雖然1998年新出臺的IEEE802.3z標準提出了在1Gbit/s網(wǎng)絡中使用多模光纖的規(guī)范,但網(wǎng)絡升級的發(fā)展比標準的制訂還快。目前要求傳輸速率達到10Gbit/s。這使得62.5/125μm多模光纖的帶寬限制更加突出。為了解決這一問題,各大公司在最近一兩年開發(fā)推出了幾種新品種多模光纖,如康寧的InfiniCor CL1000和InfiniCor CL2000,朗訊的Lazr—SPEED,阿爾卡特的GIGAlite等?祵幵诎l(fā)布這種光纖時說:“康寧以嫻熟的技術和新的折射率分布控制,推出這種以前只有單模光纖才能給出的特性而且能在網(wǎng)絡中使用以前給多模光纖配套的低成本系統(tǒng)。”
在上述背景基礎上,美國康寧和朗訊等大公司向國際標準化機構提出了“新一代多模光纖”概念。新一代多模光纖的標準正由國際標準化組織/國際電工委員會(ISO/IEC)和美國電信工業(yè)聯(lián)盟(TIA—TR42)研究起草。預計2002年3~4月推出,新一代多模光纖也將作為10Gb/s以太網(wǎng)的傳輸介質,被納入IEEE10Git/s以太網(wǎng)標準。新一代多模光纖的英文縮寫“NGMMF”(New Generation Multi Mode Fiber)已被國際通用,并可作為關鍵詞在國際網(wǎng)站查詢。目前,新一代多模光纖的全面技術指標尚未正式公布,但從標準制訂的相關報道及有關技術網(wǎng)站中可以得到如下確切信息:
1.新一代多模光纖的類型 新一代多模光纖是一種50/125μm,漸變折射率分布的多模光纖。采用50μm芯徑是因為這種光纖中傳輸模的數(shù)目大約是62.5μm多模光纖中傳輸模的1/2.5。這可有效降低多模光纖的模色散,增加帶寬。對850nm波長,50/125μm比62.5/125μm多模光纖帶寬可增加三倍(500MHz.km比160MHz.km)。按IEEE802.3z標準推薦,在1Gbit/s速率下,62.5μm芯徑多模光纖只能傳輸270米;而50μm芯徑多模光纖可傳輸550米。實際上最近的實驗證實:使用850nm垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)作光源,在1Gbit/s速率下,50μm芯徑標準多模光纖可無誤碼傳輸1750米(線路中含5對連接器),50μm芯徑新一代多模光纖可無誤碼傳輸2000米(線路中含2對連接器)。在10Gbit/s下,50μm芯徑新一代多模光纖可傳輸600米,而具有200/500MHz.km過滿注入帶寬的標準62.5μm芯徑多模光纖只能傳輸35米。
采用50μm芯徑的另一個原因是以前人們看中62.5μm芯徑多模光纖的優(yōu)點,隨技術的進步已變得無關緊要。在八十年代初中期,LED光源的輸出功率低,發(fā)散角大,連接器損耗大,使用芯徑和數(shù)值孔徑大的光纖以使盡多光功率注入是必須考慮的。而當時似乎沒人想到局域網(wǎng)速率可能會超過100Mbit/s,即多模光纖的帶寬性能并不突出,F(xiàn)在由于LED輸出功率和發(fā)散角的改進、連接器性能的提高,尤其是使用了VCSEL,光功率注入已不成問題。芯徑和數(shù)值孔徑已不再像以前那么重要,而10Gbit/s的傳輸速率成了主要矛盾,可以提供更高帶寬的50μm芯徑多模光纖則倍受青睞。
2.新一代多模光纖光源
