短距离数据中心和企业网络通常使用多模光纤连接网络设备. 与铜和单模光纤相比，多模光纤有几个优点, 提供最具成本效益的服务, 在这些应用中通常遇到的短距离高容量链路. 它有更多的带宽, 或者信息承载能力, 比铜, 同时能够使用低成本的基于vcsel的光学器件，这些光学器件不是为单模光纤中更小的芯而设计的. 多模光纤链路仍然比 单模光纤 由于光学器件的成本，用于短距离应用. 了解更多beat365登录 单模与多模光纤.
OFS是多模光纤行业的领导者，起源于AT&T贝尔实验室. 在20世纪90年代末和21世纪初，OFS在激光优化OM3和OM4多模光纤的发展中发挥了关键作用, 对OM5宽带多模光纤的开发和标准化至关重要.
带宽是多模光纤最重要的参数之一, 哪一个定义了光纤的信息承载能力. OFS在开发和标准化新的创新方法方面处于领先地位，以准确地提供与观察到的系统性能一致的光纤带宽值. 本文阐述了多模光纤带宽, 如何测量, 以及它与纤维的实际性能之间的关系.
带宽决定了光脉冲通过光纤传播时所经历的信号色散量. 带宽测量对发射信号和接收信号都很敏感. 结果是, 带宽有几种不同的名称, 以及测量多模光纤带宽的不同方法. 重要的是要了解带宽是如何确定的，哪些带宽测量是适合使用在今天的激光应用.
多模光纤是如何工作的
在多模光纤中，光通过许多不同的路径或模式传输. 理想的渐变折射率多模光纤将通过减缓在靠近芯中心的较短路径中传播的模式来补偿不同的路径长度(图1), red), 同时允许光传播得更远(图1), 绿色)移动更快.
在理想光纤中，所有的模式都是同时到达接收器的. 在现实中, 补偿不完善，模式到达时间稍有不同，导致脉冲扩散. 这种扩散称为模态色散，与带宽成反比.
模式以光脉冲的形式通过多模光纤传输. 因为光纤不能完全补偿通过链路的传输时间, 脉冲宽度(图2).
如果光脉冲太靠近在一起(更高的传输速率)或如果光纤的模态/色带宽低, 脉冲混合在一起，使得探测器无法分辨信号(图3)。.
脉冲的扩散是由两个主要因素引起的, 模态色散和色散. 色散的发生是因为多模光源(VCSEL)不发射单一波长的光. 较长的波长以稍快的速度传播，导致脉冲扩散. 多模光纤的色散是光纤组成的函数, 虽然它的大小随波长变化, 在所有多模光纤中，它是相对相似的.
模态色散是由光纤的折射率分布控制的. 光纤的设计是为了补偿每个模式传播的不同距离, 但是光纤中的小缺陷会导致一些脉冲扩散. 这种扩散的量限制了脉冲间距和距离的紧密程度, in turn, 在给定的时间内可以传输的比特数. 模态带宽衡量的是光纤索引剖面的质量, 带宽越高，光纤质量越好.
过载启动(OFL)带宽
在1998年之前，大多数多模光纤传输系统使用发光二极管(LED)光源. 这些光源使多模光纤充满光，“过度填充”它. 换句话说, 光源完全填满了光纤中所有可用的模式路径(图4). 因为每个模式都是均等的, 带宽性能同样依赖于每种模式, 一种纤维具有均匀性, 可重复的性能独立于使用的LED. 满满的带宽, 有时称为过填充模态带宽(OMB), 量化了所有LED光源的多模光纤的信息承载能力, 因为他们提供了一致的发射. LED sources were typically used for lower speed (<1Gb/s) applications because of chromatic dispersion limitations due to the wide spectral width of LED sources versus laser sources.
有效模态带宽(激光带宽)
随着1 Gb/s和10 Gb/s应用程序的出现, 介绍了垂直腔面发射激光器(VCSEL)光源. 因为VCSEL光源的光谱宽度比led更窄, 色散被大大减少. 然而，一个新的问题出现了. vcsel不能在整个多模核心上提供均匀的光. 相反，发射是“未填充的”，并且不是所有的模式都同样兴奋(图5)。. 启动因VCSEL而异, 因此，当另一个VCSEL使用相同的光纤时，一个VCSEL -光纤链路的带宽可能不相同. 这意味着溢满带宽(OMB)值不能准确反映基于VCSEL的源的系统性能. 由此产生了一种新的测量激光带宽的方法.
