用于陆地400Gbps高速传输系统的光缆生产及检测

>> 西安西古光通信有限公司 张彬 张义军 宋海燕 刘振华 盛晓晔

用于陆地400Gbps高速传输系统的光缆生产及检测

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一 引言

近年以来光传输技术取得了长足进展，自2013年以来，100G系统已经在全国范围内大规模部署，400G技术将是未来骨干网络的下一个里程碑。新一代的400G乃至1T/2T等高速传送系统正在全力研发中，但这些高速系统在传统光纤上应用时，遇到了无电中继传输距离难以满足骨干传送网应用的问题，并逐渐接近物理极限。因此，能够解决这一问题的大有效面积低损耗系数的新型G.654光纤得到广泛关注。中国联通“哈密—巴里坤”干线光缆项目是世界上首次将海缆G.654光纤进行改进后，进行大规模的陆地环境应用，分别对新型G.654光纤的400G传输性能及环境试用能力进行验证。西古光通参与了“哈密—巴里坤”干线光缆项目中光纤套塑、成缆和护层以及检测的相关工作。

二 新型G654光纤简介

2.1 G.654光纤标准的演进

现行国家标准GB/T 9771.2-2008《通信用单模光纤 第2部分：截止波长位移单模光纤特性》中指出，“本标准适用于通信光缆和其他信息传输设备中使用的B1.2（G654）类单模光纤，特别适用于海底通信光缆中使用的B1.2（G654）类单模光纤”。国家标准中对B1.2（G.654）光纤分为了A、B、C三类，而国际电信联盟ITU-T G.654：2012标准中相对于国家标准添加了G.654D的子类，该标准指出“这种损耗非常低的截止波长位移光纤（CSF）能应用于长距离数字传输用途，例如长距离地面线路系统和使用光放大器的海缆系统”。

可以看出，在GB/T 9771.2-2008中的B1.2（G.654）光纤主要是针对海底光缆，虽然在ITU标准中指出G.654光纤可以同时应用于地面和海底光缆，但是考虑到超400G技术的发展，现在陆地大规模应用的B1.3（G.652）光纤已不能完全满足高速传送技术发展的要求，并且G.654陆地应用与海底应用的环境差异较大，对截止波长位移单模光纤也提出了不同的性能指标要求。因此ITU-T正在讨论和修订G.654并增加G.654.E这种满足陆地应用、低衰减、大有效面积的截止波长位移单模光纤，行业标准也紧跟市场技术发展的趋势和国际标准动态，在CCSA-TC6-WG3第54次会议上也通过了该行业标准的立项，计划制定相关标准，以满足运营商超高速超长距离部署光纤网络的实际需求。

现行标准中的G.654光纤子类及其相应指标如表1所示：

表1 G654光纤子类及其相应指标

2.2 陆地用新型G.654光纤的性能指标

依照现有的标准，针对陆地用高速传输系统的特点，许多光纤厂家也生产出了适应于陆地传输的新型G.654光纤，用于联通“哈密—巴里坤”干线光缆项目试验，由于新的标准还在制定中，因此其性能指标也有一定差异，各个厂家提供的新型G.654光纤性能指标如下表2所示。

表2 各个厂家的用于陆地的G.654光纤的性能指标

2.3 新型G.654光纤与现有光纤标准对比

表3 新型G.654光纤参数与现有光纤标准对比

从表3可以看出，模场直径范围在11.2～12.97μm，截止波长＜1539nm，1550nm的衰减范围是0.149～0.197dB/km, PMD的范围为0.007～0.197ps/√km，可以看出，用于陆地的新型G.654光纤指标均优于G.654光纤目前已有的几个子类。由此可知，新型G.654光纤的具有较低的衰减指标及偏振模色散，有较大的模场直径。

三 新型G.654光纤成缆过程中检测结果分析

联通“哈密-巴里坤”干线项目中是国内首次将G.654光纤进行陆用，因此在生产过程中，由于光纤的性能不同，在光纤成缆过程中其工艺参数与普缆的生产也有一定的差异。因此在生产过程中需要对每一道工序后的光纤衰减进行严格的测试，保证下一道工序中光纤指标合格。下面分析了在光纤套塑、成缆以及护层后每到工序后衰减的变化值以及光缆成品的机械性能和温度性能试验，全面验证了G.654光纤在成缆后的各项性能指标。

