光纤新技术【精选九篇】

华为光纤接入网络技术创新有哪些?

1 引言

目前，光进铜退在全球范围内已经成为了接入网的建设发展趋势。 基于PON技术的FTTx的接入网络不但需要承载更高带宽的业务，也承载着电信运营商们如何在高清时代实现固网复兴的伟大理想。在网络融合、业务融合的大趋势下，华为的光纤接入网络方案从架构、性能，业务承载、运维等方面实现了革命性的技术创新，适应运营商建设统一、面向未来、自动化的绿色接入网络的诉求。

2 华为光纤接入网络创新技术

（1）多业务承载能力

随着运营商重组，我国三大基础电信运营商已经实施全业务经营，而接入网作为基础承载网络，需要承载话音、数据、视频甚至移动基站回传等多种业务。复杂的历史原因使得传统接入网形成了“一种业务建设一种接入网”的“烟囱式”网络结构，这极大地增加了运营商的网络建设成本和运营成本，华为光接入网方案体现了“大容量、高接入带宽、多业务QoS等级支持能力”的特点，使得接入网向统一、融合、高效承载平台的方向演进成为了现实可能。针对个人接入，华为FTTx可以提供超高带宽的高清视频体验， 又可以满足企业用户的高业务质量保障，高可靠性、高安全性要求的专线承载业务；针对移动基站的回传业务，FTTx可以提供高精度时钟传送，高可靠性接入的要求。

（2）大容量、广覆盖

简化网络层次，扁平化网络，对节点数最多的接入网来说意义重大。目前，华为推动的“大容量、少局所”的建设方式逐渐成为接入网的主流方式。“大容量、少局所”意味着OLT覆盖的用户数量增加，相应地对OLT系统容量、背板带宽、端口密度、覆盖距离等特性提出了新的要求。华为发布的第一个大容量光接入平台，就已经前瞻性地实现了960G交换容量，40G总线，单板8个PON口，多10G上联口和60km长距离PON技术。目前，华为大容量光接入平台已在现网上规模使用，这为光纤接入网络提供了良好的业务扩展性。

（3）多场景接入

为了向用户提供更高速率的接入服务，适应未来宽带市场及全业务市场竞争的需要，光进铜退的FTTx建设模式已经成为接入网络的主流建设模式。光纤“进”到哪里最合适是一个非常复杂的问题，需要考虑用户的带宽需求、现有接入介质、接入点的选择、机房、供电、运维、监管政策等众多的因素。目前，华为通过PON设备的技术融合和创新发展，可以为运营商提供一种一体化、全场景接入的FTTx解决方案，既能满足CO，FTTC，FTTB，FTTH，FTTO，FTTM的需求，又能提供铜线，P2P，P2MP接入。

（4）高可靠性

随着OLT容量越来越大，覆盖的用户数量增多，同时也承载了企业接入和移动承载等业务，对于FTTx网络可靠性的要求也越来越高。华为的PON设备设计，提供了OLT设备重要部件（如电源板、主控板、上行接口板甚至用户接口板）的冗余保护，同时在组网保护方面，对于重要客户或关键业务，OLT提供线路上的Type B和C保护，以及上行网络层面的保护，以避免单点故障、实现可靠接入。目前，通过板件、线路和网络3个层面的端到端冗余保护解决方案，将可以实现业务在50ms内完成故障倒换，为用户提供永远在线的高可靠性业务体验。

（5）自动化部署、运维

随着光进铜退的推进，远端接入节点越来越靠近用户，节点数量成数十倍、百倍的增长，场景多样，设备种类增多，因此设备开通、配置、升级繁杂；同时远端设备走出机房，设备的运行环境较差，故障率增加；设备分布广，故障现场处理工作量大。针对这些问题，传统的接入设备已不能满足FTTx网络的需部署和运维需求。通过积极的实践和有效创新，华为已经实现了远端设备的即插即用和免调测、自动业务发放、设备远程自动升级、故障自动诊断、配置数据自动配置等一系列的自动化部署和运维功能，使FTTx网络的大规模部署成为可能。

（6）绿色环保

节能减排成为关系社会可持续发展的热门话题，建设可持续发展的绿色宽带网络也成为电信运营商的重要社会责任和提高赢利的重要途径之一。

光进铜退，用光纤替代铜缆本身就是节能降耗的方案。此外，网络的各个环节都需要绿色设计，才能建设一个绿色环保的端到端网络。

光纤大容量、长距离通信优势还需要配合超大容量OLT才能实现，目前华为大容量OLT规格达到了Tbit，单框最大可支持1万用户，超大的容量意味着OLT能够一步到位放到中心机房中，配合光纤远距离优势，能够真正减少为数众多的节点机房，进而使得机房租用费用以及总体耗电量显著降低；与此同时，原本需要出车到站点维护的工作将可以集中在中心机房中完成，省去了人员移动的麻烦，并节省了由此带来的能源消耗。

国内的FTTB将会是主流的建设模式之一，FTTB的推广使得接入节点进一步靠近最终用户，因此通信设备也将更多地出现在社区的楼道当中。楼道应用由于更接近居民，通常都没有良好的散热条件。而通信设备通常散热量都比较大，为了有效散热，通常都配有大风扇。但是大风扇的运转会产生持续的噪音污染，影响居民的正常生活。另外，有咨询显示，楼道设备因风扇损坏造成设备返修的几率为20%。小麻烦带来大问题，派人、出车、返修都为社会带来不必要的资源消耗。目前，针对楼道应用，华为率先提出了无风扇的设计概念。无风扇设计带来的好处，首先是直接消除了噪声污染；其次，直接避免了由风扇损坏造成的设备返修带来的一系列问题；还有就是节省了电能。以每台设备2个风扇，每风扇平均功耗5W，若全网使用10万个，仅无风扇设计这一项全年全网将能节省近450万千瓦时。

3 结束语

在网络融合的大趋势下，多功能、高集成度、大容量、高带宽、广覆盖和绿色节能成为设备的基本特征，尤其是对于海量部署的接入层设备，这些特性直接影响到运营商的网络架构、部署计划，甚至是投资计划。作为IP及光接入时代的领导者，华为成为国内和全球领先运营商中商用项目最多的FTTx解决方案供应商，为用户提供新型的高速互联网和三网融合服务接入能力。

