涂峰 汪洪海 長飛光纖光纜有限公司研發部
摘要：本文主要介紹了可用于10G以太網傳輸系統的50/125mm梯度多模光纖的性能特點，以及長飛公司使用PCVD (Plasma-activated chemical vapor deposition)方法所研發的符合10G以太網傳輸標準的多模光纖（超貝光纖）的性能指標。
關鍵詞：超貝光纖，萬兆以太網，等離子體化學氣相沉積
1．簡 介
爆炸性增長的信息傳輸需求和光通信技術的飛速發展正支持著通信網絡向著更高速率更大容量的方向迅猛推進。由于Internet的使用，對數據傳輸的要求呈現出爆炸性的幾何級數般的增長，因此對網絡傳輸速度的要求也是日甚一日。在局域網（LAN）方面，雖然存在各種制式和協議，但有一點是相同的，即不停地提高網絡的傳輸速度。以以太網為例，90年代以來，以太網技術的引入以及個人計算機和工作站的較高利用率推動著局域網的發展。當今，新一代多媒體、群件（Groupware）、影像傳輸和數據庫產品的信息量猛增使速率為10Mb/s的以太網面臨嚴峻挑戰，從而迫使以太網向更高的速度發展。
其傳輸速度從10Mbit/s（低速以太網）到100Mbit/s（高速以太網）。IEEE在1998年通過了IEEE802.3z的Gigabits以太網（GbE）標準。10Gigabit的以太網標準IEEE802.3ae獲得通過。
IEEE802.3ae標準定義了光纖作為10GbE網絡的傳輸媒介，包括單模光纖和多模光纖。標準給出的在850nm波長，多模光纖的傳輸距離從普通62.5/125mm 梯度多模光纖的28米到激光優化(Laser-Optimized)多模光纖的300米不等。要求達到300米的傳輸距離，普通的多模光纖是無能為力，必須優化光纖的制備工藝，精確控制光纖的生產過程，以開發新的激光優化的多模光纖。
本文由10G以太網的要求，介紹了新的激光優化多模光纖的性能特征。以及長飛光纖光纜有限公司憑借PCVD (Plasma-activated Chemical Vapor Deposition)工藝的優勢，所開發的符合10G以太網傳輸標準的激光優化多模光纖―超貝光纖。
2．10G以太網多模光纖
10G以太網使用LD（Laser Diode）作為光源和多模光纖為傳輸媒介。為了在850nm波長窗口在多模光纖上達到300米以上的傳輸距離，標準TIA/EIA-455-203[3]和TIA/EIA-492AAAC[4]分別對注入條件和光纖的性能進行了定義。其中要求入纖光功率分布符合FOTP-203標準。標準TIA/EIA-492AAAC規定了850nm波長激光優化的50/125mm梯度折射率多模光纖的具體指標。對光纖帶寬的要求為：在滿注入OFL（Over-Filled Launch）條件下（TIA/EIA-455-204）[5]，850nm的OFL帶寬大于等于1500MHz·km，1300nm的OFL帶寬大于等于500MHz·km。同時對纖芯的差分模延遲DMD (Differential Mode Delay) 測試（TIA/EIA-455-220）必須在表1所給出的模板范圍內。
多模光纖的滿注入OFL（Over-filled Launch）帶寬反映的是對光纖在LED光源環境下的帶寬性能指標，測試時，多模光纖的所有傳導模式均被激發[6]。而激光優化多模光纖的DMD測試必須遵從TIA/EIA-455-220[7]標準。該標準定義了DMD測試的整個過程，包括光源，定位裝置，接收系統以及測試程序。標準要求注入待測光纖的光斑必須是單模的，在850nm波長，其模場直徑約在5mm，而且對光脈沖的時域脈寬和譜寬也做了詳細的規定。總之，單模的，足夠短，以及窄譜寬的光脈沖是好的。同時對定位系統的精度，注入脈沖的耦合條件，以及接收系統的線性和響應也給出了各自的要求。需要專門的DMD測試裝置。
根據IEEE802.3ae標準，當光源的功率分布符合TIA/EIA-455-203 標準，同時多模光纖的性能符合TIA/EIA-492AAAC標準時，在850nm波長，保證光纖的有效帶寬EBW（Effective Bandwidth）大于2000MHz·km，在10Gigabit的網絡系統中達到300米以上的傳輸距離。
3．超貝光纖
