OM4光纤支持以太网、光纤通道和OIF应用，在10Gbps速率下，传输距离可达550米，适用于超长楼宇骨干网和中距离园区骨干网。其有效模态带宽（EMB）高达4700 MHz-km，是IEEE标准规定的300米10Gbps传输距离下有效模态带宽的两倍以上。.为了帮助您充分利用这种先进光纤的优势，本文介绍了 OM4 光纤背后的技术，重点介绍了它与其他光纤类型的主要区别，并解释了如何通过最严格的测量方法来保证其高带宽。.
多模光纤基础知识
：与单模光纤相比，多模光纤具有更大的纤芯，顾名思义，它可以同时引导多个“模式”（即光线）。向纤芯外缘传播的模式比向中心传播的模式需要行进更长的距离。
纤芯的渐变折射率分布旨在最大限度地缩短路径较短模式的行进距离，确保所有模式尽可能接近地到达光纤末端。这可以降低脉冲色散（也称为DMD），并最大限度地提高带宽，即单位时间内可以通过光纤传输的信息量。
除了较大的纤芯外，多模光纤还具有较大的数值孔径（NA），即光纤可以接收透射光的最大角度。这使得它们能够与成本相对较低的光学元件和光源（例如发光二极管 (LED) 和垂直腔面发射激光器 (VCSEL)）配合使用。
多模光纤选项。
多模产品以 OM（“多模光纤”）标识，符合国际布线标准 ISO/IEC 11801（见表 1）。OM4
光纤是该系列的最新产品。它尤其适用于短距离数据中心和高性能计算应用，在这些应用中，预期光损耗为 10 Gb/s（预计接近 40 Gb/s 和 100 Gb/s）。OM4 光纤在短距离部署时可提供高带宽，从而为信道插入损耗提供额外的余量。
OM4 光纤兼容在 1300 nm 波长下需要至少 500 MHz·km 带宽的光链路 (OFL) 应用（例如 FDDI、IEEE 100BASE-FX、1000BASE-LX、10GBASE-LX4 和 10GBASE-LRM）。
多模光纤领域的最新产品是 50 微米抗弯曲多模光纤 (BIMMF)。这些光纤被誉为具备高带宽激光优化多模光纤的所有优势，并具有更低的弯曲敏感性。
然而，近期的研究引发了人们对这些光纤的一些担忧。研究发现抗弯曲光纤的特性描述存在问题，并质疑当前的要求是否足以确保系统性能。其他研究表明，BIMMF 与标准光纤之间的连接损耗高于标准光纤与其他标准光纤之间的连接损耗。这种额外的损耗会增加链路的总损耗。
因此，有人提议标准组织对 BIMMF 进行全面审查，并将其纳入行业标准。在此之前，在广泛采用之前应保持谨慎。
OM4光纤有何不同？
与OM3多模光纤一样，OM4光纤被认为是“激光优化”的，即针对VCSEL光源进行了优化。OM3和OM4光纤的设计和制造旨在最大限度地提高VCSEL的性能，使其优于LED。因此，激光优化光纤的规格通常使用激光带宽（EMB）来衡量。OM2光纤虽然与VCSEL兼容，但并非激光优化光纤。OM2光纤设计用于10或100 Mbps速率的LED光源，或用于短距离1 Gbps网络。OM2光纤也可以与VCSEL配合使用，但其传输距离在1 Gb/s速率下仅为550米，在10 Gb/s速率下仅为82米，而OM4光纤在1 Gb/s速率下的传输距离超过1000米，在10 Gb/s速率下也仅为550米。
如前所述，每种模式在多模光纤纤芯中的传播速度取决于其折射率，而折射率又取决于纤芯中该位置锗掺杂剂的含量。由于向纤芯中心传播的模式比向边缘传播的模式传播的距离更短，因此多模光纤的折射率分布必须呈抛物线形“渐变”。这样可以减慢传播距离较短的模式的传播速度，从而使所有模式的到达时间趋于一致。
模式均衡程度越高，光纤的带宽就越大。模式均衡程度取决于光纤制造过程中渐变折射率分布的构建精度。折射率分布的形状、曲率和光滑度（无凹陷、尖峰或缺陷）越精确，模式均衡程度就越高（见图1）。
OM4 光纤具有更大的带宽，其折射率分布极其精确，几乎没有干扰或缺陷。.