什么是光纤接入技术

随着通信业务量的不断增加，业务种类也更加丰富，人们不仅需要语音业务，高速数据、高保真音乐、互动视频等多媒体业务也已经得到了更多用户的青睐。这些业务不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，而传统的接入方式已经满足不了需求，因此只有带宽能力强的光纤接入才能将瓶颈打开，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥出来。

作为光纤接入中极有优势的PON技术早就出现了，它可以和多种技术相结合，比如ATM、SDH和以太网等，分别产生APON，GPON和EPON。由于ATM技术受到IP技术的挑战等问题，APON发展基本上停滞不前，甚至走下坡路，但有报道指出由于ATM交换在美国广泛应用，APON将用于实现FTTH方案；GPON对电路交换性的业务支持最有优势，又可以充分利用现有的SDH，但是技术比较复杂，成本偏高；相比之下，EPON 继承了以太网的优势，成本相对较低，但对TDM类业务的支持难度相对较大。所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内来传送的网络技术。现今95% 的局域网都使用以太网，所以选择以太网技术应用于对I P 数据最佳的接入网是十分合乎逻辑的，并且原有的以太网只限于局域网，而且M A C 技术是点对点的连接，在和光传输技术相结合后的EPON 不再只限于局域网，还可以扩展到城域网，甚至广域网，EPON 众多的MAC技术是点对多点的连接。另外光纤到户也采用EPON 技术。GPON 和EPON各有优势和不足，二者谁将在未来的光通信中更胜一筹，我们还要拭目以待。

日前，中科院光电技术研究所自适应光学重点实验室李新阳、耿超课题组在相干偏振合成技术研究上取得新进展：提出了基于光纤器件的相干偏振合成技术，分别采用相位控制和偏振控制的方法实现了高效的光纤内相干偏振合成。该技术基于全保偏光纤器件，无需考虑空间误差的影响，系统稳定性高、可靠性好、易于与其他光纤器件相结合，在基于相控阵的空间相干光通信系统中有很大的潜在应用价值。相关结果以杨燕为第一作者分别发表于近期的Applied OpTIcs和IEEE Photonics Technology Letters.

为了缓解大气湍流对相干光通信的影响，目前主要采用两种技术手段，分别是“大口径望远镜+单孔径自适应光学技术”和“相控阵技术”。相较于第一种技术，相控阵技术具有望远镜尺寸小、成本低、可靠性高等优点。在基于相控阵的空间相干光通信系统中，接收光束被接收阵列分成多束。因此，如何将多束携带通信信号的子光束高效地合成至一束激光十分重要。针对这一问题，该课题组提出了基于光纤器件的相干偏振合成技术。两束偏振态互相垂直的线偏振光可利用光纤偏振合束器合为一束光，由于输入光束相位差的变化，合成光束为任意偏振态（图a）。为了控制合成光束为线偏振光，以进行下一级合成或用于通信信号的解调，该课题组分别提出了相位控制（图b）和偏振控制（图c）两种方法，并进行了理论分析及实验验证。结果表明，这两种方法均能实现高效的相干偏振合成，将多束线偏振光高效地合成至一根保偏光纤中，并输出线偏振光。

该工作得到了国家自然科学基金、中科院创新基金和西部之光等项目的支持。

相干偏振合成原理图（a）开环（b）相位控制闭环（c）偏振控制闭环

PBC为光纤偏振合束器，PC为光纤相位补偿器，DPC为偏振控制器

基于偏振控制的3路相干偏振合成实验结果

光纤路由技术有很多值得学习的地方，这里我们主要介绍光纤路由技术原理。今天的城域网特征可以归结为竞争激烈的、不可预测的、受业务要求的和固有的效率低下的业务形式。

客户需要的城域网必须满足更宽范围的要求，这种要求可以用一种对下一代前沿光网络模型来描述，就是允许服务提供商提供面向未来的服务，这种要求包括：无限可扩展的多服务平台，基于标准的多协议支持，动态并有效的网络资源提供，可理解的生存定义，标准的集成网络管理，模块化的可靠的体系结构等等。在多数城域网中，很清楚地显现出SDH/SONET光纤路由技术已经不再能灵活地适应这种正在形成的大城市网络的要求，这些网络包含了大量的原有的设备来支持话音业务，不能有效地扩展以满足不断增长的数据业务的要求，而且，SDH/SONET不能真正地提供服务提供商所期望的灵活的服务保证级别。解决城域网光纤耗尽问题越来越紧迫，未来的光纤路由技术发展将主要围绕在扩展长度和降低成本上。

DWDM科技为城市网络不断增长的带宽要求提供了解决方案，城域网服务提供商在某种程度上要求无限可扩展的、面向未来的网络解决方案，可以为更广泛的客户基础提供灵活的、透明的和更有前瞻性的服务。这些解决方案更容易提供一种经济的迁移方案，把今天的基于语音的光纤路由技术迁移到下一代城域光网络，最大限度地保护提供商的现有投资。爱立信公司TeraMatrix解决方案被设计用来在城域范围内迎接这种挑战和机会。TeraMatrix光波长路由器是一个为了满足面对城域服务提供商复杂的挑战而设计的标准的DWDM解决方案。基于光透明传输设计，TeraMatrix在全范围的客户协议种类和信号格式上提供迅速的服务提供和快速的保护支持。

城域运营商部署这种通用的光路由解决方案，能够保留他们已部署的光纤路由技术，同时实现了到下一代光纤路由技术体系结构更经济的迁移。通过部署爱立信公司EPC和GiGaMUX解决方案，同时联合TeraMatrix，运营商将能够获得真正的端到端的透明光网络。

TeraMatrix的主要特性

TeraMatrix是一种通用的光平台，为迁移到下一代光网络，使服务提供商能够构建前沿的面向未来的城域光网络。这个解决方案的主要特点是用来满足客户要求，顺应城域市场快速出现的新趋势。其主要特征是：光透明传输，多协议支持;快速，智能提供;多级可生存性;集成网络管理;无限可扩展性，可靠的模块化设计。这些特征将在以后各期分别讨论。TeraMatrix是一种通用的光平台，为迁移到下一代光网络，使服务提供商能够构建前沿的面向未来的城域光网络。这个解决方案的主要特点是用来满足客户要求，顺应城域市场快速出现的新趋势。

