广电网络背景下的新型光纤技术研究.pdf

1 4 0 科技论坛 广电网络背景下的新型光纤技术研究 张涛 ( 安徽广电信息网络股份有限公司阜阳分公司，安徽阜阳2 3 6 0 0 0 ) 摘要：在互联网背景下，对广电网络背后的光纤技术发展作了的回顾，然后结合当前最新研究成果对其进行简单地介绍和总结。 关键词：广电网络；光纤技术；塑料光纤 1 概述 自2 0 世纪7 0 年代末期光纤网络被引进以来，光通信的容量就 一直呈现指数型增长，而且每一代光网络升级都会带来新的通信手 段与服务。2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代初期，使用电时分复用作为核 心技术。2 0 世纪9 0 年代掺铒光纤放大器( E D F A ) 的发明和商用波 分复用( w D M ) 系统的出现，迎来了光纤容量提升的一个重要里程 碑。到了2 1 世纪，硅基电芯片技术迅猛发展，信号处理技术相对成 熟，使得相干接收大放异彩，成为了这一阶段的核心。为了进一步提 升频谱效率，从正交相移键控调制向多层信号迈进，多载波复用技 术和奈奎斯特波分复用以及各种电域和光域的变体相应成为研究 热点【1 1 。 2 光纤网络技术发展概况 在整个光纤技术演进的过程中，光纤的线性和非线性一直是限 制光网络容量、传输距离、传输特性的重要限制条件。S h 明n o n 在 1 9 4 8 年提出信道容量的概念，同时也包括了容量极限。在高入射光 功率下，光纤表现出K e r r 非线性效应，正是这种非线性效应决定着 系统所能达到的最大信道容量，也被称为“香农极限”。在移动互联 网高速率、高容量的需求推动下，为了无限逼近这个极限，各种新型 的技术和不同结构、材料的光纤不断地被发掘研究。在色散非补偿 单模光纤系统中，使用基于放大和光相位共轭的拉曼激光器可以补 偿将近7 0 的非线性损耗，这比已报道的基于非线性补偿D S P 的 有着显著的提高。因为光信号在空心中传播的速度要比在全玻璃光 纤中快约1 4 5 倍，所以空心光纤因其低延迟特性而被提出用于各 种应用。研究人员提出了一种三芯空心光纤，没有进行发射条件优 化，在接近1 5 5 波长处进行单模传输，获得了5 7 d B l 【m 的损耗，实 现低延迟无差错单模传输。 多模光纤用于早期光纤传输系统，但不久就在长距离应用中被 单模光纤取代。然而，得益于其高数值孔径和大纤芯直径，多模光纤 能够高效耦合光源、低成本接头和光纤连接器。多模光纤的这些优 点即使在今天也依然显著，在短距离数据网络中它仍是很好的选 择。在数据中心应用中，弯曲不敏感多模光纤很受欢迎，它让线缆、 硬件和设备可以设计得更小，这样可以节约空间，更容易处理频率 变化，降温效率更高，获得更好的总体连接和线缆管理。非线性补偿 算法，例如数字后向传输( D B P ) ，是抗光纤非线性的新方法，但它在 波分复用系统中的性能增益是有限的。从某种程度上，这推动了少 模光纤( F M F ) 多输入多输出( M I M 0 ) 传输的研究发展。少模光纤作 为一种提高传输容量的替代方法其思路是可行的，但是在现阶段仍 然很不现实，因为它需要少模光纤放大器、复用器、解复用器，外加 极复杂的D s P 。然而，将少模光纤应用于准单模( Q S M ) 传输将会是 过渡到未来全M I M O 少模光纤传输现实可行的一步。 参量器件为当今光学领域的许多重大挑战提供了有希望的解 决方法。为了缓解电信界的“容量危机”，需要低噪声的放大方法，以 及可替代的信号处理方法，再加上更好地对开销和功率消耗的测 量。同时，许多非电信应用要求电信波长外的资源和放大器，并且将 会得益于多低噪声、灵活的波长，新型参量脉冲源的重现率等。低损 耗的硅纤维提供了杰出的优点，使它们成为了适度复杂参量器件的 理想平台。然而，使用现实光纤的参量器件，其性能常远低于假设理 想光纤所计算出来的值。为了实现这一期望，光纤必须克服色散变 化的问题。如果在每一点上都满足相位匹配条件，那么一个相位匹 配的非线性过程会在光纤的很长一段距离上高效积累。但如果在一 个光纤节上生成的波长在下一个节上不再具有相位匹配性，这种高 效性就会剧烈下降。光纤几何结构中的一些变化也就不可避免：即 使用优化过的加工方法，在拉制过程中的微小比例变化也足以破坏 这种高效性。于是一种解决相关问题的方法被提出：如果加工方法 不能减少光纤几何结构的变化，那么它们对于效率的影响就必须在 设计光纤时考虑进去。光纤折射率分布因此被设计成从本质上对比 例变化和拉伸变化不敏感。也就是说，这些高非线性光纤设计有着 稳定的相位匹配性能用以改进的非线性效率。这些光纤在波长转换 上已经取得了一些显著的成效，并且也成为了许多不同证明中的重 要组成部分。 塑料光纤或者叫聚合光纤已经存在了很多年了，它最主要被应 用于短距离的数据通信链路。一个非常重要的观点驱动了塑料光纤 技术的发展：与传统的玻璃光纤或者铜线相比，它在中短距离的高 数据速率传输中开销更小。塑料光纤现在被认为是下一代先进光纤 传感器最合适的选择。在这种应用情况下，低开销不再是主要的主 导观点。取而代之的是，聚合材料的特殊物理和化学性质可以向塑 料光纤传感器传递独一无二的特性，这些特征从硅纤维身上是无法 得到的。与此同时，塑料光纤的光学特性也是不容忽视的。石英光 纤的最低损耗在1 5 0 0 姗附近，而塑料光纤的衰减在这一波长区域 大幅度提高。因为这一原因，塑料光纤在传输网络中通常在可见光 波段工作，而基于纯有机玻璃的多模光纤在相同波段的衰减大约有 1 0 0 d B k m 。具有渐变折射率的塑料光纤可以获得更低小的损耗，大 约几十d B ，k m ，但在传感网中，实际的传输距离仍然要比用石英光 纤要短很多。 j 结束语 目前，全国上下基本上都已经全面覆盖广电网络，其中主要的 传输介质就是光纤，光纤通信技术在广电传输网络和广电网络传输 双向化改造中起到了无可替代的作用。光纤传输系统是一种高性能 的通信网络，它是高质量的视音频实时业务的最理想传输介质，其 在已有的广播电视传输网络和H F c 网络双向化改造中是必不可少 的。我们相信随着科学技术的不断进步和发展，光纤在通信网，广播 电视网，计算机网以及在其他数据传输系统中，将发挥着越来越大 的作用。 参考文献 【1 】贾振生逼近香农极限的新型光调制技术叨中兴通讯技术， 2 0 1 3 1 9 2 】胡辽林，刘增基光纤通信的发展现状和若于关键技术叨电子科 技，2 0 0 4 ，2 3 1 孙学康，张金菊光纤通信技术【M 】北京：北京邮电大学出版社， 2 0 0 1 f 4 1 吴迪广电网络光纤通信网络技术的研究与应用叨西部广播电视， 2 0 1 6 1 5 1 张建忠等光纤通信技术综述叨黑龙江水利科技，2 0 0 5 ，3 作者简介：张涛( 1 9 7 9 一) ，男，安徽阜阳市人，助理工程师，主要从事有线电视网络技术工作。 万方数据