单模光纤Ｓ波段开展试验

 
　　摘要：综述单模光纤最近新辟Ｓ波段的实验动态。首先介绍光纤从Ｃ波段和Ｌ波段扩充至Ｓ波段的过程，然后说明了Ｓ波段使用的掺铥光纤放大器和拉曼放大器的构成，最后报道了Ｓ波段的长途传输试验和Ｃ波段、Ｌ波段和Ｓ波段这三个波段联合运用试验的简况。

　　要害词　光纤通信；Ｃ波段、Ｌ波段和Ｓ波段；掺铒光纤放大器；掺铥光纤放大器；拉曼放大

　　1　前言

　　当今信息时代，众多通信用户日常需用的通信业务量不断快速增长，这使原有的Ｃ波段（1525-1565nm）和Ｌ波段（1570-1616nm）显得不够，故亟需发掘更多的传输波段。

　　在最新发现的1475-1510nm宽约35nm的Ｓ波段中，损耗和色散值都不太大，特性也较为平坦，适用于ＤＷＤＭ（密集波分复用），并且与Ｃ波段和Ｌ波段相连。但原来用于Ｃ波段和Ｌ波段的ＥＤＦＡ（掺铒光纤放大器）已明显地不适用该波段，而最近试制成功的掺铥光纤放大器（ＴＤＦＡ）可以对Ｓ波段提供有用的功率放大。

　　2　用于Ｓ波段的ＴＤＦＡ

　　ＴＤＦＡ是通过在氟化物光纤的纤芯中掺铥（Ｔｍ3+）制成的，它可将增益带宽从Ｓ+1450--1480ｎｍ移至Ｓ波段1480-1510ｎｍ。ＴＤＦＡ有两种制作方法：1）采用1.4μｍ和1.56μｍ两个波长的泵浦；2）在纤芯中掺入高浓滤Ｔｍ3+。现有报道称用一个500ｍＷ、1.4μｍ泵浦源和双通结构掺入高浓度Ｔｍ3+（6×10-3质量百分比），可获得高达42％的功率转移效率。双通结构是通过波分复用耦合器将泵浦功率分别耦合到两段长度分别为3ｍ和5ｍ的掺铥光纤中，此掺铥光纤是Ｔｍ3+共掺ＺＢＬＡＮ（ＺｒＦ4-ＢａＦ2-ＬａＦ3-ＡｌＦ3-ＮａＦ3）。试验结果，在1480-1510ｎｍ波段放大器增益为26dB，输出功率23.9ｄＢｍ，噪声系数小于7ｄＢ，功率转移效率42％。现在ＴＤＦＡ可提供8路波长一同放大，每路载荷信号10Ｇｂ／ｓ，因而总的信号速率为80Ｇｂ／ｓ。

　　3　用于ｓ波段的拉曼放大器

　　从最近发表的研究报道得到，在Ｓ波段采用“全拉曼”放大器作为沿线放大器，可以补偿1488-1518ｎｍ光纤线路的损耗和色散，也可用作发送端和接收端放大器。拉曼放大包含两部分：1）沿线分布放大；2）两级组合的分立放大器。

　　Ｓ波段的拉曼放大器第一个传输试验是采用6个各长100ｋｍ的ＮＺＤＳＦ（非零色散位移光纤）环路盘，该光纤的零色散波长位于1400ｎｍ以下，仍符合Ｇ.655标准的要求，可避免四波混频，且具有较小的色散斜率，并与拉曼放大器中的ＤＣＦ（色散补偿光纤）的色散斜率相匹配。为了进行多路传输，利用40个可调谐ＤＦＢ（分布反馈式）激光管，波长间隔为100ＧＨｚ，由阵列波导光栅（ＡＷＧ）作为合波器，合成40路覆盖1488.5-1517.9ｎｍ。每个波长各通过ＭＺ（马赫-曾德尔）调制器受到10Ｇｂ／ｓ　ＮＲＺ数字信号的调制。这就形成40×10＝400Ｇｂ／ｓ信号经过拉曼放大器沿6×100＝600ｋｍ光纤线路传输，相当于400×600＝240（Ｔｂ／ｓ）.ｋｍ传输，试验结果表明，在30μｍ宽的波段，色散变化为200ｐｓ／ｎｍ，经过600ｋｍ传输后光信噪比在0.1ｎｍ内约为23ｄＢ，各路间的差异不大于3ｄＢ，眼图和输出谱图都很好。甚至在某一种除去仍没有引起四波混频的串扰，总的来说，Ｓ波段传输和拉曼放大器的试验结果是合乎通信要求的。

