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2007/06/29
作者：唐仁杰
一、引言
众所周知，FTTH用光缆的敷设安装费用很高，并且光缆的工作寿命至少25年。当前安装的网络必须支持高带宽、低延迟、高速率的应用，如VoIP（voice-over-Internet-Protocol)、IP视频等等。同时，社会信息化的发展速度很快，25年内不知会有多少新事物出现。为了在光缆的寿命期内避免由于带宽不足而重新布线，在初次布线设计时，就应当考虑到今后几十年的带宽需求。耗用带宽最大的是图像传输。今后几十年，视频将以各种方式渗透我们的日常生活。将来要发展数字高清电视、三维高清图像，每户带宽需求将达到Gbs甚至几十Gb/s。根据2005年9月美国OFS的一篇关于FTTH设计的文章的统计与预测，从1998到2020年期间，美国家庭每户的带宽/速率需求，将每4年增长4倍，以40%的平均年增长率递增。到2020年，将需要1Gbps的接入速度，参见表1。
这样，FTTH馈线（从电信局到无源分束器）的速率将需要40到100Gb/s，通信距离一般在十几公里范围以内。对于这样高的速率，这么长的距离，再考虑到将来可用CWDM方式升级扩容，采用低水峰单模光纤做馈线是有远见的选择。本文主要介绍低弯曲损耗低水峰光纤的最新进展，内容包括英国电信（BT）最近对于光纤弯曲研究的新发现、IEC、ITU-T对于低弯曲损耗光纤标准的研究动向以及美国OFS最近推出的弯曲特性比常规单模光纤改善5倍的第一款零水峰的G.652D。
二、国际上对于光纤弯曲损耗及催化性光纤损坏的最新研究
据BT公司最新3年来的研究，当光纤遭受过于严重的弯曲时，光就会从纤芯泄漏到涂覆层中，一些光被吸收并转换成热能。如果涂覆材料遭遇到足够高的光功率，就会转变为一种高度吸收性的材料，从而使温度急剧上升到600℃以上。这种高热量，将引起光纤本身变形，实际效果上如同光纤断裂，在最严重的情况下，涂覆材料将会燃烧，该现象称为催化性损坏。这对于通信用户、电信运营商、光纤生产厂家都是值得关注的问题。运营商如BT、NTT，光纤生产厂家如康宁、OFS和德拉克都已经开始研究该问题。
该问题是高光功率与光纤的严重弯曲结合造成的。这种问题可在任何采用拉曼放大器的陆地或海底无中继链路中遇到，也会发生在FTTH-PON系统中。当光功率超过100mW、弯曲损耗大于1dB时，就危险了。需要继续研究最大的安全功率，但是，这与不同的光纤设计及涂覆材料的化学性质有关。BT已经研究了多种措施来解决该问题，如限制网络中的光功率，使之低于某最大值；改善光纤处理设备和操作程序，确保光纤弯曲直径大于某最小值。不过，最有吸引力的长期策略 是要求光纤制造者开发新型光纤，这可以通过降低弯曲损耗和改进涂覆材料性能来达到。据2006年年初报道，在2005年10月召开的IEC技术委员会TC86光纤标准会议上，该弯曲光纤及催化性损坏问题成为讨论的热点之一。该会议之后，TC86的下一步工作就是建立一种标准的方法，用该方法评估各种解决该问题的技术方案，使运营商能够选择他们喜欢的解决方案。究竟哪个解决该问题的技术方案为主，很大程度上取决于IEC的研究结论和制定的标准。
2006年2月6~17日，ITU-T第15研究组在瑞士日内瓦召开了2005-2008研究期的第3次全体会议。该次会议的内容之一是讨论了接入网光纤标准，计划制定二个新建议。其一是 G.smx，规范用于接入网的单模光纤光缆特性；其二是 G.mmx，规范用于接入网的50/125 -GI多模光纤光缆特性；也讨论了接入网光纤的宏弯特性问题。目前，G.smx规范的新型单模光纤的主要特色已经明确。据2006年7月报道，ITU-T第15研究组正在起草适于FTTH的一种新型光纤的标准/建议，该建议的临时文件号码是ITU-T G.smx。该草稿提出的光纤性能要求为：在能够全面满足G.652D要求的条件下，增加更严格的宏弯损耗指标。该新光纤的宏弯损耗比现有G.652光纤的改善5-10倍。这类光纤的微弯特性也有所改善。有意义地放松了对于FTTx布线时路由的限制，也改善了成缆后光纤的特性。预计将在2006年底之前完成草稿。
三、国际上最近推出的弯曲特性改善的低水峰单模光纤
