抗弯光纤有何不同？
是什么让多模光纤具有抗弯性能？BI-MMF 并非仅仅是降低弯曲损耗的多模光纤标准，而是一种新型光纤设计，它通过改变光导区域（或称“波导”）来改善弯曲损耗（宏弯）性能。这种改变是通过在光纤纤芯周围开槽来实现的，从而改变导光特性（见图 1）。
改变光纤波导是一个复杂的过程，会影响光纤的许多其他特性，而这些特性反过来又必须进行优化。实际上，为了改善弯曲损耗而进行的改变通常会降低其他特性，例如带宽和连接损耗，从而影响系统性能。关键问题是：部署抗弯多模光纤是否能够提升已安装的多模光纤链路的性能？

FS和其他制造商已经研究了为提高弯曲性能而进行的改进，结果发现既有优点也有缺点。研究表明，弯曲不敏感性可能会带来高昂的成本，包括带宽和连接损耗。更糟糕的是，当前的标准要求，特别是针对激光优化带宽的标准，并没有考虑到BI-MMF光纤波导的改进。这可能导致系统性能低于使用当前光纤激光带宽估算方法所预期的性能。.

1.6毫米或2.0毫米跳线上的急弯和扭结会严重影响链路的机械可靠性。研究表明，跳线上的急弯（例如跳线靠近机柜门时可能发生的急弯）会导致光纤断裂。在数据中心使用双模多模光纤（BI-MMF）时，鼓励采用会导致急弯和扭结的安装方式，既存在机械安全隐患，又没有必要。现代线缆管理系统和常见的、易于安装的布线方式能够实现高密度和高可靠性。
如今，双模多模光纤会降低数据中心和企业应用系统的运行性能。因此，高性能的标准化OM3和OM4光纤是高速企业网络和数据中心的更佳选择。

详细分析：
由于BI-MMF光纤尚未被行业标准化，因此很难对其进行精确定义。然而，在讨论这种光纤制造所需的优缺点之前，先对BI-MMF光纤进行一般性定义将有所帮助。有人建议，这种新型光纤应具备以下宏观曲率特性：

在半径为15 毫米
的软管上绕两圈，波长为 850 纳米时，损耗小于 0.1 分贝
在半径为 7.5 毫米的软管上绕两圈，波长为 850 纳米时，损耗小于 0.2 分贝。

双模光纤（BI-MMF）的开发旨在简化线缆管理。这种新设计的目标是在保持现有OM2、OM3和OM4多模光纤所有规格的同时，降低弯曲损耗。然而，现有的光纤标​​准和系统设计原则是针对具有传统波导的多模光纤制定的。BI-MMF由于增加了沟槽，其波导结构有所不同。因此，许多现有的测量方法和标准无法准确描述或预测BI-MMF的性能。需要注意的是，与单模光纤不同，多模光纤宏弯曲性能的提升并不一定意味着微弯曲性能的提升。因此，改用BI-MMF并不能改善某些线缆设计所需的微弯曲性能。.

以太网标准（以及其他数据网络标准）的演进提高了数据速率，并降低了短距离链路的信道插入损耗。信道插入损耗涵盖多种因素，包括电缆衰减、连接损耗和宏弯损耗。BI-FMM 连接到标准多模光纤时，连接损耗较高（见表 1）。如果链路损耗的其他因素增加，仅仅降低宏弯损耗意义不大。如果目标是最大限度地降低链路损耗，那么为了避免可以通过合理电缆管理来预防的潜在急弯而“牺牲”更高的默认连接损耗（和链路损耗）是不合理的。此外，这种权衡还可能引入机械故障点，例如受力扭转点。.

改变光的传播方式：
由于沟槽的存在，光在双模多模光纤（BI-MMF）中的传播方式与在标准光纤中不同。这对于减少宏弯中的光损耗至关重要。为了理解这种差异，我们需要了解多模光纤中传播的模式可以分为两类：
• 导模：效率指数大于包层折射率的模式。
• 故障模：效率指数小于包层折射率的模式（这些模式通常被称为“包层模式”）。

当光靠近纤芯/包层界面传播时，模式在中心处的束缚力较弱，更容易受到标准光纤宏弯的影响而发生偏转。这些高阶导模可以归类为弱导模。通过在光纤导芯周围添加沟槽，可以更有效地引导这些高阶模式，从而制造出具有更高宏弯性能的多模光纤。这种沟槽还会导致一个不利的副作用：在标准光纤中无法传播的缺陷模式，在双模多模光纤中可以传播数百米，因此在计算连接损耗和带宽时必须考虑这些缺陷模式（见图2）。测量双模多模光纤连接损耗的难点主要在于难以精确计算两种缺陷模式以及与高阶模式紧密耦合的光。

增加更多高阶紧密耦合模式和泄漏模式会对系统性能产生严重影响。忽略双模多模光纤中的这些模式会导致对系统性能的预期过于乐观。在制定激光优化光纤标准时，可能由于光导性能不佳而未考虑这些模式。但随着沟槽的加入，这些模式必须纳入带宽计算，相关标准也需要考虑双模多模光纤导光方式的差异。一些制造商建议忽略双模多模光纤中的这些模式，但这会导致对激光系统模式带宽的错误判断。.

