作者：劉源/黃麗艷/雷學義

　　摘要：文章介紹了一種單模超低損耗G.652光纖，其與普通G.652D光纖的實驗對比表明，這種光纖在損耗、受激布里淵散射閥值、偏振模色散等方面具有較大優勢，而其他指標則處于相當水平。另外文章分析表明，在一定條件下這種光纖也具有相對的經濟性優勢。在“十二五”智能電網大發展的時期，這種光纖無疑將是延長配套光纖通信傳輸距離的另一有效解決方案。

　　0 引言

　　超長站距光通信技術已被成功應用于國家電網的多個跨區和示范工程中，超長站距光通信技術延長了中繼距離，減少了中繼站的數量，在提高通信系統可靠性的同時也節約了大量建設和維護資金，在實際投產的項目中，2.5 Gbit/s速率下采用雙向喇曼的通信段的單跨距離已經達到了321 km。現有的理論研究及實際工程中，主要傾向于通過提高光功率預算的方式來延長光信號的傳輸距離，但所能獲得的光功率總預算已幾乎達到了極限水平[1]，因此，在保證其他性能指標的前提下，選擇衰耗更低的光纖成為延長光傳輸距離的另一途徑。

　　1 超低損耗光纖及其特性

　　本文所指的超低損耗光纖是康寧公司生產的SMF-28 ULL(Ultra Low Loss，超低損耗)新型光纖，這種光纖于2008年正式投入商用，國網信息通信有限公司于2009年聯合康寧公司和武漢光迅公司在國內率先對該種光纖做了比較系統的測試和傳輸實驗(以下簡稱“聯合實驗”)。2010年，國內幾家光纜制造企業用該種光纖做了OPGW成纜實驗，中國電信、康寧和華為也對該種光纖進行了聯合測試。2010年底，受國家電網公司委托，國網信通公司對這種光纖進行了出國考察。下面將從該種光纖的衰減特性、受激布里淵散射閾值、偏振模色散特性及其他特性進行介紹。

　　1.1衰減特性

　　超低損耗光纖為G.652標準光纖，使用了純硅纖芯，在1550 nm處的衰減值為0.17～0.18 dB/km，比普通G.652光纖的0.2 dB/km指標低0.02～0.03 dB/km，典型值為0.168 dB/km。在聯合實驗中，其實測值為0.169 dB/km，而在2010年通光公司的成纜實驗中，其實測值則達到了0.166 dB/km[2]。

　　嚴格來講，超低損耗光纖屬于G.652B光纖，屬非低“水峰”光纖，但由于“水峰”所在的E波段在通信中幾乎沒有實際的使用，所以并不影響它在通信系統中的應用。根據實際測試，除了在E波段大部分頻點上的衰減值高于G.652D光纖外，超低損耗光纖在1310 nm所在的O波段、1480 nm所在的S波段、1550 nm所在的C波段、L波段及U波段的衰減均明顯低于G.652D光纖[2]。

　　對于短距離傳輸，衰耗從0.2 dB/km降低到0.166 dB/km(即每千米損耗降低0.034 dB)，效果不會很明顯，因為以80 km計算，總的衰耗值降低了2.72 dB，可以延長傳輸距離16 km。但是對于超長站距而言，以321 km來計算，總的衰耗值降低了10.914 dB，則可以延長傳輸距離65 km。相同衰耗條件下普通G.652光纖與ULL光纖所能傳輸的距離對比如圖1所示。

　　圖1相同衰耗下，普通G.652光纖與ULL光纖傳輸距離的對比

　　Fig.1 the comparison of transmission distance between using common G.652 fiber and ULL fiber under the same loss

　　從圖1可以看出，在光纖衰減一定的情況下，ULL光纖可以比普通G.652光纖傳輸更遠的傳輸距離，而且隨著衰減值的增加，ULL光纖比G.652光纖傳輸距離的增加效果更明顯，因此對于超長站距，ULL光纖更能體現其價值。

