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江苏光缆厂家 
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光纤的轴心容易产生折射率凹陷
发布时间:2017-01-10 12:01    阅读:


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虽然1998年新出台的IEEE802.3z标准提出了在1Gbit/s网络中使用多模的规范,但网络升级的发展比标准的制订还快。目前要求传输速率达到10Gbit/s。这使得62.5/125μm多模光纤的带宽限制更加突出。为了解决这一问题,各大公司在最近一两年开发推出了几种新品种多模光纤,如康宁的InfiniCorCL1000和InfiniCorCL2000,朗讯的Lazr—SPEED,阿尔卡特的GIGAlite等?的诜⒉颊庵止庀耸彼担骸翱的枣凳斓募际鹾托碌恼凵渎史植伎刂,推出这种以前只有单模光纤才能给出的特性而且能在网络中使用以前给多模光纤配套的低成本系统!

在上述背景基础上,美国康宁和朗讯等大公司向国际标准化机构提出了“新一代多模光纤”概念。新一代多模光纤的标准正由国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)和美国电信工业联盟(TIA—TR42)研究起草。预计2002年3~4月推出,新一代多模光纤也将作为10Gb/s以太网的传输介质,被纳入IEEE10Git/s以太网标准。新一代多模光纤的英文缩写“NGMMF”(NewGenerationMultiModeFiber)已被国际通用,并可作为关键词在国际网站查询。目前,新一代多模光纤的全面技术指标尚未正式公布,但从标准制订的相关报道及有关技术网站中可以得到如下确切信息:

1.新一代多模光纤的类型新一代多模光纤是一种50/125μm,渐变折射率分布的多模光纤。采用50μm芯径是因为这种光纤中传输模的数目大约是62.5μm多模光纤中传输模的1/2.5。这可有效降低多模光纤的模色散,增加带宽。对850nm波长,50/125μm比62.5/125μm多模光纤带宽可增加三倍(500MHz.km比160MHz.km)。按IEEE802.3z标准推荐,在1Gbit/s速率下,62.5μm芯径多模光纤只能传输270米;而50μm芯径多模光纤可传输550米。实际上最近的实验证实:使用850nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)作光源,在1Gbit/s速率下,50μm芯径标准多模光纤可无误码传输1750米(线路中含5对连接器),adss光缆金具。50μm芯径新一代多模光纤可无误码传输2000米(线路中含2对连接器)。在10Gbit/s下,50μm芯径新一代多模光纤可传输600米,而具有200/500MHz.km过满注入带宽的标准62.5μm芯径多模光纤只能传输35米。

采用50μm芯径的另一个原因是以前人们看中62.5μm芯径多模光纤的优点,随技术的进步已变得无关紧要。在八十年代初中期,LED光源的输出功率低,发散角大,连接器损耗大,使用芯径和数值孔径大的光纤以使尽多光功率注入是必须考虑的。而当时似乎没人想到局域网速率可能会超过100Mbit/s,即多模光纤的带宽性能并不突出。现在由于LED输出功率和发散角的改进、连接器性能的提高,尤其是使用了VCSEL,光功率注入已不成问题。芯径和数值孔径已不再像以前那么重要,而10Gbit/s的传输速率成了主要矛盾,可以提供更高带宽的50μm芯径多模光纤则倍受青睐。

按上面叙述的激光器与发光管的比较来看,多模光纤使用激光器做光源,其传输带宽应得到大幅度提高。但初步实验结果表明,简单地用激光器代替LED做光源,系统的带宽不仅没有提高反而降低。经过IEEE专家组的研究发现,opgw光缆生产厂家。多模光纤的带宽还与光纤中的模功率分布或注入状态有关。在预制棒制作工艺中,光纤的轴心容易产生折射率凹陷。以前用LED做光源,是过满注入(OFL—OverFilledLaunch),光纤的全部模式(几百个)都被激励,每个模携带自己的一部分功率。相比看光缆。光纤中心折射率的畸变只影响少数模式的时延特性,对光纤模带宽的影响相对有限。所测出的多模光纤带宽,对于用LED做光源的系统是正确的。也就是说可以用这样测出的带宽数据估算系统的传输速率和距离。但是,当用激光器做光源时,激光器的光斑仅几微米,发散角也比LED小,因而只激励在光纤中心传输的少数模式,每个模式都携带相当大的一部分功率,光纤中心折射率畸变对这些仅有的、少数模式时延特性的影响,使多模光纤带宽明显下降。因此不能用传统的过满注入(OFL)方法来测量用激光器做光源的多模光纤的带宽。

新标准将使用限模注入法(RML—RestrictedModeLaunch)测量新一代多模光纤的带宽。用这种方法测出的带宽叫“激光器带宽”或“限模带宽”,以前用LED做光源测出的带宽叫“过满注入带宽”。两者分别表示用激光器和LED做光源注入时的多模光纤带宽。限模注入和多模光纤激光器带宽的标准由TIAFO—2.2.1任务组起草。目前已完成62.5μm多模光纤检测规程FOTP—203和FOTP—204(FOTP—FiberOpticTestProcedure),内容如下:

