低彎曲損耗光纖需求背景

近年來，短距離光通信已經(jīng)成為光纖通信的重點發(fā)展目標(biāo)，蘊藏著巨大的市場潛力。短距離光通信中主要的是光纖到戶(FTTH)。隨著當(dāng)前全球信息技術(shù)的快速發(fā)展，人們對帶寬的需求與日俱增，伴隨著4G及高速光纖網(wǎng)絡(luò)的部署，光通信市場也迎來了新一輪的市場機遇。

在FTTH建設(shè)中，由于光纜被安放在擁擠的管道中或者經(jīng)過多次彎曲后被固定在接線盒或插座等狹小空間的線路終端設(shè)備中（如圖1所示），所以FTTH用的光纜應(yīng)該是結(jié)構(gòu)簡單、敷設(shè)方便的光纜，在復(fù)雜的入戶應(yīng)用環(huán)境中，光纖可以進(jìn)行小角度的彎曲，此時普通光纖的彎曲性能已經(jīng)不能滿足要求。

圖1 光纖在接線盒中的彎曲場景

為了規(guī)范低彎曲損耗光纖產(chǎn)品的性能，國際上，ITU-T發(fā)布了“接入網(wǎng)用彎曲不敏感單模光纖和光纜特性”，即G.657光纖標(biāo)準(zhǔn)，先后歷經(jīng)2006、2009和2012三個版本。

光纖彎曲理論

根據(jù)波導(dǎo)理論，彎曲光纖可以用折射率發(fā)生擾動的直光纖來近似，其公式為[1]：

其中，x 指光纖中相應(yīng)點的x坐標(biāo)軸，坐標(biāo)原點位于光纖中心，即圖中虛線圓的中心。χ是存在光彈效應(yīng)時材料修正系數(shù)，而Rb是光纖的彎曲半徑。對于階躍光纖來說，如果光纖沿x軸方向彎曲，則對于位于y軸右側(cè)的纖芯和包層部分來說，其折射率會升高；而位于y軸左側(cè)的纖芯和包層部分，其折射率會降低。當(dāng)彎曲半徑小到一定程度以至于y軸右側(cè)部分包層的折射率增加過多而導(dǎo)致光無法被束縛在纖芯中時，將會出現(xiàn)光的泄露現(xiàn)象，即產(chǎn)生了彎曲損耗，如圖2所示。

圖2 階躍光纖彎曲后的等效折射率分布，其中實線表示階躍型光纖的徑向折射率分布，虛線表示光纖被彎曲后的等效的折射率分布。

因此，為了制作出具有低彎曲損耗的光纖，光纖的纖芯與包層的折射率差應(yīng)該較大。這樣，光纖彎曲時，纖芯和包層才能仍然保持一定的折射率差，保證全內(nèi)反射條件仍可以得到滿足。低彎曲損耗光纖實現(xiàn)的難點在于要保證低彎曲損耗、低連接損耗、單模傳輸這三個條件的同時滿足。目前常見的解決方案包括采用包層帶凹槽結(jié)構(gòu)光纖[2]、在包層中引入微納米量級的空氣孔[3]、采用少模光纖等效傳輸[4,5]等。

未來應(yīng)用前景

目前G.657光纖的需求量隨著FTTH（光纖到戶）的發(fā)展而不斷增長，潛在市場巨大。G.657光纖在色散、衰減等方面標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高也意味著其與G.652光纖相比有更為明顯的競爭力。隨著產(chǎn)量的增大，其生產(chǎn)成本不斷趨近G.652光纖，因而能夠在光學(xué)性能（模場直徑、色散）上與G.652光纖完全兼容，而同時又允許具有超小彎曲半徑(7.5 mm乃至5 mm)的低彎曲損耗光纖必將完全替代G.652光纖在光纖到戶等短距離通信中的應(yīng)用。這種具有強抗彎曲能力的光纖也可以廣泛地運用于飛機、汽車、輪船、音響設(shè)備、衛(wèi)星以及光器件和系統(tǒng)的短距離連接等對光纖彎曲性能有極端苛刻的要求的場合。