一種新型寬帶多模光纖

數(shù)據(jù)中心虛擬化、云計(jì)算和高速端口等應(yīng)用正在將數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)速度推向100Gbps，最終將達(dá)到400Gbps。雖然現(xiàn)行的并行傳輸方式簡單有效，但它需要并聯(lián)大量的光學(xué)通道，安裝復(fù)雜，布線成本高昂。而采用短波波分復(fù)用（SWDM）技術(shù)可以增加每根光纖的通信容量，大大減少所需光纖數(shù)量，實(shí)現(xiàn)傳輸速率的整體提升。短波波分復(fù)用技術(shù)擴(kuò)展了多模光纖傳輸時(shí)所用的波長范圍，從傳統(tǒng)的多模光纖所用的850nm擴(kuò)展至850nm-950nm，支持從850nm到950nm的4個(gè)波長的操作窗口，利用性價(jià)比高的短波的垂直腔面發(fā)射激光（VCSEL）光源和優(yōu)化的寬帶多模光纖（WBMMF），在一根多模光纖上支持四個(gè)波長傳輸數(shù)據(jù)，把需要的光纖芯數(shù)降低為原來的1/4。

目前OM3和OM4多模光纖是用于以太網(wǎng)和光纖通道的主要傳輸媒介，在850nm窗口具有較高的有效模式帶寬（EMB），但它們在850nm波長以外的窗口下傳輸性能相當(dāng)有限。因此，需要一種在更寬的波長范圍內(nèi)都具有高帶寬性能的光纖來支持SWMD技術(shù)。2016年6月，通信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）發(fā)布了規(guī)范文件TIA-492AAAE對寬帶多模光纖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。其他標(biāo)準(zhǔn)組織，如ISO/IEC，也正在積極研究寬帶多模光纖的詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)。TIA-492AAAE標(biāo)準(zhǔn)中，寬帶多模光纖需要在850nm至950nm波段均具有較高的帶寬性能。

寬帶多模光纖的標(biāo)準(zhǔn)

通過850nm到950nm波段4波長的短波波分復(fù)用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)100Gbps的鏈路傳輸，要求光纖內(nèi)每個(gè)信道的數(shù)據(jù)速率至少達(dá)到25Gbps，也就要求光纖在這4個(gè)波長均具有OM4光纖在850nm波長下的帶寬性能。模式帶寬與色散共同影響光纖的傳輸性能。根據(jù)FOTP-175標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法計(jì)算，波長越長，色散絕對值越小。因此，在長波長下的模式帶寬要求較850nm更低。

2016年6月發(fā)布的TIA-492AAAE標(biāo)準(zhǔn)對可支持短波波分復(fù)用技術(shù)的寬帶多模光纖進(jìn)行了規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)兼顧了電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）的100GBASE-SR4 模型和32G光纖通道模型，規(guī)定光纖在850nm的有效模式帶寬不低于4700MHz·km，同時(shí)在953nm的有效模式帶寬不低于2470MHz·km。滿足上述帶寬要求的寬帶多模光纖在850nm至950nm整個(gè)波段都具有等同OM4級別的帶寬性能，可以支持從850nm到950nm的4個(gè)波長的操作窗口，傳輸速率超過25Gb/s，傳輸距離大于150m。另外，寬帶多模光纖還要求具有較小的宏彎損耗，以7.5mm為半徑繞2圈后其850nm的宏彎損耗要求不大于0.2dB，1300nm的宏彎損耗要求不大于0.5dB。

寬帶多模光纖的設(shè)計(jì)與制備

傳統(tǒng)OM4光纖的最優(yōu)帶寬窗口一般在850nm，更長的波長下其帶寬性能會(huì)迅速降低，難以滿足4個(gè)波長均傳輸較長距離的要求。之前的研究顯示，通過優(yōu)化光纖芯層的摻雜材料，可以降低帶寬對波長的敏感性，增大高帶寬的波長范圍。在寬帶多模光纖中，芯層除了摻雜了鍺外，還摻雜了一定濃度的氟。

