U3LA光纖：5G時代長途干線的新寵

  ICCSZ訊 光纖自1970年問世以來，迄今已有近50年歷史，且產(chǎn)品種類和相關技術還在不斷完善和革新之中。中國的光纖技術起步稍晚，第一根實用多模光纖是1977年由中國光纖之父趙梓森院士自主研發(fā)拉制，并在次年實現(xiàn)多模光纖通信的實用化。上世紀80年代是單模G.652光纖的輝煌時代，偉大的“八縱八橫”通信線路便在這一期間建設；90年代初，網(wǎng)絡大提速，通信系統(tǒng)由PDH向SDH過渡，色散問題成為光纖改善的重要指標;到了2005年，波分復用技術推動了光纖水峰的改善。時至今日，ICT逐步融合發(fā)展、5G商用蓄勢待發(fā)，頻分、波分已被更先進的交叉復用/空分復用取代，信息網(wǎng)絡朝更大容量、更高速率、更長中繼與傳輸距離方向演進。

  如今的光纖應用越來越廣泛，衍生出針對具體場景的傳能光纖、摻鉺光纖、摻鐿光纖、光子晶體光纖、耐高溫光纖等品類，但主流的大宗產(chǎn)品還是通信網(wǎng)絡用單模光纖，特別是在400G甚至更高級別的通信系統(tǒng)中，信噪比惡化和光纖的非線性效應成為制約通信距離的主要因素，傳統(tǒng)的G.652光纖無法滿足長距離傳輸系統(tǒng)的需求，新型超低損耗大有效面積光纖U3LA就成為新時代超高速骨干傳送網(wǎng)的主要選擇。

  U3LA指具有超低衰減、超大有效面積的光纖，滿足ITU-T 中的G.654.E光纖標準。這類光纖在超100G系統(tǒng)中應用占有很大優(yōu)勢，超低衰減確保光纖較遠的傳輸距離，超大有效面積確保光纖在較高的入纖功率下減小傳輸系統(tǒng)的非線性效應。此外，光纖的機械特性還必須滿足成纜、施工等工程應用的需要。

  1) 有效面積大

  對于超100G而言，長途傳輸系統(tǒng)用摻鉺光纖放大器(EDFA)代替中繼器，這樣，由于光纖非線性造成的信號變形成了主要問題。光纖介質(zhì)的非線性效應來自光纖的非線性極化效應，當入纖光功率超過一定數(shù)值后，由于G.652光纖有效截面積很小(50~80μm2 )，使得纖芯中的光功率密度過高，從而誘導了光纖材料的非線性極化，明顯影響了信號光的相位、脈沖形狀和功率演化。光纖的非線性效應與信號的光功率密度成正比，因此可以通過適度增加光纖的有效面積來減小非線性。烽火超低損大有效面積光纖，在保證超低衰減性能的同時，有效面積可達到130μm2。

  2) 衰減低

  隨著光纖技術不斷發(fā)展，光纖的衰減值從1970年的20dB/km降至現(xiàn)在的0.2dB/km以下，但是通信系統(tǒng)速率不斷提升，使得光纖在衰減上有進一步降低的需求，2015年國內(nèi)廠家研制出的低損耗單模光纖衰減能控制在0.185dB/km以內(nèi);由于國外技術封鎖，國內(nèi)廠家在超低損耗光纖ULL技術方面比國外廠家起步略晚，但近兩年追趕較快，已研制出衰減在0.170dB/km以內(nèi)的超低損耗單模光纖。在ULL技術基礎上，烽火于2017年利用國際首創(chuàng)的VAD+PCVD+OVD三步法開發(fā)出超低損耗大有效面積光纖U3LA，其光纖衰減小于0.170 dB/km，典型值0.165dB/km。

  3) 超強抗彎

  G.654.E標準規(guī)定光纖必需達到G.652.D的彎曲特性，在此基礎上，以烽火U3LA為典型的光纖還兼具超強抗彎性能，裸纖能達到接入網(wǎng)用G.657.A2的抗彎水平。這種特性能確保光纖適應各種結構程式的光纜制造工藝，目前成纜后平均衰減也能保證在0.166dB/km以下，最大衰減為0.176dB/km@1550nm 。

