表征多模光纤链路的方法及相应的制造多模光纤链路的方法和从多个多模光纤中选择多 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光纤传输领域，并且更具体地，涉及相对较长距离和高比特率的系统 中所使用的多模光纤。更具体地，本发明涉及表征这些光传输系统中所使用的包括光源和 一个或多个多模光纤的多模光纤链路的方法。
【背景技术】
[0002] 多模光纤连同通常使用横向多模的垂直腔面发射激光器(更简称为VCSEL)的高速 源一起成功地用在高速数据网络中。
[0003] 有效带宽(Efficient Bandwidth)推进了包括多模光纤和诸如VCSEL等的光源的 系统的性能，并且使得能够评估可实现的最高比特率和/或可实现的最长距离。
[0004] 有效带宽是通过模式色散和色度色散的组合所得到的。
[0005] 模式色散是通过以下事实所产生的：在多模光纤中，对于特定波长，多个光模式在 承载相同的信息的情况下沿着光纤同时传播，但以不同的传播速度行进。模式色散是以差 分模式延迟(Differential Mode Delay，DMD)的形式表示的，其中该差分模式延迟(DMD)是 穿过光纤的最快模式和最慢模式之间在脉冲延迟(ps/m)方面的差异的度量。
[0006] 为了使模式色散最小化，数据通信中所使用的多模光纤通常包括呈现如下的折射 率的纤芯，其中该折射率从光纤中心向光纤中心与包层的接合部逐渐减小。通常，如下所 述，通过已知为"α分布"的关系来给出折射率分布：
[0008] 其中：
[0009] no是光纤的光轴上的折射率；
[0010] r是相对于所述光轴的距离；
[0011] a是所述光纤的纤芯的半径；
[0012] △是表示光纤的纤芯和包层之间的折射率差的无量纲参数；以及
[0013] α是表示折射率分布的形状的无量纲参数。
[0014]在光信号在具有渐变折射率的这种纤芯中传播的情况下，不同的模式经历不同的 传播介质，从而对这些模式的传播速度产生不同的影响。通过调整参数α的值，由此可以从 理论上获得对于所有模式而言实际上均相等的组速度，并且由此可以从理论上获得针对特 定波长的有所减小的模间色散。然而，参数α的最佳值仅针对特定波长有效。此外，在光纤的 制造期间难以控制准确参数值α以及折射率分布的实际形状。
[0015] 因而，在评估多模光纤链路的有效带宽的情况下考虑到模式色散很重要。
[0016] 如上所述，有效带宽还受到色度色散(还被称为材料色散）的影响。由于材料的折 射率根据光的波长而发生改变，因此发生色度色散。结果，在多模光纤中，不同的波长以不 同的速度行进。由于光的脉冲通常包括多个波长，因此光信号的谱分量在时间上是分散的、 或者随着这些谱分量的传播而散开，这样引起脉冲宽度变宽。多模光纤在波长850nm的情况 下通常具有数量级为-l〇〇ps/nm-km的色度色散。在谱范围840~860nm内，色度色散可以在-80 ~-120ps/nm_km 内改变。
[0017] 最初，已假定模式色散和色度色散独立地起作用。结果，与考虑到模式色散和色度 色散这两者的情况下的光纤的带宽相对应的有效带宽(EB)长期以来被评估为色度色散带 宽（Chromatic Dispersion Bandwidth，BWch)和与忽略色度色散的情况下的源-光纤对的 带宽相对应的有效模式带宽(Effective Modal Bandwidth，EMB)的单独组合的结果。
[0018] 更精确地，色度色散带宽是通过考虑到光纤的色度色散的标称值而根据VCSEL的 谱宽度所确定的。实际上，色度色散在各光纤之间被认为不会大幅改变。
[0019] 因而，如下所述计算色度色散带宽：
[0021] 其中：
[0022] L是以千米为单位的链路长度；
[0023 ] O是以nm为单位的激光源的均方根(rms)光谱宽度；
