多模光纖是光纖中的一�,由于其中心玻璃芯較�(50�62.5μm),故在所考慮的波長上能傳導多種模式的��
基本上有兩種多模光纖,一種是梯度型(graded)另一種是階躍型(stepped�,對于梯度型(graded)光纖來�,芯的折射率(refraction index)于芯的外圍最小而逐漸向中心點不斷增加,從而減少訊號的模式色散,而對階躍型(Stepped Index)光纜來�,折射率基本上是平均不變,而只有在包層(cladding)表面上才會突然降低。階躍型(stepped)光纖一般較梯度型(graded)光纖的帶寬為低。在網絡應用�,的多模光纖�62.5/125�62.5/125意指光纖芯徑�62.5μm而包層(cladding)直徑為125μm,其他較為普通的�50/125�100/140�
相對于雙絞線,多模光纖能夠支持較長的傳輸距離,在10mbps�100mbps的以太網�,多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離,而于1GpS千兆網中,多模光纖可支持550米的傳輸距離。業(yè)界一般認為當傳輸距離超過295尺,電磁干擾非常嚴重,或頻寬需要超�350MHz,那便應考慮采用多模光纖代替雙絞線作為傳輸載��
1)多模光�
多模光纖(Multi Mode Fiber):中心玻璃芯較粗(50�62.5μm),可傳多種模式的�。但其模間色散較�,這就限制了傳輸數字信號的頻率,而且隨距離的增加會更加嚴�。例如:600MB/KM的光纖在2KM時則只有300MB的帶寬了。因�,多模光纖傳輸的距離就比較近,一般只有幾公里�
2)單模光�
單模光纖(Single Mode Fiber):中心玻璃芯很細(芯徑一般為9�10μm),只能傳一種模式的�。因�,其模間色散很小,適用于遠程通訊,但還存在著材料色散和波導色�,這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要�,即譜寬要窄,穩(wěn)定性要�。后來又�(fā)�(xiàn)�1.31μm波長�,單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負,大小也正好相等。這就是說�1.31μm波長處,單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來看,1.31μm處正好是光纖的一個低損耗窗口。這樣�1.31μm波長區(qū)就成了光纖通信的一個很理想的工作窗口,也是�(xiàn)在實用光纖通信系統(tǒng)的主要工作波��1.31μm常規(guī)單模光纖的主要參數是由國際電信聯(lián)盟ITU-T在G652建議中確定的,因此這種光纖又稱G652光纖�
七十年代光纖進入實用化階段是從多模光纖的局間中繼開始的。二十多年以�,單模光纖新品種不斷出現(xiàn),光纖功能不斷豐富和增強,性能價格比不斷苛�,但多模光纖并沒有被取代而是始終保持�(wěn)定的市場份額,和其他品種同步�(fā)�。其原因是多模光纖的特性正好滿足了網絡用纖的要求。相對于長途干�,光纖網絡的特點是:傳輸速率相對較低;傳輸距離相對較短;節(jié)點多、接頭多、彎路多;連接�、耦合器用量大;規(guī)模小,單位光纖長度使用光源個數��
傳輸速率低和傳輸距離短正好可以利用多模光纖帶寬特性和傳輸損耗不如單模光纖的特點。但單模光纖更便�、性能比多模好,為什么網絡中不用單模光纖�?這是因為上述網絡特點中彎路多損耗就大;節(jié)點多則光功率分路就頻�,這都要求光纖內部有足夠的光功率傳�。多模光纖比單模光纖芯徑�,數值孔徑大,能從光源耦合更多的光功率。網絡中連接器、耦合器用量大,單模光纖無源器件比多模 光纖無源器件
光纖�,而且相對精密、允差小,操作不如多模器件方便可�。單模光纖只能使用激光器(LD)作光源 ,其成本比多模光纖使用的�(fā)光二極管(LED)高很多。尤其是網絡�(guī)模小,單位光纖長度使用光源個數�,干線中可能幾百公里用一個光源,而十幾公里甚至幾公里的每個網絡各有獨立的光源。如果網絡使用單模光纖配用激光器,網絡總體造價會大幅度提高。目�,垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)已商用,價格與LED接近,其圓形的光束斷面和高的調制速率正好補償了LED 的缺�,使多模光纖在網絡中應用更添生機。從上述分析不難看到,認為單模光纖帶寬高、損耗小,在網絡中使用可以“一次到位”的考慮是不全面�。康寧公司對網絡中使用單模光纖和使用多模光纖的系�(tǒng)成本進行了計算和比較,使用單模光纖的網絡成本是多模光纖的4倍。使�62.5μm�50μm多模光纖的系�(tǒng)成本一�,區(qū)別在于不同種類的連接�。選用無金屬箍插拔式連接器系�(tǒng)造價(多模系�(tǒng)B)比用金屬箍旋接的連接�,如FC型(多模系統(tǒng)A)的成本可減�1�2�
