超贝光纤――10G以太网多模光纤

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　　　　　　涂峰 汪洪海 长飞光纤光缆有限企业研发部


　　摘要：本文主要先容了可用于10G以太网传输系统的50/125mm梯度多模光纤的性能特点，以及长飞企业使用PCVD (Plasma-activated chemical vapor deposition)方法所研发的符合10G以太网传输标准的多模光纤（超贝光纤）的性能指标。

　　关键词：超贝光纤，万兆以太网，等离子体化学气相沉积

　　1．简 介

　　爆炸性增长的信息传输需求和光通信技术的飞速发展正支撑着通信网络向着更高速率更大容量的方向迅猛推进。由于Internet的使用，对数据传输的要求呈现出爆炸性的几何级数般的增长，因此对网络传输速度的要求也是日甚一日。在局域网（LAN）方面，虽然存在各种制式和协议，但有一点是相同的，即不停地提高网络的传输速度。以以太网为例，90年代以来，以太网技术的引入以及个人计算机和工作站的较高利用率推动着局域网的发展。当今，新一代多媒体、群件（Groupware）、影像传输和数据库产品的信息量猛增使速率为10Mb/s的以太网面临严峻挑战，从而迫使以太网向更高的速度发展。

　　其传输速度从10Mbit/s（低速以太网）到100Mbit/s（高速以太网）。IEEE在1998年通过了IEEE802.3z的Gigabits以太网（GbE）标准。10Gigabit的以太网标准IEEE802.3ae获得通过。

　　IEEE802.3ae标准定义了光纤作为10GbE网络的传输媒介，包括单模光纤和多模光纤。标准给出的在850nm波长，多模光纤的传输距离从普通62.5/125mm 梯度多模光纤的28米到激光优化(Laser-Optimized)多模光纤的300米不等。要求达到300米的传输距离，普通的多模光纤是无能为力，必须优化光纤的制备工艺，精确控制光纤的生产过程，以开发新的激光优化的多模光纤。

　　本文由10G以太网的要求，先容了新的激光优化多模光纤的性能特征。以及长飞光纤光缆有限企业凭借PCVD (Plasma-activated Chemical Vapor Deposition)工艺的优势，所开发的符合10G以太网传输标准的激光优化多模光纤―超贝光纤。

　　2．10G以太网多模光纤

　　10G以太网使用LD（Laser Diode）作为光源和多模光纤为传输媒介。为了在850nm波长窗口在多模光纤上达到300米以上的传输距离，标准TIA/EIA-455-203[3]和TIA/EIA-492AAAC[4]分别对注入条件和光纤的性能进行了定义。其中要求入纤光功率分布符合FOTP-203标准。标准TIA/EIA-492AAAC规定了850nm波长激光优化的50/125mm梯度折射率多模光纤的具体指标。对光纤带宽的要求为：在满注入OFL（Over-Filled Launch）条件下（TIA/EIA-455-204）[5]，850nm的OFL带宽大于等于1500MHz·km，1300nm的OFL带宽大于等于500MHz·km。同时对纤芯的差分模延迟DMD (Differential Mode Delay) 测试（TIA/EIA-455-220）必须在表1所给出的模板范围内。

　　多模光纤的满注入OFL（Over-filled Launch）带宽反映的是对光纤在LED光源环境下的带宽性能指标，测试时，多模光纤的所有传导模式均被激发[6]。而激光优化多模光纤的DMD测试必须遵从TIA/EIA-455-220[7]标准。该标准定义了DMD测试的整个过程，包括光源，定位装置，接收系统以及测试程序。标准要求注入待测光纤的光斑必须是单模的，在850nm波长，其模场直径约在5mm，而且对光脉冲的时域脉宽和谱宽也做了详细的规定。总之，单模的，足够短，以及窄谱宽的光脉冲是好的。同时对定位系统的精度，注入脉冲的耦合条件，以及接收系统的线性和响应也给出了各自的要求。需要专门的DMD测试装置。

　　根据IEEE802.3ae标准，当光源的功率分布符合TIA/EIA-455-203 标准，同时多模光纤的性能符合TIA/EIA-492AAAC标准时，在850nm波长，保证光纤的有效带宽EBW（Effective Bandwidth）大于2000MHz·km，在10Gigabit的网络系统中达到300米以上的传输距离。

