NGB入戶光纖性能的研究

凌明偉，李遠(yuǎn)東

（浙江傳媒學(xué)院 電子信息學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1 引言

目前，各地的有線網(wǎng)絡(luò)都在“構(gòu)建以廣電網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、滿足三網(wǎng)融合要求的下一代廣播電視網(wǎng)”思想的指導(dǎo)下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的雙向改造，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、投資成本、技術(shù)成熟度、本地雙向業(yè)務(wù)規(guī)劃等實(shí)際因素的綜合影響下，出現(xiàn)了HFC接入、基于Ethernet協(xié)議的接入及其他接入3大類并存的用戶接入部分的改造技術(shù)。但從技術(shù)發(fā)展的趨勢來看，這些均是NGB實(shí)現(xiàn)FTTH的過渡技術(shù)，F(xiàn)TTH才是NGB的真正目標(biāo)。

2 影響NGB入戶光纖的因素

2.1 NGB入戶光纖的損耗機(jī)理

對(duì)于任何通信系統(tǒng)（包括無線與有線通信系統(tǒng)），信號(hào)的媒質(zhì)損耗是需要重點(diǎn)考慮的傳輸參量，故直接影響FTTH性能的是入戶光纖對(duì)NGB信號(hào)的損耗特性。引起任何一類ITU-T G.65x單模光纖損耗的機(jī)理主要有：

1）吸收損耗：

主要來自光纖纖芯中氫氧根離子及一些過渡金屬離子（屬雜質(zhì)）對(duì)光波能量的吸收，吸收損耗基本上是可忽略的。

2）散射損耗：

主要是由于光纖本身材料不均勻（易引起光散射而導(dǎo)致Rayleigh散射損耗）及制造缺陷（光纖的纖芯直徑沿軸向不均勻，易引起波導(dǎo)散射損耗）使得光功率的一部分以散射形式輻射出光纖之外引起的。散射損耗僅對(duì)短波長窗口的影響較大，在長波長窗口則可忽略。

3）溫度特性：光纖的溫度系數(shù)很小，只在零下25攝氏度時(shí)才開始考慮，故在室內(nèi)環(huán)境中，光纖損耗隨溫度的變化可以不予考慮。

4）輻射損耗：

（1）微彎損耗：由光纖微彎（光纖軸線產(chǎn)生不斷變化的曲率半徑）產(chǎn)生。當(dāng)光纜護(hù)套不均勻或成纜時(shí)產(chǎn)生非均勻的側(cè)向壓力時(shí)，易產(chǎn)生光纖微彎，光纖微彎僅使很小一部分的光能量損失掉（輻射出光纖之外）。

（2）宏彎損耗：當(dāng)光纜受到外力（如沿拐角處敷設(shè)）而彎曲，且彎曲的半徑比光纖的直徑大很多時(shí)，光的傳導(dǎo)模易變?yōu)檩椛淠亩鴮?dǎo)致光功率的損失（宏彎損耗），嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸸庑盘?hào)中斷與光纖的催化性損壞（取決于光纖的具體種類與彎曲半徑）。

2.2 對(duì)NGB入戶光纖的特殊要求

NGB入戶光纖的布放與室外光纖不同，要經(jīng)過更多的宏彎，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

1）要求布放得整齊美觀，從而需要繞過各種具有不同曲率半徑的障礙物；

2）要能承受由于意外操作或安裝人員技術(shù)不熟練等而使光纖遭受的“急彎”；

3）要能承受在進(jìn)入接線盒與插座內(nèi)之前的多次小曲率半徑的彎曲；

4）為方便將NGB業(yè)務(wù)引入新用戶的室內(nèi)，需預(yù)留一定長度的光纖，這些光纖一般是卷繞存貯的，空間的狹小使得存貯設(shè)備必須小型化，這就要減小卷繞半徑，從而對(duì)入戶光纖的彎曲性能有更高的要求。

