多模光纤
更新时间：2011-05-28 06:50
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多模光纤是光纤中的一种，由于其中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，故在所考虑的波长上能传导多种模式的光。
多模光纤的特性
基本上有两种，一种是梯度型（graded）另一种是阶跃型（stepped），对于梯度型（graded）光纤来说，芯的折射率（refraction index)于芯的外围最小而逐渐向中心点不断增加，从而减少讯号的模式色散，而对阶跃型（Stepped Index）光缆来说，折射率基本上是平均不变，而只有在包层（cladding）表面上才会突然降低。阶跃型（stepped）光纤一般较梯度型（graded）光纤的带宽为低。在网络应用上，最受欢迎的多模光纤为62.5/125，62.5/125意指光纤芯径为62.5μm而包层（cladding）直径为125μm，其他较为普通的为50/125及100/140。
相对于双绞线，多模光纤能够支持较长的传输距离，在10mbps及100mbps的以太网中，多模光纤最长可支持2000米的传输距离，而于1GpS千兆网中，多模光纤最高可支持550米的传输距离。业界一般认为当传输距离超过295尺，电磁干扰非常严重，或频宽需要超过350MHz，那便应考虑采用多模光纤代替双绞线作为传输载体。
与单模光纤的区别
1）多模光纤
多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
2）单模光纤
单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对（LED）做光源。在低速网络中这是一种经济合理的选择。但二极管是自发辐射发光，激光器是受激发射发光，前者载流子寿命比后者长，因而二极管的调制速率受到限制，在千兆比及其以上网络中无法使用。另外，二极管与激光器相比，其光束发散角大，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，使光纤带宽下降。幸运的是850nm垂直腔面发射激光器（VCSEL）不但具有上述激光器的优点，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准单模光纤，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响应；另一个令人瞩目的优点是VCSEL的制造工艺可以容易地控制发射光功率的分布，这对提高多模光纤带宽十分有利。正是由于这些优点，新一代多模光纤标准将采用850nm VCSEL做光源。
3.新一代多模光纤的带宽
按上面叙述的激光器与发光管的比较来看，多模光纤使用激光器做光源，其传输带宽应得到大幅度提高。但初步实验结果表明，简单地用激光器代替LED做光源，系统的带宽不仅没有提高反而降低。经过IEEE专家组的研究发现，多模光纤的带宽还与光纤中的模功率分布或注入状态有关。在预制棒制作工艺中，光纤的轴心容易产生折射率凹陷。以前用LED做光源，是过满注入（OFL—OverFilled Launch），光纤的全部模式（几百个）都被激励，每个模携带自己的一部分功率。光纤中心折射率的畸变只影响少数模式的时延特性，对光纤模带宽的影响相对有限。所测出的多模光纤带宽，对于用LED做光源的系统是正确的。也就是说可以用这样测出的带宽数据估算系统的传输速率和距离。但是，当用激光器做光源时，激光器的光斑仅几微米，发散角也比LED小，因而只激励在光纤中心传输的少数模式，每个模式都携带相当大的一部分功率，光纤中心折射率畸变对这些仅有的、少数模式时延特性的影响，使多模光纤带宽明显下降。因此不能用传统的过满注入（OFL）方法来测量用激光器做光源的多模光纤的带宽。 新标准将使用限模注入法（RML—Restricted Mode Launch）测量新一代多模光纤的带宽。用这种方法测出的带宽叫“激光器带宽”或“限模带宽”，以前用LED做光源测出的带宽叫“过满注入带宽”。两者分别表示用激光器和LED做光源注入时的多模光纤带宽。限模注入和多模光纤激光器带宽的标准由TIA FO—2.2.1任务组起草。目前已完成62.5μm多模光纤检测规程FOTP—203和FOTP—204（FOTP—Fiber Optic Test Procedure），内容如下： FOTP—203规定了用来测量多模光纤激光器带宽的光源的功率分布。要求光源经过一段短的多模光纤耦合之后，其近场强度分布应满足在中心30μm范围内光通量大于75％，在中心9μm范围内光通量大于25％。新标准中没有推荐使用VCSEL做光源对带宽进行测量，这是考虑到不同厂家VCSEL的光功率分布差别很大。 FOTP—204规定使用限模光纤将光源耦合入多模光纤进行激光器带宽测量。限模光纤用来对过满注状态进行滤波，限制对多模光纤高次模的激励。限模光纤是一段芯径23.5μm，数值孔径0.208的渐变折射率多模光纤。这种多模光纤折射率梯度指数接近于2。在850nm和1300nm过满注入条件下应有大于700MHz.km的带宽。限模光纤的长度应大于1.5米以消除泄漏模，并小于5米以避免瞬态损耗。选取芯径23.5μm是因为其产生的注入状态最接近VCSEL。