為適應網絡通信的需�,七十年代末到八十年代初,各國大力開�(fā)大芯徑大數值孔徑多模光纖(又稱數據光纖�。當時國際電工委員會推薦了四種不同芯/包尺寸的漸變折射率多模光纖即A1a、A1b、A1c和A1d。它們的纖芯/包層直徑(μm)/數值孔徑分別為50�125�0.200�62.5�125�0.275�85�125�0.275�100�140�0.316??傮w來說,芯/包尺寸大則制作成本�、抗彎性能差,而且傳輸模數量增�,帶寬降低�100�140μm多模光纖除上述缺點外,其包層直徑偏大,與測試儀器和連接器件不匹�,很快便不在數據傳輸中使�,只用于功率傳輸等特殊場��85�125μm多模光纖也因類似原因被逐漸淘汰�1999�10月在日本京都召開的IEC SC 86A GW1專家組會議對多模光纖標準進行修改�2000�3月公布的修改草案中,85�125μm多模光纖已被取消??祵幑?976年開�(fā)�50�125μm多模光纖和朗訊Bell實驗�1983開發(fā)�62.5�125μm多模光纖有相同的外徑和機械強�,但有不同的傳輸特�,一直在數據通信網絡中“較量��
62.5μm芯徑多模光纖�50μm芯徑多模光纖芯徑大、數值孔徑高,能從LED光源耦合入更多的光功�,因�62.5�125μm多模光纖首先被美國采用為多家行業(yè)標準。如AT&T的室內配線系�(tǒng)標準、美國電子工�(yè)�(xié)會(EIA)的局域網標準、美國國家標準研究所(ANSI)的100Mb/s令牌網標�、IBM的計算機光纖數據通信標準等�50�125μm多模光纖主要在日�、德國作為數據通信標準使用,至今已�18年歷�。但由于北美光纖用量大和美國光纖制造及應用技術的先導作用,包括我國在內的多數國家均將62.5�125μm多模光纖作為局域網傳輸介質和室內配線使�。自八十年代中期以來�62.5�125μm光纖幾乎成為數據通信光纖市場的主流產品�
上述形勢一直維持到九十年代中后�。近幾年隨局域網傳輸速率不斷升級�50μm芯徑多模光纖越來越引起人們的重視。自1997年開始,局域網�1Gb/s�(fā)�,以LED作光源的62.5�125μm多模光纖幾百兆的帶寬顯然不能滿足要求。與62.5�125μm相比�50�125μm光纖數值孔徑和芯徑較小,帶寬比62.5�125μm光纖高,制作成本也可降低1�3。因�,各國業(yè)界紛紛提出重新啟�50�125μm多模光纖。經過研究和論證,國際標準化組織制訂了相應標�。但考慮到過去已有相當數量的62.5�125μm多模光纖在局域網中安裝使�,IEEE802.3z千兆比特以太網標準中�(guī)�50�125μm�62.5�125μm多模光纖都可以作�1GMbit/s以太網的傳輸介質使用。但對新建網絡,一�50�125μm多模光纖�50�125μm多模光纖的重新啟�,改變了62.5�125μm多模光纖主宰多模光纖市場的局�。遵照上述標�,康寧公�1998�9月宣布推出兩種新的多模光�。種為InfiniCor300�,按62.5�125μm標準,可�1Gb/s速率��850nm波長傳輸300��1300nm波長傳輸550�。第二種是InfiniCor600�,按50�125μm標準,在1Gb/s速率��850nm波長�1300nm波長均可傳輸600��
雖然1998年新出臺的IEEE802.3z標準提出了在1Gbit/s網絡中使用多模光纖的�(guī)�,但網絡升級的發(fā)展比標準的制訂還�。目前要求傳輸速率達到10Gbit/s。這使�62.5�125μm多模光纖的帶寬限制更加突�。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�??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絡中使用以前給多模光纖配套的低成本系統(tǒng)。�
在實際使用中,激光器與多模光纖耦合可依照Gbit/s以太網標準推薦的法:
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為避免上述激光器直接注入多模光纖出現(xiàn)的帶寬惡化情�,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�。模式調節(jié)連線是一段短的單模光�,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�,允許偏離的范圍�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�
② 中心注入
對折射率分布理想,沒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�(yōu)點是可以有效提高多模光纖的激光器帶寬,減少網絡系�(tǒng)的復雜性和降低系統(tǒng)成本,目前一根模式調節(jié)連線�80�100美元。康寧公司推出的InfiniCor CL 1000�62.5μm芯徑)和InfiniCor CL 2000�50μm芯徑)是目前千兆比以太網�1300nm波長激光直接注入而不用模式調節(jié)連線的種多模光纖�
1.新一代多模光纖的類型
