多模光纤

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  正在给定的就业波长上传输多种形式的光纤。按其折射率的漫衍分为突变型和渐变型。浅显多模光纤的数值孔径为0.2±0.02,芯径/表径为50μm/125μm其传输参数为带宽和损耗。因为多模光纤中传输的形式多达数百个,各个形式的传达常数和群速度区别,使光纤的带宽窄,色散大,损耗也大,只适于中短隔绝和幼容量的光纤通讯体例。

  多模光纤容许区别形式的光于一根光纤上传输,因为多模光纤的芯径较大,故可利用较为低价的耦合器及接线器,多模光纤的纤芯直径为50μm至100μm。

  根基上有两种多模光纤,一种是梯度型(graded)另一种是阶跃型(stepped),对付梯度型(graded)光纤来说,芯的折射率(refraction index)于芯的表围最幼而慢慢向中央点连接扩充,从而淘汰讯号的形式色散,而对阶跃型(Stepped Index)光缆来说,折射率根基上是均匀褂讪,而唯有正在包层(cladding)轮廓上才会蓦地低浸。阶跃型(stepped)光纤平常较梯度型(graded)光纤的带宽低。正在汇集行使上,最受接待的多模光纤为62.5/125,62.5/125意指光纤芯径为62.5μm而包层(cladding)直径为125μm,其他较为浅显的为50/125及100/140。

  相对付双绞线,多模光纤不妨增援较长的传输隔绝,正在10mbps及100mbps的以太网中,多模光纤最长可增援2000米的传输隔绝,而于1GbpS千兆网中,多模光纤可增援550米(50μm芯径)的传输隔绝,正在10Gbps万兆网中,多模光纤OM3可到300米,OM4可达500米。

  多模光纤的芯线μm.。规格(芯数)有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。线缆表护层资料有浅显型;浅显阻燃性;低烟无卤型;低烟无卤阻燃型。

  九十年代多模光纤活着界光纤商场从来占据太均分额。九十年代中期以后寰宇多模光纤商场根基仍旧正在7~8%的光纤用量和14~15%的贩卖份额。北美比这一大致均匀比例偏高。

  七十年代光纤进入适用化阶段是从多模光纤的局间中继最先的。二十多年以后,单模光纤新种类连接闪现,光纤成效连接充分和加强,机能代价比连接苛求,但多模光纤并没有被庖代而是永远仍旧太平的商场份额,和其他种类同步开展。其原由是多模光纤的性情正好知足了汇集用纤的恳求。相对付远程干线,光纤汇集的特质是:传输速度相对较低;传输隔绝相对较短;节点多、接头多、弯途多;连合器、耦合器用量大;周围幼,单元光纤长度利用光源个数多。

  传输速度低和传输隔绝短正好可能愚弄多模光纤带宽性情和传输损耗不如单模光纤的特质。但单模光纤更低廉、机能比多模好,为什么汇聚集不消单模光纤呢?这是由于上述汇集特质中弯途多损耗就大;节点多则光功率分途就一再,这都恳求光纤内部有足够的光功率传输。多模光纤比单模光纤芯径粗,数值孔径大,能从光源耦合更多的光功率。汇聚集连合器、耦合器用量大,单模光纤无源器件比多模光纤贵,并且相对精巧、允差幼,操作不如多模器件容易牢靠。单模光纤只可利用激光器(LD)作光源,其本钱比多模光纤利用的发光二极管(LED)高许多。加倍是汇集周围幼,单元光纤长度利用光源个数多,干线中或者几百公里用一个光源,而十几公里乃至几公里的每个汇集各有独立的光源。要是汇集利用单模光纤配用激光器,汇集总体系价会大幅度抬高。笔直腔面发射激光器(VCSEL)已商用,代价与LED亲密,其圆形的光束断面和高的调造速度正好补充了LED的错误,使多模光纤正在汇聚集行使更添生气。从上述领悟不难看到,以为单模光纤带宽高、损耗幼,正在汇聚集利用可能“一次到位”的思量是不全数的。康宁公司对汇聚集利用单模光纤和利用多模光纤的体例本钱举行了盘算和对比,利用单模光纤的汇集本钱是多模光纤的4倍。利用62.5μm和50μm多模光纤的体例本钱一律,区别正在于区别品种的连合器。选用无金属箍插拔式连合器体例造价(多模体例B)比用金属箍旋接的连合器,如FC型(多模体例A)的本钱可淘汰1/2。