　　相同傳輸距離條件下接收測OSNR的對比如圖2所示(以17 dBm入纖計算)。

　　圖2 相同傳輸距離下，接收側OSNR的對比

　　Fig.2 the comparison of receiving OSNR under the same transmission distance

　　從圖2中可以看出，在相同傳輸距離的條件下(在100 km以后)，利用ULL光纖傳輸比G.652光纖傳輸在接收側可以獲得更好的光信噪比，從而使信號質量更好。

　　1.2 受激布里淵散射閾值

　　根據聯合實驗的測試，超低損耗光纖比普通G.652D光纖具有更高的受激布里淵散射(SBS，stimulated Brillouin scattering)閾值，可以獲得更高的入纖功率，從而能將信號傳輸更遠。

　　在2.5 Gbit/s速率下，利用直調激光器，對于單波長傳輸普通G.652D光纖受激布里淵閾值一般在17 dBm左右，常規的單波長傳輸，入纖功率一般在17～19 dBm。通過增加受激布里淵抑制器(受激布里淵抑制器通過展寬光譜的方法實現)可以在一定程度上提高受激布里淵閾值，可以提高到22～23 dBm的入纖功率。而超低損耗光纖在增加受激布里淵抑制器的情況下，最大可以支持的入纖功率可以達到25 dBm，因此，超低損耗光纖的對2.5 G系統SBS閾值可以提高2～3 dB。

　　在10 Gbit/s速率利用EA外調制的情況下，普通G.652D光纖在增加受激布里淵抑制器時可以支持的入纖功率為17～18 dBm，而利用超低損耗光纖可以支持的入纖功率為19 dBm，因此超低損耗光纖對10 G系統SBS閾值可以提高1～2 dB。

　　因此，ULL光纖相對普通G.652光纖有更高的受激布里淵閾值，可提到1~3 dB左右。

　　1.3 偏振模色散

　　對于基于10 Gbit/s以上和DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分復用)的高速大容量系統來說，限制光通信系統發展的主要因素已由衰耗受限轉變為色散受限和非線性受限，隨著傳輸速率的提高，偏振模色散(PMD，Polarization Mode Dispersion)對通信系統的影響愈來愈明，而且越來越不可低估。

　　超低損耗光纖除具有低損耗的特性外，還具有比普通G.652D更低的偏振模色散，PMDQ可以達到0.04 ps/km1/2，遠低于G.652D光纖的0.2 ps/km1/2標準，從而，超低損耗光纖與G.652D光纖相比更適合于高速率系統的傳輸。

　　在2010年中國電信、華為和康寧公司所完成的100 G超長距離WDM(Wavelength Division Multiplexing，波分復用)傳輸實驗中，使用超低損耗光纖“實現了超過3000 km的超長傳輸距離，創造了全球陸地光纜傳輸系統100 G WDM傳輸距離的最新記錄”。

　　1.4 其他特性

　　除上述性能外，超低損耗光纖的其他特性(包括模場直徑和色散性能)與G.652D光纖幾乎一致，根據實際測試，超低損耗光纖的接頭熔接損耗約為0.013 dB/個，與其他單模光纖光纖的對接損耗約在0.01～0.05 dB/個之間，并不能對通信鏈路產生實質性影響，也就是說，超低損耗光纖與普通G.652光纖是可以對接兼容的，成纜附加損耗在1550 nm處約為0.01 dB/km，在-40℃～+65℃之間的溫度附加衰減也在±0.02 dB以內[2]。

　　綜上所述，超低損耗光纖更為適合超長站距及高速大容量長距離傳輸。

　　2 ULL光纖的實驗和使用情況

　　在2009年的聯合實驗中，采用隨路遙泵技術實現了2.5 Gbit/s速率下514 km和10 Gbit/s速率下432 km的超長站距光傳輸，實驗結果見表1所列。

　　表1 采用超低損耗光纖在實驗室實現的傳輸距離

　　隨后，又實現了2.5 Gbit/s系統無中繼521 km的超長站距傳輸，這是目前所報道過的使用前置隨路遙泵技術傳輸的最遠距離[4]。

　　為考驗ULL光纖的兼容性，國網信通公司在考察期間在實驗室環境下使用ULL光纖搭建了100 Gbit/s的傳輸系統，該實驗使用EDFA和喇曼放大器實現了293 km的無中繼傳輸，配置如圖3所示。

