萬(wàn)兆多模與DMD測(cè)試

萬(wàn)兆多模與DMD測(cè)試.
　　　　 眾所周知，光纜系統(tǒng)在傳輸光信號(hào)時(shí)，離不開(kāi)光收發(fā)器
和光纖。光收發(fā)器的種類主要有兩大類：發(fā)光二極管（LED）和激
光發(fā)光器（Laser）。雖然在性能上，激光發(fā)光器遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于發(fā)光二
極管，但是由于制造成本的問(wèn)題，使絕大多數(shù)局域網(wǎng)用戶一直難
以負(fù)擔(dān)激光發(fā)光器的高昂價(jià)格。直到最近，一種新型發(fā)光器件垂
直腔表面發(fā)光器VCSELs（Vertical cavity surface emitting la
sers）的出現(xiàn)，才解決了這個(gè)問(wèn)題。VCSELs吸收了激光發(fā)光器件
的性能優(yōu)勢(shì)如響應(yīng)速度高，傳輸光譜窄，和發(fā)光二極管的優(yōu)勢(shì)如
藕合效率高及成本低廉。因此，采用低成本高性能的VCSELs發(fā)光
器件，配合多模光纜的方式可以傳輸高達(dá)10Gb/s的信號(hào)。
　　 但是，另一個(gè)問(wèn)題又出現(xiàn)在用戶面前，即傳輸距離。使用光纜的用戶除了傳輸速率外，還對(duì)傳輸距離
有要求。實(shí)驗(yàn)證明，傳統(tǒng)多模光纜，不論是50μm還是62.5μm，雖然可以支持10Gb/s的網(wǎng)絡(luò)傳輸，但其支
持距離都在100米以內(nèi)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)主干的應(yīng)用是根本無(wú)法滿足的。
多模光纖的傳輸瓶頸——DMD
　　 為什么在100Mbps時(shí)可以支持2000米的多模光纖，在1Gbps時(shí)只能支持550米？其主要原因正是由于多
模光纖的DMD現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)，多模光纖在傳送光脈沖時(shí)，光脈沖在傳送過(guò)程中會(huì)發(fā)散展寬，當(dāng)
這種發(fā)散狀況嚴(yán)重到一定程度后，前后脈沖之間會(huì)相互疊加，使得接受端根本無(wú)法準(zhǔn)確分辨每一個(gè)光脈沖
信號(hào)（見(jiàn)下圖），這種現(xiàn)象我們稱為DMD（Differential Mode Delay）。產(chǎn)生的主要原因在于，多模光纖
中同一個(gè)光脈沖包含多個(gè)模態(tài)分量，從光傳輸?shù)慕嵌瓤矗恳粋€(gè)模態(tài)分量在光纖中傳送所走的路徑不同，
例如，沿光纖中心直線傳送的光分量，與通過(guò)光纖包層反射傳送的光分量具有不同的路徑。從電磁波角度
看，在多模光纖內(nèi)徑中的這個(gè)三維空間內(nèi)包含著很多模態(tài)（300-1100）分量，其構(gòu)成十分復(fù)雜。
　　 當(dāng)我們采用像LED這樣的發(fā)光器件時(shí)，面光源LED發(fā)射的光充滿在整個(gè)光纖中（我們稱為overfilled模
型）。光能量均勻分布在所有的模態(tài)分量中。由于不同路徑傳送的光分量到達(dá)時(shí)間存在差異，因而光脈沖
會(huì)逐漸變寬。但是，由于能量均勻分布，每一個(gè)光分量對(duì)整個(gè)光脈沖的影響反而很小，在技術(shù)上，我們將
這種帶寬稱為Overfilled Launch Bandwidth（OFB）；當(dāng)我們把LED換成Laser時(shí)，情況會(huì)變得不同，由于
激光只包含很少幾個(gè)模態(tài)分量，因而每個(gè)光分量攜帶的能量十分集中，這樣一來(lái)每個(gè)光分量反而會(huì)對(duì)整個(gè)
光脈沖產(chǎn)生重要的影響。舉一個(gè)極端的例子，如果只存在兩個(gè)模態(tài)分量，它們到達(dá)的時(shí)間不同，因而會(huì)導(dǎo)
致整個(gè)光脈沖的嚴(yán)重發(fā)散。
　　 由于LED發(fā)光器件本身的性能局限，在1Gbps以上的高速應(yīng)用中，發(fā)光器件主要采用激光發(fā)光器件,而
傳統(tǒng)多模光纖從標(biāo)準(zhǔn)上和設(shè)計(jì)上均以LED方式為基礎(chǔ)，因此，由于兩種發(fā)光器件傳輸方式的不同，必須對(duì)光
纖本身進(jìn)行改造，以適應(yīng)光源的變化。因此，ISO/IEC 11801著手制定了新的多模光纖標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)，即OM3類
別，并在2002年9月正式頒布。而Avaya公司的SYSTIMAX SCS結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)中，已經(jīng)先于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)推出了
