U3LA光纤：5G时代长途干线的新宠

2018-05-06 03:46

光纤自1970年在美国问世，迄今已有近50年历史，且产品种类和相关技术还在不断完善和革新之中。中国的光纤技术起步稍晚，第一根实用多模光纤是1977年由中国光纤之父赵梓森院士自主研发拉制，并在次年实现多模光纤通信的实用化。上世纪80年代是单模G．652光纤的辉煌时代，伟大的“八纵八横”光缆干线网便在这一期间建设；90年代初，网络大提速，通信系统由PDH向SDH过渡，色散问题成为光纤改善的重要指标；到了2005年，波分复用技术推动了光纤水峰的改善。时至今日，ICT逐步融合发展、5G商用蓄势待发，频分、波分已被更先进的交叉复用／空分复用取代，信息网络朝更大容量、更高速率、更长中继与传输距离方向演进。

如今的光纤应用越来越广泛，衍生出针对具体场景的传能光纤、掺铒光纤、掺镱光纤、光子晶体光纤、耐高温光纤等品类，但主流的大宗产品还是通信网络用单模光纤，特别是在400G甚至更高级别的通信系统中，信噪比恶化和光纤非线性效应成为制约通信距离的主要因素。传统的G．652光纤无法满足长距离传输系统的需求，新型超低损耗大有效面积光纤U3LA就成为新时代超高速骨干传送网的主要选择。

U3LA指具有超低衰减、超大有效面积的光纤，满足ITU－T中的G．654．E光纤标准。这类光纤在超100G系统中应用占有很大优势，超低衰减确保光纤较远的传输距离，超大有效面积确保光纤在较高的入纤功率下减小传输系统的非线性效应。此外，光纤的机械特性还必须满足成缆、施工等工程应用的需要。

01 、有效面积大

对于超100G而言，长途传输系统用掺铒光纤放大器（EDFA）代替中继器，导致光纤非线性造成的信号变形成了主要问题。光纤介质的非线性效应来自光纤非线性极化效应，当入纤光功率超过一定数值后，由于G．652光纤有效截面积很小（50～80μm2），使得纤芯中的光功率密度过高，从而诱导光纤材料的非线性极化，明显影响了信号光的相位、脉冲形状和功率演化。光纤非线性效应与信号光功率密度成正比，因此能通过适度增加光纤的有效面积来减小非线性。烽火超低损大有效面积光纤，在保证超低衰减性能的同时，有效面积可达到130μm2。

02 、衰减低

随着光纤技术不断发展，光纤衰减值从1970年的20dB／km降至现在的0．2dB／km以下。但通信系统速率不断提升，光纤在衰减上还有进一步降低需求，2015年国内厂家研制出的低损耗单模光纤衰减能控制在0．185dB／km以内；由于国外技术封锁，国内厂家在超低损耗光纤ULL技术方面比国外厂家起步略晚，但近两年追赶较快，已研制出衰减在0．170dB／km以内的超低损耗单模光纤。在ULL技术基础上，烽火于2017年利用国际首创的VAD＋PCVD＋OVD三步法开发出超低损耗大有效面积光纤U3LA，其光纤衰减小于0．170dB／km，典型值0．165dB／km。

03、超强抗弯

G．654．E标准规定光纤必需达到G．652．D的弯曲特性。以烽火U3LA为典型的光纤还兼具超强抗弯性能，裸纤能达到接入网用G．657．A2的抗弯水平。这种特性能确保光纤适应各种结构程式的光缆制造工艺，目前成缆后平均衰减也能保证在0．166dB／km以下，最大衰减为0．176dB／km＠1550nm。

U3LA光纤作为下一代高速通信的理想介质，优点是显而易见的，各大运营商及研究机构近年来积极进行该光纤的应用性试点和验证工作。

2015年8月开始，中国联通就在新疆哈密、青岛同步开展了低损耗大有效面积光纤光缆陆地试验网工程（当时G．654．E标准尚未发布），验证新型光纤的传输能力和环境适用性。通过架空敷设和高速管道敷设，验证了新型光纤光缆在中国不同地区的普适性，G．654．E光纤对400G传输性能提升，主要贡献来源于光纤有效面积增大，低损耗只是次要因素；有效面积110μm2和130μm2两类G．654．E光纤的机械性能和环境性能并不存在明显差异。

2018年1月，在光纤通信技术和网络国家重点实验室组织下，对烽火的超低损耗光纤进行网络系统验证试验。发现U3LA光纤与普通单模光纤相比，在相同的误码率条件下，U3LA光纤的入纤功率较普通G．652光纤提升2dB，能有效避免因为入纤功率过高而带来的光学非线性效应，超低损耗大有效面积光纤可比普通G．652．D光纤额外多传输1600km，传输距离提升超过50％。

日前，中国移动研究院组织完成了国内首次单载波400GOTN结合新型光纤的实验室一阶段测试，基于大有效面积超低损耗G．654．E光纤及常规G．652光纤，在主流通信设备厂商的设备上进行了单载波400G系统传输性能测试对比。在此次测试中采用的新型光纤有效面积为120～130μm2，比常规G．652．D光纤增大50％；1550nm窗口的典型衰减值为0．168dB／km，比常规G．652．D光纤降低了约20％。两种优势的叠加，G．654．E光纤比常规G．652．D光纤的传输性能有明显提升，可有效降低高阶调制信号的非线性效应、延长400G系统传输距离。

经过运营商、研究机构、企业、行业协会等组织的共同努力，中国的U3LA光纤产业链条已逐步完善，核心技术逐步向国际最先进水平靠拢，在产品标准、工程应用、知识产权等方面成果显著，为即将到来的5G商用铺平了道路，但也存在一些问题：

1、兼容性：由于各大厂商生产的U3LA光纤在波导设计及材料组份上或多或少存在差异，因此不同厂商的U3LA光纤在进行熔接时，可能会存在熔接不良、单向损耗偏大等问题。这需要考虑将模场直径、剖面结构等某些关键特性归一化，在实际应用中进一步缩严光纤有效面积范围。

2、成本：由于U3LA光纤的制作工艺较G．652．D复杂，大规模生产目前还存在问题，生产成本较高。不能一味追求降低光纤衰减系数，需兼顾成本和技术难度。

此外，U3LA光缆产品质量可靠性、稳定性还需持续改进，从现有主流厂家产品数据来看，光纤在成缆前和成缆后、以及自然存放一段时间后、光缆施工后的某些技术指标有一定下降，产品成品率有待进一步提高。

烽火超低损耗大有效面积U3LA光纤是目前超大容量、超长传输、超高速率传输系统理想的传输介质，能为客户带来可靠性与性能的双重保证，与运营商及广大同行进一步推动超高速网路架构下光纤光缆技术水平的不断提升。密切配合客户及上下游产业完善各类光纤产品的性能优化工作，化解技术推进过程中的痛点，早日迎来中国的5G时代。