Page 28 - 网络电信2021年12月刊下
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特   约  专  栏
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            θ是角向方向单位矢量，  是径向方向单位矢量，φ o 是光束截                          六、光纤技术的历史演变
            面上某一点的电矢量方向和径向方向的夹角，可以决定CVB的偏                            光纤技术的历史演变：
            振态。当φ o 等于π/2时，CVB光束分别表现为如图19所示的径                        多模光纤---单模光纤---多模(少模)光纤;
            向偏振光（TM 01 ）和角向偏振光（TE 01 ）。CVB光束可以分解为两                   单模光纤：G.652--G.653--G.655--G.656--G.657--G.654.E。
            个阶数相同、拓扑荷符号相反的相互正交的OAM光束。任意模式                            通信光纤发展早期是从多模光纤开始的，因为单模光纤的
            CVB的琼斯矩阵可以写为：                                        芯径很小，光源和光纤的耦合以及光纤之间的连接技术还不成
                                                                 熟，加上当时的传输速率要求不高。上世纪80年代中期，开发了
                                                                 单模光纤,  后定名为G.652光纤，为了在光纤损耗最低的1550nm
                                                           (45)  波长处达到零色散，开发了G.653光纤，而后为了实现波分复
                                                                 用，相继开发了G.655、G.656光纤。2010年以后，由于相干通
                                                                 信的发展，光纤的色散和PMD已经不是长距离通信的主要限制因
                其中m表示CVB光束的偏振拓扑荷，φ o 为初始偏振角，ψ为                   素，光纤的损耗和大有效面积成为主要考虑因素，于是出现了
                                                                 G.654.E光纤（2016年），从此，继G,653以后，G.655和G.656光
            CVB光束的方位角。奇点光束的正交性与无限性为它在光纤通信
            中的复用提供了良好的基础，奇点光束复用可以和时分复用，                          纤也或将相继退出历史舞台。现单模光纤主要有G.652.D及用于
                                                                 FTTH的抗弯曲光纤G.657以及用于长途通信的G.654.E光纤，这三
            波分复用等技术相结合，为实现未来超大容量的光通信提供了
            可能。                                                  者基本结构相同，都是阶跃型折射率剖面，因而有相同的色散
                                                                 特性，为了具有抗弯曲特性，G657光纤设置了凹陷型包层结构，

              图19 (a)为径向偏振光（TM01）电场分布图,(b)为角向偏振光（TE01）           而G.654.E采用纯硅芯和掺氟包层结构以得到最小的光纤损耗。
                    电场分布图                                        由于SDM技术的长远发展,用于平行通道传输的少模光纤和多芯光
                                                                 纤将期待有巨大的发展前景。
                                                                     在光纤技术的发展进程中，业界也曾开发了应用在中红
                                                                 外波的超低损耗的氟化物光纤以及另一类光子晶体空心光纤、
                                                                 嵌套抗共振无节空心光纤等，后者因光波在空气中传播，可以
                                                                 避免石英玻璃介质对光传输的非线性、色散、时延和损耗的影
                                                                 响，故比石英光纤有更宽频带、低损耗、低时延、低色散的优
                4.SDM的研究课题                                       点。但因氟化物光纤受制于固有的材料脆性，而空心光纤则囿
                                                                 于制作工艺和生产成本，均无法制成适用于长途通信的实用传
                近年来，在国内、外多家单位在开展SDM的实验研究工作，
            但SDM在投入实际应用前，还有很长的路要走，还有大量的理论                        输介质。
            和实际问题需解决。下面列出若干重要课题以窥一斑。
                在集成技术与系统方面，今后研究的方向有：对空分复用                            七、光纤在局域网综合布线中的应用
                                                                     光纤网络是世界上应用最广、发展最快的网络。光纤网络
            系统的现有研究虽已较丰富，但业界对空分复用系统关键器件
            尚未实现技术突破，需进一步加强研究，如集成激光器与调制                          中增长最快的两个领域是电信网（长途通信）和局域网。局域
                                                                 网通常是指计算机（数据）网络，它正在日新月异地发展，使
            器、二维的集成接收机、高能效的集成光放大器等。新型光纤
            可能会显著拓展系统带宽，但仍需深入研究以确保其综合性能                          用遍布各行各业。
                                                                     局域网的综合布线是指局域网的物理层，它包括光电线
            与制造工艺能达到现有单模光纤的水平，研究通信链路中可与
            新型光纤搭配使用的各类器件。                                       缆的布局、光纤的类型、光缆的类型、光电转换、连接的类型
                                                                 和硬件等等。它涉及产品领域及技术面之广使局域网综合布线
                （1）系统集成;包括采用高阶调制,相干接收技术的发射机
            和接收机的阵列集成,光放大器等系统器件的集成;                              已成为一门完整而系统的学科。局域网综合布线中的网线主要
                                                                 有：对绞双线的数据电缆、平行双线的高速直连电缆、同轴电
                （2）采用MIMO-DSP技术来解决SDM中线性和非线性对信号
            的损害问题:在少模光纤(FMF)的模分复用中,几个复用模式之间                      缆及光纤光缆。在高速率的数据传输中主要是光纤。在400G
                                                                 的数据中心光纤布线网络中，多模光纤的支持应用距离基本上
            的随机耦合以及模间色散导致复用信道之间的搅模引起的干扰,
            使信号无法正常传输,必须采用电域的DSP技术来分离和重组复                        可满足90%的主干应用的需要，多模光纤类型为OM3,OM4以及
                                                                 OM5。
            用模式的信号,这类似于在SMF的相干接收系统中消除PMD的方
            式,来实现模分复用;                                               1.多模光纤的进展
                                                                     工作在850nm波段、激光优化的万兆级多模光纤的发展
                （3）SDM波导的非线性传播物理:包括每个模式的功率限
            制;传输容量分析和先进的SDM波导设计;                                 是得益于垂直腔面发射激光器（Vertical-Cavity  Surface-
                                                                 Emitting  Laser，简称VCSEL）的出现和发展。1977年日本东京
                （4）SDM传输介质与光纤熔接,联接和阵列组件的有效接口
            方式;                                                  工学院的Iga教授首先提出了面发射半导体激光器的设想，并且
                                                                 在1987年应用MOCVD技术在GaAs衬底上研制出了第一只室温连续
                （5）适用于SDM系统的波长选择开关和光交接技术;
                （6）SDM系统的资本性投资和运营成本分析。                           发射的VCSEL。ISO/IEC  11801在2002年9月颁布了新的多模光纤

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