多模光纤是指可以传输多个模式的光纤,相对普通单模光纤而言,多模光纤具有更大的数值孔径和纤芯直径。同时,因为它的模式色散大而使其带宽远远低于单模光纤。但是,由于多模光纤对传输系统中器件的要求相对于单模光纤要低得多,因此它存在着很大的发展潜力和空间。自1970年美国康宁公司研制出世界上第一根衰减系数为20分贝/公里的多模光纤以来,多模光纤经历了从兴到衰,又从衰到兴的变化。
多模光纤,按组成材料的不同,可以分为石英光纤,塑料光纤,塑包石英光纤,多组分玻璃光纤等;按光纤端面折射率分布,可以分为多模渐变折射率光纤(简称渐变型多模光纤)和多模阶跃变化折射率光纤(简称阶跃型多模光纤)。阶跃型多模光纤的芯直径很大,通常大于80mm;带宽很低,一般只有30~60MHz·km,因此不能用于通信系统。本文重点讨论渐变型通信用多模光纤。
第一代多模光纤
光纤通信的基础材料是光纤预制棒。光纤的主要光学参数,如传输损耗、传输带宽、几何尺寸、数值孔径均取决于预制棒的合成工艺。借助于掺杂剂,可使光纤纤芯折射率各层具有指定的折射率和规定的尺寸。渐变型多模型光纤的折射率分布可由下式表示:
R是纤芯半径,
n1是纤芯处的折射率,
n2是包层折射率,
g是折射率分布指数。
上世纪70年代,多模光纤采用CCITT建议标准。按该标准,渐变型多模光纤依光纤纤芯直径大小分为两种,一种是纤芯直径为62.5mm的光纤控制工程网版权所有,简写为62.5/125mm光纤,另一种是纤芯直径为50mm的光纤,简写为50/125mm光纤。
1976年,美国采用MCVD工艺生产的50/125mm光纤,在1300nm和1550nm波长下的最低光损耗分别达到0.47dB/km和0.2dB/km。由于低损耗光纤的出现,以及光有源器件和无源器件的研制成功,光纤通信进入实用化阶段。
在国外对我国实行封锁禁运的情况下,中国自力更生开发出多模光纤。在四大科研院所的共同努力下,我国1980年成功开发了低温MCVD工艺。1981年渐变型短波长光纤通过鉴定。1982年天津市率先开通了7公里(六芯)二次群8.448Mb/s(相当于480路电话)光纤通信工程,简称824工程。此后全国先后建立了数十个光纤通信系统。
1983年CONTROL ENGINEERING China版权所有,中国采用MCVD工艺生产的50/125mm光纤,在850nm和1300nm波长下的带宽分别达到903MHz·km和2167MHz·km(由日本古河检测),在1300nm和1550nm波长下的光纤损耗分别达到0.49dB/km 和0.22dB/km。至此,中国打破了国外封锁,日本古河公司来天津市参观之后,曾要求开展合作研究。
1985年4月1日,《长波长光纤预制棒及其制法》率先申请中国发明专利,1987年获得中国发明专利权。
1985年www.cechina.cn,为四次群通信工程设立的“六五”科技攻关课题通过鉴定。175公里光纤在1300nm波长下的平均带宽为903MHz·km,其余指标符合CCITT建议标准。此时,中国多模光纤的科研数据接近国外水平。
1986年以后,进口的单模光纤广泛用于干线通信。此后,50/125mm光纤的生产及其应用研究慢慢趋于停顿。在50/125mm光纤遭到冷遇的时候,62.5/125mm光纤的应用开发却得到显著发展。因为国外的62.5/125mm光纤价格便宜,与之配套的光电器件达到实用水平而且价格低廉,这使62.5/125mm光纤光缆得以迅速推广应用于室内水平布线。1998年,室内光缆占美国光缆销售总额的31.4%。从2001年起迅速增加,到2003年达到41.9%。
随着LAN的速率不断升级,传输距离反而受到62.5/125mm光纤带宽的限制。为了解决这个问题,以康宁、朗讯、阿尔卡特为代表的各大光纤制造企业www.cechina.cn,大力开发一种被称为带宽增强型的62.5/125mm多模光纤。在改进62.5/125mm光纤的同时,国际上提出重新起用50/125mm光纤的建议。因为与62.5/125mm光纤相比www.cechina.cn,50/125mm光纤的数值孔径和芯径较小,传导模的数目较少(参考表1),其带宽高(高三倍)、成本较低(低1/3)。显然50/125mm光纤将得到重用。预计几年以后,62.5/125mm光纤将不再继续主宰多模光纤市场。
新一代多模光纤
由于多媒体,高速互联网,HDTV等对宽带业务要求的持续增长,要求接入网中采用大容量传输介质。光纤到家(FTTH)已经列入规划,建筑物中62.5/125mm多模光缆水平布线受到挑战。一般说来,62.5/125mm光纤在850nm波长下的带宽小于200MHz·km,在1300nm波长下的带宽小于500MHz·km。
计算机网络的普及与发展,带动了基于网络的数据传输网络的传输速度不断提高。于是IEEE计算机协会、LAN/