通信光纖根據(jù)其應(yīng)用波長下傳輸模式數(shù)量的不同,，分為單模光纖和多模光纖。由于多模光纖芯徑較大,，可以配合低成本光源使用,，因此在短距離傳輸場景下有著極為廣泛的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)中心,、局域網(wǎng)等,。隨著近年來數(shù)據(jù)中心建設(shè)的高速發(fā)展，作為數(shù)據(jù)中心和局域網(wǎng)應(yīng)用主流的多模光纖也迎來了春天,，引起了人們的廣泛關(guān)注,。今天,，我們就來聊一聊，多模光纖的發(fā)展歷程,。
按照標準ISO/IEC 11801規(guī)范,，多模光纖分為OM1、OM2,、OM3,、OM4、OM5五個大類,，其與IEC60792-2-10的對應(yīng)關(guān)系,，如表1所示。其中OM1,、OM2是指傳統(tǒng)的62.5/125μm和50/125μm多模光纖； OM3,、OM4和OM5是指新型的50/125μm萬兆位多模光纖,。
| ISO/IEC 11801分類 | OM1 | OM2 | OM3 | OM4 | OM5 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 芯徑 | 50 | 62.5 | 50 | 62.5 | 50 | 50 | 50 |
| IEC 60793-2-10 分類對應(yīng)關(guān)系 | A1a.1 | A1b | A1a.1 | A1b | A1a.2 | A1a.3 | A1a.4 |
多模光纖的研發(fā)始于上個世紀七八十年代，早期的多模光纖包括很多尺寸種類,，列入國際電工委（IEC）標準中的尺寸類型包括四種,，芯包層直徑分為50/125μm、62.5/125μm,、85/125μm和100/140μm,。由于芯包層尺寸大則制作成本高、抗彎性能差,，而且傳輸模數(shù)量增多,，帶寬降低，因而較大芯包層尺寸的類型逐漸被淘汰,，逐漸形成了兩種主要的芯包層尺寸,，分別是50/125μm和62.5/125μm。
在早期的局域網(wǎng)中,，為了盡可能地降低局域網(wǎng)的系統(tǒng)成本,，普遍采用價格低廉的LED作光源。由于LED輸出功率低,，發(fā)散角比較大,，而50/125μm多模光纖的芯徑和數(shù)值孔徑都比較小，不利于與LED的高效耦合,，不如芯徑和數(shù)值孔徑大的62.5/125μm多模光纖能使較多的光功率耦合到光纖鏈路中去,，因此，50/125μm多模光纖在20世紀90年代中期以前不如62.5/12μm多模光纖那樣得到廣泛的應(yīng)用,。
隨著局域網(wǎng)傳輸速率不斷升級,，自20世紀末以來,，局域網(wǎng)向1Gb/s速率以上發(fā)展，以LED作光源的62.5/125μm多模光纖僅僅幾百兆的帶寬逐漸不能滿足要求,。相比之下,，50/125μm多模光纖數(shù)值孔徑和芯徑較小，傳導(dǎo)模式也較少,，因而有效地降低了多模光纖的模式色散,，使得帶寬得到了顯著的增加，由于芯徑較小,，50/125μm多模光纖的制作成本也更低,，因此重新得到了廣泛的應(yīng)用。
IEEE 802.3z千兆位以太網(wǎng)標準中規(guī)定50/125μm多模和62.5/125μm多模光纖都可以作為千兆位以太網(wǎng)的傳輸介質(zhì)使用,。但對新建網(wǎng)絡(luò),，一般首選50/125μm多模光纖。
隨著技術(shù)的發(fā)展,，850nm VCSEL(垂直腔體表面發(fā)射激光器)出現(xiàn),。VCSEL激光器比長波長激光器價格更低，同時能夠提高網(wǎng)絡(luò)速率,，因此獲得了廣泛應(yīng)用,。由于兩種發(fā)光器件的不同，必須對光纖本身進行改造,，以適應(yīng)光源的變化,。
為了VCSEL激光器需要，國際標準化組織/國際電工委員會（ISO/IEC）和美國電信工業(yè)聯(lián)盟（TIA）聯(lián)合起草了新一代纖芯為50μm的多模光纖的標準,。ISO/IEC在其所制定的新的多模光纖等級中將新一代多模光纖劃為OM3類別(IEC標準為A1a.2),，即為激光優(yōu)化的多模光纖。
后續(xù)出現(xiàn)的OM4光纖,，實際是OM3多模光纖的升級版,。OM4標準與OM3光纖相比，只是在光纖帶寬指標做了提升,。即OM4光纖標準在850nm波長的有效模式帶寬（EMB）和滿注入帶寬（OFL）相比OM3 光纖都做了提高,。如下表2所示。
