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多模光纤及其在网络和通信中的应用

   日期:2007-06-28     作者:管理员    

  多模光纤是指可以传输多个模式的光纤,相对普通单模光纤而言,多模光纤具有更大的数值孔径和纤芯直径。同时,因为它的模式色散大而使其带宽远远低于单模光纤。但是,由于多模光纤对传输系统中器件的要求相对于单模光纤要低得多,因此它存在着很大的发展潜力和空间。自1970年美国康宁公司研制出世界上第一根衰减系数为20分贝/公里的多模光纤以来,多模光纤经历了从兴到衰,又从衰到兴的变化。
  多模光纤,按组成材料的不同,可以分为石英光纤,塑料光纤,塑包石英光纤,多组分玻璃光纤等;按光纤端面折射率分布,可以分为多模渐变折射率光纤(简称渐变型多模光纤)和多模阶跃变化折射率光纤(简称阶跃型多模光纤)。阶跃型多模光纤的芯直径很大,通常大于80mm;带宽很低,一般只有30~60MHz·km,因此不能用于通信系统。本文重点讨论渐变型通信用多模光纤。

  第一代多模光纤
  光纤通信的基础材料是光纤预制棒。光纤的主要光学参数,如传输损耗、传输带宽、几何尺寸、数值孔径均取决于预制棒的合成工艺。借助于掺杂剂,可使光纤纤芯折射率各层具有指定的折射率和规定的尺寸。渐变型多模型光纤的折射率分布可由下式表示: 

  
MAN标准委员会开始制定千兆比特(Gbit/s)以太网标准,并于1998年6月通过了IEEE802.3z千兆比特以太网标准。2002年7月又通过了IEEE802·3ae 万兆比特以太网标准。新标准考虑采用50/125mm新一代多模光纤。目前正在讨论修改旧的G·651建议(50/125mm多模渐变折射率光纤的特性),直到现在还没有提出不同类型的光纤。虽然已经开展这方面的工作,要获得具体结果还需要一些时间。
  目前,有关方面还没有公布关于新一代多模光纤的标准。有文章透露,新一代多模光纤有以下特点:
  ■  这是一种新型的50/125mm渐变型(GI)多模光纤,工作波长在850nm和1300nm。
  ■  光纤纤芯折射率分布的精确度远比传统的50/125mm光纤高。
  ■  配用850nm 和1300nm垂直腔表面发射激光器(VCSEL)光源。该新型50/125mm光纤的“激光器带宽”应该达到2000MHz·km,用于支持10Gbit/s以太网单通道传输300米以上。
  ■  “激光器带宽”有别于传统的模带宽。因此,对该参数的测试方法也已经从传统的“
满注入法(OFL,Overfilled  Launch)”改为“限模注入(RML,Restricted Mode Launch)”新方法。
  ■  新型50/125mm光纤的安装特性与传统多模光纤相同,操作人员不需学习新技术。
  多模光纤预制棒的制造工艺可分为两类。即管内汽相沉积工艺(MCVD/PCVD)和外部汽相沉积工艺(OVD/VAD)。新一代多模光纤采用管内汽相沉积工艺。
  武汉长飞光纤公司是国内唯一采用PCVD工艺生产新一代多模光纤的单位,其商品名称是高贝(HiBand)光纤。目前从网上查到的长飞高贝系列多模光纤产品,带宽远远小于2000MHz·km。天津采用MCVD工艺于1983年研制出了带宽大于2000MHz·km的多模光纤,但是其检测方法不一定符合“限模注入法”的标准。
  由于生产新一代多模光纤预制棒与生产单模光纤预制棒的工艺不同,它只能采用管内汽相沉积工艺生产。因此,上世纪80年代曾经放弃MCVD工艺的外国公司,如康宁、住友、古河、信越等,正在重新起用MCVD工艺,或引进PCVD工艺研制新一代多模光纤。显然,发展新一代多模光纤及其相关产业,把中国的光纤产业做大做强,将给天津市提供很好的创新平台。这是千载难逢的机会。

  宽工作波长多模光纤
  2004年9月5-9日,第30届欧洲光通信会议在瑞典斯德哥尔摩召开。会议发表的论文中提到一种新的多模光纤—宽工作波长多模光纤。
  众所周知,为了提高系统的传输容量,现在普遍采用的技术是提高传输速率,或者采用波分复用技术。宽工作波长的50/125μm光纤在1300/1550nm工作,可以与1300/1550nm长波长激光器配合,使数据通信系统能够传输更长的距离。同时,这种光纤在1300-1550nm范围的模带宽数值可以达到1-2GHz·km,可以实现波分复用。

  通信用塑料光纤
  通信用塑料光纤(POF)是新一代通信传输介质。它与石英光纤相比,具有纤芯直径大,连接容易,柔性好,可绕性好等优点。它非常适合作为路由交换器到用户终端的传输介质,能有效地解决“最后一公里”的瓶颈问题。
  根据塑料光纤纤芯材料的不同,它可分为聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纤(PMMA POF)和全氟树脂塑料光纤(PF POF)。PMMA POF的光损耗很大,在650nm的理论极限损耗值为106dB/km。所以它只能用于汽车、工业控制和消费电子等短距离传输。
  全氟渐变型塑料光纤的损耗较低,在1300nm和1550nm波长下,损耗的理论极限值分别为0.3dB/km和 0.2dB/km,与石英光纤的相当。由于这种光纤在650-1300nm之间的光损耗比较低、色散小,可以在这个波长范围内实现多波长复用传播。它的研究成功和应用将给光通信事业带来新的增长点,推动信息社会向前发展。
  2000年日本旭玻璃株式会社研制出的全氟渐变型塑料光纤,在1300nm波长下的损耗为16dB/km,带宽为569MHz·km。
全氟渐变型塑料光纤虽然具有前面所说的优点,但是离实用化还有相当长的距离。因为该产品的生产技术被日本的公司垄断,光纤产量小,成本高。目前这种光纤在中国的出售价格约为每米40元。
  为了规范我国塑料光纤的制造、性能测试和工程应用,信息产业部正在组织有关专家制定国家行业标准,旨在推动我国塑料光纤、光缆产品制造,质量检测和工程应用。

  结束语
  单模光纤的芯径很小,要求连接对准精度高,从而给连接带来诸多不便;光收发器件价格昂贵,这些都阻碍着它在短距离通信网络中的应用。因此,多模光纤在被遗弃多年之后又得到重新起用。
  在

多模光纤中,50/125mm渐变型多模光纤具有低损耗、宽带宽的特点,而且加工技术比较成熟,是目前应该优先发展的光纤之一。
  利用MCVD工艺生产50/125mm渐变型多模光纤是天津市的优势,应该抓住机遇发展它及其相关产业。

 
  
  
  
  
 
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