以往傳統(tǒng)的多模光纖網(wǎng)絡使用發(fā)光二極管(LED)做光源。在低速網(wǎng)絡中這是一種經(jīng)濟合理的選擇。但二極管是自發(fā)輻射發(fā)光,激光器是受激發(fā)射發(fā)光,前者載流子壽命比后者長,因而二極管的調制速率受到限制,在千兆比及其以上網(wǎng)絡中無法使用。另外,二極管與激光器相比,其光束發(fā)散角大,光譜寬度寬。注入多模光纖后,激勵起更多的高次模,引入更多波長成份,使光纖帶寬下降。幸運的是850nm垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)不但具有上述激光器的優(yōu)點,而且價格與LED基本相同。VCSEL的其他優(yōu)點是:閾值電流低,可以不經(jīng)放大,直接用邏輯門電路驅動,在2Ggabit速率下,獲得幾毫瓦的輸出功率;其850nm的發(fā)射波長并不適用于標準單模光纖,正好用于多模光纖。在這一波長下,可以使用廉價的硅探測器并有良好的高頻響應;另一個令人矚目的優(yōu)點是VCSEL的制造工藝可以容易地控制發(fā)射光功率的分布,這對提高多模光纖帶寬十分有利。正是由于這些優(yōu)點,新一代多模光纖標準將采用850nm VCSEL做光源。
3.新一代多模光纖的帶寬
按上面敘述的激光器與發(fā)光管的比較來看,多模光纖使用激光器做光源,其傳輸帶寬應得到大幅度提高。但初步實驗結果表明,簡單地用激光器代替LED做光源,系統(tǒng)的帶寬不僅沒有提高反而降低。經(jīng)過IEEE專家組的研究發(fā)現(xiàn),多模光纖的帶寬還與光纖中的模功率分布或注入狀態(tài)有關。在預制棒制作工藝中,光纖的軸心容易產生折射率凹陷。以前用LED做光源,是過滿注入(OFL—OverFilled Launch),光纖的全部模式(幾百個)都被激勵,每個模攜帶自己的一部分功率。光纖中心折射率的畸變只影響少數(shù)模式的時延特性,對光纖模帶寬的影響相對有限。所測出的多模光纖帶寬,對于用LED做光源的系統(tǒng)是正確的。也就是說可以用這樣測出的帶寬數(shù)據(jù)估算系統(tǒng)的傳輸速率和距離。但是,當用激光器做光源時,激光器的光斑僅幾微米,發(fā)散角也比LED小,因而只激勵在光纖中心傳輸?shù)纳贁?shù)模式,每個模式都攜帶相當大的一部分功率,光纖中心折射率畸變對這些僅有的、少數(shù)模式時延特性的影響,使多模光纖帶寬明顯下降。因此不能用傳統(tǒng)的過滿注入(OFL)方法來測量用激光器做光源的多模光纖的帶寬。
新標準將使用限模注入法(RML—Restricted Mode Launch)測量新一代多模光纖的帶寬。用這種方法測出的帶寬叫“激光器帶寬”或“限模帶寬”,以前用LED做光源測出的帶寬叫“過滿注入帶寬”。兩者分別表示用激光器和LED做光源注入時的多模光纖帶寬。限模注入和多模光纖激光器帶寬的標準由TIA FO—2.2.1任務組起草。目前已完成62.5μm多模光纖檢測規(guī)程FOTP—203和FOTP—204(FOTP—Fiber Optic Test Procedure),內容如下:
FOTP—203規(guī)定了用來測量多模光纖激光器帶寬的光源的功率分布。要求光源經(jīng)過一段短的多模光纖耦合之后,其近場強度分布應滿足在中心30μm范圍內光通量大于75%,在中心9μm范圍內光通量大于25%。新標準中沒有推薦使用VCSEL做光源對帶寬進行測量,這是考慮到不同廠家VCSEL的光功率分布差別很大。
FOTP—204規(guī)定使用限模光纖將光源耦合入多模光纖進行激光器帶寬測量。限模光纖用來對過滿注狀態(tài)進行濾波,限制對多模光纖高次模的激勵。限模光纖是一段芯徑23.5μm,數(shù)值孔徑0.208的漸變折射率多模光纖。這種多模光纖折射率梯度指數(shù)接近于2。在850nm和1300nm過滿注入條件下應有大于700MHz.km的帶寬。限模光纖的長度應大于1.5米以消除泄漏模,并小于5米以避免瞬態(tài)損耗。選取芯徑23.5μm是因為其產生的注入狀態(tài)最接近VCSEL。
4.光源的注入
在實際使用中,激光器與多模光纖耦合可依照Gbit/s以太網(wǎng)標準推薦的法:
、佟∑米⑷搿 楸苊馍鲜黾す馄髦苯幼⑷攵嗄9饫w出現(xiàn)的帶寬惡化情況,標準規(guī)定使用模式調節(jié)連線(Mode Conditioning Patch Cord—MCP)將激光器輸出耦合入多模光纖。模式調節(jié)連線是一段短的單模光纖,它的一端與激光器耦合,另一端與多模光纖耦合。標準規(guī)定單模光纖輸出光斑故意偏離多模光纖軸心一段距離,允許偏離的范圍是17~24μm,其目的是避開中心折射率凹陷,但又不偏離太遠,只是選擇性地激勵一小組較低次模。
