万兆多模与DMD测试技术
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万兆多模与DMD测试技术  2012/3/1
众所周知,光缆系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤。光收发器的种类主要有两大类:发光二极管(LED)和激光发光器(Laser)。虽然在性能上,激光发光器远远优于发光二极管,但是由于制造成本的问题,使绝大多数局域网用户一直难以负担激光发光器的高昂价格。直到最近,一种新型发光器件垂直腔表面发光器VCSELs(Verticalcavitysurfaceemittinglasers)的出现,才解决了这个问题。VCSELs吸收了激光发光器件的性能优势如响应

众所周知,光缆系统在传输光信号时,离不开光收发器和光纤。光收发器的种类主要有两大类:发光二极管LED)和激光发光器(Laser)。 虽然在性能上,激光发光器远远优于发光二极管,但是由于制造成本的问题,使绝大多数局域网用户一直难以负担激光发光器的高昂价格。直到最近,一种新型发光器件垂直腔表面发光器VCSELs(Vertical cavity surface emitting lasers)的出现,才解决了这个问题。VCSELs吸收了激光发光器件的性能优势如响应速度高,传输光谱窄,和发光二极管的优势如藕合效率高及成本低廉。因此,采用低成本高性能的VCSELs发光器件,配合多模光缆的方式可以传输高达10Gb/s的信号。

但是,另一个问题又出现在用户面前,即传输距离。使用光缆的用户除了传输速率外,还对传输距离有要求。实验证明,传统多模光缆,不论是50μm还是62.5μm,虽然可以支持10Gb/s的网络传输,但其支持距离都在100米以内,这对网络主干的应用是根本无法满足的。

多模光纤的传输瓶颈--DMD

为什么在100Mbps时可以支持2000米的多模光纤,在1Gbps时只能支持550米?其主要原因正是由于多模光纤的DMD现象。经过测试,我们发现,多模光纤在传送光脉冲时,光脉冲在传送过程中会发散展宽,当这种发散状况严重到一定程度后,前后脉冲之间会相互叠加,使得接受端根本无法准确分辨每一个光脉冲信号,这种现象我们称为DMD(Differential Mode Delay)。产生的主要原因在于,多模光纤中同一个光脉冲包含多个模态分量,从光传输的角度看,每一个模态分量在光纤中传送所走的路径不同,例如,沿光纤中心直线传送的光分量,与通过光纤包层反射传送的光分量具有不同的路径。从电磁波角度看,在多模光纤内径中的这个三维空间内包含着很多模态(300-1100)分量,其构成十分复杂。

当我们采用像LED这样的发光器件时,面光源LED发射的光充满在整个光纤中(我们称为overfilled模型)。光能量均匀分布在所有的模态分量中。由于不同路径传送的光分量到达时间存在差异,因而光脉冲会逐渐变宽。但是,由于能量均匀分布,每一个光分量对整个光脉冲的影响反而很小,在技术上,我们将这种带宽称为Overfilled Launch Bandwidth(OFB);当我们把LED换成Laser时,情况会变得不同,由于激光只包含很少几个模态分量,因而每个光分量携带的能量十分集中,这样一来每个光分量反而会对整个光脉冲产生重要的影响。举一个极端的例子,如果只存在两个模态分量,它们到达的时间不同,因而会导致整个光脉冲的严重发散。

由于LED发光器件本身的性能局限,在1Gbps以上的高速应用中,发光器件主要采用激光发光器件,而传统多模光纤从标准上和设计上均以LED方式为基础,因此,由于两种发光器件传输方式的不同,必须对光纤本身进行改造,以适应光源的变化。因此,ISO/IEC11801着手制定了新的多模光纤标准等级,即OM3类别,并在2002年9月正式颁布。而Avaya公司的SYSTIMAX SCS结构化布线系统中,已经先于国际标准推出了我公司的OM3型多模光纤-LazerSPEED解决方案,针对目前潜在的10Gb/s网络应用。

ISO标准中对多模光纤的重新分类,OM1指目前传统62.5μm多模光纤,OM2指目前传统50μm多模光纤

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