光纖及光纜網的現狀及發展趨勢展望

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，只能傳輸單一模式的光，模式色散很小，適用于遠距離通信。常用的光纖規格：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標準）

1.2 光纜的基本結構

按照光纜纜芯結構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 光纜的基本結構（ITU標準）

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 超低損光纖及其應用

2.1 超低損光纖

現階段，光纖的制造技術已經非常成熟，引起光纖損耗的主要機理是吸收和散射。目前，普遍使用的標準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 超低損光纖的應用現狀

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

國家電網青藏直流聯網的光纜通信工程的成功運行，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用經驗。目前，已經有多個電力通信項目使用了超低損耗光纖，并且實現了超長跨距的傳輸，包括新疆與西北主網聯網第二通道750kV工程、青藏直流±400kV聯網工程、玉樹與青海主網聯網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了366km最長跨距的成功傳輸[1]。

在運營商方面，2015年超低損耗光纖在中國電信江蘇公司省內徐州至睢寧干線的鋪設和測試已成功完成。測試結果表明，超低損耗光纖和常規G.652光纖有非常好的兼容性，成纜、敷設以及熔接等施工工藝和常規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，采用的是常規干線的管道敷設方式[2]。

2.3 超低損光纖的應用展望

為了滿足網絡繼續升級的需求，業界已經開始轉向400 G光傳輸系統，其中雙載波PM-16QAM的實現方式將成為業界主流。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，需在長沙或郴州設置電中繼站，但如果使用超低損G.654E光纖，可建設武漢至廣州的直達系統。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，單一傳輸系統設備投資節省約1 600萬元，總體投資節省1 283.2萬元。除設備投資外，還可以節省大站設置帶來的機房租賃費用、電費和其他配套費用，超低損光纖帶來的投資節省非常可觀。由此可見，在400 G系統的建設期內，新型超低低損光纖將成為最優選擇。

3 光傳輸領域技術發展趨勢

3.1 光傳輸網的發展現狀

國內光傳輸網絡現狀及特點詳見圖4。

3.2 光傳輸網的發展趨勢

（1）國家級干線光纜網的建設由早期直埋、架空單獨路由敷設的模式，轉變為依托國家高速公路、國家鐵路等基礎設施為主路由的建設模式。（2）陸纜長距離干線的敷設逐步推廣應用氣流吹放敷設方式，氣吹敷設方式相比傳統人工牽引敷設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達到400km區間，有利于實現長距離海纜敷設項目。（4）超低損光纖技術在干線工程中逐步得到應用，超低損光纖的應用為未來網絡向更高速率的升級奠定了堅實基礎。（5）400 G超大容量波分復用傳輸系統應用在即，其對光纖光纜的性能指標提出了更高要求。（6）使用量子通信技術的保密干線試驗段在京滬之間開通，量子保密通信技術保證了干線傳輸的整體安全性。（7）跨國光纜網的結構和路由本身的安全性關乎全球的通信安全，多路由高安全的跨國光纜建設成為必然。

4 結 論

經過數十年的發展和建設，國內已經建成了覆蓋全國的光傳輸網。隨著“建設信息化強國”和“一帶一路”等國家戰略的推進，新形勢下對通信網的安全提出了更高要求，持續建設和優化光傳輸網是強壯通信網的基礎條件。干線傳輸領域，通過分析可知，超低損光纖的應用主要與其延伸傳輸距離的功效密不可分，通過應用實例，充分驗證了其可靠性和優異的衰減特性，能夠滿足400 G系統長距傳輸的需求和大規模應用，可有效助力建設覆蓋全國和連接全球各大洲的下一代光傳輸網。