为了制造如此精密的纤维，需要一种能够精确控制掺入纤维纤芯特定亚微米位置的锗含量的制造工艺。OFS 的专有 MCVD 工艺就是一种能够实现这种精确控制的工艺，该工艺对每一层纤芯进行单独沉积和烧结，从而实现最高的精度和折射率均匀性。.
OM4光纤标准
两项标准定义了OM4光纤在高速网络中的应用：TIA文件TIA-492AAAD，其中包含OM4光纤的性能规范；以及国际标准IEC 60793-2-10，该标准提供了A1a.3型光纤中OM4的等效规范。ISO/IEC 11801标准将OM4光纤添加为一种行业认可的光纤类型，而IEEE 802.3ba 40G和100G以太网标准将OM4光纤作为一种可选方案，其传输距离可达150米（比OM3光纤远50%）。
标准制定小组内部就850 nm波长所需的光纤链路（OFL）带宽进行了讨论和辩论。尽管目前的应用主要采用850 nm垂直腔面发射激光器（VCSEL），且光纤的最小有效模带宽（EMB）已达到规定，但仍有充分的理由制定850 nm波长的最小OFL带宽规范。研究表明，与提高外部模式功率相比，使用具有更高OFL带宽的光纤能使VCSEL获得更好的性能。因此，目前的OM3光纤标准要求850 nm波长的OFL带宽至少为1500 MHz·km。
对于OM4光纤，光纤质量协会（OFS）和其他标准制定小组的成员强烈建议至少采用3500 MHz·km的OFL带宽，以确保最佳性能和可靠性，这最终也成为双方认可的规范。
激光带宽测量：
OM4光纤的带宽性能保证标准与OM3光纤相同，但更为严格。由于最初引入如今广为人知的VCSEL激光器时遇到了挑战，因此必须开发新的测量方法来验证OM3和OM4光纤的激光带宽。
与LED不同，VCSEL激光器产生的能量输出不均匀，其能量在整个输出面上会发生显著变化。此外，每个激光器在每根光纤中填充的光束组各不相同，且每束光束的能量也不同。用于测量LED带宽的过填充带宽测量方法无法模拟VCSEL的工作原理。
标准允许两种测量和验证激光带宽的方法：DMD掩模法和EMBc法。两种方法都需要进行DMD测试；区别在于DMD数据的使用和解释方式。
在DMD测试中，高功率的小激光脉冲以小步长的方式在整个光纤纤芯中传输。每一步只激发少数几个模式，并记录它们的到达时间。光纤的DMD值是所有步骤中所有模式最早到达时间和最晚到达时间之差。DMD
测量是目前验证10 Gb/s吞吐量所需带宽的唯一可靠方法，因为它是唯一能够独立检测整个光纤纤芯中所有模式的方法。因此，TIA/EIA和ISO/IEC等行业协会发布了DMD测量标准以及激光优化多模光纤的DMD规范。
DMD掩模法是一个简单的过程，它直接将DMD测试结果与一组规范（称为模板或掩模）进行比较，以查看光纤是否具有所需的性能。.
这是一种直接的图形化方法，用于确保数据脉冲的持续时间不会远远超出所需的 10 Gb/s 比特周期。如果光纤符合这些 DMD 规范，那么无论使用哪种 VCSEL（前提是 VCSEL 兼容），都可以确保至少 2000 MHz-km 的 EMB。EMBc
方法则是一种更复杂、更间接的方法。它将 DMD 的结果与一组理论“加权函数”进行比较，这些加权函数旨在表示所有兼容 VCSEL 的发射分布。
将DMD结果与10个加权函数分别进行数学组合，得到10个不同的EMBc值，其中最小值称为minEMBc。将minEMBc值乘以系数1.13，即可得到光纤的EMB值。如果该EMB值大于2000 MHz-km，则认为该光纤满足OM3要求，因此应支持300米、10 Gb/s的传输距离。.
由于EMBc方法需要进行复杂的计算，且其加权函数仅代表实际系统中可能使用的众多VCSEL的发射特性样本，因此EMBc方法无法像DMD掩模技术那样对光纤质量和性能进行同等程度的评估。此外，由于加权函数对光纤纤芯中心0-5微米（径向）区域的权重较低，EMBc方法实际上忽略了该区域。.
总之，
OM4光纤为当今及未来的高速应用提供了新一代多模光纤的性能。凭借其显著更高的带宽，网络设计人员和运营商可以确信，多模光纤将继续为数据中心和局域网中的短距离应用提供最具成本效益的解决方案。
作者：
Tony Irujo，OFS 销售工程师