| 光纖類型 | 滿注入帶寬（MHz·km） | 有效模式帶寬（MHz·km） |
|---|---|---|
| 850nm | 850nm | |
| OM3 | ≥1500 | ≥2000 |
| OM4 | ≥3500 | ≥4700 |
多模光纖內(nèi)傳輸模式眾多,，隨之還帶來光纖抗彎曲性能的問題,，當(dāng)光纖彎曲時，高階的模式極易泄露出去,，造成信號的損失,，即光纖的彎曲損耗。隨著室內(nèi)應(yīng)用場景不斷增多，多模光纖在狹窄環(huán)境下的布線,，對其抗彎曲性能也提出了更高要求,。
不同于單模光纖簡單的折射率剖面結(jié)構(gòu)，多模光纖的折射率剖面十分復(fù)雜,，需要極為精細的折射率剖面設(shè)計與制作工藝,。在目前國際主流的四大預(yù)制棒制備工藝中，制備多模光纖最為精密的是等離子體化學(xué)氣相沉積（PCVD）工藝,，以長飛公司為代表,。該工藝不同于其他工藝，其沉積層數(shù)多達幾千層,，且沉積時每層僅約1微米的厚度,，能夠?qū)崿F(xiàn)超精細的折射率曲線控制，從而實現(xiàn)高帶寬,。
通過對多模光纖折射率剖面的優(yōu)化,，現(xiàn)在的彎曲不敏感多模光纖，其抗彎性能有了顯著提升,，如下圖1所示,。
OM3光纖和OM4光纖，都是主要應(yīng)用于850nm波段的多模光纖,。隨著傳輸速率的不斷提升，僅僅單通道的波段設(shè)計,，會帶來越來越密集的布線成本,，隨之的管理維護成本也相應(yīng)升高。因此,，技術(shù)人員嘗試將波分復(fù)用概念引入多模傳輸系統(tǒng)中,，如果能夠在一根光纖上傳輸多個波長，則相應(yīng)的并行光纖根數(shù)和鋪設(shè),、維護成本都能大幅下降,。在此背景下，OM5光纖應(yīng)運而生,。
OM5多模光纖,，是在OM4光纖基礎(chǔ)上，擴寬了高帶寬通道,，其能夠支持850nm~950nm波段的傳輸應(yīng)用,。目前主流的應(yīng)用，是SWDM4和SR4.2設(shè)計,。SWDM4是4個短波的波分復(fù)用,，分別是850nm、880nm、910nm和940nm,。這樣在一根光纖可以支撐此前4根并行光纖的業(yè)務(wù),。SR4.2是兩波分復(fù)用，主要用于單纖雙向技術(shù),。OM5能夠與性能好成本低的VCSEL激光器配合,，以更好的滿足數(shù)據(jù)中心等短距離通信。下表3是OM4和OM5光纖的主要帶寬指標對比,。
| 光纖類型 | 滿注入帶寬 （MHz·km） |
有效模式帶寬 （MHz·km） |
||
|---|---|---|---|---|
| 850nm | 953nm | 850nm | 953nm | |
| OM4 | ≥3500 | 無要求 | ≥4700 | 無要求 |
| OM5 | ≥3500 | ≥1850 | ≥4700 | ≥2470 |
目前,，OM5光纖作為一種最新型的高端多模光纖，已有了許多應(yīng)用案例,。其中最大的一個商業(yè)案例,，是長飛公司和中國鐵路總公司主數(shù)據(jù)中心的OM5商用案例。該數(shù)據(jù)中心瞄準了OM5光纖在SR4.2上的波分系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢,，使用最低的成本,，實現(xiàn)了最大容量的通信，也為未來進一步升級速率做了準備,，未來提升速率至100Gb/s乃至400Gb/s,，或者擴寬波段應(yīng)用時，可以不再更換光纖,，能夠顯著降低未來升級成本,。
總結(jié)：隨著應(yīng)用的需求不斷提高，多模光纖在朝著低彎曲損耗,，高帶寬,，多波長復(fù)用的方向發(fā)展，其中,，最具有應(yīng)用潛力的,，當(dāng)屬OM5光纖，其具有目前多模光纖最優(yōu)的性能,，為未來100Gb/s和400Gb/s的多波長系統(tǒng)提供了有力的光纖解決方案,。此外，為適應(yīng)高速率,，高帶寬,，低成本的數(shù)據(jù)中心通信的要求，新型的多模光纖,，如單多模通用光纖,，也正在研發(fā)中。未來,，長飛公司將和業(yè)內(nèi)同行一道推出更多的新型多模光纖解決方案,，給數(shù)據(jù)中心和光纖互聯(lián)帶來新的突破和更低的成本。
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