dB。

    光器件用耦合光纖是隨著AWG與PLC光器件性能不斷提高而發(fā)展起來(lái)的，已開(kāi)發(fā)出與PLC的MFD值相同的高△光纖；通過(guò)熱擴(kuò)散膨脹法(TEC)使普通光纖高△值光纖的MFD達(dá)到一致，這種新型光纖采用的TEC法可以使光纖的連接損耗由原來(lái)的1.5dB降至目前的0.1dB以下。

    在解決光纖的非線性方面，采用共參雜Yb或La(鑭)等稀土元素制作出EYDF光纖。這種光纖幾乎無(wú)FWM發(fā)生。這是因?yàn)閅b離子與Er離子集結(jié)后增大了Er離子間的距離，解決了由于Ev離子過(guò)度集中集結(jié)而引起的濃度消光，同時(shí)也增加了Er離子摻雜量，提高了增益系數(shù)，從而降低了非線性。

    對(duì)于L波段(15701610nm)放大光纖，已報(bào)導(dǎo)日本住友電工研發(fā)的采用C波段EDF需要長(zhǎng)度的1/3短尺寸EDF而擴(kuò)大到L波段的EDF。制作成功適合40Gb/s高速率傳輸，總色散為零的L波段三級(jí)結(jié)構(gòu)光纖放大器。該放大器第一段為具有負(fù)色散的常規(guī)EDF，而第二、三段波長(zhǎng)色散值為正值的短尺寸EDF。

    對(duì)于S波段(14601530nm)放大光纖，日本NEC公司采用雙波長(zhǎng)泵浦GS-TDFA進(jìn)行了10.92Tb/s的長(zhǎng)距離傳輸試驗(yàn)，利用1440nm和1560nm雙波長(zhǎng)激光器(LD)實(shí)現(xiàn)了29%的轉(zhuǎn)換率；NTT采用單波和1440nm雙通道泵浦激光器實(shí)現(xiàn)了42%的轉(zhuǎn)換率(摻銩濃度為6000ppm)；Alcatel公司采用1240和1400nm多波喇曼激光器實(shí)現(xiàn)了48%轉(zhuǎn)換率，同時(shí)利用800nm鈦蘭寶石激光器和1400nm多級(jí)喇曼激光器雙波長(zhǎng)泵浦實(shí)現(xiàn)了50%的轉(zhuǎn)換率，最新報(bào)導(dǎo)日本旭硝公司又提出了以鉍(Bi)族氧化物玻璃為基質(zhì)材料的S波段泵浦放大方案。簡(jiǎn)而言之，需要解決的主要技術(shù)課題是如何降低聲子能量成份的摻雜量和提高量子效率問(wèn)題。

    超連續(xù)波(SC)發(fā)生用光纖

    超連續(xù)波是強(qiáng)光脈沖在透明介質(zhì)中傳輸時(shí)光譜超寬帶現(xiàn)象。做為新一代多載波光源受到業(yè)界廣泛關(guān)注。從1970年Alfano和shapiro在大容量玻璃中觀察到的超寬帶光發(fā)生以來(lái)，已先后在光纖，半導(dǎo)體材料、水等多種多樣物質(zhì)中觀察到超寬帶光發(fā)生。

    采用單模光纖的SC光源就是應(yīng)用上述復(fù)數(shù)光源方法進(jìn)行解決技術(shù)課題的一個(gè)有效手段。

    1997年，日本NTT公司研發(fā)成功雙包層和4包層折射率分布結(jié)構(gòu)，芯經(jīng)沿長(zhǎng)度方向(縱向)呈現(xiàn)錐形分布，具有凸型色散特性的光纖。2000年又研發(fā)成功采用SC光的保偏光纖(PM-SC光纖)。

    高非線性SC光纖大都采用光子晶體纖維和錐形組徑纖芯纖維的高封閉結(jié)構(gòu)，光子晶體纖維制造技術(shù)已取得了新的突破，今后的研究方向是低成本SC光纖制造技術(shù)及如何在下一代網(wǎng)絡(luò)中具體應(yīng)用。

    光器件用光纖

    隨著大量光通信網(wǎng)的建設(shè)和擴(kuò)容，有源和無(wú)源器件的用量不斷增大。其中應(yīng)用最多的是光纖型器件，主要有光纖放大器、光纖耦合器、光分波合波器、光纖光柵(FG)、AWG等。上述光器件必須具有低損耗、高可靠性、易于和通信光纖進(jìn)行低損耗耦合和連接才能應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)中。于是就研發(fā)生產(chǎn)出了FG用光纖和器件耦合用光纖(LP用光纖)。

