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光 通 信
G.654.E光纤的设计探讨及其制作方法示例
陈炳炎 普天线缆集团有限公司
陈宏达 江苏永鼎股份有限公司
摘要
常规的G.654.E光纤采用纯硅芯，掺氟包层来消除因组分波
动引起的瑞利散射损耗而得到低损耗的目的。但因纤芯/包层的
高温粘度失配以及热膨胀系数的失配导致界面应力引起光纤的
附加损耗，从而达不到纯硅芯的理想低损耗。本文探讨利用纤
芯掺氯，包层掺氟以及掺氯梯度型折射率纤芯的结构以达到芯/
包粘度匹配，从而降低光纤损耗的作用; 并釆用环沟形凹陷包
层降低大有效面积光纤的弯曲损耗; 以及利用PCVD, POVD制作
光纤的示例。
本文所揭示的在纤芯区域中掺杂高水平的氯的技术对于制
造低损耗光纤提供了明显优势。氯是通过起到降低密度波动作
用，而不增加纤芯区域内的浓度波动从而导致低瑞利散射损耗
的掺杂剂。
一、G.654.E光纤的进展 式中，A eff ,α,n 2 , L eff , D分别为光纤的有效面积，衰减系
伴随着社会对通讯系统信息容量要求的大幅度增长，光纤 数，非线性折射率，有效长度和波长色散; A eff,ref ,α ref ,n 2,ref ,
发展的前期技术已经逐渐无法满足社会发展的需要。2010年实 L eff,ref ,D ref 为参考光纤的有效面积，衰减系数，非线性折射率，
现了100G WDM PDM-QPSK调制、相干接收、DSP系统,传输距离为 有效长度和波长色散; L为传输距离。图1为100km传输长度时，
2000-2500Km，开创了超100G新纪元。由于高阶调制方式、相干 FOM对于不同衰减系数的光纤随着有效面积的变化。这里参考
接收和DSP技术的发展，在这一相干传输系统中，光纤的波长色 光纤为标准的G.652.D光纤：其衰减系数为0.2dB/km, 有效面
散和PMD的线性损害均可在DSP电域中得以解决，因而长期来困 积为82µm 。图中比较了两类光纤：一类是纤芯掺锗的光纤，
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扰光纤应用系统性能提升的波长色散和偏振模色散将不再成为 其1550nm波长的衰减系数大于0.175dB/km,n 2 为2.3*10 m /W。
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问题。在高速大容量长距离传输系统中，光纤性能中衰减和非 另一类是纯硅芯光纤，其1550nm波长的衰减系数小于0.175dB/
线性效应逐渐凸显出来。 km，n 2 为2.1*10 m /W。从图可见：FOM是隨着有效面积增加或
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面对传输提出的高OSNR、高频谱效率、高FOM、低非线性效 衰减系数减小而增大的。
应的新的要求，决定了下一阶段光纤的性能应着重于光纤衰减
图1：FOM隨着有效面积增加或衰减系数减小而增大
系数的继续降低和光纤有效面积的合理增大这两个方面上。而
针对这种新型的应用要求，G.654.E光纤逐渐登上历史的舞台,
为此, ITU于2016年9月正式制定了G.654.E的标准规范。
由上述可见,G.654光纤己由初期主要适用于低速率、大长
度的光纤通信线路、如海底光缆，发展到如今的G.654.E光纤，
逐步成为高速率、大容量、大长度陆上或海底光缆干线的主要
选项。
为了量化相干传输系统中光纤设计的性能，根据高斯噪
声模式理论，提出了一个系统模型来分析非线性干扰的功率
谱密度作为光纤参数的函数。将光纤的非线性干扰作为噪声
的附加因素。可导出一个广义的OSNR公式来预估最佳信号功
率，使OSNR最大化。根据这一模型，提出了一个光纤品质因素
（FOM,fiber figure of metit）的参量作为比较不同的光纤设
光纤的内禀损耗包括三个部分: 瑞利散射、紫外吸收及红
计和光纤性能的方法。为了量化大有效面积和低损耗给OSNR带 外吸收。（如图2所示）
来的好处，给出了一个简化的FOM公式，这里，FOM是相对于参
瑞利散射包括分子密度起伏产生的散射损耗以及分子组份
考光纤来定义的。
起伏产生的散射损耗。在常规的G.652.D光纤中，纤芯掺杂二氧
化锗,故瑞利散射包括密度起伏和组份起伏两部分产生的散射损
耗;而在G.654.E纯硅芯光纤中, 瑞利散射只是由二氧化硅分子
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