光纤通信,就是利用光作为信息载体,在纤芯中传输,进行通信。然而,并不是所有的光,都适合光纤通信。光的波长不同,在光纤中的传输损耗就不同。为了尽可能减小损耗,保证传输效果,科研工作者一直在致力于寻找最合适的光。
上世纪70年代初,光纤通信开启实用化落地的进程。当时主要的研发对象,是多模光纤。多模光纤的纤芯直径更大,容许不同模式的光在一根光纤上传输。最早被使用的光,是波长为850nm的光,这个波段(band),也被直接称为850nm波段。后来,到了70年代末80年代初,单模光纤开始了大规模的应用。经过测试,工程师们发现,1260nm~1360nm波长范围的光,由色散导致的信号失真最小,损耗最低。所以,他们将这一波长范围采纳为早期的光通信波段,并命名为O-band(O波段)。O,是“Orignal(原始)”的意思。
此后的三四十过年,经过漫长的摸索和实践,专家们逐渐总结出一个“低损耗波长区域”,也就是1260nm~1625nm区域。这个波长区域范围的光,最适合在光纤中传输。这个区域被进一步划分成了五个波段,分别是O波段,E波段,S波段,C波段和L波段。
最常用的波段,被称为C波段(1530nm~1565nm)。C,是“conventional(常规)”的意思。C波段表现出的损耗最低,被广泛用于城域网、长途、超长途以及海底光缆系统。WDM波分复用系统中,也经常用到C波段。C波段旁边的L波段(1565nm~1625nm),是损耗第二低的波段,也是行业的主流选择之一。当C波段不足以满足带宽需求的时候,也会采用L波段作为补充。L,是“long-wavelength(长波长)”的意思。
S波段(1460nm~1530nm),也就是“short-wavelength(短波长)”波段,光纤损耗比O波段要高一些。它经常被用于PON(无源光网络)系统的下行波长。
PON就是家庭光纤宽带的那套系统。它的上行波长为1310nm,下行波长为1490nm。
最后再来看看E波段。这个波段有点特别,它是五个波段中最不常见的波段。E,是“extended(扩展)”的意思。大家观察波长和损耗关系图时,会发现,E波段有一个明显的不规则激凸。那是因为1370-1410nm波段,氢氧根离子(OH-)吸收,所以损耗急剧加大。这也被称为水峰。早期的时候,因为工艺限制,光纤玻璃纤维中,经常残留有水(OH基)杂质,导致E波段的衰减最高,无法正常使用。
后来,玻璃制作过程中的脱水技术发明,E波段中最常用的光纤(ITU-T G.652.D)的衰减变得比O波段低。(这类光纤也被称为低水峰光纤或无水峰光纤。)然而,由于在2000年之前安装的许多现有光纤光缆在E波段都显示出高衰减,因此,E波段在光通信中仍有一些使用方面的限制。
除了以上波段之外,其实还有一个波段会被用到,那就是U波段(ultra-long-wavelength band,超长波段:1625-1675 nm)。U频段则主要用于网络监控。
什么是 O band?
O 波段是原始波段 1260-1360 nm。O 波段是历史上用于光通信的第一个波长波段,信号失真(由于色散)最小。
什么是 E band?
E 波段(扩展波长波段:1360-1460 nm)是这几个波段中最不常见的波段。 E 波段主要用作 O 波段的扩展,但应用很少,主要是由于许多现有光缆在 E 波段都显示出高衰减,并且制造过程非常耗能,因此在光通信的使用受到限制。
什么是 S band?
S 波段(Short-wavelength Band)(短波波段:1460-1530 nm)中的光纤损耗比 O 波段的损耗低,S 波段作为许多 PON(无源光网络)系统使用。
什么是 C band?
C 波段(Conventional Band)范围从 1530 nm 到 1565 nm,代表的是常规波段。光纤在 C 波段中表现出最低的损耗,在长距离传输系统中占有较大的优势,通常应用在与 WDM 结合的许多城域,长途,超长途和海底光传输系统中使用 和 EDFA 技术。随着传输距离变长,并且开始使用光纤放大器代替光对电子对光中继器,C 波段变得越来越重要。随着可使多个信号共享一条光纤的 DWDM(密集波分复用)的出现,C 波段的使用得到了扩展。
什么是 L band?
L 波段(Long-wavelength Band)(长波长波段:1565-1625 nm)是第二低损耗的波长波段,常常在 C 波段不足以满足带宽需求时被使用。随着掺 b 光纤放大器(EDFA)广泛可用,DWDM 系统向上扩展到了 L 波段,最初常被用于扩展地面 DWDM 光网络的容量。现在,它已被引入海底电缆运营商,以做同一件事 - 扩展海底电缆的总容量。
因为 C 波段和 L 波段这两个传输窗口的传输衰减损耗最小,所以 DWDM 系统中信号光通常选择在 C 波段和 L 波段。除了 O 波段到 L 波段外,还有另外两个波段,即 850 nm 波段和 U 波段(超长波段:1625-1675 nm)。 850 nm 波段是多模光纤通信系统的主要波长,结合了 VCSEL(垂直腔表面发射激光器)。 U 频段主要用于网络监控。
WDM 技术根据不同的波长模式,又可以分为 WDM,CWDM, DWDM。ITU 对 CWDM(ITU-T G.694.2)规定的波长范围为 1271 至 1611 nm,但在应用中考虑到 1270-1470nm 波段的衰减比较大,所以通常使用 1470~1610nm 的波段范围。DWDM 通道间隔更加密集,使用 C 波段(1530 nm-1565 nm)和 L 波段(1570nm-1610nm)传输窗口。普通 WDM 一般采用 1310 和 1550nm 波长。
随着 FTTH 应用的增长,光纤网络中最常使用的 C 波段和 L 波段将在光传输系统中扮演越来越重要的角色。