光透明传输，多协议支持

TeraMatrix全光交换矩阵，对信号格式和比特速率是透明的，同时内建波长级的监视，全光透明提供给服务提供商一个面向未来的网络，为他们持续演进到更高比特速率帧标准，保护了网络升级成本。另外，由于交换矩阵是全光的，光电转换不再需要，消除了附加设备和空间的需要，更大程度地节约了成本并提高了空间利用效率。这些特征，允许在一个通用的平台体系结构上真正的多协议互操作性，客户业务的差异，要求城域光网络支持许多协议的混合传输，如TDM语音、数字视频、FDDI、ESCON(企业系统连接)、光纤通道。TeraMatrix本身具有的透明传输设计，使它全部满足这些要求。

快速，智能提供

TeraMatrix的动态波长路由和可管理的能力，使网络运营商可以实时地按需提供带宽，完成客户不可预知的响应请求。缩短了提供服务到市场的时间，使服务提供商在竞争激烈的市场上具备了一个竞争优势。Tera?Matrix同样支持为环形、HUB形应用快速地提供服务，它的一个主要优点是面向未来的迁移策略。TeraMatrix的内建智能同样提供先进的光服务质量(QoS)和服务级别协议(SLA)服务，提高了客户预期，带来了可预知的竞争优势。先进的服务定义了一种能力，这种能力是服务提供商采用不同的光QoS和SLA绑定服务的能力。使运营商能够给客户更广的不同选择来定义客户的服务等级，这些功能为更广泛客户提供了更灵活和有效的服务定义。

TeraMatrix使用标准的多协议lambda交换(MPLS)框架来进行智能的、动态的波长连接光纤路由技术，同样，也可进行自动拓扑和资源发现。通过采用基于IP的框架，获得了IP-OVER-DWDM的无缝结合，在以数据为中心的市场中提供了另一个主要优势。TeraMatrix解决方案同样有网络优化和规划工具，来帮助实现平滑的和长期的优化网络性能。一个例子就是流量工程被采用来改变业务的部署。

多级可生存性

TeraMatrix解决方案提供了易理解的、基于标准的保护功能，支持更广泛的客户协议的要求，这些特点包括：任务苛刻的服务和时间敏感的其他服务都能快速地恢复。TeraMatrix保护解决方案允许运营商实现许多各种形式的服务恢复计划，包括：线性、环形、网状保护方案，实际上，TeraMatrix的主要竞争优势在其先进的网状拓扑保护能力上。

集成的网络管理

TeraMatrix带Teramanager，是一个集成的、基于标准的网络管理解决方案。这是运营商使用的一个与协议独立的解决方案，从提供传送、性能监测到计费管理都与管理客户无关。Teramanager的特点是有着易于定义的、用户友好的通用用户界面，提供运营商更广泛的监测和控制能力，来支持不断复杂的网络环境

可扩展性，可靠的模块化设计

TeraMatrix的特点是一个可扩展设计，为运营商持续提供几个到几千个波长。这么宽范围的可扩展性，使它成为一个可行的解决方案。用来适应任何尺寸，范围从小的ISP到大的RBOL或CLECS。网元可靠性同样是TeraMatrix的主要特点。所有的苛刻的子系统都是全部冗余并能够迅速地带动业务升级。而且，模块结构非常紧凑，这是另外一个重要优势。TeraMatrix的固有的超级结构，使它成为满足不可预测的带宽需要和不断增长的城域网的理想的解决方案。

一、光纤收发器介绍

光纤收发器，是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器（Fiber Converter）。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，且通常定位于宽带城域网的接入层应用；如：监控安全工程的高清视频图像传输；同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。

二、光纤收发器作用

光纤收发器一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，同时在帮助把光纤最后一公里线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。有了光纤收发器，也为需要将系统从铜线升级到光纤，为缺少资金、人力或时间的用户提供了一种廉价的方案。光纤收发器的作用是，将我们要发送的电信号转换成光信号，并发送出去，同时，能将接收到的光信号转换成电信号，输入到我们的接收端。

1、按性质分

从光纤的性质来划分，可以分为多模光纤收发器和单模光纤收发器。它们两者的区别在于所传输的距离不一样，多模收发器一般的传输距离在2公里到5公里之间，而单模收发器覆盖的范围可以从20公里至120公里。

2、按收发数据分

单纤光纤收发器和双纤光纤收发器是按所需光纤分类的，单纤光纤收发器是接收发送的数据在一根光纤上传输；而双纤光纤收发器接收发送的数据在一对光纤上传输。

3、按网管分

按网管可以分为网管型光纤收发器和非网管型光纤收发器。

4、按管理类型分

按管理类型可分为网管型以太网光纤收发器和非网管型以太网光纤收发器，网管型以太网光纤收发器是支持电信级网络管理，而非网管型以太网光纤收发器是通过硬件拨码开关设置电口工作模式，即插即用。

5、按工作方式分

按工作方式来分，全双工方式是指当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作，这样的传送方式就是全双工制。

光网络用的各种光纤技术现状分析

光纤在各种光网络中的实际应用决定了对光纤技术性能的要求。对于短距离光传输网络，考虑的重点是适合激光传输和模式带宽更宽的多模光纤，以支持更大的串行信号信息传输容量。

对于长距离海底光缆传输系统而言，为了减少价格昂贵的光纤放大器数量应重点考虑采用具有大模场直径面积和负色散的光纤增大传输距离。

而对陆上长距离传输系统考虑的重点是能够传输更多的波长，而且每个波长都尽可能以高速率进行传输，同时还要解决光纤的色散问题，即使光纤的色散值随波长的变化达到最小值。

对于局域网和环形馈线来说，由于传输的距离相对比较短，考虑的重点是光网络成本而不是传输成本。就是说要解决好光纤传输系统中上/下路的分/插复用问题，同时还必须把插/分波长的成本降至最低。