早在2002-2003年，国际上各大光纤公司就针对FTTH/X应用纷纷开发以低弯曲损耗为主要特点的单模光纤，例如荷兰德拉克的BendBright SMF和日本住友的PureAccess、PureAccess-Ultra等，以上这些光纤都是在G.652A/B基础上的改进。最近2年来的新动向是，开发弯曲特性改善的低水峰光纤。
1、康宁公司的弯曲特性改善的SMF-28e光纤
2003年3月，美国康宁在宣布以其低水峰光纤（SMF-28e）取代普通单模光纤（SMF-28）作为其标准光纤产品的同时，也宣布了对SMF-28e若干项产品指标的提升。其中最重要的是抗弯曲特性的改善。表2列出了康宁SMF-28e产品指标的提升。
4、OFS公司的具有出色弯曲特性的第一款零水峰G.652D光纤
在2006年3月6日美国Anaheim举行的OFC/NFOEC会议上，OFS介绍了该公司的新型光纤：AllWave® FLEX Zero Water Peak （ZWP） single-mode fiber。据介绍，该光纤是第一款具有出色的弯曲特性的零水峰G.652D光纤。是为FTTH、企业网络以及其它任何可能遭遇小弯曲直径的应用场合而设计制造的。该光纤在1260-1625nm的全部可用波长范围内保持非常低的弯曲损耗，可以弯成20mm的光纤圈，该光纤圈在1625nm下引起的附加损耗< 0.5 dB，在1550nm下引起的附加损耗< 0.2 dB，比常规单模光纤的弯曲特性好5倍。该光纤的微弯特性也比常规单模光纤的好2倍，因此，有助于改善高应力、低温环境的光缆性能。此外，还有卓越的几何尺寸控制，使熔接/连接器连接的损耗最低；超低而稳定的PMD，利于长距离高带宽应用。在2006年6月，OFS发布了关于推出该新型光纤——AllWave FLEX ZWP fiber的白皮书，据该白皮书介绍，该新型光纤采用了优化的波导设计，用VAD芯棒加套管技术制造的预制棒。除了其弯曲特性比常规652D改进5倍之外，其它特性也有改进。例如，衰减系数、模场直径公差、几何尺寸精度等。表4列出了该新型光纤的主要特性参数。当前，该新型光纤已经得到应用。
四、结束语
社会信息化正在快速发展，FTTH/X正在推动着光纤光缆市场的恢复和持续增长。FTTH/X的特殊环境要求与之相适应的新型光纤。本文介绍的以G.652为基础的弯曲特性改进型低/零水峰单模光纤正在标准化过程中。适于FTTH/X的光纤不限于本文介绍的弯曲特性改进型，也不限于G.652型。据报道，ITU-T第15研究组今后的工作包括制定用于光纤接入网的非G.652类型的光纤标准，如GI型多模石英光纤、微结构光纤或者称光子晶体光纤（PCF）、塑料光纤（POF）等等都在考虑之列。有研发能力的光纤厂家在这方面大有可为。
众所周知，FTTH用光缆的敷设安装费用很高，并且光缆的工作寿命至少25年。当前安装的网络必须支持高带宽、低延迟、高速率的应用，如VoIP（voice-over-Internet-Protocol)、IP视频等等。同时，社会信息化的发展速度很快，25年内不知会有多少新事物出现。为了在光缆的寿命期内避免由于带宽不足而重新布线，在初次布线设计时，就应当考虑到今后几十年的带宽需求。耗用带宽最大的是图像传输。今后几十年，视频将以各种方式渗透我们的日常生活。将来要发展数字高清电视、三维高清图像，每户带宽需求将达到Gbs甚至几十Gb/s。根据2005年9月美国OFS的一篇关于FTTH设计的文章的统计与预测，从1998到2020年期间，美国家庭每户的带宽/速率需求，将每4年增长4倍，以40%的平均年增长率递增。到2020年，将需要1Gbps的接入速度，参见表1。
表1 对于美国家庭每户带宽/速率需求的统计与预测
| 年份 | 1998 | 2003 | 2008 | 2012 | 2020 |
| 带宽需求，Mb/s | 1.5 | 6 | 24 | 100 | 1000 |
二、国际上对于光纤弯曲损耗及催化性光纤损坏的最新研究
据BT公司最新3年来的研究，当光纤遭受过于严重的弯曲时，光就会从纤芯泄漏到涂覆层中，一些光被吸收并转换成热能。如果涂覆材料遭遇到足够高的光功率，就会转变为一种高度吸收性的材料，从而使温度急剧上升到600℃以上。这种高热量，将引起光纤本身变形，实际效果上如同光纤断裂，在最严重的情况下，涂覆材料将会燃烧，该现象称为催化性损坏。这对于通信用户、电信运营商、光纤生产厂家都是值得关注的问题。运营商如BT、NTT，光纤生产厂家如康宁、OFS和德拉克都已经开始研究该问题。
