Page 17 - 网络电信2021年9月刊上
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图 2 常规的多模光纤 MMF 和弯曲不敏感光纤 BIMMF 的模场 图 3 宽带多模光纤的带宽 / 波长特性
折射率剖面结构，在BIMM光纤中存在着传导性的漏泄模（leaky 其中，M j 是第j种组分的摩尔浓度，A ij 和L ij 分别是该组分的
mode）。漏泄模是本征方程在截止区外的解析连续，他们的场 振子强度和波长因子。
是相同的, 但其本征值或传播常数是本征方程的复数解,因而漏 综合上述方程可以计算所述多模光纤在不同波长的优化
泄模在传播中有固有衰减而无法正常传播。漏泄模的有效折射 α opt ，其中α opt 随传输波长变化非常明显。对于传统多模光
率n eff 小于包层折射率n 2 。在常规多模光纤中，漏泄模耗衰得很 纤，α opt 对波长变化的敏感性非常高，当α opt 一定时，其带宽
快，因为常规光纤中没有折射率剖面结构可支持其在光纤中传 性能通常在特定的工作波长下达到最优，当工作波长变大或变
播。而正是BIMM光纤中，这一特殊的折射率剖面结构形式，强 小，其带宽性能都会明显下降。因此，目前该传统多模光纤难
势地维持着在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模的传导性，从 以满足OM5技术的应用要求。
而有效地改善了光纤的抗弯曲性能。 为了解决市场对光纤带宽容量不断提升的需求，非常有必
要在高带宽且满足多模光纤标准的前提下降低最优α opt 与波长
二、宽带多模光纤的设计 之间的敏感性，优化带宽的多波长特性，设计出能够满足多波
梯度型折射率分布多模光纤的径向折射率n(r)可表示为： 长范围的宽带多模光纤。通过纤芯掺杂结构的改变，调节参数
为最佳值，使得多模光纤的渐变折射率剖面得到优化，从而能
降低α opt 与波长之间的敏感性，实现宽带性能的优化。宽带多
模光纤的带宽/波长特性如图3所示，图中曲线1为未优化光纤，
曲线2为经优化的宽带多模光纤的带宽/波长特性。
其中,Δ为相对折射率差:
三、多模光纤的波长色散
对于使用850nmVCSEL的多模系统，进一步提高OM4多模光纤
的带宽并不能使光模块传输更长的距离，因为系统带宽取决于
r为所述多模光纤中某个点距离芯层中心轴的径向距离，α 光纤有效模式带宽和色散（与VCSEL的谱宽和光纤波长有关）的
为芯层半径，n 0 为芯层中心的折射率，n c 为包层折射率，α为芯 综合作用。如要增加系统带宽，除了光纤的模式带宽外，还需
层剖面折射率分布参数，多模光纤的最佳折射率剖面分布参数 要优化色散值。这可以通过差分模式延迟（DMD）多模光纤补偿
α opt 如下式所示: 部分色散，也可使用更窄谱线宽度的850nm的VCSEL或工作在更
低色散的长波区域。
多模光纤的色散包括模间色散(intermodal dispersion)
其中 和模内色散(intramodal dispersion)两部份,在光纤数字信号
传输中,输入光脉冲在多模光纤中分成从基模到最高阶模的各
阶模式,每阶模式分别承载一部份脉冲功率,在输出端重新组合
掺杂石英玻璃的折射率和波长的关系可由Sellmeier方程 成输出光脉冲,但各模式因在光纤中的传输时间不同,故而到达
表示： 输出端的时间不同,造成输出脉冲展宽,此即模间色散。阶跃型
折射率剖面的多模光纤模间色散很大，严重制约了光纤的传
输速率，故采用梯度型折射率剖面的多模光纤,使各阶模式在
式中，A i 为振子强度因子，L i 为振子波长因子。对于含有m
光纤中有基本相同的传输时间,从而可显著减小模间色散，以
种组分的玻璃，这两个因子由以下两个公式决定：
增大传输速率。作为比较，阶跃型折射率剖面和梯度型折射
率剖面的多模光纤的模间色散分别为84.76ns/km和0.18ns/km
（NA=0.275,n 1 =1.487）。模内色散是指:单一模式的脉冲是包
含不同波长分量所组成的，不同波长分量因在光纤中传输时间
不同,造成输出脉冲展宽,故模内色散又可称为波长色散
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