传输用光纤

光纤技术在传输系统中的应用，首先是通过各种不同的光网络来实现的。截止目前，建设的各种光纤传输网的拓朴结构基本上可以分为三类：星形、总线形和环形。而进一步从网络的分层模形来说，又可以把网络从上到下分成若干层，每一层又可以分为若干个子网。也就是说，由各个交换中心及其传输系统构成的网与网还可以继续化分为若干个更小的子网，以便使整个数字网能有效地通信服务，全数字化的综合业务数字网(ISDN)是通信网的总目标。ADSL和CATV的普及、城域接入系统容量的不断增加，干线骨干网的扩容都需要不同类型的光纤担当起传输的重任。

色散补偿光纤(DCF)

光纤色散可以使脉冲展宽，而导致误码。这是在通信网中必须避免的一个问题，也是长距离传输系统中需要解决的一个课题。一般来说，光纤色散包括材料色散和波导结构色散两部分，材料色散取决于制造光纤的二氧化硅母料和掺杂剂的分散性，而波导色散通常是一种模式的有效折射率随波长而改变的倾向。色散补偿光纤是在传输系统中用来解决色散管理的一种技术。

非色散位移光纤(USF)以正的材料色散为主，它与小的波导色散合并以后，在1310nm附近产生零色散。而色散位移光纤(DSF)和非零色散位移光纤(NZDSF)是采用技术手段后，故意把光纤的折射率分布设计为可产生与材料色散相比的波导色散，使材料色散和波导色散相加后，DSF的零色散波长就移到了1550nm附近。1550nm波长是当前通信网中应用最多的一个波长。在海底光缆传输系统中，则是通过把两种分别具有正色散和负色散的光纤相互结合来组成传输系统进行色散管理的。随着传输系统的距离增长和容量的增加，大量的WDM和DWDM系统投入使用。在这些系统中，为了进行色散补偿又研制出了可在 C波段和L波段上工作的双包层和三包层折射率分布的DCF。在C波段上可进行色散补偿的SMF的色散值为60 65Ps/nm/km，其有效面积(Apff)达到23 28m2，损耗为0.225 0.265dB/km。

放大用光纤

在石英光纤芯层内掺杂稀土元素就可以制成放大光纤了，如掺铒放大光纤(EDF)，掺铥放大光纤(TOF)等等。放大光纤与传统的石英光纤具有良好的整合性能，同时还具有高输出、宽带宽、低噪声等许多优点。用放大光纤制成的光纤放大器(如EDFA)是当今传输系统中应用最广的关键器件。EDF的放大带宽已从C波段(1530 1560nm)扩大到了L波段(1570 1610)，放大带宽达80nm。最新研究成果表明EDF也可在S波段(1460 1530)进行光放大，且已制造出感应喇曼光纤放大器，在S波段上进行放大。

对于L波段(1530 1560nm)放大光纤，在高输出领域已研发出了双包层光纤。其中第一包层多模传输泵浦光，在纤芯单模包层传输信号光并掺杂钉(Yb)作感光剂，以增大吸收系数。

在解决光纤的非线性方面，采用共参杂Yb或La(镧)等稀土元素制作出EYDF光纤。这种光纤几乎无FWM发生。这是因为Yb离子与Er离子集结后增大了Er离子间的距离，解决了由于Ev离子过度集中集结而引起的浓度消光，同时也增加了Er离子掺杂量，提高了增益系数，从而降低了非线性。

对于L波段(1570 1610nm)放大光纤，已报导日本住友电工研发的采用C波段EDF需要长度的1/3短尺寸EDF而扩大到L波段的EDF。制作成功适合40Gb/s高速率传输，总色散为零的L波段三级结构光纤放大器。该放大器第一段为具有负色散的常规EDF，而第二、三段波长色散值为正值的短尺寸EDF。

对于S波段(1460 1530nm)放大光纤，日本NEC公司采用双波长泵浦GS-TD FA进行了10.92Tb/s的长距离传输试验，利用1440nm和1560nm双波长激光器(LD)实现了29%的转换率;NTT采用单波和 1440nm双通道泵浦激光器实现了42%的转换率(掺铥浓度为6000ppm);Alcatel公司采用1240和1400nm多波喇曼激光器实现了 48%转换率，同时利用800nm钛兰宝石激光器和1400nm多级喇曼激光器双波长泵浦实现了50%的转换率，最新报导日本旭硝公司又提出了以铋(Bi)族氧化物玻璃为基质材料的S波段泵浦放大方案。简而言之，需要解决的主要技术课题是如何降低声子能量成份的掺杂量和提高量子效率问题。

超连续波(SC)发生用光纤

超连续波是强光脉冲在透明介质中传输时光谱超宽带现象。做为新一代多载波光源受到业界广泛关注。从1970年Alfano和shapiro在大容量玻璃中观察到的超宽带光发生以来，已先后在光纤，半导体材料、水等多种多样物质中观察到超宽带光发生。

采用单模光纤的SC光源就是应用上述复数光源方法进行解决技术课题的一个有效手段。

1997年，日本NTT公司研发成功双包层和4包层折射率分布结构，芯经沿长度方向(纵向)呈现锥形分布，具有凸型色散特性的光纤。2000年又研发成功采用SC光的保偏光纤(PM-SC光纤)。

高非线性SC光纤大都采用光子晶体纤维和锥形组径纤芯纤维的高封闭结构，光子晶体纤维制造技术已取得了新的突破，今后的研究方向是低成本SC光纤制造技术及如何在下一代网络中具体应用。

光器件用光纤

随着大量光通信网的建设和扩容，有源和无源器件的用量不断增大。其中应用最多的是光纤型器件，主要有光纤放大器、光纤耦合器、光分波合波器、光纤光栅(FG)、AWG等。上述光器件必须具有低损耗、高可靠性、易于和通信光纤进行低损耗耦合和连接才能应用于通信网络中。于是就研发生产出了FG用光纤和器件耦合用光纤(LP用光纤)。