為什么在100Mbps時可以支持2000米的多模光纖，在1Gbps時只能支持550米？主要原因正是由于多模光纖的DMD現象。經過測試，我們發現，多模光纖在傳送光脈沖時，光脈沖在傳送過程中會發散展寬，當這種發散狀況嚴重到一定程度后，前后脈沖之間會相互疊加，使得接受端根本無法準確分辨每一個光脈沖信號，這種現象我們稱為DMD（Differential Mode Delay）。其主要原因在于：一、纖芯折射率分布的不完美。普通多模光纖由于預期使用于LED光源的網絡，在滿注入條件下，脈沖能量主要分布在中間模式群，高階模式群和低階模式群的影響相對不明顯。但在DMD測試中，在不同的入射位置，這些高階模式群和低階模式群的影響將導致光脈沖變形和分裂。二、光纖的中心凹陷。光纖的中心凹陷是指在纖芯中心的折射率明顯下降的現象。這種凹陷和光纖的制造過程有關。這種中心凹陷將極大地影響光纖的傳輸特性，降低光纖的性能[8]。
因此精確控制光纖的折射率分布和消除中心凹陷是10G以太網多模光纖(超貝光纖)研發的主要任務。長飛公司使用PCVD方法生產光纖預制棒。PCVD是制造多模光纖的首選方法，具有沉積層數多，剖面控制精確的特點，其幾千層的沉積過程能夠有效的控制沉積層的攙雜量以獲得與理論要求符合的折射率分布。同時在融縮過程中，通過控制腐蝕量和中心孔的大小避免中心凹陷的出現。
圖1是所制備的一根預制棒的芯層折射率分布曲線。其實際折射率分布和理論值吻合的非常好。表2是本預制棒所拉制的部分光纖的滿注入帶寬和DMD測試結果。比較表1可以發現，所拉制光纖的滿注入帶寬和DMD測試結果完全符合TIA/EIA-492AAAC標準。圖2是光纖的DMD測試曲線。其中（a）圖橫坐標表示時間，縱坐標表示多模光纖端面的不同注入位置，測試從-25mm到25mm。（b）圖是對(a)圖的處理結果，橫坐標是歸一化的位置，而縱坐標是不同位置脈沖的相對時間延遲。
4．結論
10G以太網標準IEEE802.3ae的通過，將一個10G以太網市場真實的呈現出來。開發符合萬兆以太網標準的通訊產品已是當務之急。長飛光纖光纜有限公司應用PCVD方法，通過精確控制芯層折射率分布，和有效消除中心凹陷，已經成功的開發出了符合TIA/EIA-492AAAC標準，激光優化的50/125mm梯度折射率分布多模光纖產品。滿注入帶寬和DMD測試結果表明，在850nm波長，該光纖可以支持10Gigabit網絡系統300米以上的傳輸距離。同時，該光纖同樣支持10Gigabit的Fibre Channel和10Gigabit的OIF(Optical Internetworking Forum)標準，并兼容低速率LED光源的網絡傳輸。
參考文獻
[1] IEEE802.3ae (10GEthernet)
[2] 沈彤等，萬兆以太網標準敲定 10G邁進一大步，中國計算機報
[3] TIA/EIA-455-203, Launched Power Distribution Measurement Procedure for Graded-Index Multimode Fiber Transmitters
[4] TIA/EIA-492AAAC, Detail specification for 850nm laser-optimized 50mm core diameter/125mm cladding diameter la graded-index multimode optical fibers
[5] TIA/EIA-455-204, Measurement of Bandwidth on Multimode Fiber
[6] 汪洪海，用于Gigabit以太網的新一代多模光纖，光纖通信信息集錦，2002，126-129
[7] TIA/EIA-455-220, Differential Mode Delay Measurement of Multimode Fiber in the Time Domain
[8] 汪洪海等，Gigabit以太網多模光纖的發展，通信世界，14，2002，74-75
作者介紹：涂峰，1980年出生，2000年畢業于華中理工大學物理系，獲理學學士學位；2002年獲華中科技大學材料物理與化學專業工學碩士學位，現在長飛光纖光纜有限公司研發部任研發工程師，從事多模光纖以及特種光纖的研發工作。