该问题是高光功率与光纤的严重弯曲结合造成的。这种问题可在任何采用拉曼放大器的陆地或海底无中继链路中遇到，也会发生在FTTH-PON系统中。当光功率超过100mW、弯曲损耗大于1dB时，就危险了。需要继续研究最大的安全功率，但是，这与不同的光纤设计及涂覆材料的化学性质有关。BT已经研究了多种措施来解决该问题，如限制网络中的光功率，使之低于某最大值；改善光纤处理设备和操作程序，确保光纤弯曲直径大于某最小值。不过，最有吸引力的长期策略 是要求光纤制造者开发新型光纤，这可以通过降低弯曲损耗和改进涂覆材料性能来达到。据2006年年初报道，在2005年10月召开的IEC技术委员会TC86光纤标准会议上，该弯曲光纤及催化性损坏问题成为讨论的热点之一。该会议之后，TC86的下一步工作就是建立一种标准的方法，用该方法评估各种解决该问题的技术方案，使运营商能够选择他们喜欢的解决方案。究竟哪个解决该问题的技术方案为主，很大程度上取决于IEC的研究结论和制定的标准。
2006年2月6~17日，ITU-T第15研究组在瑞士日内瓦召开了2005-2008研究期的第3次全体会议。该次会议的内容之一是讨论了接入网光纤标准，计划制定二个新建议。其一是 G.smx，规范用于接入网的单模光纤光缆特性；其二是 G.mmx，规范用于接入网的50/125 -GI多模光纤光缆特性；也讨论了接入网光纤的宏弯特性问题。目前，G.smx规范的新型单模光纤的主要特色已经明确。据2006年7月报道，ITU-T第15研究组正在起草适于FTTH的一种新型光纤的标准/建议，该建议的临时文件号码是ITU-T G.smx。该草稿提出的光纤性能要求为：在能够全面满足G.652D要求的条件下，增加更严格的宏弯损耗指标。该新光纤的宏弯损耗比现有G.652光纤的改善5-10倍。这类光纤的微弯特性也有所改善。有意义地放松了对于FTTx布线时路由的限制，也改善了成缆后光纤的特性。预计将在2006年底之前完成草稿。
三、国际上最近推出的弯曲特性改善的低水峰单模光纤
早在2002-2003年，国际上各大光纤公司就针对FTTH/X应用纷纷开发以低弯曲损耗为主要特点的单模光纤，例如荷兰德拉克的BendBright SMF和日本住友的PureAccess、PureAccess-Ultra等，以上这些光纤都是在G.652A/B基础上的改进。最近2年来的新动向是，开发弯曲特性改善的低水峰光纤。
1、康宁公司的弯曲特性改善的SMF-28e光纤
2003年3月，美国康宁在宣布以其低水峰光纤（SMF-28e）取代普通单模光纤（SMF-28）作为其标准光纤产品的同时，也宣布了对SMF-28e若干项产品指标的提升。其中最重要的是抗弯曲特性的改善。表2列出了康宁SMF-28e产品指标的提升。
表2 康宁2003-03对SMF-28e产品指标的提升
| 特性项目 | 以前的指标 | 提升后的指标 | 备注 |
| MFD公差 | 10.4±0.8（μm） | 10.4±0.5（μm） | 严格了38% |
| 在1550nm的弯曲损耗 | R=25mm，100圈 0.1dB |
R=25mm，100圈 0.05dB |
降低到50%；小于标准规定值的1/10 |
| 在1625nm的弯曲损耗 | R=30mm，100圈 0.1dB |
R=30mm，100圈 0.05dB |
降低到50%；是标准规定值的1/10 |
2、住友公司的新型抗弯曲低水峰光纤
在IWCS-2004会议上，日本住友报道了其研制的新型抗弯曲低水峰光纤，称为PureAccess-Ultra（Enhanced）。该光纤的主要技术特点是特别抗弯曲（参见表3）：在1625nm下可允许的长期弯曲半径减小到7.5mm，仅为常规产品指标的1/4；当瞬时弯曲半径减小到5mm时，在1625nm下引起的弯曲损耗为0.05dB/圈，仅为常规产品指标的1/20。不过，该光纤的MFD标称值减小到6.3μm，已经低于G.652标准的下限（8.6μm），不符合目前的G.652标准了。
表3 日本住友PureAccess-Ultra（Enhanced）与其它光纤的抗弯曲特性比较
| 特性项目 | ITU-T G.652C-2003 | G.652C产品 | PureAccess | PureAccess-Ultra（Enhanced） |
| 1310nm的MFD μm |
（8.6-9.5）±0.7 | 9.2 | 标称 8.6 | 标称 6.3 |
| λcc，最大值，nm | 1260 | 1260 | 1260 | 1260 |
