随着传输速度 随着企业中的光纤网络增加到每秒 10 吉比特 (Gb/s) 甚至更高,一个相对较新的术语——“激光优化光纤”——已经悄悄进入了行业词汇。什么是激光优化光纤?你需要了解什么? “激光优化”一词究竟是什么意思?了解这些问题的答案将帮助您为企业网络光通信的最新浪潮做好准备。激光光纤

为什么要“优化”光纤以用于激光器?

较旧的“传统”光纤系统 (令牌环、以太网、FDDI、ATM)用于以每秒 4 到 155 兆比特 (Mb/s) 范围内相对较慢的速度运行的场所应用。这些系统使用称为发光二极管 (LED) 的廉价光源,对于这些较慢的速度来说完全足够。 多模光纤 这些系统中使用的额定带宽为特定的最小带宽,通常:

  • 160 MHz/km 通过 62.5/125 μm 光纤在 850 nm
  • 500 MHz/km 50/125 μm 光纤,850 nm
  • 在 1300 nm 处,两种产品均为 500 MHz/km

这些光纤使用过填充发射 (OFL) 测试方法进行了带宽测试,该方法准确地复制了 LED 的实际性能。

随着对带宽和更高吞吐量的需求增加,特别是在建筑和 校园骨干,LED 无法跟上步伐。由于最大调制速率为 622 Mb/s,LED 将不支持 1 Gb/s 和所需的更高传输速率。人们可以利用通常用于单模光纤的传统激光器(法布里-珀罗,分布式反馈)。然而,由于在单模光纤上进行长距离传输需要更高的性能特性,因此它们的成本要高得多。

作为回应,业界开发了一种新的高速激光光源,称为垂直腔面发射激光器 (VCSEL)。这些 VCSEL 价格低廉,非常适合低成本的 850 nm 多模传输系统,在企业中允许 1 Gb/s 和 10 Gb/s 的数据速率。随着这些 VCSEL 的出现,必须对多模光纤进行“优化”以配合激光器工作。

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VCSEL 和 LED 有什么区别?

VCSEL 提供 比 LED 具有更高的功率、更窄的光谱宽度、更小的光斑尺寸和更快的数据速率。所有这些优势加起来显着提高了性能。当然,这假设光纤本身不会影响性能。要了解为什么会发生这种情况,我们需要了解 VCSEL 和 LED 之间的区别以及它们如何沿多模光纤传输信号。

所有 LED 产生 平滑、均匀的输出,始终充满整个光纤纤芯并激发光纤中的数百种模式。光纤的带宽由光纤中所有模式的综合性能决定。如果一些模式由于模式色散而落后或领先,它们对带宽的影响很小,因为许多其他模式承载了大部分信号。

VCSEL 的能量输出比 LED 更小、更集中。因此,VCSEL 不会激发多模光纤中的所有模式,而只会激发有限的一组模式。光纤的带宽由这组受限制的模式决定,任何落后或领先的模式对带宽的影响都要大得多。

通常,VCSEL 的功率 将集中在光纤的中心,在那里较旧的光纤容易出现缺陷或折射率分布(光纤纤芯中的关键导光特性)发生变化,从而导致信号传输不佳。这就是为什么与 LED 相比,某些光纤在使用 VCSEL 时的性能实际上可能很差。

使事情复杂化,VCSEL 的功率分布不均匀且不断波动。它在其表面急剧变化,从 VCSEL 到 VCSEL 变化,并随着温度和振动波动而变化。因此,单个 VCSEL 将在任何给定时间在特定光纤中激发不同的模式。由于不同的模式携带不同的功率,光纤的带宽可能会以不可预测的方式变化。

为什么激光优化光纤是与 VCSEL 一起使用的最佳选择?