  U3LA光纖作為下一代高速通信的理想介質(zhì)，優(yōu)點是顯而易見的，各大運營商及研究機構近年來積極進行該光纖的應用性試點和驗證工作。

  2015年8月開始，中國聯(lián)通就在新疆哈密、青島同步開展了低損耗大有效面積光纖光纜陸地試驗網(wǎng)工程(當時G.654.E標準尚未發(fā)布)，驗證新型光纖的傳輸能力和環(huán)境適用性。通過架空敷設和高速管道敷設，驗證了新型光纖光纜在中國不同地區(qū)的普適性，驗證了G.654.E光纖對400G傳輸性能提升，主要貢獻來源于光纖有效面積增大，低損耗只是次要因素;有效面積110μm2和130μm2兩類G.654.E光纖的機械性能和環(huán)境性能并不存在明顯差異。

  2018年1月，光纖通信技術和網(wǎng)絡國家重點實驗室組織對烽火通信的超低損耗光纖進行網(wǎng)絡系統(tǒng)驗證試驗，發(fā)現(xiàn)U3LA光纖與普通單模光纖相比，在相同的誤碼率條件下，U3LA光纖的入纖功率較普通G.652光纖提升2dB，能有效避免因為入纖功率過高而帶來的光學非線性效應，超低損耗大有效面積光纖可比普通G.652.D光纖額外多傳輸1600km，傳輸距離提升超過50%。

  中國移動研究院日前組織完成了國內(nèi)首次單載波400G OTN結合新型光纖的實驗室一階段測試，基于大有效面積超低損耗G.654.E光纖及常規(guī)G.652光纖，在主流通信設備廠商的設備上進行了單載波400G系統(tǒng)傳輸性能測試對比。在此次測試中采用的新型光纖有效面積為120~130μm2, 比常規(guī)G.652.D光纖增大50%;1550nm窗口的典型衰減值為0.168dB/km，比常規(guī)G.652D光纖降低了約20%，兩種優(yōu)勢的疊加，G.654.E光纖比常規(guī)G.652.D光纖的傳輸性能有明顯提升，可有效降低高階調(diào)制信號的非線性效應、延長400G系統(tǒng)傳輸距離。

  經(jīng)過運營商、研究機構、企業(yè)、行業(yè)協(xié)會等組織的共同努力，中國的U3LA光纖產(chǎn)業(yè)鏈條已逐步完善，核心技術逐步向國際最先進水平靠攏，在產(chǎn)品標準、工程應用、知識產(chǎn)權等方面成果顯著，為2019年的5G商用鋪平了道路，但還是存在一些問題：

  1、兼容性：由于各大廠商生產(chǎn)的U3LA光纖在波導設計及材料組份上或多或少存在差異，因此不同廠商的U3LA光纖在進行熔接時，可能會存在熔接不良、單向損耗偏大等問題。這需要考慮將模場直徑、剖面結構等某些關鍵特性歸一化，在實際應用中進一步縮嚴光纖有效面積范圍。

  2、成本：由于U3LA光纖的制作工藝較G.652.D復雜，大規(guī)模生產(chǎn)目前還存在問題，生產(chǎn)成本較高。不能一味追求降低光纖衰減系數(shù)，需兼顧成本和技術難度。

  此外，U3LA光纜產(chǎn)品質(zhì)量可靠性、穩(wěn)定性還需持續(xù)改進，從現(xiàn)有主流廠家產(chǎn)品數(shù)據(jù)來看，光纖在成纜前和成纜后、以及自然存放一段時間后、光纜施工后的某些技術指標有一定下降，產(chǎn)品成品率有待進一步提高。

  烽火通信超低損耗大有效面積U3LA光纖是目前超大容量、超長傳輸、超高速率傳輸系統(tǒng)理想的傳輸介質(zhì)，可以為客戶帶來可靠性與性能的雙重保證，與運營商及廣大同行進一步推動超高速網(wǎng)路架構下光纖光纜技術水平的不斷提升;密切配合客戶及上下游產(chǎn)業(yè)完善各類光纖產(chǎn)品的性能優(yōu)化工作，化解技術推進過程中的痛點，早日迎來中國的5G時代。