光纖的主要特性有很多，主要包括光纖損耗、色散以及非線性等。這些特性與光纖系統(tǒng)的容量息息相關，決定了光纖傳輸容量的大小。

下面這個公式，相信大家都比較熟悉。我們可以用其評估光纖傳輸?shù)娜萘?。并由此指導我們研究光纖演進的方向。

其中：

藍色框是一種線性的增益表達：

B代表的是頻譜資源，如今已經(jīng)開發(fā)到S+C+L波段，能否再擴展主要取決于放大器以及硅光纖在各個波段上的光纖衰減的大小，目前來看，還是比較困難的。N則是空間路線，通過諸如多芯光纖、少模光纖等手段來實現(xiàn)光纖容量的提升。

紅色框則是一種非線性增益的體現(xiàn)：

SNR表示的是信噪比，主要是通過發(fā)展大有效面積低損耗光纖以及中空光纖來提高。

結合公式，我們可以總結出兩大路線來提升光纖的容量：較成熟的路線如降低光纖損耗、增大有效面積、減小光纖尺寸；創(chuàng)新路線如使用多芯光纖、少模光纖以及中空光纖等。

下面我們先來看看傳統(tǒng)路線的三個方面：低損耗，大有效面積以及較小尺寸光纖。

低損耗

從光纖在上個世紀發(fā)明以來，每公里的衰減的降低已經(jīng)取得了長足的進步。由1970年代的20dB/km降低到2017年記錄的1550nm窗口下的0.1419dB/km。那么光纖的損耗由哪些方面決定？我們以摻鍺石英G.652光纖示例，主要包括光纖的固有損耗、雜質吸引損耗和波導缺陷導致的損耗等。

固有損耗是由于用于構建光纖纖芯和包層的玻璃材料的基本特性，包括瑞利散射、紅外吸收和紫外吸收。雜質吸收包括OH離子和TM（過渡金屬）引起的吸收、波導缺陷引起的散射以及光纖彎曲效應引起的損耗。 低損耗光纖的研究主要基于硅芯光纖，這是因為純硅光纖沒有GeO2，瑞利散射的影響比較小，但這樣的硅芯光纖需要氟來實現(xiàn)芯包層折射率的差異。當然還有其他方面，如纖芯與包層粘度以及優(yōu)化光纖的拉伸，都可以減小光纖的損耗。 在未來，我們想進一步降低光纖的衰減將是非常困難的，但這并不是說不可能。從上面的分析，基本套路還是基于如下幾點：

減少瑞利散射

提高原材料純度

減少纖纖中的應力

引入新的摻雜劑

大有效面積

首先我們要明白有效面積（Aeff）的定義是怎樣的，它表示光纖透光區(qū)域的橫截面積的大小，這是因為光能量不完全集中在纖芯中傳輸，部分能量在包層中傳輸。

這個有效面積體現(xiàn)光纖本身的物理參數(shù)MFD（模場直徑：Mode Field Diameter）息息相關。

可以看出，有效面積Aeff與MFD可以通過如下公式評估：

大有效面積的一個關鍵好處是可以減少非線性的影響，并使得我們可以盡可能的提高入纖功率，而較高的入纖功率也就意味著更好的OSNR，同時在同樣入纖功率條件下，系統(tǒng)可以獲得更低的誤碼率。

另外，有效面積、截止波長和彎曲性能之間存在良好的相互作用。隨著截止波長的增加，有效面積增加，同時光纖在1625nm處的彎曲損耗也增加。但是，當截止波長超過C波段以后，C波段以下的光纖傳輸將不再呈現(xiàn)單模特性。

有效面積從80μm2增加到150μm2需要放松對截止波長和彎曲性能的要求

有效面積超過150μm2需要做出進一步的妥協(xié)，并帶來新的挑戰(zhàn)

較小尺寸光纖

我們知道，光纖一般由中間的纖芯，內層的包層和外層的涂覆層，其中包層的折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件。

一般來說，多模光纖的纖芯直徑一般為50μm/62.5μm，單模光纖的纖芯直徑一般為8.5或9.5μm。在我們當前比較常用的光纖中，其包層的直徑為125μm，裸纖的涂層在最外層，直徑一般為250μm左右。

考慮單模和多模對纖芯的要求，在其傳輸模式用途確定的情況下，很難改變纖芯直徑的大小。因此，為了實現(xiàn)更小尺寸光纖，我們只有在包層和涂覆層上下功夫。即減小涂覆層可以最終減小光纖尺寸，比如說200μm涂覆層光纖已用于長距離陸地網(wǎng)絡，并將在下一代海底網(wǎng)絡中使用。涂覆層直徑可能會進一步減小至180-190μm。但這些改變需要滿足強度和微彎損耗的要求。

另外，減小光纖的包層，則可以增加光纖的抗彎曲能力，現(xiàn)在抗彎光纖的直徑已經(jīng)從125μm減小到80μm，甚至出現(xiàn)60μm的光纖。

小貼士

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審核編輯：湯梓紅