FG是石英系光纤中的GeO2、B2O3、P2O5等掺杂剂受紫外光照射或与H2发生化学反应后由于玻璃密度变化而引起折射率变化形成的。紫外线感应折射率的变化值因玻璃成份不同而不同，所以为了提高光敏特性，实现FG的长期温度稳定性，又研究了掺杂Sn，Sb等重金属而解决紫外线吸收问题。

现已开发研制出各种降低FBG损耗的光纤。如波导结构多层膜埋入光纤等，为进一步降低损耗，必须使包层和芯部的光敏特性尽量一致。在光敏特性变化量为10%、折射率变化量为1 10-3时则损耗值可小于0.1dB。

光器件用耦合光纤是随着AWG与PLC光器件性能不断提高而发展起来的，已开发出与PLC的MFD值相同的高△光纤;通过热扩散膨胀法(TEC)使普通光纤高△值光纤的MFD达到一致，这种新型光纤采用的TEC法可以使光纤的连接损耗由原来的1.5dB降至目前的0.1dB以下。

保偏光纤

保偏光纤最早是用于相干光传输而被研发出来的光纤。此后，用于光纤陀螺等光纤传感器技术领域。近几年来，由于DWDM传输系统中的波分复用数量的增加和高速化的发展，保偏光纤得到了更加广泛地应用。目前应用最多的是熊猫光纤(PANDA)。

PANDA光纤目前大量用作尾纤使用，与其它光纤器件相连接为一体在系统中使用。

单模不可剥离光纤(SM-NSP) 单模不可剥离光纤是一种即使去除光纤被复层以后仍有NSP聚脂层保留在光纤包层表面，以保护光纤的机械性能和高可靠性的新型光纤。

SM-NSP光纤与常规SM光纤具有相同的外径、偏心量、不因度精度。但是ASM-NSP光纤具有的机械强度大大高于SM，具有优良的可靠性，接续试验表明，无论是SM-NSP光纤相互连接还是把SM-NSP光纤与SM光纤连接，其接续特性、耐环境性能均良好。可广泛用于传输系统的光纤，是一种理想的新型配线光纤。

深紫外光传输用光纤(DUV)

目前固体激光器和气体激光器研究的课题之一就是深紫外光领域(250nm)的激光器振荡技术。在固体激光器领域，采用CLBO(CsLiB6O10)结晶的Nd:YAG激光器的四倍波(=266nm)、五倍波(=213nm);在气体激光器领域，F2(=157nm)，KY2(=148nm)，Ar2 (=126nm)，而采用ArF的环氧树脂激光器的振高波长=193nm等。

在半导体基片表面处理，在生物化学领域中对DNA的分析测试和化验、在医疗领域内对近视治疗等应用领域中，深紫外光都得到了极其广泛的应用。对能传输深紫外光的光纤开发工作也成为人所关注的重大技术课题。

从DUV光纤的损耗光谱化可以看出，在波长为=200nm时，传输损耗发生急聚变化，而在1240和1380nm处出现二个峰值，我们认为这是由OH的伸缩振动引起的吸收造成的。

相同的预制棒在拉丝过程中因拉丝条件不同，损耗光谱值也不同，DUV拉制过程中(当

光纤无源器件技术

光纤无源器件是光纤通信系统中的重要组成部分。按其功能分类，有光纤连接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器、光隔离器和光环行器等。光纤通信系统正在向接入网、宽带网、密集波分复用系统和全光网方向发展，对光纤无源器件的技术提出了新的更高的要求。因此，如何把握光纤无源器件的技术发展方向,以适应市场的需求，已成为业内人士所关注的问题。本文首先介绍光纤无源器件的技术概况，然后就光纤无源器件的技术发展方向，概括地说，就是光纤连接器的小型化、光纤耦合器的宽带化、波分复用器的密集化、光开关的矩阵化以及光纤无源器件的集成化，进行粗浅地讨论。

一、无源器件的技术概况

1.分类和应用

光纤无源器件种类繁多，结构纷呈，一般按器件的功能进行分类。

光纤(缆)连接器 在光纤通信线路中具有连接功能的器件。除光缆之间的固定接头外，大多是单芯或多芯的活动连接器，用于光缆与光配线架(ODF)的连接、光配线架与光端机的连接。

光纤耦合器 在光纤通信线路中个有分路或耦合功能的器件。按其端口配置的形式，又可分为树形耦合器和星形耦合器，一般由单个的1×2(Y型)耦合器和2×2(X型)耦合器级连而成，用于各种光纤网络，如光纤有线电视、局域网(LAN)等。

波分复用器 在光纤通信线路中可以对波长进行分割复用/解复用的器件。按复用波长的数量，可分为二波长复用器和多波长复用器;根据复用波长之间的间隔，又可分为粗波分复用器(CWDM)和密集波分复用器(DWDM)，用于各种波分复用系统、光纤放大器等。

光开关 在光纤通信线路中具有光路转换功能的器件。按其端口的配置，又可以分为多路光开关(1×N)和矩阵光开关(N×N)，一般由单个的1×2或2×2光开关级连而成，用于备用线路、测试系统和全光网络等。

光衰减器 在光纤通信线路中可以按要求衰减一部分光信号能量的器件。按衰减量的可调性，又可以分为固定衰减器和可调衰减器。

光隔离器 在光纤通信线路中使光信号只能单向传输的器件。

光环形器 使光信号只能沿固定途径进行环行传输的器件。

2.结构和工艺

光纤无源器件的结构和工艺大体可以分为3种。

第一种是全光纤型结构。它们在光路中只有光纤，没有其他光学零件。例如光纤端面接触式(又称近场型)连接器，采用精密加工的插头体(单芯一般为陶瓷，多芯一般为聚合物)，光纤插入并固定后进行研磨抛光，然后配以外围零件。又如熔融双锥耦合器(FBT)，采用微火炬加热并拉伸平行接触的两要光纤耦合区，使用形成双锥，通常称为熔融拉锥法。

第二种是分立元件组合型结构，又称微光器件。它们由光纤与自聚焦透镜、棱镜、滤波器等各种微小光学零件组成光路，其基本的光路是由光纤与2个1/4节距的自聚焦透镜组成的具有扩束/聚焦功能的平行光路。在2个1/4节距的自聚焦透镜之间，根据功能要求设置有关微型光学元件。