、凇≈行淖⑷搿 φ凵渎史植祭硐耄瑳]有中心凹陷的多模光纖可以使用中心注入而不用模式調節(jié)連線。這樣做的優(yōu)點是可以有效提高多模光纖的激光器帶寬,減少網(wǎng)絡系統(tǒng)的復雜性和降低系統(tǒng)成本,目前一根模式調節(jié)連線約80~100美元?祵幑就瞥龅腎nfiniCor CL 1000(62.5μm芯徑)和InfiniCor CL 2000(50μm芯徑)是目前千兆比以太網(wǎng)中1300nm波長激光直接注入而不用模式調節(jié)連線的第一種多模光纖。
5.新一代多模光纖對制作工藝的要求
上面已經(jīng)說明不用模式調節(jié)連線而使激光直接注入多模光纖的各種優(yōu)點。當然這需要沒有折射率中心凹陷的多模光纖,目前已有多家光纖制造廠商宣布他們可以生產這種光纖。對于新一代多模光纖的制造,大多數(shù)廠家選擇管內工藝,即MCVD或PCVD。
通過使用微分模時延技術(DMD—Differential Momd Dely)來精確測量折射率分布并配合工藝的改進制造新一代多模光纖。朗訊和原SpecTran都使用了這種技術。以前折射率近場分布(RNF—Refracted Near Field)測量的折射率差分辨率低,而DMD是直接測量不同模在光纖中傳輸?shù)南鄬r延差,并且有更高的分辨率。這為有效控制多模光纖的模色散提供了直接、可靠的工藝依據(jù)。
結 論
1.多模光纖一直是網(wǎng)絡傳輸介質的主體,在世界光纖市場占有穩(wěn)定份額。隨著網(wǎng)絡傳輸速率的升級和垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)的使用,新一代多模光纖的國際標準即將問世。在單模光纖干線應用增長速率逐步趨于飽和的形勢下,新標準的出臺無疑將促進網(wǎng)絡應用的發(fā)展并為多模光纖新品種的開發(fā)和產業(yè)生機帶來新的機遇。
2.從理論上說,雖然網(wǎng)絡傳輸介質還有塑料光纖、五類或六類等電纜、藍牙無線通信等方案,它們有各自的優(yōu)點。但從技術水平和系統(tǒng)應用的角度分析,多模光纖仍是不可替代的首選。塑料光纖傳輸損耗目前在幾到十幾dB/km,1~3Gbit/s的全氟梯度折射率塑料光纖剛在日本研究機構和大學開發(fā)成功,尚未投入商用。其損耗和帶寬特性尚不好和多模光纖比較。塑料光纖的另一缺點是阻燃性不如石英光纖。五類或六類電纜隨傳輸速率的提高損耗迅速上升,五類電纜在100MHz傳輸速率下,每100米損耗為22dB。藍牙技術不用布線而且可以和移動終端相連,但作用距離有限,要進入局域網(wǎng)還要經(jīng)過光電轉換。這些技術今后會(現(xiàn)在已經(jīng))在某些適合場合使用,但從局域網(wǎng)應用的總體看,多模光纖在近一二十年內仍將占主導地位。
3.世界多模光纖供求形勢不象干線用大批量單模光纖那樣急劇變化。我國多模光纖曾有批量出口,國內需求亦穩(wěn)中有升。隨著新一代多模光纖國際標準的出臺、網(wǎng)絡用纖增長的加快和我國已進入世貿組織等大環(huán)境的形成,建議國內新建光纖產業(yè)適當考慮多模光纖的開發(fā)和生產,滿足國內外市場新發(fā)展的需求。建議研究單位及時跟蹤國際新標準內容、新標準實施后市場和產業(yè)動向;盡快掌握新一代多模光纖的制作工藝和測試技術,與世界光纖新技術發(fā)展接軌;進而像武郵院那樣爭取參與國際光纖通信領域新標準的制訂。
常用光纜快速導航: 4芯光纜價格 、6芯光纜價格 、8芯光纜價格 、12芯光纜價格 、18芯光纜價格 、24芯光纜價格 、32芯光纜價格 、36芯光纜價格 、48芯光纜價格 、72芯光纜價格