差分模延迟(DMD)用于测量有效模态带宽(EMB)。, 通常称为“激光带宽”的多模光纤. 在DMD测试中, narrow, 高功率激光脉冲以1或2微米的步长在光纤的整个核心上传输. 每一步只有少数模式被激发，并且记录它们的相对到达时间(图6)。. 光纤的DMD是所有模式在所有步骤中最早到达时间和最晚到达时间之差. 图6中右侧的DMD图显示了脉冲几乎完美的对齐, indicating a low DMD value of an OM4 fiber; while the left plot shows some misalignment, 足以将光纤降至OM3带宽.
TIA和IEC标准允许两种方法使用DMD测试结果来验证激光带宽:1)DMD掩模法, 2) EMBc法. 这两种方法都需要DMD测试——区别在于如何使用和解释数据. DMD掩码方法是一个简单的过程，直接将DMD测试结果与一组规格(称为模板或掩码)进行比较，以查看光纤是否具有必要的性能. 如果光纤满足这些DMD要求，这是一种直接的方法, 那么它就符合标准了.
EMBc方法采用DMD结果，并将其与一组理论“加权函数”进行匹配，该“加权函数”旨在表示所有兼容vcsel的可能径向发射功率分布. DMD结果与10个权重函数中的每一个在数学上相结合. 这将产生10个不同的计算EMB值. 然后将最低值(称为minEMBc)乘以一个因子1.13获取光纤的EMB值. EMB≥4700 MHz-km, 光纤满足OM4要求, EMB值≥2000mhz -km符合OM3规范. 重要的是要注意，EMBc值不一定反映使用所有vcsel获得的链路性能. Instead, 它代表了用于模拟制造VCSEL种群的10个理论VCSEL的最差预期性能. 在某些情况下, 给定链接的实际性能可能比EMBc值所显示的要好得多.
OFS使用DMD和EMBc方法对他们的LaserWave®进行分类 FLEX 550 (OM4)和LaserWave FLEX 300 (OM3)光纤，为全球行业标准提供强大的验证.
OM5多模光纤和波分复用
光纤带宽也取决于传输波长. 对激光优化的OM3和OM4多模光纤进行了设计和优化，以获得850nm工作时的最大带宽. 在更高和更低的波长，带宽减少.
在更宽的波长范围内保持更高的带宽性能, 介绍了OM5宽带多模光纤. OM5光纤利用波分复用(WDM)传输协议，如BiDi和SWDM4™收发器. 这些设备通过一根多模光纤传输多个波长，以提高数据速率，而无需使用更多的光纤. 这与CWDM和DWDM系统中单模使用的技术相同.
工业标准已采用OM5作为公认的多模光纤, 能够在850-950nm范围内使用超过四个波长的25Gb/s流支持100Gb/s传输. TIA-492AAAE是宽带多模光纤的第一个标准，于2016年6月发布. 然后将OM5添加到TIA布线标准TIA-568中.3-D. 遵循国际标准, 随着IEC-60793-2-10多模光纤标准的发布, 以及2017年11月发布的ISO/IEC 11801-1布线标准. TIA-492AAAE和IEC 60793-2-10包含850nm和953nm的EMB和OMB规格, 以及EMB在840-953nm范围内的性能指南，供光学元件制造商在设计其收发器时使用.
OFS的LaserWave宽带光纤满足并超过了TIA和IEC对OM5宽带光纤的要求. 它支持当前的WDM应用, 包括BiDi和SWDM4链接, 旨在支持未来几代WDM产品.
IEEE 802的相关工作已经开始.下一代多模光纤研究组，正在研究开发一种以太网标准，该标准将使用更少的多模对支持200和400Gb/s以太网. 该小组将评估将WDM解决方案纳入以太网标准.
在今天的应用中，这些解决方案通过将链路中的波长数量从一个增加到多达四个，为单个多模光纤的信息承载能力提供了下一步的发展. 在未来, 信道之间更紧密的波长间隔可以用来进一步增加容量.
结论:
多模光纤继续发展, 支持企业和数据中心网络的最新网络速度. 多模技术通过光纤和光组件开发的结合，利用技术进步，保持了其提供最具成本效益的短距离链路的能力. 光纤带宽是这个等式的关键组成部分.
对于不同类型的光源，有两种不同的模态带宽测量. 旧的、传统的基于LED的系统，速度低于1Gb/s，使用过填充带宽(OFL). 较新的基于激光的VCSEL系统使用有效模态带宽(EMB)来确定多模光纤的性能. OFL不能用于确定光纤的基于激光的性能或EMB. 必须使用DMD或使用一套口罩来确定, 或根据10个权重函数计算EMB. 对于当今基于激光的系统，EMB是关键带宽参数，而不是OFL.
新标准已经为下一代多模WDM光纤开发，这些光纤在波长范围内指定了EMB. 使用多模WDM的光学解决方案是可用的, IEEE也开始研究结合这种新技术的短距离多模解决方案.
本文原载于 网络电信杂志.
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John Kamino, RCDD
张爱玲
