与光赛跑，向光纤极限进军——烽火通信400G超低损耗光纤研究取得新进展

这是一个信息爆炸的社会，每时每刻，都有海量的信息在不同的角落产生。例如智能制造、VR、移动互联网、物联网等，这些信息需要有传输通道彼此串联才有意义。光纤通信网络是当前乃至今后相当一段时间内，信息通信的主要传输通道。于是，海量的信息纷纷涌入这个通道，要求这个光的通道更宽、更快，可传输的距离更长。

 

光纤通信网络的基础传输物理媒介是光纤。当光纤通信网络向超长距离、超大容量、超高速率方向发展时，新的400G乃至超400G技术要求光纤技术向自己的极限进军，让光纤的衰减更低，可保持单模传输的有效面积更大，从而能让更多的光进入光纤，并以更低的损耗通过光纤。这是一场让实际能力逼近理论极限的工作。全世界的光纤科技工作者都在为之奋斗。目前美国和日本的几家世界领先企业已经有可以实现这一超低损耗光纤的技术。而作为与世界领先水平相差最为接近的领域之一，我国光纤通信的研究者们也不甘落后，纷纷为实现超低损耗光纤技术而努力奋斗。烽火通信，作为我国光纤通信的国家队，责无旁贷的担负起了向光纤衰减极限奋斗，向世界领先水平进军的任务。

 

降低光纤的衰减是自诺贝尔奖获得者高锟博士发表有关光纤的开创性论文后，人们一直努力奋斗的目标。光纤在1550nm的衰减从上世纪70年代光纤刚诞生时的高达20dB/km，在上世纪80年代迅速下降到不到0.20dB/km。这样的损耗水平已逼近理论极限的30%。从这个值再往下降，就是水磨铁棍磨成针的功夫了。这需要将光棒内分子级乃至更小级别的起伏变得更均匀。另外，对于光纤而言，需要让芯层折射率高于包层折射率才能形成全反射，从而可以传输光信号。因此，通常在石英光纤的芯层掺有提高折射率的锗，而包裹芯层的包层则为纯石英。但超低损耗光纤技术则恰恰相反，它要求石英芯层更纯，而包层则掺有可降低折射率的氟等物质。因此，超低损耗光纤技术相比传统通信单模光纤技术是一个跨越。

 

烽火通信的相关研究人员很早就意识到了这一现象。他们首先提出了低损耗单模光纤的概念，在国内实现了衰减低达0.185dB/km的单模光纤的规模量产。该类型光纤不仅完全兼容常规G.652D光纤，而且成本也可做到与之一致的水平。目前,该低损耗光纤已在国家电网的青海到西藏的工程中得到应用。随着我国100G通信系统商用化的完全开展，这一类光纤将能有更大用途。

 

在此基础上，为了让更多的光可通过低损耗光纤传输，烽火通信进一步提出了低损耗大有效面积单模光纤，也就是3LA光纤。据悉，烽火通信历时三年研发，于2015年正式向市场推出3LA光纤，这是一种有效面积130um2，衰减小于0.183 dB/km的低损耗大有效面积光纤。在研究这种光纤的基础上，烽火通信原始创新提出的三步法工艺也日趋成熟。三步法工艺的提出是相对于传统两步法工艺而言的。传统的两步法工艺，例如PCVD+RIC，MCVD+RIC，VAD+OVD等，当需要兼顾低损耗和大有效面积两个技术指标时，面临提高纤芯折射率容易，降低包层折射率困难的问题。三步法工艺采用“VAD+PCVD+OVD”，它利用了VAD适合制造低损耗乃至超低损耗的纯石英芯层，PCVD则适合制造折射率较低的下凹包层，同时还用上了OVD高效率来保障更低成本。由此，则不仅低损耗大有效面积单模光纤可高效率高质量研制，而且超低损耗光纤也有了研制基础。

 

三大运营商也在不断探索适合未来400G及以上系统的下一代光纤。其中，中国联通展开G654陆地化应用的研究，在试点工程中，烽火3LA光纤能较好的与系统兼容，待后续济青干线400G系统验证传输效果。中国移动和电信也开始在实验室进行G654光纤的传输性能的研究。400G，乃至超400G通信系统要求光纤的衰减要更低，朝超低损耗光纤迈进。

 

随着三步法工艺的相互融合的关键技术的越发成熟，超低损耗光纤研制面临的包括低损耗纯硅芯、掺氟下凹包层等问题均可迎刃而解。另外，三步法工艺还可通过调整不同工艺间的材料搭配，进一步降低芯层和包层间因材料粘度匹配问题带来的芯包间的应力，从而将光纤的损耗进一步降低。就这样，我国的光纤科研工作者们一步步追赶着光的步伐，力图让光纤的衰减降到更低。据悉，烽火通信已能提供1550nm衰减达到0.160-0.170dB/km以内的超低损耗光纤。而且这一光纤还具有可达G.657A1的抗弯曲能力，从而大幅提高了超低损耗光纤的应用范围。

 

当光纤的损耗降低到理论极限10%左右的水平时，就需要充分挖掘现有技术的潜力，不断压榨和积累那一点点创新，从而最终带来那引发质变的创新跨越。拉丝退火技术就这样应运而生。当研制的光纤高速拉丝塔的拉丝速度达到3200m/min这一世界领先水平时，烽火通信的科研工作者们继续开展了极限创新。他们在高速拉丝塔上实现了分段式快速应力退火技术，在保证高速拉丝提升效率的同时，可有效降低光纤内应力，从而将光纤的衰减再降低。据了解，这些科研工作者们正努力将这一技术与三步法等光棒工艺进行更进一步的融合创新，从而积累出可实现更低损耗的超低损耗的跨越式创新。