随着 VCSEL 的出现,很明显,为 LED 系统部署的传统多模光纤并没有充分利用 VCSEL 的性能优势。

为了充分利用 VCSEL 的优势,光纤制造商开发了 激光优化多模光纤 (LOMMF)。 LOMMF 经过专门设计、制造和测试,可高效可靠地与 VCSEL 配合使用。

LOMMF 应具有精心设计和精心控制的折射率分布,以确保使用 VCSEL 实现最佳光传输。折射率分布的精确控制可最大限度地减少模态色散,也称为差模延迟 (DMD)。这可确保光纤中的所有模式或光路几乎同时到达接收器,从而最大限度地减少脉冲扩展,从而最大限度地提高带宽。良好的折射率分布最好通过 DMD 测试来实现。

VCSEL 和 LOMMF 提供了巨大的灵活性和成本效率,可以“释放”企业当前和未来的带宽瓶颈。 LOMMF 与 LED 和其他光纤应用完全兼容(不需要特殊的连接器或终端,对衰减没有影响)。现在可以安装 LOMMF 并以较慢的数据速率使用,直到需要将网络速度提高到 1 Gb/s 甚至 10 Gb/s。此时,您只需要将光学模块升级为基于 VCSEL 的收发器。无需拉新电缆。

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您可以使用任何针对 10 Gb/s 的激光优化光纤吗?

不 - 需要注意的是,并非所有激光优化光纤都具有 10 Gb/s 的能力。如果您将来需要 10 Gb/s 的容量,则必须确保您现在安装的 LOMMF 能够处理 10 Gb/s。第一批激光优化光纤于 1990 年代中期推向市场,专为 1 Gb/s 应用而设计。这些光纤提供 62.5/125 µm 和 50/125 µm 两种设计,将 1 Gb/s 系统的覆盖能力扩展到超出行业标准规定的范围。例如,OFS 1 Gb/s 激光优化 62.5 光纤 可以在经济高效的 1 Gb/s 850 nm (1000BASE-SX) 系统中传输 300 米。 50/125 µm 光纤提供更高的性能,可达 600 米或更远。这些 1 Gb/s LOMMF 与 850 nm VCSEL 相结合,可实现构建骨干网和中短长度园区骨干网的最低系统成本

您如何测量激光优化光纤的带宽?

由于 LED 具有统一且一致的功率分布,可激发多模光纤中的所有模式,因此传统的 OFL 带宽测量方法可以准确预测 LED 应用的光纤带宽。但由于 VCSEL 仅以不同方式激发光纤中的某些模式,因此 OFL 带宽测量无法预测光纤用于 VCSEL 应用时的光纤带宽。

现在应该清楚为什么光纤制造商开发了激光优化光纤,以及为什么 DMD 测试如此重要。折射率必须经过精心设计和控制,以确保所有模式都表现出最小的 DMD 并同时到达光纤的另一端。无论光纤中的哪些模式实际引导光,这些模式都将具有最小的 DMD 并提供高带宽。

您应该在 DMD 测试中寻找什么?

DMD 测试可以清楚地了解各个模式组如何沿光纤传输光,以及哪些模式组会导致 DMD。事实上,该图非常清晰,以至于标准要求对光纤进行 DMD 测试,以确保有足够的带宽达到 10 Gb/s 应用的额定距离。

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托尼·伊鲁乔 是世界领先的光纤设计、制造商和供应商 OFS 的光纤销售工程师 光纤, 光纤电缆、连接性、光纤到用户 (FTTx) 和专业光子学产品。 Tony 为多模和单模光纤提供技术销售和营销支持。

Tony 在光纤制造、测试和应用方面拥有 25 年的经验。他于 1993 年开始在 SpecTran 担任质量和工艺工程师,并在朗讯和 OFS 过渡到更加以客户为中心的角色。他在 TIA 的光纤局域网部门 (FOLS) 中代表 OFS,撰写了多篇新利18APP光纤技术和应用的论文,并经常在行业活动中发表演讲。 Tony 在马萨诸塞州斯普林菲尔德的西新英格兰学院获得机械工程理学士学位。


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