第三种是平面波导型结构，又称光子集成器件。其核心的光路是采用集成光学工艺根据功能要求而制成的各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合。

二、光纤连接器的小型化

光纤连接器是光纤系统中使用最多的光纤无源器件。目前的主流品种是FC型(螺纹连接式)、SC型(直插式)和ST型(卡扣式)3种，它们的共同特点是都有直径为2.5mm的陶瓷插针，这种插针可以大批量地进行精密磨削加工，以确保光纤连接的精密准直。插针与光纤组装非常方便，经研磨抛光后，插入损耗一般小于0.2dB。随着光纤接入网的发展，光缆密度和光纤配线架上连接器密度的不断增加，目前使用的连接器已显示出体积过大、价格太贵的缺点，因此小型化是光纤连接器的发展方向。

小型化之一是缩小单芯光纤连接器尺寸，开发小型化(SFF)的连接器，如美国朗讯公司的LC型连接器，日本NTT公司的MU型连接器，瑞士Diamond公司的E-2000型连接器。它们的插针直径只有1.25mm，所以组装密度比现有连接器要提高一倍多。LC型和MU型的插针为陶瓷材料，E-2000型的插针则为陶瓷-金属的复合结构。

小型化之二是开发适应带状光纤的多芯光纤连接器，即MT型的系列光纤连接器。例如，日本藤仓公司采用了mini-MT连接器套管，研制出体积更小、又完全符合日本家电连接器RJ-45标准要求的MT-RJ型二芯光纤连接器;美国US-Conec公司以MT元件为基础，研制了可以连接4，8，10，12芯光纤的MTP/MPO型光纤连接器;美国Siecor公司的小型MT光纤连接器，即小型MAC型连接器，它最多只能用于4芯光纤;此外，美国Berg电子公司也为光纤带研制了小型MAC型连接器，该连接器可以连接2-18芯光纤。这些连接器的插芯均采用聚合物材料制成。预计若干年后，小型化的单芯光纤连接器、以带状光纤连接器为主的多芯光纤连接器将与目前大量使用的直径为2.5mm插针的连接器并贺齐驱，形成三足鼎立的局面。

三、光纤耦合器的宽带化

当前，能进行大批量生产单模光纤耦合器的方法是熔融拉锥，当光纤纤芯变细形成双锥时，由于模场直径的扩大，使一根光纤的信号可以耦合到另一根中去。在这种方法中，由于光纤之间的耦合系数与波长有关，所以光传输波长发生变化时，耦合系数也会发生变化，即耦合器的分光比发生变化，一般分光比随波长的变化率为0.2%nm。这种耦合器允许的带宽一般只有±20nm，称为标准型耦合器。显然，在允许的带宽范围内，分光比的变化≤±4%。这种耦合器可称为波长平坦型耦合器。所以宽带化是耦合器的一个重要发展方向。

为制造宽带耦合器，许多公司在深入研究熔融双锥耦合理论或进行大量实践的基础上，对熔融拉锥的工艺进行了改进。例如，考虑到熔融双锥的耦合是周期性的，耦合周期愈多，耦合系数与传输波长的关系愈大，所以应尽量减少熔融拉锥中的耦合次数，最好在一个周期内完成耦合;又如，改变两要光纤的转播常数也可减小耦合系数与传输波长的关系，所以可选择两根不同纤芯直径的光纤进行熔融拉锥，也可对一根光纤腐蚀或预拉伸后再与另一根光纤一起进行熔融拉锥。

采用分立元件组合结构和平面波导结构，可以从根本上改善耦合器的带宽性。在分立元件结构的耦合器中，一般采用半透膜进行分光，可以通过膜层的设计和制造达到需要的带宽特性，在平面波导结构的宽带耦合器，带宽可以达到350nm，这是目前熔融锥法难以达到的。

四、波分复用器的密集化

当前使用的波分复用器主要是二波长的复用器，如1310/1550nm、980/1550nm和1480/1550nm3种，前者用于通信线路，后面两种用于光纤放大器，其制造方法也是熔融拉锥。随着密集波分复用系统的发展，多波长复用器的需求正在增加，因此复用系统的发展，多波长复用器的需求正在增加，因此复用波长之间的间隔正在缩小。波长之间的间隔为20nm时，一般称为粗波分复用器(CWDM);波长之间的间隔为1-10nm时，一般称为密集波分复用器(FDM)。有时也笼统地将这些多路复用器称为密集波分复用器。密集化是波分复用器的发展方向。根据制造方法的不同，密集波分复用器主要有3种类型：薄膜滤波器型、光纤布拉格光栅型和阵列波导光栅型。

薄膜滤波器是将多层介质膜置于2个1/4节距的自聚焦透镜之间,利用多层介质膜的干涉效应，制成对某一波长透明的带通滤波器(BWDM)，当复用的波长旁轴入射时，只有一个波长透射，其他波长则反射。数个这样的复用器连在一起，就可构成密集波分复用器。这种产品的一般性能为：通带宽度约13nm，隔离度≥25dB，回波损耗≥55dB，插入损耗≤4dB。

光纤布拉格光栅型利用紫外光诱导光纤纤芯的折射率发生周期性的变化，当折射率的周期性变化满足布拉格光栅条件时，相应的波长反射，其他波长则顺利通过。这种反射型光栅相当于一个带阻滤波器，又称切趾滤波器或切趾布拉格光栅。多相这样的光栅以一定的方式可以组成密集型波分复用器。

阵弄波导光栅型是采用平面波导的光子集成器件，其基本结构由3部分组成：输入/输出(I/O)光波导阵列、自由转播区平板波导和弯曲波导阵列。当弯曲波导之间的相位差满足光栅方程时，这种阵列波导即可实现复用/解复用功能。日本NTT研制出复用400个波长的波导阵列光栅，波长间隔为0.2nm，隔离度为30dB，每通道损耗为3.8-6.4dB，尺寸为124mm×64mm。常规用的32或64波长的AWG的波长间隔为0.8nm，隔离度为28dB，每通道的损耗为2-3dB。