新一代多模光纖是一�50�125μm,漸變折射率分布的多模光�。采�50μm芯徑是因為這種光纖中傳輸模的數目大約是62.5μm多模光纖中傳輸模�1�2.5。這可有效降低多模光纖的模色散,增加帶�。對850nm波長�50�125μm�62.5�125μm多模光纖帶寬可增加三倍(500MHz.km�160MHz.km�。按IEEE802.3z標準推薦,在1Gbit/s速率��62.5μm芯徑多模光纖只能傳輸270米;�50μm芯徑多模光纖可傳�550�。實際上最近的實驗證實:使�850nm垂直腔面�(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�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�,而具�200�500MHz.km過滿注入帶寬的標�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�62.5μm芯徑多模光纖的優(yōu)�,隨技術的進步已變得無關緊�。在八十年代初中�,LED光源的輸出功率低,發(fā)散角�,連接器損耗大,使用芯徑和數值孔徑大的光纖以使盡多光功率注入是必須考慮�。而當時似乎沒人想到局域網速率可能會超�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�。芯徑和數值孔徑已不再像以前那么重要,�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�
以往傳統(tǒng)的多模光纖網絡使用發(fā)光二極管(LED)做光源。在低速網絡中這是一種經濟合理的選擇。但二極管是自發(fā)輻射�(fā)�,激光器是受激�(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絡中無法使用。另外,二極管與激光器相比,其光束�(fā)散角�,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�。幸運的�850nm垂直腔面�(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,可以不經放�,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�,可以使用廉價的硅探測器并有良好的高頻響�;另一個令人矚目的�(yōu)點是VCSEL的制造工藝可以容易地控制�(fā)射光功率的分�,這對提高多模光纖帶寬十分有利。正是由于這些�(yōu)�,新一代多模光纖標準將采用850nm VCSEL做光��
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�,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�。經過IEEE專家組的研究�(fā)�(xiàn),多模光纖的帶寬還與光纖中的模功率分布或注入狀�(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�。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模式的時延特性,對光纖模帶寬的影響相對有�。所測出的多模光纖帶�,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據估算系�(tǒng)的傳輸速率和距�。但是,當用激光器做光源時,激光器的光斑僅幾微�,發(fā)散角也比LED�,因而只激勵在光纖中心傳輸的少數模�,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�、少數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�� 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�。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�。目前已完成62.5μm多模光纖檢測�(guī)程FOTP�203和FOTP�204(FOTP—Fiber Optic Test Procedure�,內容如下: FOTP�203�(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�(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�(tài)進行濾波,限制對多模光纖高次模的激�。限模光纖是一段芯�23.5μm,數值孔�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接近于2。在850nm�1300nm過滿注入條件下應有大�700MHz.km的帶寬。限模光纖的長度應大�1.5米以消除泄漏�,并小于5米以避免瞬態(tài)損耗。選取芯�23.5μm是因為其產生的注入狀�(tài)最接近VCSEL�
維庫電子通,電子知識,一查百��
已收錄詞�153979