随着现代工业网络和局域网（LAN）的发展，对数据传输速度的需求不断增长。如今，工业网络和局域网的数据传输速率高达10 Gbit/s。传统的传输系统采用廉价的LED发射器，最大数据传输速率仅为622 Mbit/s，已无法满足当前的数据传输需求。为了实现现代工业网络和局域网所需的高数据传输速率，LED发射器已被激光发射器所取代。这种从LED到激光的转变对光纤制造产生了决定性的影响。采用850 nm激光二极管（VCSEL）的多模光纤被认为是工业网络和局域网最具成本效益的解决方案，因此被广泛应用于此类网络中。作为市场从LED向激光转变的一部分，新一代激光优化多模光纤于20世纪90年代末问世。本文重点介绍传统多模光纤和激光优化多模光纤之间的区别。此外，它还强调了选择高质量、激光优化的多模光纤对于在工业网络和局域网中实现高数据传输速率至关重要。.
利用LED和激光器进行光纤传输：
当光耦合到多模光纤中时，它会沿着光纤纤芯有多条路径。每条路径都称为一个模式，因此得名“多模光纤”。发光二极管（LED）发出的光与激光器的窄光束不同，这是因为LED具有较大的光束角（图1）。当LED的光束耦合到多模光纤中时，其高度发散的光束会“充满”光纤纤芯，从而激发许多模式。在类似条件下，激光器在多模光纤中只会激发少数几个模式，原则上，这些模式仅限于那些穿过光纤纤芯中心区域的模式。
激光优化多模光纤：
光纤中心区域具有高折射率，构成光通过全内反射传播的光路。 
在多模光纤中，折射率随距光纤中心距离的增加而逐渐降低，形成梯度折射率分布（图2）。梯度折射率分布确保所有光都能同时到达光纤系统的末端，而与所使用的模式传输路径无关。到达时间的偏差称为模式色散。多模光纤的吞吐量以带宽或最大数据传输速率和传输距离来衡量，单位为MHz·km。带宽与模式色散成反比。
当激光耦合到多模光纤中时，激光会分散在光纤纤芯的一个非常薄的区域内，通常是中心区域。光纤传输激光的能力很大程度上取决于该区域纤芯折射率梯度分布的均匀性。如图2所示，传统多模光纤纤芯的折射率分布沿中心轴方向存在异常凹陷。
显然，这种位于折射率分布中心的异常对激光的细束聚光的影响远大于对LED高发散光的影响。为了支持现代高数据传输速率的传输系统，应使用激光器而非LED。沿中心轴的折射率异常会在激光信号中表现为传输信号的失真和高误码率。因此，系统的最大数据传输速率受到限制。所以，看似矛盾的是，激光换能器与传统多模光纤的组合并不适用于数据传输速率为10 Gbit/s的传输系统。
为了解决这个问题，需要优化多模光纤中心的折射率分布以适应激光传输。虽然这相对昂贵，但目标应该是消除折射率分布中心的所有异常。根据康宁公司自身的数据，该公司于1998年率先推出了专为激光传输优化的新一代多模光纤。图2展示了激光优化多模光纤的理想折射率分布。可以看出，沿中心轴的所有异常折射率均已被消除，从而避免了由轴线异常折射率下降引起的系统限制或信号失真。
激光优化和制造方法：
近期研究表明，多模光纤的质量，特别是其折射率分布的均匀性，会因 
制造方法的不同而有所差异。对来自领先供应商的激光优化光纤进行了测试，这些光纤采用MCVD（改进型化学气相沉积）和PCVD（等离子体化学气相沉积）方法制造，传输速率为10 Gbit/s，长度分别为150米、300米和500米，波长为850纳米。测试结果显示，约50%的受测光纤的中心轴出现异常偏移（图3a）。此外，所有受影响的光纤均无法准确确定激光中心。相反，据专家称，OVD（外部气相沉积）光纤制造方法能够实现最佳的折射率分布均匀性，因此采用该方法制造的激光优化多模光纤几乎没有中心轴偏移（图3b）。
MCVD 和 PCVD 方法特有的另一个重大挑战在于确保光纤全长带宽的均匀性。当光纤某些部分的带宽与整根光纤的带宽存在差异时，这个问题就会显现出来。鉴于多模光纤激光优化过程中波动性较大，因此对所有拟用于高质量激光传输系统的多模光纤进行严格的测试和分类程序至关重要。