  为适当汇集通讯的需求,七十年代末到八十年代初,各国肆意拓荒大芯径大数值孔径多模光纤(又称数据光纤)。当时国际电工委员会保举了四种区别芯/包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d。它们的纤芯/包层直径(μm)/数值孔径分歧为50/125/0.200、62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316。总体来说,芯/包尺寸大则造酿本钱高、抗弯机能差,并且传输模数目增加,带宽低浸。100/140μm多模光纤除上述错误表,其包层直径偏大,与测试仪器和连合器件不般配,很疾便不正在数据传输中利用,只用于功率传输等格表局势。85/125μm多模光纤也因似乎原由被慢慢裁汰。1999年10月正在日本京都召开的IECSC86AGW1专家组集会对多模光纤规范举行修正,2000年3月颁布的修正草案中,85/125μm多模光纤已被取缔。康宁公司1976年拓荒的50/125μm多模光纤和朗讯Bell测验室1983拓荒的62.5/125μm多模光纤有相仿的表径和板滞强度,但有区其它传输性情,从来正在数据通讯汇聚集“较劲”。

  62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高,能从LED光源耦合入更多的光功率,因而62.5/125μm多模光纤开始被美国采用为多家行业规范。如AT&T的室内配线体例规范、美国电子工业协会(EIA)的局域网规范、美国国度规范咨询所(ANSI)的100Mb/s令牌网规范、IBM的盘算机光纤数据通讯规范等。50/125μm多模光纤重要正在日本、德国行为数据通讯规范利用,至今已有18年史书。但因为北美光纤用量大和美国光纤成立及行使技巧的先导感化,征求我国正在内的无数国度均将62.5/125μm多模光纤行为局域网传输介质和室内配线利用。自八十年代中期以后,62.5/125μm光纤险些成为数据通讯光纤商场的主流产物。

  上述事态从来庇护到九十年代中后期。近几年随局域网传输速度连接升级,50μm芯径多模光纤越来越惹起人们的珍爱。自1997年最先,局域网向1Gb/s开展,以LED作光源的62.5/125μm多模光纤几百兆的带宽彰着不行知足恳求。与62.5/125μm比拟,50/125μm光纤数值孔径和芯径较幼,带宽比62.5/125μm光纤高,造酿本钱也可低浸1/3。因而,各国业界纷纷提出从头启用50/125μm多模光纤。历程咨询和论证,国际规范化构造拟定了相应规范。但思量到过去已有相当数主意62.5/125μm多模光纤正在局域网中装配利用,IEEE802.3z千兆比特以太网规范中章程50/125μm和62.5/125μm多模光纤都可能行为1GMbit/s以太网的传输介质利用。但对新筑汇集,平常首选50/125μm多模光纤。50/125μm多模光纤的从头启用,改良了62.5/125μm多模光纤主宰多模光纤商场的地势。服从上述规范,康宁公司1998年9月揭晓推出两种新的多模光纤。第一种为InfiniCor300型,按62.5/125μm规范,可正在1Gb/s速度下,850nm波长传输300米,1300nm波长传输550米。第二种是InfiniCor600型,按50/125μm规范,正在1Gb/s速度下,850nm波长和1300nm波长均可传输600米。

  固然1998年新出台的IEEE802.3z规范提出了正在1Gbit/s汇聚集利用多模光纤的模范,但汇集升级的开展比规范的拟定还疾。这使得62.5/125μm多模光纤的带宽限度尤其优秀。为懂得决这一题目,,如康宁的InfiniCorCL1000和InfiniCorCL2000,朗讯的Lazr—SPEED,阿尔卡特的GIGAlite等。康宁正在宣告这种光纤时说:“康宁以娴熟的技巧和新的折射率漫衍把持,推出这种以前唯有单模光纤技能给出的性情并且能正在汇聚集利用以前给多模光纤配套的低本钱体例。”

  正在上述布景根蒂上,美国康宁和朗讯等至公司向国际规范化机构提出了“新一代多模光纤”观念。新一代多模光纤的规范正由国际规范化构造/国际电工委员会(ISO/IEC)和美国电信工业同盟(TIA—TR42)咨询草拟。估计2002年3~4月推出,新一代多模光纤也将行为10Gb/s以太网的传输介质,被纳入IEEE10Git/s以太网规范。新一代多模光纤的英文缩写“NGMMF”(NewGenerationMultiModeFiber)已被国际通用,并可行为枢纽词正在国际网站盘问。新一代多模光纤的全数技巧目标尚未正式颁布,但从规范拟定的联系报道及相闭技巧网站中可能取得如下准确讯息:

  新一代多模光纤是一种50/125μm,渐变折射率漫衍的多模光纤。采用50μm芯径是由于这种光纤中传输模的数量约莫是62.5μm多模光纤中传输模的1/2.5。这可有用低浸多模光纤的模色散,扩充带宽。对850nm波长,50/125μm比62.5/125μm多模光纤带宽可扩充三倍。按IEEE802.3z规范保举,正在1Gbit/s速度下,62.5μm芯径多模光纤只可传输270米;而50μm芯径多模光纤可传输550米。实质上比来的测验表明:利用850nm笔直腔面发射激光器(VCSEL)作光源,正在1Gbit/s速度下,50μm芯径规范多模光纤可无误码传输1750米(线μm芯径新一代多模光纤可无误码传输2000米(线μm芯径的另一个原由是以昔人们看中62.5μm芯径多模光纤的所长,随技巧的进取已变得无足轻重。正在八十年代初中期,LED光源的输出功率低,发散角大,连合器损耗大,利用芯径和数值孔径大的光纤以使尽多光功率注入是务必思量的。而当时仿佛没人思到局域网速度或者会进步100Mbit/s,即多模光纤的带宽机能并不优秀,加倍是利用了VCSEL,光功率注入已不行题目。芯径和数值孔径已不再像以前那么紧要,而10Gbit/s的传输速度成了重要抵触,可能供应更高带宽的50μm芯径多模光纤则倍受青睐。

