C+L波段之外的光传输技术

本文介绍了C+L波段之外的光传输。

在光传输领域，我们经常探讨频谱的扩展希望提升光传输系统的容量。当前已经商用的最大频谱范围是C+L波段，及扩展的C++ + L++波段，其频谱宽度最大能达到12THz。如下图所示，当前商用的这些频谱段基本上是处于光纤衰减的最小值范围。

因为在这些光纤衰减最小的地方，才能使得我们的建网成本最低，或者更准确的说是光层的建设成本最优

除了分合波/WSS的成本，光层的方案通常会着重考虑以下几个方面：

放大器的成本、中继再生的成本

正常跨段100km及以下时，我们会使用EDFA放大光纤造成的衰减，但当光纤线路的衰减超过这个范围时，我们通常会使用拉曼放大器以提高传输能力，实现较长跨段传输。虽然拉曼的放大能力虽然比较高，也能较少的引入噪声。但是拉曼不仅本身的造价较高，而且其开通维护的Opex成本相对普通EDFA也要高出不少。

针对中继再生，如果光纤衰减过大，在相同光缆距离下，我们就需要为业务站点之间建设更多的放大器，放大器产生的自发辐射 (ASE) 噪声积累就越多。同时这样就会增加跨段数量，使得波长需要穿通更多的分合波/WSS单板。从而导致OSNR性能的降低，在方案设计阶段就需要考虑增加较多中继单板以实现3R等功能，最终造成Capex过高。

因此，总体而言，我们在给业务信号选择承载的波段时，尽量会选择光纤衰减最小波段。这就是为什么当前主流厂家选择在C/L波段上做文章。

那么除了C和L，我们还能发展哪些范围的频谱给光传输用呢？在文章开头的图片中，除了C和L之外，还有波长较长的U波段和波长较短的O/E/S波段。

针对波长较长的U波段。它面临一个问题是，弯曲损耗对于波长越长的分量的影响越大。在下图中，在相同弯曲半径下，随着波长的增大，其光学模式变得越来越小并且损耗越来越大。

当然，在U波段传输不是不可行，需要我们开发出抗弯曲性能更好的光纤，比如说光子晶体光纤。只是在当前阶段与主流趋势及普遍应用的光纤上，不太符合。

如此，我们能否在较短波长范围如O/E/S内考虑呢？

让我们来直面这些波段内的光纤传输性能指标，也是我们通常用来评估光系统的主要考量：

衰减、非性线

对于光纤衰减，由于水峰吸收、瑞利散射和紫外线吸收，这些个波段的光纤衰减要比C/L波段范围内高得多，因此更加需要放大器来解决光纤衰减的问题。基于替代稀土元素的放大技术或扩展拉曼放大器也已通过实验证明，下图是掺杂不同元素的放大器类型。

其次，光纤非线性与波长成反比，波长越短，非线性越严重，因此C波段以下的波长，非线性的影响将更为严重。同时，光纤非线性相关的一个指标是模块有效面积，模块面积越大，抗非线性的能力就越强。

我们可以通过下图（关于模场面积与非线性系数随波长的变化图）很好的理解上面这段话。其中蓝色线 γ 是光纤的非线性系数，黑色线Aeff是有效模场面积。随着波长减小，模场面积减小，抵抗非线性能力减弱，同时非线性系数增大，导致光纤带来的非线性影响更严重。

另外，光纤带来的色散以及对不同波长的影响也是系统非线性指标的一个因素。在100G及超100G速率下，色散的问题已经很好的通过电域补偿解决了。

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因此，对于不同范围的波段来说，我们并不怕有色散，而是提心色散太小甚至是没有色散。因为较小的色散或零色散将带来非常严重的克尔效应（非线性效应）。如下图所示是不同的光纤类型下的色散变化。

可以看出，当前O波段下，常用光纤G.652的色散值在0左右浮动，S波段下，G.655的色散在0左右浮动。而对于G.653光纤，其在C波段下的色散处于0左右，这也是为什么G.653光纤（甚至G.655光纤在此色散也偏小）在后来的100G及以上系统中并不常用的原因之一。

上面我们只是简单说了衰减和非线性的对较短波长的开发利用必须要考虑的事情，技术验证之后的商用成熟度带来的商业成本也是重要考虑的一个方面。

回头文章开头，其实对短波长的开发利用已经在实施，比如C++和L++波段其实是扩展利用了S和L波段约10nm左右的频谱而来的。相信不久的将来，C与L之外的频谱资源将被开发出来用于光传输。

审核编辑：黄飞