当前这3种密集波分复用器技术以薄膜滤波器型最为成熟，约占总市场的45%;其次是阵列波导光栅型，约占总市场的40%;光纤布拉格光栅型比较适宜于制作50GHz(波长间隔为0.4nm)的密集波分复用器，约占总市场的15%。

五、光开关的矩阵化

近年来，随着密集波分复用系统和全光通信网的研究，要求在各结点上的交换，如光交叉连接(OXC)、光分插和复用(OADM)和保护倒换，直接在光层中完成，这就需要光开关。由于这些结点上进行交换的光纤和波长数量很多，所以这种光开关应当是大端口数的矩阵光开关。

大端口数的矩阵光开关一般由单个的1×2或2×2光开关级连而成。传统的机械式光开关虽然在插入损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性方面都有良好的性能，但它的尺寸比较大，动作时间比较长，一般为几十毫秒，不易组成大端口数的矩阵光开关。而非机械式光开关，主要是电光式的波导光开关，其开关速度在毫秒级到亚毫秒级，体积非常小，易于集成为大端口数的矩阵光开关，但共插入损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性等性能都比较差。为此，近年来出现了能集成大规模矩阵阵列而又有良好性能的两种新型光开关，即微机械光开关(MEMS)和热光开关。

微机械光开关是在平面光波导的基体帛制成机械光开关的动作机构，例如采用深蚀刻、浅扩散工艺，可制作出悬臂梁作为光开关的可动部分，悬臂梁的侧面可用作反射镜。在可动和固定部分之间的梭齿式交叉电极上没有电压时，光路有反射输出;加上电压时，悬臂梁在静电力的作用下产生一个位移，悬臂梁侧壁的反射输出为零，从而实现光的转换。

热光开关通过加热使光波导折射率发生变化，从而改变光输出方向。便如，气泡型光开关是两条平面光波导的交叉点上，蚀刻一条管沟，管沟内注入折射率匹配液，因而波导内的光信号可以进行直线传输。采用类似复用机中的热喷墨技术，在波导交叉点的匹配液内产生一个气泡，光信号在气泡的全内反射作用下，被反射到另一个光波导，从而实现光的转换。

目前国外大端口数的矩阵开关的性能已足以满足全光网的交换要求。例如，美国朗讯公司采用mems技术已研制出1296端口的光交叉连接，插入损耗为5.1db，隔离度为38dB。Agilent公司研制的32×32气泡型光开关，最大损耗为7.5dB。微机械式的转换时间仅为3.7ms，气泡型也小于10ms。

六、无源器件的集成化由上可见，无论是在耦合器的宽带化，还是在波分复用器的密集化以及光开关的矩阵化中，光子集成都是一条重要途径，甚至是惟一的途径。此外，光子集成器件还有体积小，易于大规模生产、成本低等优点，所以光子集成成化是许多光纤无源器件的发展方向。光子集成器件有时也称平面型光无源器件。根据基体的种类，光波导的铌到锂镀钛光波导、硅基体沉积二氧化硅光波导、InGaAsP/InP波导和聚合物(Polymer)波导。

铌酸锂镀钛光波导技术的开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀一层钛膜，然后进行光刻，形成需要的光波导图形，再进行扩散，并镀上二氧化硅保护层，制成平面光波导。该波导的损耗较大，一般为0.2-0.5dB/cm。

硅基二氧化硅光波技术是20世纪90年代发展起来的新技术，国外已比较成熟。其制造工艺有火炎水解法(FHD)、化学气相淀积法(CVD,日本NEC公司开发)、等离子CVD法(美国Lucent公司开发)、多孔硅氧化法和熔胶-凝胶(Sol-gel)等。这种波导和损耗很小，约为0.02dB/cm。国外利用这种波导已研制出60路、132路的AWG。

InGaAsP/InP光波导的研究也比较成熟，它可与InP基的有源与无源光子器件及InP基微电子回路集成在同一基片上，虽然它与石英光纤的模场不匹配，与光纤的耦合损耗较大，但可以光回路中引入SOA加以补足。聚合物(Polymer)光波导是近年研究的热点。这波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研制高速光波导开关、AWG等。德国HHI公司利用这种波导研制成功AWG在25-65℃的波长漂移仅为±0.05nm。聚合物波导及器件制作工艺简单，价廉，很有发展前景。

目前采用平面波导技术制造的无源器件不仅有宽带耦合器、波导阵列光栅(AWG)、大端口数矩阵光开关，而且还有多模干涉分束器，星形耦合器、波长隔离器以及硅微机械F-JP腔可变式衰减器等。由于它可以与有源器件以及微电子回路集成在同一基片上或封装在同一壳体内，构成混合集成光路，所以前途不可限量。

串口光纤猫可以实现光纤与RS-232/485/422串口的数据双向透明传输。由于光纤传输距离远（多模2KM，单模可达20，40，60KM），抗干扰能力强，是连接远程终端单元到主机和分散式集中控制系统的长距离传输的最佳选择，由于光纤具有极强的抗干扰能力，能够有效的避免雷击，浪涌和电磁干扰等对工业数据通信设备的破坏和通信线路的干扰，保证通信系统的稳定性。

串口光纤猫特点

支持点对点和环形（点对多点）连接方式，支持RS-232/485/422接口，支持RS-232485/422多种异步通信协议，支持两线半双工（RS-485）四线全双工通信方式（RS-422）光纤接口ST，SC，FC可选（需定制），光纤通信距离多模2KM，单模可达20KM，40KM，60KM，数据通信速率最高可达120Kbps。

串口光纤猫技术参数

接口特性：串口符合EIARS-232/485协议

传输介质：单模/多模（光纤），屏蔽双绞线（串口）

电气接口：DB9（RS-232串口）工业接线端子（RS-485/422串口）

工作方式：异步工作，点对点或多点，2线半双工，4线全双工

防雷保护：600WTVS防雷管防浪涌保护（RS-485/422串口）

传输速率：300bps—115200bps

外观尺寸：100L*69W*22H毫米

使用环境：温度：-20℃－60℃，湿度：5%—95%

传输距离：多模2KM，单模20KM（40KM，60KM需定制）

光纤接口：ST，SC，FC接口任选。

串口光猫应用领域

串口光猫，广泛应用于各种工业控制，分布数据采集等场合，特别适合电力系统自动化、交通控制等部门。

破解优质光纤密码的关键技术:光纤涂料

光纤涂料是光纤的重要组成部分，它的存在使得光纤能够在长距离、复杂环境下工作的同时还保持长期稳定性能及信号质量低损耗。光纤涂料产品质量日益成为评估一个网络长期性能稳定的重要因素。