寬帶多模光纖可以通過等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）工藝制得，PCVD工藝能夠?qū)崿F(xiàn)折射率剖面的精細(xì)調(diào)整，滿足寬帶多模光纖對芯層折射率剖面的嚴(yán)苛要求。包層中的合理設(shè)計(jì)下陷結(jié)構(gòu)使光纖具有優(yōu)異的彎曲不敏感性能。

寬帶多模光纖的性能表征

光纖的有效模式帶寬（EMB）和差分模式時(shí)延（DMD）由一臺(tái)高精度DMD測量設(shè)備測得，所用光源為一臺(tái)在850nm至950nm波段波長可調(diào)節(jié)的鈦藍(lán)寶石激光器。左圖是實(shí)測的不同波長下寬帶多模光纖與OM4光纖的有效模式帶寬對比圖。其中黑色空心圈是TIA-492AAAE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的寬帶多模光纖的有效模式帶寬最低值。在850nm至950nm波長范圍內(nèi)，制得的寬帶多模光纖的有效模式帶寬超過了TIA的標(biāo)準(zhǔn)，然而傳統(tǒng)OM4光纖在長波長窗口沒有達(dá)到要求。右圖是制得的寬帶多模光纖的差分模式時(shí)延圖譜。

制得的寬帶多模光纖的其它主要性能參數(shù)如表所示。

寬帶多模光纖的傳輸實(shí)驗(yàn)

為了對比寬帶多模光纖和傳統(tǒng)的OM4光纖的傳輸性能，我們采用Finisar的100GESWDM4光模塊測試了其誤碼率（BER）與光纖長度的關(guān)系。SWDM技術(shù)采用的工作波長從850nm開始，每隔30nm增加一個(gè)波長，即880nm、910nm和940nm。收發(fā)機(jī)傳輸4個(gè)25Gbps的數(shù)據(jù)流，在短波波分復(fù)用模塊中，4個(gè)VCSEL產(chǎn)生4個(gè)不同波長的光信號，復(fù)用到單條鏈路上，所有的VCSEL和光耦合在光模塊中進(jìn)行。在模塊的接收端，信號被解復(fù)用，并轉(zhuǎn)化為平行的電信號。

脈沖模式發(fā)生器（PPG）生成信號，經(jīng)過Finisar的100GESWDM4光模塊處理，然后通過寬帶多模光纖樣品進(jìn)行傳輸，最后被誤碼率測試儀（BERT）和示波器（OSC）接收。在誤碼率測試前，需要進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。示波器用于觀察電子眼圖。需要注意的是光眼圖是信號從光纖輸出時(shí)直接得出的，并沒有經(jīng)過SWDM4光模塊的接收端。

在不進(jìn)行前向糾錯(cuò)（FEC）的情況下，寬帶多模光纖和OM4光纖都能實(shí)現(xiàn)850nm無誤碼傳輸（BER﹤1E-12） 至340m。然而，在940nm時(shí)，OM4光纖的傳輸距離很短，而寬帶多模光纖在340m以內(nèi)依然能夠保持無誤碼傳輸。因此，我們制備的寬帶多模光纖可以實(shí)現(xiàn)超過300m的100Gbps傳輸，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)要求的150m。

在所有波長范圍內(nèi)，寬帶多模光纖傳輸300m后的眼圖仍然是張開的。與之相比，OM4光纖傳輸300m后其940nm的眼圖基本緊閉了。

PCVD工藝具有400Gbps潛力

通過PCVD工藝制備一種新型寬帶多模光纖，在光纖芯層摻雜合適的氟和精細(xì)地設(shè)計(jì)光纖折射率剖面，該光纖在850nm至950nm波段都表現(xiàn)出OM4級別的帶寬性能。制備的寬帶多模光纖可以支持850nm到950nm的4x25Gbps的短波波分復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)100Gbps的300m傳輸。結(jié)合并行傳輸技術(shù)，該寬帶多模光纖具有實(shí)現(xiàn)400Gbps高速傳輸?shù)臐摿?。endprint