多模光纤( 二 )

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光纤无源器件崛起为适应网路通信的需要，七十年代末到八十年代初，各国大力开发大芯径大数值孔径多模光纤（又称数据光纤）。当时国际电工委员会推荐了四种不同芯/包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d 。它们的纤芯/包层直径（μm）/数值孔径分别为50/125/0.200、62.5/125/0.275、85/125/0.275和100/140/0.316 。总体来说，芯/包尺寸大则製作成本高、抗弯性能差，而且传输模数量增多，频宽降低。100/140μm多模光纤除上述缺点外，其包层直径偏大，与测试仪器和连线器件不匹配，很快便不在数据传输中使用，只用于功率传输等特殊场合。85/125μm多模光纤也因类似原因被逐渐淘汰。1999年10月在日本京都召开的IEC　SC　86A　GW1专家组会议对多模光纤标準进行修改，2000年3月公布的修改草案中，85/125μm多模光纤已被取消。康宁公司1976年开发的50/125μm多模光纤和朗讯Bell实验室1983开发的62.5/125μm多模光纤有相同的外径和机械强度，但有不同的传输特性，一直在数据通信网路中“较量” 。优势62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高，能从LED光源耦合入更多的光功率，因此62.5/125μm多模光纤首先被美国採用为多家行业标準。如AT&T的室内配线系统标準、美国电子工业协会（EIA）的区域网路标準、美国国家标準研究所（ANSI）的100Mb/s令牌网标準、IBM的计算机光纤数据通信标準等。50/125μm多模光纤主要在日本、德国作为数据通信标準使用，至今已有18年历史。但由于北美光纤用量大和美国光纤製造及套用技术的先导作用，包括我国在内的多数国家均将62.5/125μm多模光纤作为区域网路传输介质和室内配线使用。自八十年代中期以来，62.5/125μm光纤几乎成为数据通信光纤市场的主流产品。后续发展上述形势一直维持到九十年代中后期。近几年随区域网路传输速率不断升级，50μm芯径多模光纤越来越引起人们的重视。自1997年开始，区域网路向1Gb/s发展，以LED作光源的62.5/125μm多模光纤几百兆的频宽显然不能满足要求。与62.5/125μm相比，50/125μm光纤数值孔径和芯径较小，频宽比62.5/125μm光纤高，製作成本也可降低1/3 。因此，各国业界纷纷提出重新启用50/125μm多模光纤。经过研究和论证，国际标準化组织制订了相应标準。但考虑到过去已有相当数量的62.5/125μm多模光纤在区域网路中安装使用，IEEE802.3z千兆比特乙太网标準中规定50/125μm和62.5/125μm多模光纤都可以作为1GMbit/s乙太网的传输介质使用。但对新建网路，一般首选50/125μm多模光纤。50/125μm多模光纤的重新启用，改变了62.5/125μm多模光纤主宰多模光纤市场的局面。遵照上述标準，康宁公司1998年9月宣布推出两种新的多模光纤。第一种为InfiniCor300型，按62.5/125μm标準，可在1Gb/s速率下，850nm波长传输300米，1300nm波长传输550米。第二种是InfiniCor600型，按50/125μm标準，在1Gb/s速率下，850nm波长和1300nm波长均可传输600米。

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多模光纤控制系统出台的影响虽然1998年新出台的IEEE802.3z标準提出了在1Gbit/s网路中使用多模光纤的规範，但网路升级的发展比标準的制订还快。这使得62.5/125μm多模光纤的频宽限制更加突出。为了解决这一问题，，如康宁的InfiniCor　CL1000和InfiniCor　CL2000，朗讯的Lazr—SPEED，阿尔卡特的GIGAlite等。康宁在发布这种光纤时说：“康宁以娴熟的技术和新的折射率分布控制，推出这种以前只有单模光纤才能给出的特性而且能在网路中使用以前给多模光纤配套的低成本系统。”新一代多模光纤在上述背景基础上，美国康宁和朗讯等大公司向国际标準化机构提出了“新一代多模光纤”概念。新一代多模光纤的标準正由国际标準化组织/国际电工委员会（ISO/IEC）和美国电信工业联盟（TIA—TR42）研究起草。预计2002年3～4月推出，新一代多模光纤也将作为10Gb/s乙太网的传输介质，被纳入IEEE10Git/s乙太网标準。新一代多模光纤的英文缩写“NGMMF”（New　Generation　Multi　Mode　Fiber）已被国际通用，并可作为关键字在国际网站查询。新一代多模光纤的全面技术指标尚未正式公布，但从标準制订的相关报导及有关技术网站中可以得到如下确切信息：类型新一代多模光纤是一种50/125μm，渐变折射率分布的多模光纤。採用50μm芯径是因为这种光纤中传输模的数目大约是62.5μm多模光纤中传输模的1/2.5 。这可有效降低多模光纤的模色散，增加频宽。对850nm波长，50/125μm比62.5/125μm多模光纤频宽可增加三倍。按IEEE802.3z标準推荐，在1Gbit/s速率下，62.5μm芯径多模光纤只能传输270米；而50μm芯径多模光纤可传输550米。实际上最近的实验证实：使用850nm垂直腔面发射雷射器（VCSEL）作光源，在1Gbit/s速率下，50μm芯径标準多模光纤可无误码传输1750米（线路中含5对连线器），50μm芯径新一代多模光纤可无误码传输2000米（线路中含2对连线器）。採用50μm芯径的另一个原因是以前人们看中62.5μm芯径多模光纤的优点，随技术的进步已变得无关紧要。在八十年代国中期，LED光源的输出功率低，发散角大，连线器损耗大，使用芯径和数值孔径大的光纤以使尽多光功率注入是必须考虑的。而当时似乎没人想到区域网路速率可能会超过100Mbit/s，即多模光纤的频宽性能并不突出，尤其是使用了VCSEL，光功率注入已不成问题。芯径和数值孔径已不再像以前那幺重要，而10Gbit/s的传输速率成了主要矛盾，可以提供更高频宽的50μm芯径多模光纤则倍受青睐。光源以往传统的多模光纤网路使用发光二极体（LED）做光源。在低速网路中这是一种经济合理的选择。但二极体是自发辐射发光，雷射器是受激发射发光，前者载流子寿命比后者长，因而二极体的调製速率受到限制，在千兆比及其以上网路中无法使用。另外，二极体与雷射器相比，其光束髮散角大，光谱宽度宽。注入多模光纤后，激励起更多的高次模，引入更多波长成份，使光纤频宽下降。幸运的是850nm垂直腔面发射雷射器（VCSEL）不但具有上述雷射器的优点，而且价格与LED基本相同。VCSEL的其他优点是：阈值电流低，可以不经放大，直接用逻辑门电路驱动，在2Ggabit速率下，获得几毫瓦的输出功率；其850nm的发射波长并不适用于标準单模光纤，正好用于多模光纤。在这一波长下，可以使用廉价的硅探测器并有良好的高频回响；另一个令人瞩目的优点是VCSEL的製造工艺可以容易地控制发射光功率的分布，这对提高多模光纤频宽十分有利。正是由于这些优点，新一代多模光纤标準将採用850nm　VCSEL做光源。