3.新一代多模光纤的带宽

以往传统的多模光纤网络使用发光二极管(LED)做光源。在低速网络中这是一种经济合理的选择。但二极管是自发辐射发光,激光器是受激发射发光,前者载流子寿命比后者长,因而二极管的调制速率受到限制,在千兆比及其以上网络中无法使用。另外,二极管与激光器相比,其光束发散角大,光谱宽度宽。注入多模光纤后,激励起更多的高次模,引入更多波长成份,使光纤带宽下降。幸运的是850nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)不但具有上述激光器的优点,而且价格与LED基本相同。VCSEL的其他优点是:阈值电流低,可以不经放大,直接用逻辑门电路驱动,在2Ggabit速率下,获得几毫瓦的输出功率;其850nm的发射波长并不适用于标准单模光纤,正好用于多模光纤。在这一波长下,可以使用廉价的硅探测器并有良好的高频响应;另一个令人瞩目的优点是VCSEL的制造工艺可以容易地控制发射光功率的分布,这对提高多模光纤带宽十分有利。正是由于这些优点,新一代多模光纤标准将采用850nmVCSEL做光源。

2.新一代多模光纤光源

FOTP—203规定了用来测量多模光纤激光器带宽的光源的功率分布。要求光源经过一段短的多模光纤耦合之后,其近场强度分布应满足在中心30μm范围内光通量大于75%,在中心9μm范围内光通量大于25%。新标准中没有推荐使用VCSEL做光源对带宽进行测量,这是考虑到不同厂家VCSEL的光功率分布差别很大。

FOTP—204规定使用限模光纤将光源耦合入多模光纤进行激光器带宽测量。限模光纤用来对过满注状态进行滤波,限制对多模光纤高次模的激励。限模光纤是一段芯径23.5μm,数值孔径0.208的渐变折射率多模光纤。这种多模光纤折射率梯度指数接近于2。adss光缆厂家。在850nm和1300nm过满注入条件下应有大于700MHz.km的带宽。限模光纤的长度应大于1.5米以消除泄漏模,并小于5米以避免瞬态损耗。选取芯径23.5μm是因为其产生的注入状态最接近VCSEL。听说opgw。

4.光源的注入

在实际使用中,激光器与多模光纤耦合可依照Gbit/s以太网标准推荐的法:

①偏置注入为避免上述激光器直接注入多模光纤出现的带宽恶化情况,标准规定使用模式调节连线(ModeConditioningPatchCord—MCP)将激光器输出耦合入多模光纤。模式调节连线是一段短的单模光纤,它的一端与激光器耦合,另一端与多模光纤耦合。标准规定单模光纤输出光斑故意偏离多模光纤轴心一段距离,允许偏离的范围是17~24μm,其目的是避开中心折射率凹陷,但又不偏离太远,只是选择性地激励一小组较低次模。

②中心注入对折射率分布理想,没有中心凹陷的多模光纤可以使用中心注入而不用模式调节连线。这样做的优点是可以有效提高多模光纤的激光器带宽,减少网络系统的复杂性和降低系统成本,目前一根模式调节连线约80~100美元?的就瞥龅腎nfiniCorCL1000(62.5μm芯径)和InfiniCorCL2000(50μm芯径)是目前千兆比以太网中1300nm波长激光直接注入而不用模式调节连线的第一种多模光纤。

5.新一代多模光纤对制作工艺的要求

上面已经说明不用模式调节连线而使激光直接注入多模光纤的各种优点。当然这需要没有折射率中心凹陷的多模光纤,目前已有多家光纤制造厂商宣布他们可以生产这种光纤。对于新一代多模光纤的制造,大多数厂家选择管内工艺,即MCVD或PCVD。

通过使用微分模时延技术(DMD—DifferentialMomdDely)来精确测量折射率分布并配合工艺的改进制造新一代多模光纤。朗讯和原SpecTran都使用了这种技术。以前折射率近场分布(RNF—RefractedNearField)测量的折射率差分辨率低,而DMD是直接测量不同模在光纤中传输的相对时延差,并且有更高的分辨率。这为有效控制多模光纤的模色散提供了直接、可靠的工艺依据。

结论

1.多模光纤一直是网络传输介质的主体,在世界光纤市场占有稳定份额。随着网络传输速率的升级和垂直腔面发射激光器(VCSEL)的使用,新一代多模光纤的国际标准即将问世。在单模光纤干线应用增长速率逐步趋于饱和的形势下,新标准的出台无疑将促进网络应用的发展并为多模光纤新品种的开发和产业生机带来新的机遇。

2.从理论上说,虽然网络传输介质还有塑料光纤、五类或六类等电缆、蓝牙无线通信等方案,它们有各自的优点。但从技术水平和系统应用的角度分析,多模光纤仍是不可替代的首选。塑料光纤传输损耗目前在几到十几dB/km,1~3Gbit/s的全氟梯度折射率塑料光纤刚在日本研究机构和大学开发成功,尚未投入商用。其损耗和带宽特性尚不好和多模光纤比较。塑料光纤的另一缺点是阻燃性不如石英光纤。五类或六类电缆随传输速率的提高损耗迅速上升,五类电缆在100MHz传输速率下,每100米损耗为22dB。蓝牙技术不用布线而且可以和移动终端相连,但作用距离有限,要进入局域网还要经过光电转换。这些技术今后会(现在已经)在某些适合场合使用,但从局域网应用的总体看,多模光纤在近一二十年内仍将占主导地位。

3.世界多模光纤供求形势不象干线用大批量单模光纤那样急剧变化。我国多模光纤曾有批量出口,国内需求亦稳中有升。随着新一代多模光纤国际标准的出台、网络用纤增长的加快和我国已进入世贸组织等大环境的形成,建议国内新建光纤产业适当考虑多模光纤的开发和生产,满足国内外市场新发展的需求。建议研究单位及时跟踪国际新标准内容、新标准实施后市场和产业动向;尽快掌握新一代多模光纤的制作工艺和测试技术,与世界光纤新技术发展接轨;进而像武邮院那样争取参与国际光纤通信领域新标准的制订。

杭州康宁光缆有限公司

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