Page 21 - 网络电信2021年12月刊下
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            率可以改善这一情况，但是这样又会增加非线性畸变，这种畸                               +λ (0.51Δ+0.76)+7.81×10 ×exp(-48.48/λ)      (8)
            变随距离增长而不断增加。因此，16-QAM编码技术只能应用于                           上式中，λ为工作波长（微米）；Δ为锗掺杂带来的折射
            相对较短距离的信号传输。                                         率变化（%）。其中α IR 为红外吸收损耗，与掺杂浓度无关，α UV
                2.6 前向纠错编码技术FEC (Forward error correction)       为紫外吸收损耗，在低浓度掺杂的情况下，对损耗的影响也极
                在远程通信、信息论、编码理论中，前向纠错码（FEC）和                      小，主要对衰减产生影响的是与波长四次方成反比的瑞利散射
            信道编码是在不可靠或噪声干扰的信道中传输数据时用来控制                          α RS 部分。
            错误的一项技术，前向纠错编码技术(FEC)具有引入级联信道编                           根据上式，当不进行锗掺杂时，工作波段为1550nm时，光
            码等增益编码技术的特点，可以自动纠正传输误码的优点。它                          纤的理论损耗（排除应力影响）约为0.152dB/km。而当芯层进
            的核心思想是发送方通过使用纠错码（ECC）对信息进行冗余编                        行掺杂后，每使得芯层的Δ变化0.1%，则造成瑞利散射加剧而
            码。当传输中出现错误时,将允许接收器再建数据。                              使衰减增加的值为：0.0135dB/km。常规的G.652.D光纤纤芯掺
                2.7 不同传输距离场景下的光纤通信系统                             锗，Δ为0.32%时，光纤损耗为0.19 dB/km。
                光纤通信技术可以连接至各类通信网络，构成信息传输                             为了得到在1550nm波长上光纤的最低损耗，在传统的
            过程中的大动脉。现代通信网络架构主要包括：核心网、城域                          G.654.E光纤中均采用纯二氧化硅纤芯以及掺氟包层以得到波
            网、接入网、蜂窝网、局域网、数据中心网络等。不同网络之                          导结构，从而避免因纤芯掺锗引起的分子组份起伏产生的瑞
            间的连接都可由光纤通信技术完成，如在移动蜂窝网中，基站                          利散射损耗。但是，实际市场上G654.E商品光纤没有达到理
            连接到城域网、核心网的部分也都是由光纤通信构成的。而在                          论上的低衰减水平，其原因是因为波导缺陷损耗（waveguide
            数据中心网络中，光互连是当前最广泛应用的一种方式，即采                          imperfection  loss）所产生的附加损耗。波导缺陷损耗是由于
            用光纤通信的方式实现数据中心内与数据中心间的信息传递。                          芯/包界面的几何波动引起的。界面的不规整性产生光的散射导
                如果以传输距离与应用场景来划分，可以将光纤通信技术                        致衰减的增大。界面的几何波动是在工艺过程中的残余应力所
            划分为不同的种类，其中典型的短距离光传输系统包括数据中                          引起的，此残余应力源自纯硅芯纤芯和掺氟包层之间的高温粘
            心光互连与接入网系统的光传输链路。目前多数短距离光传输                          度失配以及拉丝张力。另外，由于纯硅芯与掺氟包层的热胀系
            采用IM/DD的通信方式，随着传输距离的增加，通信方式逐渐向                       数的不同在纤芯包层界面的应力导致衰减的增大以及在光棒脱
            相干通信靠拢。数据中心内的光互连主要采用VCSEL激光优化多                       水烧结工艺中会引起开裂。
            模光纤(OM3,OM4)链路为主的IM/DD系统，数据中心间的光互连                       为了解决上述纯硅芯与掺氟包层界面之间高温粘度失配以
            部分采用IM/DD的通信方式，部分将有望采用直接检测与相干检                       及纯硅芯与掺氟包层的热胀系数的不同带来的问题,  一个设计
            测过渡方案或简化相干检测方案。而中长距传输系统包括应用                          方案是采用纤芯掺氯，包层掺氟来实现纤芯和包层的高温粘度
            于城域网的链路，目前都在逐步向相干系统演进。长距离传输                          匹配，从而消除芯包界面因粘度失配产生的应力导致界面应变
            系统包括：核心网传输链路和海底光缆的跨洋传输。                              产生的附加损耗。
                3.G.654.E光纤                                          假设光纤的纤芯与二氧化硅的相对折射率差为Δ 1 ，纤芯粘
                伴随着社会对通讯系统信息容量要求的大幅度增长，光纤                        度为η 1 ，匹配包层与二氧化硅的相对折射率差为Δ 2 ，匹配包层
            发展第三阶段的技术已经渐渐无法满足社会发展的需要。                            粘度为η 2 ，则可根据下式进行粘度匹配的计算：
                伴随着相干接收和DSP技术的发展，在第三阶段中困扰光纤                          设定：
            应用系统性能提升的色散和偏振模色散不再成为问题。在高速
                                                                                                                (9)
            大容量长距离传输系统中，光纤性能中衰减和非线性效应逐渐
            凸显出来。
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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
            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                              则粘度匹配时，必需满足下列条件，
            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                                                                        (11)
            针对这种新型的应用要求，G654.E光纤逐渐登上历史的舞台。                           最终可得到以下公式：
                3.1 G.654.E光纤的特点和参数
                结构:  采用纯二氧化硅纤芯，以减小G.652.D光纤中纤芯掺                                                                (12)
            锗引起的瑞利散射损耗;掺氟包层形成低于纯硅纤芯的折射率,
            以形成波导结构。                                                                                           (13)
                性能：截止波长位移光纤：λcc≤1530  nm；低损耗：β≤                      式中，Δ=Δ 1 -Δ 2 为芯/包折射率差。
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            0.165 dB/km；大有效截面A eff = 110um 。                         当进行氯、氟等材料掺杂时，在1650℃时，根据不同的掺
                3.2 G.654.E光纤的进展                                 杂浓度（wt%）, 石英玻璃的粘度可参见以下公式：
                在G.652.D光纤中，纤芯中的锗掺杂是光纤衰减增加的主要
                                                                                                               (14)
            原因之一，在光纤进行锗掺杂的情况下，材料固有的损耗满足
                                                                     式中，η0（泊）为纯二氧化硅粘度，
            以下公式：
                                           -2
            a=a UV +a RS +a IR =1542Δ/(446Δ+6000)×10 ×exp(4.63/λ)                                              (15)
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