光纖及光纜網(wǎng)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢展望

張海旭，夾路芳

（北京華麒通信科技有限公司，北京 100082）

1 光纖和光纜

1.1 光纖的分類

第一，按照制造光纖所用的材料不同，主要有塑料光纖、石英光纖。第二，按照光纖芯層折射率分布的不同，可分為階躍光纖和梯度光纖。階躍光纖又稱包層光纖，其芯層折射率分層均勻分布；梯度光纖又稱漸變光纖，其芯層折射率沿徑向方向漸變。第三，按照光在光纖中的傳輸模式可分為多模光纖和單模光纖。多模光纖的纖芯較粗，能夠傳輸多種模式的光，但模式色散較大，限制了光纖的傳輸距離，一般只有幾千米。單模光纖的纖芯很細(xì)，只能傳輸單一模式的光，模式色散很小，適用于遠(yuǎn)距離通信。常用的光纖規(guī)格：單模為8/125 μm、9/125μm、10/125μm；多模為50/125 μm。一般可將光纖分為七大類，如表1所示。

表1 光纖的分類（ITU標(biāo)準(zhǔn)）

1.2 光纜的基本結(jié)構(gòu)

按照光纜纜芯結(jié)構(gòu)的不同光纜可分為三種，分別為層絞式光纜（圖1）、骨架式光纜（圖2）、中心管式光纜（圖3），如表2所示。

圖1 層絞式光纜（室外光纜GB/T 7424）

表2 光纜的基本結(jié)構(gòu)（ITU標(biāo)準(zhǔn)）

圖2 骨架式光纜（室外光纜GB/T 7424）

圖3 中心管式光纜（室外光纜GB/T 7424）

2 超低損光纖及其應(yīng)用

2.1 超低損光纖

現(xiàn)階段，光纖的制造技術(shù)已經(jīng)非常成熟，引起光纖損耗的主要機(jī)理是吸收和散射。目前，普遍使用的標(biāo)準(zhǔn)G.652光纖是在制作纖芯時摻雜稀土元素鍺，這樣可以提高纖芯的折射率，使折射率大于包層的折射率，從而保證光在光纖中的傳播，但摻鍺會提高光纖的散射損耗，光纖損耗無法降低。超低損光纖采用純二氧化硅作為纖芯，可以大幅度減少散射損耗，降低了光纖的損耗，如表3所示。

2.2 超低損光纖的應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)陸地上超低損耗光纖最早應(yīng)用于國家電網(wǎng)青藏直流聯(lián)網(wǎng)的光纜通信工程。該工程線路全長1 038km，西藏境內(nèi)425km，青海境內(nèi)613km，最長中繼段為青海境內(nèi)沱沱河至西藏境內(nèi)安多縣，約295km，線路需要翻越唐古拉山口，地質(zhì)條件復(fù)雜，平均海拔超過5km，自然環(huán)境惡劣，最低溫度低于-50 ℃。工程竣工后，經(jīng)過測試，光纖衰減的平均值為0.177 dB/km（常規(guī)G.652光纖為0.20～0.22 dB/km），全程鏈路衰減在53 dB左右。超低損光纖的應(yīng)用使通信線路在惡劣的環(huán)境下具有更高的衰減余量，通信系統(tǒng)的整體性能得到大幅度提升，保障了整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行，為未來網(wǎng)絡(luò)向更高速率的升級奠定了堅實基礎(chǔ)。

國家電網(wǎng)青藏直流聯(lián)網(wǎng)的光纜通信工程的成功運(yùn)行，驗證了超低損耗光纖作為電力通信超長站距解決方案的可靠性，同時積累了豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗。目前，已經(jīng)有多個電力通信項目使用了超低損耗光纖，并且實現(xiàn)了超長跨距的傳輸，包括新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第二通道750kV工程、青藏直流±400kV聯(lián)網(wǎng)工程、玉樹與青海主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)工程以及哈密南至鄭州的±800kV特高壓直流輸電工程川藏直流工程等，其中哈密南到鄭州的線路實現(xiàn)了366km最長跨距的成功傳輸[1]。