　　第二个传输试验是在整个Ｓ波段有20路光信号波长，间隔为200ＧＨｚ，共占用1493-1523ｎｍ的30ｎｍ宽度。调制的数字信号速率10.67Ｇｂ／ｓ，传输线路用标准的单模光纤，分10段，总距离867ｋｍ，沿线共有11个拉曼放大器串接。每一放大器可提供增益30ｄＢ，噪声系数5.5ｄＢ，放大器每路输入功率+1ｄＢｍ，平均每一放大器输出功率+14ｄＢｍ，实际上每个拉曼放大器的输出功率至少有+19ｄＢｍ。试验结果表明，平均接收的光信噪比在0.1ｎｍ带宽内约为20.7ｄＢ。对于数字信号10.67Ｇｂ／ｓ，没有利用任何纠错码方式，误码率小于10-12。总之，Ｓ波段的这些长途线路试验取得了令人满足的结果。

　　4　Ｃ、Ｌ、Ｓ三波段联合运用试验

　　在国际会议上公开报道的大容量光纤传输系统中，最近的最高记录是在一根光纤上同时传输数字信号速率高达10Ｔｂ／ｓ数量级的ＤＷＤＭ系统。显然，这样的大容量系统必须联合运用Ｃ波段、Ｌ波段和ｓ波段三个波段，以提供现阶段光纤可能实现的最大波宽。具体地说，这个大容量系统需要占用1475-1610nm可能的波段，它包括了Ｓ波段1476.81-1508.01ｎｍ、Ｃ波段1526.83-1563.05ｎｍ和Ｌ波段1570.01-1610.06ｎｍ。按波长间隔50ＧＨｚ计，Ｓ波段约容纳85路，Ｃ波段约容纳92路，Ｌ波段约容纳96路，总共273路。每路波长受数字信号40Ｇｂ／ｓ调制，总的数字信号达到273×40Ｇｂ／ｓ＝10.92Ｔｂ／ｓ。

　　在这样由三个波段联合运用的实验线路中，Ｃ波段和Ｌ波段两个波段使用ＥＤＦＡ，Ｓ波段则使用最近试制成功的ＴＤＦＡ，此外还加用拉曼光纤放大器。由于各路波长间隔很近，发送端Ｓ波段的85路激光管分成43路和42路两组，分别由两个ＡＷＧ复接，实行数字调制，两组信号利用偏振复接器合成，即一组水平偏振和一组垂直偏振信号合成，然后，Ｓ波段全部信号与Ｃ波段、Ｌ波段合成为一个总的波段。同理，在接收端，Ｓ波端与Ｃ波段、Ｌ波段分开后，须按照不同偏振分成两组。

　　实验线路117ｋｍ包含两段，各有纯石英纤芯光纤（ＰＳＣＦ）40ｋｍ和反向色散光纤（ＲＤＦ）19ｋｍ、18ｋｍ。实验测得，三个波段的光信噪比很均匀，三个波段各路接收数字信号的误码率都小于10-9，有些波长甚至小于10-12，三个波段的眼图清楚。总之，由三个波段（Ｓ波段、Ｃ波段、Ｌ波段）联合运用的大容量10Ｔｂｓ／的光纤传输系统，实验表明是实际可行的。