测量抗弯曲光纤的带宽：
高速短距离网络的带宽需求已经从早期的发光二极管 (LED) 发展到垂直腔面发射激光器 (VCSEL)。
随着传输速度的不断提高，多模光纤的带宽需求也随之增加，损耗预测也变得更加严格。BI-MMF 光纤可以改善在弯曲角度较大的情况下的损耗预测（具体取决于增加的连接损耗），但这会对带宽产生怎样的影响呢？

多模光纤的数据传输容量取决于其模态带宽。IEEE 10G、40G 和 100G 以太网标准中的模态带宽规范是基于一个复杂的模型制定的，该模型预测了 VCSEL 在标准多模光纤波导中的发射特性。这些要求随后被转化为 TIA 规范，用于确保 OM3 光纤在部署系统中具有 2000 MHz/km 的模态带宽，OM4 光纤具有 4700 MHz/km 的模态带宽。然而，用于制定 TIA 带宽规范的模型并不适用于双模多模光纤 (BI-MMF)，因为光在双模光纤中的传播方式不同。因此，目前高速网络中尚未定义这些双模多模光纤的带宽性能。这是双模多模光纤面临的主要问题之一。.

在开发脉冲色散测量 (DMD) 和系统带宽建模来确定多模光纤带宽时，假设只有前 18 个模式组会在光纤中传播，并且第 18 个模式组会高度衰减。因此，用于 EMB 掩模宽度和 DMD 的仿真模型仅使用了 17 个模式组。BI-FMM 光纤会同时传播导模和泄漏模，而目前的激光优化带宽计算并未考虑这些模式，如果忽略它们，带宽会显著降低。其潜在结果是：模式带宽远低于预期，导致链路裕量低甚至系统故障。.

为了说明这个问题，我们检测了四种市售光纤的DMD（数字模场图），这些光纤均满足OM4所需的4700 MHz/km有效模带宽（EMBC）（见图3）。
所有光纤的EMBC带宽均相近，但4号光纤未能通过DMD掩模法测定OM4多模光纤的带宽。3号和4号光纤的高阶模式控制均较差，表明纤芯/包层界面附近的纤芯沉积控制不佳。

当插入550米10Gb/s链路时，光纤3和4性能较差，而光纤1和2的性能符合OM4光纤的预期。图4显示，高阶模式控制较差的光纤对系统性能的影响显著大于全模控制良好的光纤。这种性能差异表明，需要开展大量工作来正确分类BI-FMM光纤中的带宽。在BI-FMM光纤中传播的高阶模式（17、18及更高阶模式组）会使系统性能显著下降，远超当前标准的预期。.

OFL带宽值体现了该参数在确保系统性能方面的作用，但目前3500 MHz/km的要求可能不足以满足BI-FMM光纤的高阶模式特性。光纤4具有良好的EMBc，但OFL带宽不足，导致系统性能较差。光纤3的OFL带宽勉强够用，系统性能也较差，而两条OFL值较高（> 5000 MHz/km）的光纤则具有非常优异的系统性能。.

随着模式数量的增加，实现高带宽变得越来越困难。这导致光纤市场从 62.5/125 µm 光纤过渡到 50/125 µm 光纤；需要控制的模式数量减少，使得开发更高带宽的光纤成为可能。这使得带宽从 FDDI 所需的 160 MHz/km 提高到 850 nm (OM3) 波长下的 2000 MHz/km 以上，并达到当前以太网标准所需的 OM4 光纤的 4700 MHz/km。然而，由于存在更高阶的模式群、更强的导模以及额外的泄漏模式，BI-MMF 在我们追求 100 Gb/s 以太网（25 Gb/s 通道）和 32 Gb/s 光纤通道的过程中，可能是一个错误的选择。.

机械可靠性：
光纤跳线的机械可靠性会受到弯曲半径的负面影响。链路可靠性不仅取决于光强度，还取决于组件的机械强度。BI-FMM光纤与标准光纤具有相同的机械性能，不受控制的急弯会导致机械故障。换句话说，平台边缘的扭转点或被机柜门夹住的跳线会显著增加机械故障的可能性（此类弯曲的半径可能为2毫米或更小）。

对于弯曲不敏感的单模光纤，可以通过显著增大其直径（4.8 mm）来解决这个问题，从而将光纤的弯曲半径限制在约 5.0 mm。然而，对于 2.0 mm 厚的包层，最小弯曲半径可以显著减小。研究表明，弯曲半径为 2.0 mm 或更小时，光纤发生故障的概率很高。任何施加在光纤上的张力都会产生额外的应力，并加速故障率，使其远远超过表 2 中所示的数值。仅增加两磅的张力，一年内光纤的故障概率就会增加到 100%（图 5）。.

如果安装不当导致机械可靠性受损，那么提高光纤可靠性对最终用户来说毫无益处。事实上，有人认为，在弯曲角度非常大的系统中，标准光纤表现出较高的损耗反而是有益的，这迫使安装人员纠正这些不良安装，从而有助于确保系统在其预期寿命内保持稳健运行。在当今高性能数据中心，安装六个月后发生的意外链路故障以及系统升级都可能造成灾难性后果。.

结论：
抗弯曲多模光纤存在诸多重要问题。在广泛应用这种光纤之前，必须解决其向后兼容性和带宽性能方面的问题。系统可靠性，包括机械可靠性，对企业客户至关重要。TIA 等标准组织是研究抗弯曲多模光纤并定义其性能的理想平台。这些行业组织可以确保现有标准和新标准能够准确评估和验证下一代多模光纤的性能。然而，抗弯曲多模光纤性能的不确定性带来的风险远大于其为企业布线系统带来的有限优势。

作者：

John Kamino，OFS 产品经理；David Mazzarese，OFS 技术营销总监。.

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