LED和激光器性能分类：
给定光纤的高数据传输速率（由带宽和传输距离决定）取决于激发模式之间的延迟以及模式间的能量分配。因此，传统多模光纤（用于LED）的性能必须根据OFL（过填充发射）带宽测量方法进行分类，该方法模拟了LED的耦合条件。激光器的耦合条件则完全不同。因此，新一代多模光纤需要考虑激光器特殊耦合条件的新型性能分类方法。
目前存在几种分类方法：DMD、RML和minEMBc。RML（限制模式发射）带宽是根据TIA-455-204标准制定的首个针对激光优化光纤的标准化指标。该方法适用于预测高达1 Gbit/s的带宽。对于数据速率高达 10 Gbit/s 的传输系统，需要采用最新、最精确的方法来确定高带宽多模光纤的传输容量：最小计算有效模态带宽 (minEMBc) 方法。minEMBc 方法符合 TIA/EIA 455-220 和 IEC 60793-1-49 标准，在光纤行业中，它被认为是唯一基于 DMD 的大带宽参考测量方法，并且具有可扩展性，能够预测各种比特率和传输距离。相比之下，其他测量方法仅能提供 10 Gbit/s 速率下 300 米传输距离的合格/不合格结果。
对于未经最先进、最精确的带宽测量方法认证的 10 Gbit/s 激光优化多模光纤，无法提供完整的性能保证。特别是对于采用 MCVD 或 PCVD 方法制造的多模光纤，由于轴向带宽不均匀性或沿中心轴的异常折射率下降尚未完全消除，制造商提供的数据可能会出现一些波动。
结论：
现代工业网络和局域网必须能够以12 Gbit/s及更高的速率进行数据传输，以支持千兆以太网、万兆以太网和光纤通道协议。因此，数据传输速率受限于622 Mbit/s的LED已被激光器（特别是波长为850 nm的VCSEL）取代，作为此类网络中的光源。此外，激光优化型多模光纤已取代传统多模光纤，从而实现了经济高效的高性能激光传输系统。然而，不同制造方法的激光优化型光纤之间存在差异。采用OVD法制造的光纤沿中心轴方向的折射率不会出现异常下降，并且具有良好的轴向均匀性。相比之下，采用MCVD或PCVD法制造的光纤在这方面存在局限性。为了确保大量标准VCSEL的性能，必须使用最小有效折射率（minEMBc）来确定10 Gbit/s光纤的吞吐量。康宁公司采用 OVD 方法制造其多模光纤（Infinicor），并使用 minEMBc 指数对其 10 Gbit/s 产品进行分类。
随机抽检是不够的。
此外，这家光纤供应商会对每卷光纤的每一米进行激光带宽测量，因为他们认为仅靠随机抽检是不够的。这样做是为了确保所有光纤100%符合制造商的规格。在此背景下，质量控制至关重要。
参考文献- P. Bell, Todd Wiggs，“多模光纤和气相沉积制造工艺”，康宁光纤指南，网络出版物，第10卷， 2005年7月www.corning.com/opticalfiber/guidelines_magazine/eguidelines/vol10/view.aspx?article=2&page=1®ion=na&language=en
技术资料- 光纤选型指南（工业网络光纤选型指南） http://www.corning.com/docs/opticalfiber/WP1160.pdf - IEEE 802.3ae 标准发布以来 50/125 毫米光纤的发展历程（IEEE 802.3ae 标准发布以来 50/125 毫米光纤的发展历程）http://www.corning.com/docs/opticalfiber/WP4253.pdf - 通过计算有效模数 (EMB)，可保证 SR 10G（EMB 计算保证 SR 100 ） http://www.com.ng.com/docs/opticalfiber/r3716.pdf
Equinsa Networking
