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新型宽带通信光纤的研制

2020-11-23阅读(394)

新型宽带通信光纤的研制

论文摘要

随着因特网技术的迅速发展,要求光纤传输系统的传输容量不断地扩大,面对传输容量的扩大,目前主要有三种解决途径:（1）增加每个信道的传输速率;（2）减少信道间距;（3）增加总的传输带宽。对于第一种办法,如果速率提高到10Gbit/s或10Gbit/s以上时,将带来新的色散补偿问题,况且现在的电子系统还存在着所谓"电子瓶颈"效应问题;第二种办法如果将信道间距从100GHz降低到50GHz或25GHz将给系统带来越来越严重的四波混频（FWM）等非线性效应,且要求系统采用波长稳定技术,因而增加传输容量的途径更期待于增加系统总的传输带宽。增加系统总的传输带宽,一方面需要研究新的光放大器,如L波段的EDFA,是它将EDFA工作波长由C波段（本文中,未特别说明时,O、E、S、C、L波段所对应的波长范围分别为:O波段为1270nm到1370nm、E波段为1370nm到1460nm、S波段为1460nm到1530nm、C波段为1530nm到1565nm、L波段为1565nm到1625nm）扩展到L波段,使EDFA的放大增益谱扩展了一倍;另一方面要增加光纤的带宽,即增加光纤工作波段的宽度。在现有的大多数G.655光纤中,即使传输距离为80公里,也要在L波段上进行色散补偿。另外,一些G.655光纤的零色散点落在S波段内,这样,DWDM在S波段上应用所引起的四波混频将是一个很大的问题;这样的色散特性限制了DWDM在该光纤中应用的工作波段的宽度。可以说,DWDM在G.655光纤中的应用一般只适用于在C和L波段。G.652光纤虽然具有较宽的工作波段,但该光纤在C和L波段具有很高的色散,高的色散大大缩短了系统无色散补偿的传输距离。在应用高速率如10Gbit/s或10Gbit/s以上的DWDM技术时,对色散管理极为苛刻,波分复用的信道数越多,信道间隔越小,对传输一定距离后的累积色散要求就越严。对色散值大的G.652光纤而言,就必然增加在总的传输距离内色散补偿的次数,增加色散补偿的成本;对色散斜率大的G.655光纤而言,就必然增加色散补偿的难度,从而增加色散补偿的成本。G.656光纤是专门针对在应用DWDM技术时,G.655光纤和G.652光纤的不足而提出的,它在S波段具有足够大的色散,可抑制FWM等非线性效应,在L波段的色散同G.655光纤相当,可在S、C和L波段内应用DWDM技术;既可以在城域网络中得到应用,也可以在长途骨干网络中应用,极具有市场前景。本文针对未来通信技术的发展趋势和ITU-T G.656光纤的技术规范,开发出了一种新型宽带通信光纤。该光纤具有优异的色散特性,在S、C和L波段内的最小色散系数大于2ps/（nm?km）,最大色散系数不超过14ps/（nm?km）,其在1550nm处的有效面积在52～64μm2之间。在S、C和L波段内都具有较高的色散系数,并且具有合适的有效面积,可有效地抑制非线性效应,该光纤具有优异的相对色散斜率和相对较低的色散系数,大大降低了色散全补偿的代价。光纤还具有优异的衰减特性,其在1460nm到1625nm范围内的衰减都小于0.4dB/km,1550nm处的衰减小于0.22 dB/km。除了这些以外,该光纤还具有优异的偏振模特性,优异的几何性能和机械性能。结合新型宽带通信光纤的研制实验,本文还系统地阐述了光纤制造过程中的一些基础理论,过程控制方法和测试方法,并分析了大量的试验数据。本文的内容还包括:（1）对宽带传输光纤的基础理论进行了介绍,并阐述了DWDM系统中的色散补偿技术和光纤的非线性效应。（2）根据光纤波导的数值模拟理论,采用FiberCAD计算机辅助设计手段,对与本课题所采用的光纤折射率剖面相类似的W型折射率剖面进行了模拟计算。通过计算,给出了构成折射率剖面的各个参数对光纤波导性能的影响趋势,以便指导光纤制造过程中的工艺控制。（3）对光纤的预制棒的制造工艺和拉丝工艺进行了介绍,通过对PCVD工艺和拉丝工艺理论的分析,给出了影响光纤性能的工艺参数的主要因素,为光纤性能的优化指明了方向。（4）阐述了与光纤传输性能相关的一些性能参数的基本概念;结合光纤通信的基础理论和一些机理分析,对光纤性能参数的一些测试结果进行了剖析。（5）给出了新型宽带通信光纤的主要性能指标,并介绍了新型宽带通信光纤在40Gbit/sDWDM系统的传输实验的结果。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 新型传输光纤的研究现状