我公司的OM3型多模光纖-LazerSPEED解決方案，針對(duì)目前潛在的10Gb/s網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
　　 ISO標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)多模光纖的重新分類，OM1指目前傳統(tǒng)62.5μm多模光纖，OM2指目前傳統(tǒng)50μm多模光
纖，OM3是新增的萬(wàn)兆光纖。注意光纖帶寬指標(biāo)的兩種模式，Overfilled Launch Bandwidth是針對(duì)LED發(fā)光
器件的匹配指標(biāo)，而Laser Bandwidth是針對(duì)新型激光發(fā)光器件的匹配指標(biāo)。OM3光纜同時(shí)在兩種模式下都
進(jìn)行了優(yōu)化。另外一個(gè)需要注意的是傳送波長(zhǎng)的選擇，850nm還是1300nm。雖然波長(zhǎng)越長(zhǎng)，性能會(huì)越好，但
是發(fā)光器件的造價(jià)會(huì)成倍增長(zhǎng)，因此，用戶如果可能，盡量選擇短波長(zhǎng)應(yīng)用系統(tǒng)以降低成本。例如，新型V
CSELs發(fā)光器件就是以短波長(zhǎng)為應(yīng)用環(huán)境，而標(biāo)準(zhǔn)Laser發(fā)光器件主要用于長(zhǎng)波長(zhǎng)環(huán)境。
OM3光纖的測(cè)試問(wèn)題
　　 DMD測(cè)試的主要步驟是：采用一根5μm的單模探針與被測(cè)OM3光纖相連，通過(guò)單模探針不斷向被測(cè)光纖
發(fā)生光脈沖，與此同時(shí)，探針進(jìn)行掃描移動(dòng)，從光纖軸心向邊緣移動(dòng)，每次移動(dòng)大約1μm。在接收端，每
個(gè)位置的光脈沖都會(huì)被記錄并疊加在同一個(gè)時(shí)域圖上以形成DMD指標(biāo)。到達(dá)光脈沖會(huì)由于不同路徑產(chǎn)生時(shí)間
差，同時(shí)由于光脈沖本身會(huì)發(fā)散，將這兩方面的差異相加，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)，用以判定OM3光纖是否滿足標(biāo)
準(zhǔn)。下圖圖示說(shuō)明了這種測(cè)試的情況：
　　 由于上述測(cè)試需要極其精密的設(shè)備，和測(cè)試方法。目前用戶不可能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，只能由專門的實(shí)
驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試，Avaya公司SYSTIMAX實(shí)驗(yàn)室是目前少數(shù)幾個(gè)可以進(jìn)行上述測(cè)試的地方之一。
OM3光纖的性能優(yōu)勢(shì)
　　 由于用戶在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中面臨的升級(jí)壓力，從現(xiàn)在的1Gb/s，到未來(lái)的10Gb/s，如何針對(duì)現(xiàn)在的應(yīng)用和
實(shí)現(xiàn)未來(lái)平滑的升級(jí)過(guò)度，是每個(gè)用戶都需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題。
　　 在目前1Gb/s網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，傳統(tǒng)多模光纖支持的距離不超過(guò)550米，而采用單模光纖又意味著同時(shí)使用昂
貴的激光發(fā)光器件，雖然在布線系統(tǒng)上，兩者成本相差無(wú)幾，但是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，兩種選擇意味著價(jià)格相
差至少一倍。在很多情況下，當(dāng)用戶的傳輸距離超過(guò)500米，但又在1000米以內(nèi)時(shí)，又不得不采用激光器
件。而新型OM3多模光纖，可以使千兆以太網(wǎng)的支持距離延長(zhǎng)到1000米，而不需要采用昂貴的激光器件。因
此在現(xiàn)階段，可為用戶帶來(lái)很大的性能優(yōu)勢(shì)。
　　 由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處于不斷的升級(jí)過(guò)程中，尤其是網(wǎng)絡(luò)主干系統(tǒng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，平均每5年，網(wǎng)絡(luò)主干速度
會(huì)提升10倍。因此，在未來(lái)2-3年內(nèi)，萬(wàn)兆以太網(wǎng)必然會(huì)出現(xiàn)在高端網(wǎng)絡(luò)用戶的環(huán)境中。