2.5 光纤的选择

2.5.1 一般光纤选择

表2.5.1和表2.4.2～表2.4.4综合了ITU规范的成缆光纤的典型特性。

对光纤的基本要求是：从发射光源耦合进光纤的光功率最大，光信号通过光纤传输后产生的畸变最小，光纤的传输窗口要满足系统应用的要求。具体的设计要根据使用条件进行折中。

（1）衰减

选定的波长，衰减要足够小，以使在满足接收机所要求光功率的前提下，使中继距离尽可能大。设计系统时，要考虑连接器、接头和耦合器的损耗和系统工作所需的余量。为此，要正确选择工作波长和光纤类型。

（2）耦合损耗

它包括光源耦合损耗和检测器耦合损耗。纤芯尺寸和数值孔径大，可减小光源的耦合损耗；但要增加检测器的耦合损耗。为了减小和检测器的耦合损耗，要求纤芯尺寸和数值孔径要足够小，以使出射光完全落在检测器上。为了提高接收机响应速度，降低噪声，则要求检测器面积小，所以不能采用增大检测器光敏面的办法来减小耦合损耗。纤芯尺寸和数值孔径大的光纤，其传输带宽小，适合于采用发光二极管（Light-Emitting Diode,LED）的系统。

（3）连接损耗

它包括连接器和接头的损耗。纤芯直径的公差、不圆度和纤芯与包层同心度误差要尽可能小，以得到最小连接损耗。提高光纤的几何精度，要增加制造成本。增大纤芯尺寸和数值孔径可以减小几何公差对连接损耗的不利影响，但与增大带宽相矛盾。

（4）色散和带宽

为了使已调制的光信号以最小畸变通过光纤全长，光纤色散要足够小。为了减小光纤色散，要严格控制折射率分布指数（g）和零色散波长。对具体系统要正确选择光纤类型和工作波长，例如长距离高速率海缆系统要选择零色散位移到1.55μm的G.654单模光纤。波分复用系统要选择色散系数虽然很小、但不为零的G.655单模光纤，以减小四波混频的影响。用于城域网的DWDM系统要选择无水峰可用波长范围特别宽的全波光纤。采用发光二极管的系统，要充分考虑材料色散的影响等。典型的色散补偿光纤（DCF）特性见表2.5.2。

2.5.2 超低损耗光纤选择

为了保证与迅速发展的世界电信业务同步增长，基于100Gbit/s数字相干技术和使用非色散管理光纤线路的大容量海底光缆系统，已广泛使用。实现这种大容量超长距离系统，主要挑战是提高系统光信噪比（Optical Signal to Noise Ratio,OSNR）。这种系统中，色散（CD）和偏振模色散（PMD）产生的线性损伤被数字信号处理器（DSP）补偿，性能参数Q值几乎与OSNR成比例增加。为了提高系统性能，对低损耗、小非线性效应光纤的需求与日俱增。事实上，当今海底光缆光纤的标准传输损耗是0.16dB/km。而最近开发并批量生产的纯硅芯光纤（Pure Silica Core Fiber, PSCF），在1550nm波长，损耗已降低到0.15dB/km，并具有110～130μm2足够大的有效芯径面积［29］。

对长距离海底光缆通信系统来说，光纤损耗是首要考虑的因素，这是因为，由式（9.2.5）可知，系统OSNR与中继段入射光功率成正比，而入射光功率又与光纤有效芯径面积成正比，而与光纤非线性系数成反比，即芯径面积越大，允许入射光功率越大；光纤非线性越大，允许进入光纤的入射功率就越小。同时OSNR与中继段光纤损耗成反比。因此，减小光纤损耗系数和增大有效芯径面积，可扩大传输距离，提高光信噪比。

因此，长距离无中继系统倾向选择G.654纯硅芯光纤。然而，若距离不是很长，使用G.653色散位移光纤和G.655非零色散位移光纤（NZ-DSF）也是可以的，但这两种光纤因色散小将不利于WDM系统升级。实际上，小色散光纤要比大色散光纤的WDM非线性效应阈值低，因为色散越小，四波混频等效应越大。因此，使用色散较大光纤，即使引起信道光谱展宽，也使光信号长距离传输受益。事实上，2.5Gbit/s信号传输距离超过500km, NDSF光纤和PSCF光纤色散可被抑制。然而，对于10Gbit/s或更高比特率的信号，接收端或发送端必须补偿线路色散。这可以用色散补偿光纤或布拉格光栅进行补偿，即使距离很长，也无须经受显著的色散代价。

表2.5.3列出海底光缆常使用的线路光纤特性。光纤有效芯径面积也很重要，如表2.5.3所示，G.652光纤和G.654光纤比G.653光纤具有更大的有效面积，这意味着允许减少非线性效应的影响，因为非线性效应阈值与有效芯径面积成反比。

为了减小光纤非线性影响，扩大无中继系统传输距离，增加传输带宽，要求采用低损耗大芯径单模光纤。目前已有超低损耗大有效面积的光纤，如超低损耗纯硅芯光纤，纤芯有效面积110～130μm2，平均传输损耗为0.162dB/km或0.167dB/km。有报道称，也有纤芯有效面积更大的光纤，这种光纤有效面积高达155μm2，损耗为0.183dB/km（在1550μm波长）。