| 弯曲特性 1625nm，长期 |
R=30mm，100圈0.5dB | R=30mm，100圈0.5dB | R=30mm，100圈0.5dB | R=7.5mm，100圈0.5dB |
| 弯曲特性 1625nm，瞬时 |
-- | 3dB/圈，R=5mm | 1dB/圈，R=5mm | 0.05dB /圈 R=5mm |
3、德拉克公司的符合ITU-T G.652.D的耐弯曲光纤
在2005年7月，Draka Comteq's公司于宣布推出适合接入网、分配网应用的'BendBright'光纤。该光纤在1310-1625nm范围可允许的弯曲半径减小到常规单模光纤的1/2，为15mm，其它特性不变。可使用更紧凑的连接盒、机架、接入端机。该光纤符合ITU-T G.652D标准，与其它常规单模光纤包括该公司的ESMF完全相容。Draka Comteq's公司的北美光纤部商务经理说，利用该光纤这些新增的强项，可避免系统安装过程中的返工，减少对于人员操作的敏感性，可采用更紧凑的连接/接入金具，从而在当前和将来都能够节约运营商的时间和金钱。4、OFS公司的具有出色弯曲特性的第一款零水峰G.652D光纤
在2006年3月6日美国Anaheim举行的OFC/NFOEC会议上，OFS介绍了该公司的新型光纤：AllWave® FLEX Zero Water Peak （ZWP） single-mode fiber。据介绍，该光纤是第一款具有出色的弯曲特性的零水峰G.652D光纤。是为FTTH、企业网络以及其它任何可能遭遇小弯曲直径的应用场合而设计制造的。该光纤在1260-1625nm的全部可用波长范围内保持非常低的弯曲损耗，可以弯成20mm的光纤圈，该光纤圈在1625nm下引起的附加损耗< 0.5 dB，在1550nm下引起的附加损耗< 0.2 dB，比常规单模光纤的弯曲特性好5倍。该光纤的微弯特性也比常规单模光纤的好2倍，因此，有助于改善高应力、低温环境的光缆性能。此外，还有卓越的几何尺寸控制，使熔接/连接器连接的损耗最低；超低而稳定的PMD，利于长距离高带宽应用。在2006年6月，OFS发布了关于推出该新型光纤——AllWave FLEX ZWP fiber的白皮书，据该白皮书介绍，该新型光纤采用了优化的波导设计，用VAD芯棒加套管技术制造的预制棒。除了其弯曲特性比常规652D改进5倍之外，其它特性也有改进。例如，衰减系数、模场直径公差、几何尺寸精度等。表4列出了该新型光纤的主要特性参数。当前，该新型光纤已经得到应用。
表4 OFS新型零水峰光纤——AllWave FLEX ZWP fiber的主要特性参数
| 衰减系数（未成缆） | ||
| 波长，nm | 衰减系数，dB/km | 备注 |
| 1310 | ≤0.35 | |
| 1383 | ≤0.31 | 氢老化后数据；典型值0.28 |
| 1490 | ≤0.24 | |
| 1550 | ≤0.21 | |
| 1625 | ≤0.24 | |
| 宏弯特性 | ||
| 应用条件 | 波长，nm | 附加衰减，dB |
| 1圈，20mm直径 | 1550 | ≤0.2 |
| 1625 | ≤0.5 | |
| 1圈，32mm直径 | 1550 | ≤0.02 |
| 1625 | ≤0.05 | |
| 100圈，50mm直径 | 1550 | ≤0.01 |
| 1625 | ≤0.01 | |
| 几何特性 | ||
| 包层直径，μm | 125 ±0.7 | |
| 芯-包层同心度误差，μm | ≤0.5 | 典型值≤0.2 |
| 包层不圆度，% | ≤1 | |
| 模场直径 | ||
| 波长，nm | MFD，μm | |
| 1310 | 8.5-9.3 | |
| 1550 | 9.5-10.5 | |
社会信息化正在快速发展，FTTH/X正在推动着光纤光缆市场的恢复和持续增长。FTTH/X的特殊环境要求与之相适应的新型光纤。本文介绍的以G.652为基础的弯曲特性改进型低/零水峰单模光纤正在标准化过程中。适于FTTH/X的光纤不限于本文介绍的弯曲特性改进型，也不限于G.652型。据报道，ITU-T第15研究组今后的工作包括制定用于光纤接入网的非G.652类型的光纤标准，如GI型多模石英光纤、微结构光纤或者称光子晶体光纤（PCF）、塑料光纤（POF）等等都在考虑之列。有研发能力的光纤厂家在这方面大有可为。
