低弯曲损耗光纤需求背景

近年来，短距离光通信已经成为光纤通信的重点发展目标，蕴藏着巨大的市场潜力。短距离光通信中主要的是光纤到户(FTTH)。随着当前全球信息技术的快速发展，人们对带宽的需求与日俱增，伴随着4G及高速光纤网络的部署，光通信市场也迎来了新一轮的市场机遇。

在FTTH建设中，由于光缆被安放在拥挤的管道中或者经过多次弯曲后被固定在接线盒或插座等狭小空间的线路终端设备中（如图1所示），所以FTTH用的光缆应该是结构简单、敷设方便的光缆，在复杂的入户应用环境中，光纤可以进行小角度的弯曲，此时普通光纤的弯曲性能已经不能满足要求。

图1 光纤在接线盒中的弯曲场景

为了规范低弯曲损耗光纤产品的性能，国际上，ITU-T发布了“接入网用弯曲不敏感单模光纤和光缆特性”，即G.657光纤标准，先后历经2006、2009和2012三个版本。

光纤弯曲理论

根据波导理论，弯曲光纤可以用折射率发生扰动的直光纤来近似，其公式为[1]：

其中，x 指光纤中相应点的x坐标轴，坐标原点位于光纤中心，即图中虚线圆的中心。χ是存在光弹效应时材料修正系数，而Rb是光纤的弯曲半径。对于阶跃光纤来说，如果光纤沿x轴方向弯曲，则对于位于y轴右侧的纤芯和包层部分来说，其折射率会升高；而位于y轴左侧的纤芯和包层部分，其折射率会降低。当弯曲半径小到一定程度以至于y轴右侧部分包层的折射率增加过多而导致光无法被束缚在纤芯中时，将会出现光的泄露现象，即产生了弯曲损耗，如图2所示。

图2 阶跃光纤弯曲后的等效折射率分布，其中实线表示阶跃型光纤的径向折射率分布，虚线表示光纤被弯曲后的等效的折射率分布。

因此，为了制作出具有低弯曲损耗的光纤，光纤的纤芯与包层的折射率差应该较大。这样，光纤弯曲时，纤芯和包层才能仍然保持一定的折射率差，保证全内反射条件仍可以得到满足。低弯曲损耗光纤实现的难点在于要保证低弯曲损耗、低连接损耗、单模传输这三个条件的同时满足。目前常见的解决方案包括采用包层带凹槽结构光纤[2]、在包层中引入微纳米量级的空气孔[3]、采用少模光纤等效传输[4,5]等。

未来应用前景

目前G.657光纤的需求量随着FTTH（光纤到户）的发展而不断增长，潜在市场巨大。G.657光纤在色散、衰减等方面标准的不断提高也意味着其与G.652光纤相比有更为明显的竞争力。随着产量的增大，其生产成本不断趋近G.652光纤，因而能够在光学性能（模场直径、色散）上与G.652光纤完全兼容，而同时又允许具有超小弯曲半径(7.5 mm乃至5 mm)的低弯曲损耗光纤必将完全替代G.652光纤在光纤到户等短距离通信中的应用。这种具有强抗弯曲能力的光纤也可以广泛地运用于飞机、汽车、轮船、音响设备、卫星以及光器件和系统的短距离连接等对光纤弯曲性能有极端苛刻的要求的场合。