光纖通信在電力通信中的應(yīng)用分析

朱正才

摘 要：現(xiàn)在社會(huì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)以及信息手段已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，傳統(tǒng)的光纖通信技術(shù)已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)代需求愈發(fā)展的有效滿足，必須結(jié)合實(shí)際情況與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行合理的改革與創(chuàng)新。這對(duì)電力系統(tǒng)通訊的發(fā)展有促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)社會(huì)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極意義。本文主要圍繞光纖技術(shù)發(fā)展以及在電力通訊中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：電力通信；光纖技術(shù)；超低損耗光纖

為了真正意義上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)化控制與商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)電力通信系統(tǒng)的有需要建立，同時(shí)對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化管理有積極意義。電力通訊系統(tǒng)的建立，對(duì)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的保障有促進(jìn)作用，同時(shí)可在一定程度上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化。這也是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)現(xiàn)代化管理的重要手段。所以說(shuō)電力系統(tǒng)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行有重要作用。相關(guān)部門以及工作人員必須提高對(duì)該項(xiàng)工作的重視程度，促進(jìn)我國(guó)供電工作的順利進(jìn)行。

一、光纖技術(shù)的發(fā)展

在過(guò)去的四十多年里我國(guó)光通信技術(shù)得到迅速發(fā)展，這也是對(duì)光纖技術(shù)發(fā)展的有效推動(dòng)。通信系統(tǒng)與光線之間存在著相輔相成的關(guān)系，也就是說(shuō)通信系統(tǒng)的不斷升級(jí)必須伴隨著業(yè)務(wù)的需求。系統(tǒng)和器件的進(jìn)步對(duì)光纖提出了新的要求，推動(dòng)了新型光纖的開(kāi)發(fā)，光通信傳輸系統(tǒng)一共經(jīng)歷四個(gè)發(fā)展階段每個(gè)階段，都對(duì)光纖技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)作用。下面我們對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析。

1.波長(zhǎng)為853nm的led光源是第一代光纖通信系統(tǒng)的重要組成部分。同時(shí)其采用的是多模光纖。纖芯較大且數(shù)值孔徑較高多模光纖的顯著特征與優(yōu)勢(shì)?？梢苑奖愕匕研盘?hào)光源耦合進(jìn)光纖，光纖直接連接和熔接相對(duì)容易，多模光纖的模間色散對(duì)傳輸寬帶進(jìn)行限制。1975年第一個(gè)實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)在室外中進(jìn)行應(yīng)用。傳輸距離進(jìn)一步的延伸傳聲，速度也在進(jìn)行不斷的提高，多模光纖已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)要求的有效滿足。因此必須結(jié)合實(shí)際情況與先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行合理的改革與創(chuàng)新。

2.半導(dǎo)體激光器在1970年以后取得較大發(fā)展。光纖長(zhǎng)波長(zhǎng)傳輸窗口的應(yīng)用促使單模光纖傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建順利進(jìn)行。在真正意義上使得單模光纖傳輸系統(tǒng)成為可能。

3.單模光纖的工作窗口中衰減最低在1550nm波長(zhǎng)，但該波長(zhǎng)窗口中的色散非常大（+17ps/km/nm），這限制了高速率系統(tǒng)的傳輸距離。為充分利用該窗口衰減最低的優(yōu)勢(shì)，光纖廠商開(kāi)發(fā)了一種新型光纖，即色散位移光纖（DispersionShiftedFiber，DSF）（G.653光纖），該光纖實(shí)現(xiàn)了1550nm波長(zhǎng)區(qū)域最小的色散值，可以使用光譜寬度只有幾個(gè)納米的激光器，從而實(shí)現(xiàn)了工長(zhǎng)為1550nm的第三代光纖傳輸系統(tǒng)。

4.隨著摻鉺光纖放大器（ErbiumDopedFibreAmplifier，EDFA）和波分復(fù)用（WavelengthDivi-sionMultiplexing，WDM）技術(shù)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了多道傳輸?shù)牡谒拇笕萘抗饫w傳輸系統(tǒng)。研究表明色散位移光纖的色散值在1550nm時(shí)并不適合波分復(fù)用傳輸，這是因?yàn)樗牟ɑ祛l的非線性效應(yīng)在色散為零時(shí)最強(qiáng)，導(dǎo)致2個(gè)相鄰信道間的串話干擾非常強(qiáng)烈。為減少四波混頻效應(yīng)，需要適度的，色散應(yīng)該盡量小以減少色散對(duì)傳輸?shù)南拗?。因此提出了非零色散位移光纖（NonZeroDispersionShiftedFiber，NZDSF）（G.655光纖）的概念。目前，非零色散位移光纖已經(jīng)廣泛敷設(shè)在全球高容量波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中。