  以往古板的多模光纤汇集利用发光二极管(LED)做光源。正在低速汇聚集这是一种经济合理的挑选。但二极管是自愿辐射发光,激光器是受饱励射发光,前者载流子寿命比后者长,于是二极管的调造速度受到限度,正在千兆等到其以上汇聚集无法利用。其余,二极管与激光器比拟,其光束发散角大,光谱宽度宽。注入多模光纤后,慰勉起更多的高次模,引入更多波长成份,使光纤带宽低浸。红运的是850nm笔直腔面发射激光器(VCSEL)不单拥有上述激光器的所长,并且代价与LED根基相仿。VCSEL的其他所长是:阈值电流低,可能不经放大,直接用逻辑门电途驱动,正在2Ggabit速度下,得到几毫瓦的输出功率;其850nm的发射波长并不实用于规范单模光纤,正好用于多模光纤。正在这一波长下,可能利用低价的硅探测器并有优秀的高频反映;另一个令人注意的所长是VCSEL的成立工艺可能容易地把持发射光功率的漫衍,这对抬高多模光纤带宽相等有利。恰是因为这些所长,新一代多模光纤规范将采用850nmVCSEL做光源。

  按上面阐述的激光器与发光管的对比来看,多模光纤利用激光器做光源,其传输带宽应取得大幅度抬高。但开端测验结果讲明,浅易地用激光器代庖LED做光源,体例的带宽不单没有抬高反而低浸。历程IEEE专家组的咨询觉察,多模光纤的带宽还与光纤中的模功率漫衍或注入状况相闭。正在预造棒造造工艺中,光纤的轴心容易爆发折射率凹陷。以前用LED做光源,是过满注入(OFL—OverFilledLaunch),光纤的扫数形式(几百个)都被慰勉,每个模带领自身的一个人功率。光纤中央折射率的畸变只影响少数形式的时延性情,对光纤模带宽的影响相对有限。所测出的多模光纤带宽,对付用LED做光源的体例是无误的。也便是说可能用如许测出的带宽数据估算体例的传输速度和隔绝。然而,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幼,于是只慰勉正在光纤中央传输的少数形式,每个形式都带领相当大的一个人功率,光纤中央折射率畸变对这些仅有的、少数形式时延性情的影响,使多模光纤带宽明白低浸。因而不行用古板的过满注入(OFL)设施来丈量用激光器做光源的多模光纤的带宽。

  新规范将利用限模注入法(RML—RestrictedModeLaunch)丈量新一代多模光纤的带宽。用这种设施测出的带宽叫“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”。两者分歧暗示用激光器和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规范由TIAFO—2.2.1工作组草拟。实质如下:

  FOTP—203章程了用来丈量多模光纤激光器带宽的光源的功率漫衍。恳求光源历程一段短的多模光纤耦合之后,其近场强度漫衍应知足正在中央30μm周围内光通量大于75%,正在中央9μm周围内光通量大于25%。新规范中没有保举利用VCSEL做光源对带宽举行丈量,这是思量到区别厂家VCSEL的光功率漫衍差异很大。

  FOTP—204章程利用限模光纤将光源耦合入多模光纤举行激光器带宽丈量。限模光纤用来对过满注状况举行滤波,限度对多模光纤高次模的慰勉。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亲密于2。正在850nm和1300nm过满注入前提下应有大于700MHz.km的带宽。限模光纤的长度应大于1.5米以歼灭显露模,并幼于5米以避免瞬态损耗。拣选芯径23.5μm是由于其爆发的注入状况最亲密VCSEL。

  为避免上述激光器直接注入多模光纤闪现的带宽恶化状况,规范章程利用形式调剂连线(ModeConditioningPatchCord—MCP)将激光器输出耦合入多模光纤。形式调剂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。规范章程单模光纤输出光斑蓄志偏离多模光纤轴心一段隔绝,首肯偏离的周围是17~24μm,其主意是避开中央折射率凹陷,但又不偏离太远,只是挑选性地慰勉一幼组较低次模。

  折半射率漫衍理思,没有中央凹陷的多模光纤可能利用中央注入而不消形式调剂连线。如许做的所长是可能有用抬高多模光纤的激光器带宽,淘汰汇团体例的丰富性和低浸体例本钱,一根形式调剂连线美元。