光纤的容量及未来的演进方向 - 通信人家园

结合公式，我们可以总结出两大路线来提升光纤的容量：较成熟的路线如降低光纤损耗、增大有效面积、减小光纤尺寸；创新路线如使用多芯光纤、少模光纤以及中空光纤等。

从光纤在上个世纪发明以来，每公里的衰减的降低已经取得了长足的进步。由1970年代的20dB/km降低到2017年记录的1550nm窗口下的0.1419dB/km。那么光纤的损耗由哪些方面决定？我们以掺锗石英G.652光纤示例，主要包括光纤的固有损耗、杂质吸引损耗和波导缺陷导致的损耗等。

固有损耗是由于用于构建光纤纤芯和包层的玻璃材料的基本特性，包括瑞利散射、红外吸收和紫外吸收。杂质吸收包括OH离子和TM（过渡金属）引起的吸收、波导缺陷引起的散射以及光纤弯曲效应引起的损耗。

低损耗光纤的研究主要基于硅芯光纤，这是因为纯硅光纤没有GeO2，瑞利散射的影响比较小，但这样的硅芯光纤需要氟来实现芯包层折射率的差异。当然还有其他方面，如纤芯与包层粘度以及优化光纤的拉伸，都可以减小光纤的损耗。

首先我们要明白有效面积（Aeff）的定义是怎样的，它表示光纤透光区域的横截面积的大小，这是因为光能量不完全集中在纤芯中传输，部分能量在包层中传输。

这个有效面积体现光纤本身的物理参数MFD（模场直径：Mode Field Diameter）息息相关。

可以看出，有效面积Aeff与MFD可以通过如下公式评估：

大有效面积的一个关键好处是可以减少非线性的影响，并使得我们可以尽可能的提高入纤功率，而较高的入纤功率也就意味着更好的OSNR，同时在同样入纤功率条件下，系统可以获得更低的误码率。

另外，有效面积、截止波长和弯曲性能之间存在良好的相互作用。随着截止波长的增加，有效面积增加，同时光纤在1625nm处的弯曲损耗也增加。但是，当截止波长超过C波段以后，C波段以下的光纤传输将不再呈现单模特性。

有效面积从80μm2增加到150μm2需要放松对截止波长和弯曲性能的要求
有效面积超过150μm2需要做出进一步的妥协，并带来新的挑战

我们知道，光纤一般由中间的纤芯，内层的包层和外层的涂覆层，其中包层的折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件。

一般来说，多模光纤的纤芯直径一般为50μm/62.5μm，单模光纤的纤芯直径一般为8.5或9.5μm。在我们当前比较常用的光纤中，其包层的直径为125μm，裸纤的涂层在最外层，直径一般为250μm左右。

考虑单模和多模对纤芯的要求，在其传输模式用途确定的情况下，很难改变纤芯直径的大小。因此，为了实现更小尺寸光纤，我们只有在包层和涂覆层上下功夫。即减小涂覆层可以最终减小光纤尺寸，比如说200μm涂覆层光纤已用于长距离陆地网络，并将在下一代海底网络中使用。涂覆层直径可能会进一步减小至180-190μm。但这些改变需要满足强度和微弯损耗的要求。

另外，减小光纤的包层，则可以增加光纤的抗弯曲能力，现在抗弯光纤的直径已经从125μm减小到80μm，甚至出现60μm的光纤。