《通信产业报》：光纤涂料主要应用有哪些方面？

唐红炬：光纤涂料主要应用于光纤制棒后的拉丝工艺中。

预制棒是光纤的原料，对光纤的性能、质量起着至关重要的作用，是光纤生产的核心技术。而拉丝工艺，通常是将气相沉积法工艺和外包层技术结合制成的大预制棒直径缩小且保持芯包比和折射率分布恒定的操作。

简单说，光纤涂料最重要的应用就是在光棒高温拉成光纤的时候，由特定的化学工艺(比如热固化和紫外固化)将其直接涂到光纤上。通俗来讲，可以将光纤涂料比作是光纤的贴身内衣，而光缆则相当于光纤的外衣。

《通信产业报》：光纤涂料的主要作用有哪些？

唐红炬：3G网络建设使电信运营商对光纤的需求大增，4G、IPTV、高清晰电视、HDTV、视频会议等也对光纤提出了更高的要求。而光纤涂料是当今高速光纤网络的重要组成部分，有助于防止信号流失，延长光纤使用寿命，提升性能。影响光纤质量的主要有两点：预制棒有气孔，这跟光纤的生产工艺和技术密切相关；另外一点，也是最容易被忽视的一点便是光纤涂层材料。

实际上，光纤涂料有两个主要的作用，最重要的是确保光纤正常工作。光纤是一个十分脆弱的产品，它需要通过涂料充分保证高速有效的信号传输。其次是光纤需要用涂料确保运营商在一定网络性能下收取相关的收入。

《通信产业报》：光纤涂料在整个光纤网络投资中的地位如何？

唐红炬：光纤涂料同光纤光缆、光端机、光收发机等一样，是光网络中很重要的一环，地位至少可以并列排到前五名。如果没有性能过硬、质量过硬的涂料，现有光纤网络就无法保证能够准确、完整地进行信号传输。像移动运营商一样，在成本压力下，光纤制造商同样希望能够进一步提高自己光纤网络的质量。在光纤投资里涂料也面临这样的风险，光纤涂料如果做不好，就面临收入的丢失和服务质量的下降。

为了满足客户需求，并为客户提供服务，运营商进行了大量的投资。在整个光纤网络投资当中，业界普遍认为光纤涂料没有什么问题，但从安全的角度来看，光纤涂料是人们了解最少而又很重要的组成因素。

需要特别注意的一点是：光纤网络作为一个整体其中每个环节都十分重要，都是缺一不可。

《通信产业报》：光纤涂料如何解决光纤微弯问题？

唐红炬：光纤微弯的产生，是因随机的不均匀受力，如光纤轴产生微小的变形，振幅发生微米变化，长度发生毫米变化。微弯能引起信号衰减，甚至永久性信号传输终止。可见在光纤承载信号时，微弯导致的信号衰减对网络质量影响很大。

光纤涂料内含有的特定化学成分可以有效提高光纤的柔韧程度，大大提高光纤的微弯敏感性，降低微弯对光纤的影响。从而帮助电信运营商减少使用昂贵的中继器和网络电力供应，也能降低如因季节变化导致光纤网络老化所需的维护费用。

《通信产业报》：相对于光纤，光纤涂料的质量如何衡量？

唐红炬：实际上，光纤涂料本身质量也有好坏之分，光纤涂料越好，越可以更好地保护光纤，而且经过长期使用之后质量依然可靠。而光纤涂料往往是投资者容易忽视的重点。光纤涂料的问题不仅是中国特有的问题，在世界上其他国家，在不同时段我们都看到光纤涂料存在问题。对抗微弯敏感性的提高可以提高信号的传输强度，只有通过使用良好的光纤涂料才能保证光纤网络长期有良好的运行，这对未来的发展也十分重要。

可以这样总结光纤涂料对光纤整体性能表现的重要性——没有优质光纤涂料，就没有优质的光纤网络，从而也就没有当今高速互联网的存在。

《通信产业报》：新形势下光纤对光纤涂料有何新需求？

唐红炬：光纤的发展对光纤涂料提出了新的需求，光纤所有者越来越关注光纤宏弯，宏弯实际上与光纤的纤丝有关系。性能方面，光纤本身要能够坚固耐用，并降低成本，同时，光纤生产整体速度又不能降低。新型涂料需要进一步满足光纤生产厂家的整体要求，包括拉纤速度、生产光纤的速度，同时又不会降低光纤质量。此外，光纤涂料要能够确保光纤的使用寿命足够长。因为光纤投资往往都很大，一旦铺设下去，就需要有稳定的质量，即便外界有更极端的温度，光纤性能也不能受影响。

在光纤传输方面，光纤涂料要对不同的光波进行保护。不同的光波对微弯的敏感性不一样。因此，考虑到未来光波频谱的频率，新型涂料要确保能够防止微弯对未来波长的影响，确保信号本身的强度得到很好的保持。通过保持信号强度，可以降低成本，不用再增加一些额外的光缆和线缆，同时也不用增加中继器、信号增强器等器件所带来的成本。

《通信产业报》：目前国内外光纤涂料市场的整体发展状况如何？

唐红炬：目前，国内有光纤涂料生产能力的厂商不过十家，相对来讲较成规模的是上海的飞凯公司。国外的光纤涂料技术则主要掌握在老牌的光纤涂料生产厂商，比如荷兰帝斯曼迪索公司。2000年前，国际上的光涂料市场基本被美国本土公司垄断，2000年后，部分日韩厂商开始挤入国际市场。中国本土的光纤涂料生产企业虽然起步较晚，但发展迅速，在国内已经占有50%以上的市场份额，但在国际上的竞争力还有待提高。