3.1 每道工序下机后光纤附加衰减变化

在光纤套塑、成缆、护层工序下机后，分别对光纤的衰减值进行了测试，测试结果如下表4所示

表4 新型G.654光纤每道工序后的附加衰减

由上表4可以看出光纤套塑、成缆、护层工序下机后，光纤的衰减值都产生了一定程度的变化

a.其中光纤套塑后光纤的衰减值均有小幅度的下降。原因在于着色光纤进入套管后，在套管中处于受力小或不受力的状态，因此光纤的衰减值有小幅度的降低。

b.成缆后光纤的衰减值相比于光纤套塑后有一定程度的上升。由于成缆工序套管绞合和扎纱都会造成套管内光纤的受力，因此光纤衰减值呈上升趋势。

c.护层后光纤的衰减值相比成缆工序后基本保持平稳。由于在护层工序光纤受力不再变化，因此光纤衰减基本保持稳定。

d.样本5-10的6根超低损耗G.654光纤在成缆后的附件衰减值范围在0.006-0.014dB/km，而其它样本的附加衰减值范围0.001-0.004dB/km。但均满足标准要求（YD/T 901-2009标准中要求核心网用光缆的附加衰减为小于0.05dB/ km）。其中6根超低损耗G.654光纤附加损耗偏高原因可能是因为超低损光纤的纤芯包层折射率和其他的光纤有所不同，此外通过对比光纤参数发现，这6根超低损光纤的模场直径相对较小，也是可能引起附加衰减偏大的原因。（由于数据有限，影响附加衰减的具体因素还有待分析）

下图1所示为各工序下机光纤衰减变化趋势图。

图1 各工序衰减值变化趋势

完全参照YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》的标准进行包括拉伸、扭转、压扁、弯曲、冲击等机械性能试验以及环境性能试验。

机械性能试验的测试结果如下图2到图7所示：

图2 光缆拉伸后的光纤应变

图3 光缆拉伸后的光纤的附件衰减

图4 光缆扭转测试后光纤的附加衰减

图5 光缆压扁测试后的附加衰减

图6 光缆弯曲测试后的附加衰减

图7 光缆冲击后的附加衰减

如图2所示当对光缆施加的拉力在加载到3000N的过程中，光纤应变＜0.01%。如图3所示当对光缆施加的拉力加载到3000N的过程中，光纤在1550nm的附加衰减＜0.01dB/ km。如图4所示，通过光缆的扭转测试后，光纤的附加衰减＜0.01dB/km。如图5所示光缆压扁测试后测试图，光纤的附加衰减＜0.01dB/km，

如图6所示为光缆弯曲测试后测试图，可以看出光纤的附加衰减＜0.01dB/km。

如图7所示为光缆冲击测试后的测试图，光纤的附加衰减＜0.01dB/km。如下表5所示为实际测试值指与行业标准YD/T 901-2009《层绞式通信用室外光缆》的标准值的对比。

表5 光纤机械性能测试值与标准值对比

高低温性循坏试验测试结果如下图7所示：

横坐标为循环的温度值，分别通过20℃、-40℃、70℃、-40℃、70℃、20℃的温度坏境下进行2个循坏实验。纵坐标为光纤在1550nm波段的附件衰减值。从图中可以看出，光纤的附加衰减均＜0.015dB/km，无明显的附加衰减，性能指标优于行业标准的要求。

图8 光缆温度循环测试后的衰减值

四 结论

通过光纤套塑、成缆、护层工序的工艺优化，成功的将多个公司提供的新型G.654光纤成缆,并通过了机械性能和温度性能的实验。实验结果表明其各项性能指标均优于行业标准。随着联通“哈密—巴里坤”干线光缆的敷设完成，将进一步对新型G.654光纤的性能指标进行验证，同时也为下一步新型G.654光纤行业标准的编制打下了夯实的基础。