    FG是石英系光纖中的GeO2、B2O3、P2O5等摻雜劑受紫外光照射或與H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后由于玻璃密度變化而引起折射率變化形成的。紫外線感應(yīng)折射率的變化值因玻璃成份不同而不同，所以為了提高光敏特性，實(shí)現(xiàn)FG的長(zhǎng)期溫度穩(wěn)定性，又研究了摻雜Sn，Sb等重金屬而解決紫外線吸收問(wèn)題。

    現(xiàn)已開(kāi)發(fā)研制出各種降低FBG損耗的光纖。如波導(dǎo)結(jié)構(gòu)多層膜埋入光纖等，為進(jìn)一步降低損耗，必須使包層和芯部的光敏特性盡量一致。在光敏特性變化量為10%、折射率變化量為110-3時(shí)則損耗值可小于0.1dB。

    光器件用耦合光纖是隨著AWG與PLC光器件性能不斷提高而發(fā)展起來(lái)的，已開(kāi)發(fā)出與PLC的MFD值相同的高△光纖;通過(guò)熱擴(kuò)散膨脹法(TEC)使普通光纖高△值光纖的MFD達(dá)到一致，這種新型光纖采用的TEC法可以使光纖的連接損耗由原來(lái)的1.5dB降至目前的0.1dB以下。

    保偏光纖

    保偏光纖最早是用于相干光傳輸而被研發(fā)出來(lái)的光纖。此后，用于光纖陀螺等光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域。近幾年來(lái)，由于DWDM傳輸系統(tǒng)中的波分復(fù)用數(shù)量的增加和高速化的發(fā)展，保偏光纖得到了更加廣泛地應(yīng)用。目前應(yīng)用最多的是熊貓光纖(PANDA)。

    PANDA光纖目前大量用作尾纖使用，與其它光纖器件相連接為一體在系統(tǒng)中使用。

    單模不可剝離光纖(SM-NSP)單模不可剝離光纖是一種即使去除光纖被復(fù)層以后仍有NSP聚脂層保留在光纖包層表面，以保護(hù)光纖的機(jī)械性能和高可靠性的新型光纖。

    SM-NSP光纖與常規(guī)SM光纖具有相同的外徑、偏心量、不因度精度。但是ASM-NSP光纖具有的機(jī)械強(qiáng)度大大高于SM，具有優(yōu)良的可靠性，接續(xù)試驗(yàn)表明，無(wú)論是SM-NSP光纖相互連接還是把SM-NSP光纖與SM光纖連接，其接續(xù)特性、耐環(huán)境性能均良好。可廣泛用于傳輸系統(tǒng)的光纖，是一種理想的新型配線光纖。

    深紫外光傳輸用光纖(DUV)

    目前固體激光器和氣體激光器研究的課題之一就是深紫外光領(lǐng)域(250nm)的激光器振蕩技術(shù)。在固體激光器領(lǐng)域，采用CLBO(CsLiB6O10)結(jié)晶的Nd:YAG激光器的四倍波(=266nm)、五倍波(=213nm);在氣體激光器領(lǐng)域，F(xiàn)2(=157nm)，KY2(=148nm)，Ar2(=126nm)，而采用ArF的環(huán)氧樹(shù)脂激光器的振高波長(zhǎng)=193nm等。

    在半導(dǎo)體基片表面處理，在生物化學(xué)領(lǐng)域中對(duì)DNA的分析測(cè)試和化驗(yàn)、在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)對(duì)近視治療等應(yīng)用領(lǐng)域中，深紫外光都得到了極其廣泛的應(yīng)用。對(duì)能傳輸深紫外光的光纖開(kāi)發(fā)工作也成為人所關(guān)注的重大技術(shù)課題。

    從DUV光纖的損耗光譜化可以看出，在波長(zhǎng)為=200nm時(shí)，傳輸損耗發(fā)生急聚變化，而在1240和1380nm處出現(xiàn)二個(gè)峰值，我們認(rèn)為這是由OH的伸縮振動(dòng)引起的吸收造成的。

    相同的預(yù)制棒在拉絲過(guò)程中因拉絲條件不？絲速度為0.5m/分，爐溫為1780℃時(shí)，光纖損耗值最小，光使用波長(zhǎng)為193nmArF激光源時(shí)，最小透過(guò)率約為60%/m。光纖的損耗是隨拉絲速度加快，爐溫升高而增加，在220nm波長(zhǎng)處產(chǎn)生吸收增加，這種增加值是由E"中心引起的，屬拉絲工藝缺欠造在的。