綜上，宏彎損耗是影響NGB入戶光纖性能的最主要因素，故用于NGB實(shí)現(xiàn)FTTH的入戶光纖須具有較好的 “宏彎損耗”指標(biāo)。

3 常規(guī)單模光纖的宏彎損耗特性

1）宏彎損耗的物理模型：以光纖的芯/包層相對(duì)折射率差為0.65%、光纖工作波長與截止波長之比為1.192 31為條件進(jìn)行理論分析，可得宏彎損耗曲線（見圖1、圖2）。傳統(tǒng)單模光纖對(duì)彎曲（宏彎）很敏感，當(dāng)工作波長越大或彎曲半徑越小時(shí)，單模光纖對(duì)彎曲越敏感，即宏彎損耗越大。宏彎損耗為0 dB表示當(dāng)光纖的彎曲半徑大于臨界彎曲半徑時(shí)，宏彎損耗可忽略不計(jì)。

圖1 常規(guī)單模光纖宏彎損耗與彎曲半徑的關(guān)系

圖2 常規(guī)單模光纖宏彎損耗與工作波長及彎曲半徑的關(guān)系

2）宏彎損耗的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停喊压饫w在半徑不同的圓柱體上卷繞5圈后，用穩(wěn)定光源及光功率計(jì)測試單模光纖的宏彎損耗，結(jié)果表明，單模光纖不但對(duì)較大的工作波長及較小的彎曲半徑敏感，而且工作波長越大，光纖的臨界彎曲半徑就越大（對(duì)彎曲就越敏感）：1 550 nm時(shí)，臨界彎曲半徑約為14 mm；1 310 nm時(shí)，臨界彎曲半徑約為10 mm，如圖3所示。

圖3 常規(guī)單模光纖宏彎損耗的測試曲線

4 彎曲不敏感光纖

彎曲不敏感光纖的設(shè)計(jì)目標(biāo)是最大限度地減小單模光纖的宏彎損耗，主要途徑是改善單模光纖的折射率分布結(jié)構(gòu)、減小光纖的模長直徑、增大光纖的截止波長。B6.A[1]類光纖適合工作于1 260～1 625 nm的波長范圍，與G.652 D的傳輸性能及互聯(lián)性能完全相同，只是對(duì)“宏彎損耗”指標(biāo)作了些許修改。B6.B類光纖設(shè)計(jì)的主要目的是用于 1 310 nm、1 550 nm、1 625 nm波長，在距離和空間受限的建筑物內(nèi)部使用，且比B6.A類光纖更能充分改善光纖的宏彎損耗特性，B6.B類光纖 （彎曲不敏感光纖）的最大特點(diǎn)是：在同等條件下，其宏彎損耗比其他類型單模光纖要小得多，如圖4所示，給出了3個(gè)工作窗口（1310nm、1550nm、1 625 nm）下，3種單模光纖在同等條件（以10 mm半徑彎曲10圈）下的宏彎損耗實(shí)測值，在每個(gè)工作窗口中，從左到右分別為康寧G.652光纖、康寧G.655光纖、B6.B光纖。可見，相對(duì)傳統(tǒng)單模光纖，專為接入網(wǎng)設(shè)計(jì)的B6.B類彎曲不敏感光纖對(duì)“宏彎損耗”指標(biāo)的要求更嚴(yán)格，故B6.B類更適于作為NGB實(shí)現(xiàn)FTTH的入戶光纖[2]。

圖4 B6.B光纖與傳統(tǒng)單模光纖的宏彎損耗對(duì)比

按照結(jié)構(gòu)的不同，B6類光纖可分為包層折射率凹陷光纖、小模長直徑光纖、納米結(jié)構(gòu)光纖、孔助光纖、光子晶體光纖，它們對(duì)彎曲的敏感性依次減小，圖5為B6類光子晶體光纖的宏彎損耗特性 （經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停梢娺@類光纖對(duì)彎曲（宏彎）極不敏感，宏彎損耗很小。

圖5 B6類光子晶體光纖的宏彎損耗特性

5 B6類光纖的商用現(xiàn)狀

由于B6類光纖是專門針對(duì)FTTH接入網(wǎng)而設(shè)計(jì)的，且目前各國都在加速FTTH的發(fā)展，因此，光纖制造商正積極研制符合該類標(biāo)準(zhǔn)的入戶光纖，國外的“住友”、“康寧”等以及國內(nèi)的“亨通”、“中天”、“長飛”等都已推出了性能優(yōu)良的B6類光纖。

[1]IEC 60793－2－50.Sectional specification for class B single－mode fibers[S].2008.

[2]ITU－T RecommendationG.657.Characteristics of a bending loss insentive single－mode optical fiber and cable for the access network[S].2006.