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光通信
2020/1/9 16:15

单多模通用型光纤

C114通信网  肖武丰 多模产品线研发部

引言

低成本光源使得多模光纤成为短距传输中性价比最高的解决方案。但受限于短波(850nm)的高材料色散,光纤带宽的提升无法进一步提高传输容量和传输距离。向长波长演进、采用波分复用可以使单根光纤传输容量提升4倍,在此基础上引入准单模传输更可以大大提高光纤的传输距离。将单模光纤与多模光纤的优点结合在同一种光纤中,长飞公司研制出一种新型的单多模通用型光纤。

光纤设计

准单模传输是将大部分能量能够注入到多模光纤的基模中,并在较长的距离能保持准单模的传输状态,使多模光纤能够实现单模光纤的传输性能。单多模通用型光纤的芯层采用抛物线型折射率分布,受益于长飞PCVD技术,能够实现850nm至950nm波段优异的带宽性能,满足OM5的带宽要求,在短距离传输中具有低成本、低功耗的优势;同时采用抗弯的结构设计,具有优异的弯曲不敏感性能。

此外,该光纤最典型特征是光纤的芯层直径有所减小,芯包结构设计针对基模的模场直径进行了优化,以匹配单模传输系统的标准单模光纤的模场直径,保证准基模传输,降低耦合时多径串扰对信号的干扰,可实现更高速率、更远距离的传输。

图 1单多模通用型光纤的剖面示意图

光纤性能

图 2 单多模通用型光纤的带宽

单多模通用型光纤在850~950nm波长范围内的带宽满足OM5的标准要求,支持波分复用技术,可以进行100Gb/s 及以上高速传输。该光纤的基模在1310nm的模场直径约为10.3um,与单模光纤的模场直径相近,能够支持1270 nm 至1330 nm的100G及以上的单模传输。

传输实验

采用商用的多模和单模光模块,测试单多模通用型光纤的传输性能。脉冲模式发生器(PPG)生成速率为25.78 Gb/s的 215-1伪随机二进制序列(PRBS),并通过评估板(EB)调制光模块。采用可变光衰减(VOA)来调节收发器的接收光功率,输出的电信号由误码仪(BERT)检测。

图 3 传输实验示意图

采用Finisar的100G SWDM4多模光模块,测试光纤的多模传输性能,误码率曲线如图 4所示。对于短波长波分复用的四个波长,300m链路传输的误码率低于IEEE 802.3标准建议的FEC极限(5×10-5),表明单多模通用型光纤在850~950nm的波段可以传输300m。

图 4 多模传输的误码率曲线(a) 850 nm,(b) 880 nm,(c) 910 nm和(d) 940 nm

采用商用的100G CWDM4单模光模块,测试光纤的单模传输性能,误码率曲线如图 5所示。在1270~1330nm的工作波长范围内,单多模通用型光纤可以实现10km的无误码(10-12)单模传输。

图 5 单模传输的误码率曲线(a) 1270 nm,(b) 1290 nm,(c) 1310 nm和(d) 1330 nm

单波长的SR4和PSM4的测试结果在此不做赘述。兼具单模光纤和多模光纤优势,该光纤的无误码传输距离如下表所示。

应用前景

多模传输系统成本低但传输距离短,单模传输系统传输距离长但成本高,两者各有各的优点和缺点。在当前情况下,使用多模光纤和便宜的VCSEL光源进行短距离组网建设是合理的,但如果网络需要进一步提速升级至1310nm波长时,就需要改造成单模传输系统,重新铺设单模光纤光缆或者铺设单模、多模光纤混合缆将大大增加投入成本,而单多模光纤的混用也会增加管理和维护的成本。

单多模通用型光纤兼容多模光纤与单模光纤,在单模传输和多模传输上表现优异,可以覆盖数据中心传输的各类应用场景以及升级改造需求,够降低网络运营和未来带宽升级改造的费用,是一种切实可行的传输方案。

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