　　3．超贝光纤

　　为什么在100Mbps时可以支撑2000米的多模光纤，在1Gbps时只能支撑550米？主要原因正是由于多模光纤的DMD现象。经过测试，大家发现，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，这种现象大家称为DMD（Differential Mode Delay）。其主要原因在于：一、纤芯折射率分布的不完美。普通多模光纤由于预期使用于LED光源的网络，在满注入条件下，脉冲能量主要分布在中间模式群，高阶模式群和低阶模式群的影响相对不明显。但在DMD测试中，在不同的入射位置，这些高阶模式群和低阶模式群的影响将导致光脉冲变形和分裂。二、光纤的中心凹陷。光纤的中心凹陷是指在纤芯中心的折射率明显下降的现象。这种凹陷和光纤的制造过程有关。这种中心凹陷将极大地影响光纤的传输特性，降低光纤的性能[8]。

　　因此精确控制光纤的折射率分布和消除中心凹陷是10G以太网多模光纤(超贝光纤)研发的主要任务。长飞企业使用PCVD方法生产光纤预制棒。PCVD是制造多模光纤的首选方法，具有沉积层数多，剖面控制精确的特点，其几千层的沉积过程能够有效的控制沉积层的搀杂量以获得与理论要求符合的折射率分布。同时在融缩过程中，通过控制腐蚀量和中心孔的大小避免中心凹陷的出现。

　　图1是所制备的一根预制棒的芯层折射率分布曲线。其实际折射率分布和理论值吻合的非常好。表2是本预制棒所拉制的部分光纤的满注入带宽和DMD测试结果。比较表1可以发现，所拉制光纤的满注入带宽和DMD测试结果完全符合TIA/EIA-492AAAC标准。图2是光纤的DMD测试曲线。其中（a）图横坐标表示时间，纵坐标表示多模光纤端面的不同注入位置，测试从-25mm到25mm。（b）图是对(a)图的处理结果，横坐标是归一化的位置，而纵坐标是不同位置脉冲的相对时间延迟。

　　4．结论

　　10G以太网标准IEEE802.3ae的通过，将一个10G以太网市场真实的呈现出来。开发符合万兆以太网标准的通讯产品已是当务之急。长飞光纤光缆有限企业应用PCVD方法，通过精确控制芯层折射率分布，和有效消除中心凹陷，已经成功的开发出了符合TIA/EIA-492AAAC标准，激光优化的50/125mm梯度折射率分布多模光纤产品。满注入带宽和DMD测试结果表明，在850nm波长，该光纤可以支撑10Gigabit网络系统300米以上的传输距离。同时，该光纤同样支撑10Gigabit的Fibre Channel和10Gigabit的OIF(Optical Internetworking Forum)标准，并兼容低速率LED光源的网络传输。


　　参考文献

　　[1] IEEE802.3ae (10GEthernet)

　　[2] 沈彤等，万兆以太网标准敲定 10G迈进一大步，中国计算机报

　　[3] TIA/EIA-455-203, Launched Power Distribution Measurement Procedure for Graded-Index Multimode Fiber Transmitters

　　[4] TIA/EIA-492AAAC, Detail specification for 850nm laser-optimized 50mm core diameter/125mm cladding diameter la graded-index multimode optical fibers

　　[5] TIA/EIA-455-204, Measurement of Bandwidth on Multimode Fiber

　　[6] 汪洪海，用于Gigabit以太网的新一代多模光纤，光纤通信信息集锦，2002，126-129

　　[7] TIA/EIA-455-220, Differential Mode Delay Measurement of Multimode Fiber in the Time Domain

　　[8] 汪洪海等，Gigabit以太网多模光纤的发展，通信世界，14，2002，74-75

　　编辑先容：涂峰，1980年出生，2000年毕业于华中理工大学物理系，获理学学士学位；2002年获华中科技大学材料物理与化学专业工学硕士学位，现在长飞光纤光缆有限企业研发部任研发工程师，从事多模光纤以及特种光纤的研发工作。