在運(yùn)營商方面，2015年超低損耗光纖在中國電信江蘇公司省內(nèi)徐州至睢寧干線的鋪設(shè)和測試已成功完成。測試結(jié)果表明，超低損耗光纖和常規(guī)G.652光纖有非常好的兼容性，成纜、敷設(shè)以及熔接等施工工藝和常規(guī)G.652光纖一致，而光纖損耗明顯降低。超低損耗光纖在熔接施工完成后的鏈路衰減值為0.17～0.18 dB/km，遠(yuǎn)低于普通G.652光纖平均值為0.21～0.22 dB/km的鏈路衰減值。超低損耗光纖之間的平均熔接損耗為0.02～0.03 dB，與常規(guī)G.652光纖一致，超低損耗光纖良好的兼容性保證了施工流程的一致性和最終性能的優(yōu)異性。這是中國電信首次部署并使用超低損耗光纖，該光放段長度接近105km，采用的是常規(guī)干線的管道敷設(shè)方式[2]。

2.3 超低損光纖的應(yīng)用展望

為了滿足網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)升級的需求，業(yè)界已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向400 G光傳輸系統(tǒng)，其中雙載波PM-16QAM的實現(xiàn)方式將成為業(yè)界主流。400 G雙載波PM-16QAM在超低損耗為130 μm2的G.654E光纖上，支持的傳輸距離大約是普通G.652D光纖的2.3倍。以武漢至廣州為例，沿京港澳高速敷設(shè)光纜，光纜長度為1 100km左右。使用G.652D光纖時，需在長沙或郴州設(shè)置電中繼站，但如果使用超低損G.654E光纖，可建設(shè)武漢至廣州的直達(dá)系統(tǒng)。混12芯G.654E光纜每千米造價提升12×240=2 880元。混纜造價增加1 100×2 880=316.8萬元，單一傳輸系統(tǒng)設(shè)備投資節(jié)省約1 600萬元，總體投資節(jié)省1 283.2萬元。除設(shè)備投資外，還可以節(jié)省大站設(shè)置帶來的機(jī)房租賃費用、電費和其他配套費用，超低損光纖帶來的投資節(jié)省非常可觀。由此可見，在400 G系統(tǒng)的建設(shè)期內(nèi)，新型超低低損光纖將成為最優(yōu)選擇。

3 光傳輸領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 光傳輸網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)光傳輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及特點詳見圖4。

3.2 光傳輸網(wǎng)的發(fā)展趨勢

（1）國家級干線光纜網(wǎng)的建設(shè)由早期直埋、架空單獨路由敷設(shè)的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐劳袊腋咚俟贰诣F路等基礎(chǔ)設(shè)施為主路由的建設(shè)模式。（2）陸纜長距離干線的敷設(shè)逐步推廣應(yīng)用氣流吹放敷設(shè)方式，氣吹敷設(shè)方式相比傳統(tǒng)人工牽引敷設(shè)方式可以減少施工工藝對光纜及光纖造成的損傷，可以有效延長光纜的服役壽命。（3）隨著海纜制造工藝的提升，海底光纜單盤長已經(jīng)達(dá)到400km區(qū)間，有利于實現(xiàn)長距離海纜敷設(shè)項目。（4）超低損光纖技術(shù)在干線工程中逐步得到應(yīng)用，超低損光纖的應(yīng)用為未來網(wǎng)絡(luò)向更高速率的升級奠定了堅實基礎(chǔ)。（5）400 G超大容量波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)應(yīng)用在即，其對光纖光纜的性能指標(biāo)提出了更高要求。（6）使用量子通信技術(shù)的保密干線試驗段在京滬之間開通，量子保密通信技術(shù)保證了干線傳輸?shù)恼w安全性。（7）跨國光纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和路由本身的安全性關(guān)乎全球的通信安全，多路由高安全的跨國光纜建設(shè)成為必然。

4 結(jié) 論

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展和建設(shè)，國內(nèi)已經(jīng)建成了覆蓋全國的光傳輸網(wǎng)。隨著“建設(shè)信息化強(qiáng)國”和“一帶一路”等國家戰(zhàn)略的推進(jìn)，新形勢下對通信網(wǎng)的安全提出了更高要求，持續(xù)建設(shè)和優(yōu)化光傳輸網(wǎng)是強(qiáng)壯通信網(wǎng)的基礎(chǔ)條件。干線傳輸領(lǐng)域，通過分析可知，超低損光纖的應(yīng)用主要與其延伸傳輸距離的功效密不可分，通過應(yīng)用實例，充分驗證了其可靠性和優(yōu)異的衰減特性，能夠滿足400 G系統(tǒng)長距傳輸?shù)男枨蠛痛笠?guī)模應(yīng)用，可有效助力建設(shè)覆蓋全國和連接全球各大洲的下一代光傳輸網(wǎng)。