光纤品种发展简史

2020/08/28 18:07
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光纤商用化以来,随着技术的不断发展,光纤的品种经历了若干个重要发展阶段。


今天,我们把阶段历程做一个简要的回顾:


▉ 第一阶段:多模光纤(第一窗口)


1966年7月,华裔科学家高锟就光纤传输的前景发表了具有历史意义的论文。该文分析了造成光纤传输损耗的主要原因,从理论上阐述了有可能把损耗降低到20dB/km的见解,并提出这样的光纤将可用于通信。


2009年,高锟因为对光纤事业的突出贡献,获得了诺贝尔物理学奖。


在理论的指引下,四年以后的1970年,美国康宁公司真的拉出了损耗为20dB/km的光纤,证明光纤作为通信介质的可能性


美国康宁公司


与此同时,美国贝尔实验室发明了使用砷化镓(GaAs)作为材料的半导体激光(semiconductor laser),凭借体积小的优势,大量运用于光纤通信系统中。


1972年,光纤的传输损耗降低至4dB/km。


至此,光纤通信时代,正式开启。


1972-1981年,是多模光纤研发和应用期。


前期第一个使用的光纤通信波长,是850nm,称为第一窗口


早期开发使用的,是阶跃型多模光纤。接着开发了A1a类梯度多模光纤(50/125),其衰减为3.0-3.5dB/km,带宽为200-800MHz·km,数值孔径为0.20±0.02或0.23±0.02。


后来,又开发使用了A1b类梯度多模光纤(62.5/125),其衰减为3.0-3.5dB/km,带宽为100-800MHz·km,数值孔径为0.275±0.015。


这两种光纤与850nm附近波长LED(发光二极管)相配合,形成早期的光通信系统。


当时,LED光谱宽度为40nm,注入光功率为5或20μW,最大速率为5或60Mb/s。



▉ 第二阶段:多模光纤(第二窗口) 


70年代末到80年代初,光纤厂家又开发了第二窗口(1300nm)


A1a类光纤衰减0.8-1.5dB/km,带宽200-1200MHz·km。A1b类光纤衰减0.8-1.5dB/km,带宽200-1000MHz·km。


与它们相配合使用的是高辐射LED,其光谱宽度为120nm,注入光功率为20μW,最大速率为100Mb/s。



▉ 第三阶段:G.652及G.653、G.654单模光纤(第二、三窗口)


1982-1992年是G.652及G.653、G.654单模光纤的大规模应用期,打开了光纤的第二窗口(1310nm)第三窗口(1550nm)


1973-1977年,世界各大光纤制造商开发了各种先进的预制棒生产工艺——康宁开发出OVD技术;日本的NTT、住友、古河、藤仓等联合开发出VAD技术;朗讯改善了MCVD技术;荷兰菲力浦开发了PCVD技术。


1982年,由美国开始,日、德等国家紧跟,全球开始大量建设G.652单模光纤长途工程。单模光纤的市场需求大增,刺激了大规模生产。


这时,康宁的OVD进一步提高了沉积速率,VAD、MCVD、PCVD都外加套管来作为增大预制棒的措施。


此后,各家都照着两步法的混合工艺来加大预制棒。


90年代,法国阿尔卡特开发了APVD技术(MCVD+等离子喷涂工艺)。


各大光纤制造商制造技术的重大进步,为常规单模光纤的广泛应用创造了更好的条件。


1984年,第三窗口(1550nm)开始启用。


同年,CCITT(国际电报电话咨询委员会)发布G.651和G.652标准。


到1985年,G.652光纤1310nm的损耗已达0.35dB/km,1550nm的损耗已达0.21dB/km。

 

1985年,日本、美国研发的G.653色散位移光纤商用化,其特点是把零色散点从第二窗口移到第三窗口,1550nm波长不仅损耗最低,而且色散也最小。


1988年,CCITT发布G.653标准。此光纤大量用于日本的通信干线。


90年代初,掺铒光纤放大器(EDFA)开始商用化,促使密集波分复用(DWDM)提上议事日程。


但是,G.653光纤在1550nm波长处的零色散,造成DWDM系统波道间的非线性干扰十分严重,因而没在世界上推广开来。


1995年,我国建设京九光缆工程,24芯纤中用了六根G.653光纤,一直没开通。以后,我国也没用G.653光纤。 


这一时期,还产生了一种截止波长移位的光纤。它在1550nm处不但损耗低,而且微弯损耗小,适合使用光放大器的长途干线系统和海底光缆系统。


1988年,CCITT发布G.654标准。



▉ 第四阶段:光纤窗口全开,特性全面发展


1993-2006年,光纤通信窗口扩展到4、5窗口及S波段,光纤通信窗口全面打开,新开发四种新品种光纤,光纤特性更趋完善。 


(1)、非零色散位移单模光纤G.655光纤(第三、第四窗口) 


为抑制密集波分复用(DWDM)系统中的四波混频(FWM)和交叉相位调制(XPM),减小光通道间的非线性干扰,非零色散位移光纤(WZDSF)在1993年问世了。


先是朗讯推出真波光纤,接着康宁推出了大有效面积LEAF光纤。


这些光纤一开始工作在第三窗口,即C波段(1530-1565nm)。1995年后,扩展到第四窗口,即L波段(1565-1625nm)。


1996年,ITU-T制定了G.655标准。1998年之后,在全世界得到广泛应用。


(2)、低水峰单模光纤G.652C(第五窗口) 


1998年,朗讯推出了全波光纤(即低水峰光纤),使1383nm的水峰几乎不存在(衰减<0.31dB/km),打开了光纤的第五窗口,即E波段(1360-1460nm)。


1999年,中国开始用全波光纤做光缆,用于九江电信。


2000年,ITU-T制定了G.652C标准。


2001年,康宁做出了低水峰光纤。


2002年,G.652C光纤在全世界推广。


从此,单模光纤从1260nm至1625nm波长范围内,具有优异的衰减性能。



2002年5月,ITU-T对于单模光纤通信系统光波段划分为O、E、S、C、L、U。



多模光纤850nm称为第一窗口,单模光纤O带为第2窗口,C带称第3窗口,L带为第4窗口,E带为第5窗口。



多模光纤和单模光纤的通信波段汇总起来,如下表所示:




—— The End ——

本文整理自网络。


延伸阅读:

光纤工作波段的简明科普



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