　　圖3 293 km無中100 Gbit/s傳輸系統

　　Fig.3 293 km non-relay transmission system by using ULL fiber at 100 Gbit/s

　　光纖組成情況如圖4所示。

　　圖4 293 km無中100 Gbit/s傳輸系統光纖使用情況

　　Fig.4 the use of fiber in 293 km non-relay transmission system at 10 Gbit/s

　　而后，將最后25 km的ULL光纖換成普通G.652D光纖，經過測試，信號的誤碼性能基本都在E-005這一數量級上，沒有出現本質性的劣化。

　　隨著信息化應用和智能電網的發展，電力系統通信的帶寬需求越來越大，目前大量使用的G.652D光纖在一些情況下對于高速率(如40 Gbit/s及以上)的通信需求可能無能為力，根據以上實驗結果，在這種情況下超低損耗光纖也將是一個更好的選擇。

　　超低損耗光纖已在阿聯酋、美國、澳大利亞、阿爾及利亞等國家被實際使用。考慮到其優良的特性，國家電網公司將在2011年投產的青藏交直流聯網工程配套通信工程中使用超低損耗光纖，用以完成沱沱河—安多的300 km的超長距離光傳輸，這也是超低損耗光纖在國內的首次使用。

　　3 經濟性分析

　　超低損耗光纖較普通G.652D光纖低的衰耗按0.02 dB/km計算，根據《光通信系統典型配置報告》[6]分析如下。

　　1)當中繼距離>267 km時需要使用反向喇曼設備。設需要中繼的距離為270 km，此時使用正向喇曼設備和使用超低損耗光纖均可實現超長站距的光傳輸，設普通G.652D光纖的價格為X元/km，超低損耗光纖的價格為Y元/km，反向喇曼的價格為C，則對于每一芯纖芯來說：

　　使用反向喇曼設備需要增加的費用 = C;使用超低損耗光纖需要增加的費用 = 270×(Y-X);

　　令C = 270×(Y-X)，得Y = X+C/270。

　　即當超低損耗光纖的價格 < (普通G.652D光纖價格+反向喇曼設備價格/270)時，對于270 km的中繼距離，采用超低損耗光纖是更經濟的。

　　2)一般情況下，OPGW光纜特別是新建成OPGW光纜的纖芯并不會被全部用完，同樣條件下，OPGW光纜的總纖芯數為N，被使用的纖芯數為M，則：使用反向喇曼設備需要增加的費用 = C&times;M，使用超低損耗光纖需要增加的費用 = 270&times;(Y-X)&times;N;令C&times;M = 270&times;(Y-X)&times;N;得M/N = 270&times;(Y-X)/C。

　　即當纖芯使用率 = 被使用的纖芯數/OPGW光纜的總纖芯數 > [(270&times;(超低損耗光纖每千米價格-普通G.652D光纖每千米價格)/反向喇曼設備價格]時，使用超低損耗光纖是更經濟的。

　　3)使用同樣的方法還可對需要使用正向喇曼的情況進行分析，此處略。

　　4結語

　　綜上分析，使用超低損耗光纖是延長光傳輸距離的另一種途徑，可以進一步減少中繼站的建設，減少和優化光路子系統(如喇曼放大器等)的配置從而減少故障點，進一步提高系統的可靠性，也有利于通信系統向更高速率和波分系統的擴容升級，另外，從經濟上講也是可以接受的，且隨著應用規模的增加，超低損耗的價格應該還有下降的空間和趨勢。考慮到&ldquo;十二五&rdquo;期間輸電工程的大規模建設，在必要的情況下應積極、適度使用超低損耗光纖。

　　參考文獻：

　　[1] 夏江珍, 謝同林, 賈小鐵, 等. 507 km超長站距無中繼光傳輸系統[J]. 電力系統通信, 2009, 30(03): 10-12.

　　[2] 黃俊華, 林光, 周峰, 等. 首條采用超低損耗光纖的超低衰減OPGW[J]. 電力系統通信, 2010, 31(10): 6-11.

　　[3] 中國信息產業網2010

　　[4] 董振華, 印新達, 黃麗艷, 等. 521 km超長站距無中繼光傳輸系統研究[J]. 光通信研究, 2011, 37(01): Page 5

　　[5] 國網信息通信有限公司. 超低損耗光纖在智能電網中的應用考察報告[R]. 2010.

　　[6] 國電通信中心. 特高壓電網超長站距光傳輸關鍵技術應用的研究&mdash;光通信系統典型配置報告[R]. 2007.