Page 29 - 网络电信2021年12月刊下
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标准，将多模光纤重新分为OM1,OM2和OM3三类，OM1和OM2为传                  中传播。而正是BIMMF光纤中，这一特殊的折射率剖面结构形
            统以LED为光源的多模光纤，OM3则为应用VCSEL光源、波长为                     式，强势地维持着在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模的传导
            850nm的50/125mm的激光优化光纤。2009年8月TIA通过了新的                性，从而有效地改善了光纤的抗弯曲性能。
            EIA/TIA492AAD定义的OM4多模光纤标准，OM4实际上是OM3光纤
            的升级版。
                                                                  图 21 常规的多模光纤 MMF 和弯曲不敏感光纤 BIMMF 的模场
                OM5光纤是采用VCSEL光源,  为短波长的波分复用（SWDM）
            设计的梯度型折射率分布、50/125mm多模光纤,与常规OM4光纤
            祗是在850nm波长附近有高带宽不同,OM5宽带多模光纤在850-
            950nm波长范围内都具有高带宽，适用于数据中心网络,为未来
            100Gb/s到400Gb/s多波长系统提供了光纤解决方案。OM5宽带
            多模光纤是早在2014年10月，为建立VCSEL激光优化另一个维度
            的系统,  由TIA提出建议、称之为宽带OM4的多模光纤,于2016年
            10月正式定名为OM5宽带多模光纤。OM5宽带多模光纤可在850nm
            到953nm波长范围内实现四波长波分复用,如图20所示。波长λc                      3. 多模光纤的带宽测量
            分别为853，883，914，946nm;  通带宽约为14nm,防护带宽约为                  传统的多模光纤以LED为光源,多模光纤的满注入OFL
            16nm。                                                （Over-filled  Launch）带宽反映的是对光纤在LED光源环境
                                                                 下的带宽性能指标，通常可用时域（脉冲展宽）和频域(扫频)
                                                                 方法测量其带宽,并可通过富里哀变换进行相互转换。随着网
              图 20 OM5 宽带多模光纤的短波长波分复用（SWDM)
                                                                 络速率和规模的提高，调制速率达到10Gbit/s的短波长850nm
                                                                 的VCSEL激光光源成为高速网络的光源之一,因而OM3、OM4光
                                                                 纤的注入条件与LED光源完全不同,需釆用综合VCSEL光源注入
                                                                 特性的有效模式带宽的测量方法,有效模式带宽(Calculated
                                                                 Effective Mode Bandwidth) EMB方法:是将光纤的实测DMD输出
                                                                 时延响应U(r,t)与工作在850nm波长的VCSEL激光器的光强分布
                                                                 特性相结合,通过计算方法得到的VCSEL光纤系统的带宽,用以确
                                                                 定光纤在10Gbit/s以太网的使用性能。
                2.弯曲损耗不敏感多模光纤                                         EMB测量过程原理如图22所示, 步骤如下：
                在数据中心的应用中弯曲损耗不敏感多模光纤的使用愈益                            (a)测出光纤的DMD,  即探测激光光源输出脉冲幅度对时间t
            广泛，它可以优化设计光缆、硬件及设备，以节约空间，提高                          和径向偏移r的分布函数U(r,t) ；
            冷却效率，便于连接及线缆管理。弯曲不敏感OM3/OM4多模光纤                          (b)将从VCSEL的径向强度分布函数(环型通量  Encircled
            (bend  insensitive  multimode  fiber,  BIMMF)的折射率剖面  Flux)数据导出的加权函数W(r),与DMD数据相结合,得到光纤加
            结构基本与标准的多模光纤相似,如图21所示。BIMMF的折射率                      权DMD函数；
            剖面分布，在纤芯区与常规的50μm的多模光纤相同，祗是在                             (c)光纤加权DMD函数W(r)U(r,t),它反映了VCSEL的光功率
            近纤芯的包层区设置环沟型折射率下陷区（trench-assisted                   分布特性；
            multimode fiber）。                                        (d)将各径向偏移点r的DMD脉冲求和,从而得到合成的光纤
                在常规的多模光纤MMF中,位于纤芯区的低价导模处于强导                      的输出脉冲响应：
            状态,而在靠近纤芯-包层界面传播的高阶导模,因其有效折射
            率n eff 接近包层折射率n 2 ,故处于弱导状态。处于弱导状态的高                                                                   （46）
            阶导模在光纤弯曲半径太小时,其光强会逸出纤芯,造成光纤损
            耗。而在弯曲不敏感光纤BIMMF中，下陷的环沟型折射率分布                            (e)通过富里哀变换(Fourier  transform(FT))可求得
            区有两个界面，其内界面折射率从大到小，形成导光界面。由                          VCSEL-光纤组合系统的传输函数(频率响应)，并由此得到有效
            于此界面的存在，增强了光纤纤芯中导模的传导性，从而使原                          模式带宽的计算值(EMBc)：
            为弱导状态的高阶导模转化为强导状态，而下陷的环沟型折射
            率分布区的外界面折射率从小到大，形成折光界面。由于这一                                                                           （47）
            特殊的折射率剖面结构，在BIMMF光纤中存在着传导性的漏泄模
            （leaky  mode）。漏泄模是本征方程在截止区外的解析连续，                        式中R(t)为由DMD注入所产生的参考输入脉冲。
            他们的场是相同的,  但其本征值或传播常数是本征方程的复数                            由此求得的光纤有效模式带宽既反映了光纤的带宽特性,
            解,因而漏泄模在传播中有固有衰减而无法正常传播。漏泄模的                         又与VCSEL光源的EF注入条件有关。这种通过计算方法得到的
            有效折射率n eff 小于包层折射率n 2 。在常规多模光纤中，漏泄模                  EMB,可模拟为VCSEL光源本身注入光纤得到的光纤传输性能,如
            耗衰得很快，因为常规光纤中没有折射率结构可支持其在光纤                          表3所示:


                                                       网络电信 二零二一年十二月                                           29
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