  • 1.3 ITU-T G.656 光纤
  • 1.4 本论文的主要内容
  • 1.4.1 本论文的技术背景
  • 1.4.2 本论文的主要工作内容
  • 1.5 课题的来源和受资助情况
  • 1.6 本章小结
  • 2 宽带传输光纤的基础理论
  • 2.1 引言
  • 2.2 光纤的波动理论
  • 2.2.1 圆柱坐标系中的波导方程式
  • 2.2.2 阶跃折射率光纤中波动方程的解
  • 2.3 光纤的非线性
  • 2.3.1 DWDM 系统中的调制不稳定
  • 2.3.2 DWDM 系统中的交叉相位调制
  • 2.3.3 DWDM 系统中的FWM
  • 2.4 本章小结
  • 3 新型宽带通信光纤的设计
  • 3.1 新型宽带通信光纤的设计原则
  • 3.2 新型宽带通信光纤的类型
  • 3.3 折射率剖面结构的选择
  • 3.4 数值模拟的理论基础
  • 3.5 数值模拟的结果
  • 3.5.1 下陷环对光纤性能的影响
  • 3.5.2 上升环对光纤性能的影响
  • 3.5.3 纤芯参数对光纤性能的影响
  • 3.6 本章小结
  • 4 通信光纤的制造工艺简介
  • 4.1 引言
  • 4.2 预制棒技术的简介
  • 4.3 PCVD 工艺预制棒的制备
  • 4.3.1 引言
  • 4.3.2 PCVD 沉积
  • 4.3.3 工艺的特点
  • 4.3.4 熔缩
  • 4.3.5 套棒
  • 4.3.6 结论
  • 4.4 光纤的拉丝工艺
  • 4.4.1 拉丝工艺的简介
  • 4.4.2 拉丝工艺分析
  • 4.4.3 预涂覆
  • 4.5 本章小结
  • 5 通信光纤的性能参数阐述
  • 5.1 引言
  • 5.2 光纤的衰减
  • 5.2.1 引言
  • 5.2.2 光纤的衰减的机理
  • 5.2.3 新型宽带通信光纤的衰减
  • 5.2.4 影响衰减的因素
  • 5.2.5 羟基吸收峰—光纤在 1383nm 处的衰减
  • 5.2.6 氢诱导损耗
  • 5.2.7 弯曲损耗
  • 5.2.8 多种模式对光纤弯曲损耗的影响
  • 5.2.9 光纤损耗的稳定性
  • 5.2.10 熔接损耗
  • 5.3 截止波长
  • 5.3.1 引言
  • 5.3.2 截止波长测试的国际标准
  • 5.3.3 光纤与光缆截止波长的关系
  • 5.3.4 拉丝温度对光纤截止波长λc 的影响
  • 5.3.5 新型宽带通信光纤的截止波长λc
  • 5.4 光纤的色散
  • 5.4.1 引言
  • 5.4.2 光纤中色散方程
  • 5.4.3 DWDM 系统中的色散补偿
  • 5.4.4 新型宽带通信光纤的色散
  • 5.4.5 偏振模色散
  • 5.5 模场直径和有效面积
  • 5.5.1 基本定义
  • 5.5.2 纤芯参数与模场直径的关系
  • 5.5.3 新型宽带通信光纤的有效面积
  • 5.6 本章小结
  • 6 新型宽带通信光纤的性能参数
  • 6.1 引言
  • 6.2 光纤性能参数的测试方法
  • 6.3 新型宽带通信光纤的结果汇总
  • 6.4 40Gbit/sDWDM 系统的传输实验
  • 6.4.1 引言
  • 6.4.2 传输实验结果
  • 6.4.3 传输实验结论
  • 6.5 本章小结
  • 7 总结
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 作者在攻读博士学位期间发表论文目录
  • 附录2 作者在攻读博士学位期间的相关成果

    • 相关论文文献

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