二、光纖新技術(shù)在電力通信中的應(yīng)用

除了以上介紹的常規(guī)光纖外，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，也出現(xiàn)很多新型光纖，如超低損耗光纖、大有效面積光纖、200μm小外徑光纖等。這些光纖在衰減、有效面積、幾何尺寸等方面進(jìn)行了優(yōu)化，以滿足不同場(chǎng)景下的應(yīng)用。

G.652光纖通過(guò)在纖芯中摻鍺的方式提高纖芯的折射率，和二氧化硅的包層材料間形成折射率差，以保證入射光在單模光纖中的傳播。但由于芯層中摻了入Ge2等金屬氧化物，會(huì)導(dǎo)致光纖損耗增加，因此傳統(tǒng)G.652光纖最低衰減為0.18～0.19dB/km。理論和實(shí)驗(yàn)表明，光纖中的損耗主要來(lái)自于光纖材料的瑞利散射損耗和吸收損耗。由于摻鍺元素的存在，引起較高的光纖瑞利散射，導(dǎo)致?lián)芥N光纖的衰減無(wú)法降低。采用純硅芯單模光纖，減小了由于瑞利散射的衰減，實(shí)現(xiàn)了光纖損耗的進(jìn)一步降低。

為了保證持纖芯和包層之間的折射率差，需要降低包層的折射率，這可以通過(guò)在包層中摻雜氟等元素實(shí)現(xiàn)。通過(guò)純硅纖芯的技術(shù)，石英光纖的衰減可以進(jìn)一步降低到理論的最低值0.15dB/km。大規(guī)模應(yīng)用于陸上長(zhǎng)途傳輸光纖，在低衰減的同時(shí)還需要和現(xiàn)有G.652光纖兼容。康寧公司在2008年推出了滿足G.652規(guī)范的SMF-28 R 超低損耗（UltraLowLoss，ULL）純硅光纖。其在1550nm附近衰減0.165dB/km左右，是衰減最低的G.652光纖，同時(shí)具有最低的偏振模色散指標(biāo)。ULL光纖的優(yōu)異衰減性能有效地提高了網(wǎng)絡(luò)冗余及光信噪比（OSNR），在實(shí)際應(yīng)用中可以支持更長(zhǎng)的跨段，減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，為電網(wǎng)安全優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行提供可靠支撐。超低損耗光纖最早在國(guó)內(nèi)有著“電力天路”之稱的青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用。

該光纖通信工程光纜線路全長(zhǎng)1038km，共設(shè)有6個(gè)中繼站，其中最長(zhǎng)中繼段為翻越唐古拉山口沱沱河至安多段，距離為295km。該段平均海拔超過(guò)5000m，自然環(huán)境惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜，極端最低溫度低于零下50℃。為保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行，對(duì)線路的衰減余量提出了更高要求，因此需要采用超低損耗光纖等多種先進(jìn)技術(shù)。2011年8月，國(guó)內(nèi)高海拔、高寒環(huán)境下最長(zhǎng)的無(wú)中繼光纖通信系統(tǒng)成功開(kāi)通。工程施工（光纜鋪設(shè)、光纖熔接等）完成后，光纖0.177dB/km（常規(guī)光纖一般為0.20～0.22dB/km）的衰減使得整體系統(tǒng)性能大幅提高，為惡劣的環(huán)境變化和維護(hù)留下了余量，同時(shí)也能從容地應(yīng)對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的需要。

三、結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了光纖隨光通信技術(shù)發(fā)展演進(jìn)的歷史，介紹了分類及各種光纖產(chǎn)品在電力通信中的應(yīng)用，重點(diǎn)討論了最近出現(xiàn)的超低損耗光纖、大有效面積光纖、200μm小外徑光纖等新型光纖的技術(shù)特點(diǎn)及其在電力通信中的應(yīng)用。其中超低損耗光纖通過(guò)降低光纖衰減可以延長(zhǎng)跨段距離，在青藏直流重點(diǎn)工程中得到廣泛應(yīng)用，為超長(zhǎng)跨距通信提供了穩(wěn)定可靠的解決方案。新一代光纖技術(shù)也將在實(shí)際應(yīng)用中不斷改進(jìn)、完善和豐富，以滿足未來(lái)運(yùn)營(yíng)商和智能電網(wǎng)建設(shè)對(duì)光纖通信的要求，對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

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