[0024] λ〇是以nm为单位的光纤的零色散的波长；
[0025] Ac是激光的中心波长；
[0026] So是以ps/(km.nm)2为单位的色散参数。
[0027]关于有效模式带宽，通常通过对由于模式色散所引起的延迟（已知为首字母缩写 为DMD的"色散模式延迟(Dispersion Modal Delay)"图形表示)进行测量来估计该有效模 式带宽。DMD测量过程已成为标准化（IEC 60793-1-49和F0TP-220)的主题，并且还在电信行 业协会文件编号TIA-455-220-A中进行了规定。DMD度量是以皮秒/米(ps/m)为单位来表示 的，从而利用光纤长度对总延迟进行归一化。如通过DMD所测量到的低模式色散通常导致较 高带宽的MMF。
[0028] 通过在光纤中心注入具有给定波长λ〇的光脉冲、并且通过测量给定的光纤长度L 之后的脉冲延迟，来获得DMD图形表示；具有给定波长λ〇的光脉冲的引入发生径向偏移，从 而覆盖多模光纤的纤芯整体。
[0029] 在评估了有效模式带宽和色度色散带宽之后，如下所述计算还被称为有效带宽的 总带宽： ^ O
[0031]然而，对于相对较长的距离和高比特率，并且特别是在横向多模源的情况下，由于 模式色散和色度色散相互作用（Modal and Chromatic Dispersion Interaction，MCDI)， 因此源和光纤并不会独立地推进系统性能。
[0032]实际上，光传输系统中所使用的源通常不是单色的。因而，广泛使用的VCSEL具有 宽谱离散发射。高速传输所使用的VCSEL通常是纵向单模而非横向单模，其中激光器的各横 向模式自身的波长与发射谱的各种峰相对应。因而，发射谱具有空间依赖性。
[0033]在VCSEL所发射的光信号被引入多模光纤的情况下，VCSEL的各横向模式将以不同 的方式发生衍射:最高阶的横向模式由于其相位以及其能量的空间分布而更快速地发散， 因此这些横向模式特别是在光纤的高阶模式中将发生更大的耦合。应当重申，VCSEL的高阶 模式占用了光谱的最小波长。VCSEL模式的该谱和空间分布使得光纤的最高阶模式主要承 载谱中的最小波长:因而，色度色散将使更高阶模式相对于基模的延迟发生进一步延迟。 [0034] 因而，色度色散将引入被称为"模式色散和色度色散干扰(Modal and Chromatic Dispersion Interference)(首字母缩写为MCDI)"的模式色散，这样限制了带宽。
[0035] 文献US 2011/0054861A1强调了以下事实：用于确定DMD和EMB的当前标准化算法 尽管足以评价特定光纤在特定测量波长处的定量模式色散，但没有正确地解决模式色散效 应和色度色散效应这两者;并且公开了目的在于正确地组合模式色散效应和色度色散效应 这两者的用于计算特定激光发射器和光纤的组合的带宽的改进算法。
[0036]根据该现有技术文献，如下所述，通过传递函数Hflber(f，n)的计算来评估导致色度 色散和模式色散这两者的总带宽，其中传递函数HflbCT(f，n)是通过将DMD测量中所使用的注 入参考脉冲R( t)从输出时间响应Pcd (t，η)中去卷积所确定的：
[0037] Hfiber(f,n)=FT{Pcd(t,n)}/FT{R(t)}
[0038] 其中：Pcd(t，n)= 2rDcd(r，t，n)=Ucd(r，t)W(;r，n)
[0039] 并且 Ucd(r，t)=FT-HFIllKr.tM.Hcddr)}
[0040] 其中：U(r，t)是使用在相对于多模光纤光缆的纤芯的一系列径向偏移r处注入到 该纤芯中的中心波长为λ。的光谱窄且时间短的光脉冲所测量到的多模光纤光缆的时间响 应，以及
[00411 Hcd(f，r)是根据飞行时间（Time of Flight)TOF(A)和在径向偏移r处所测量到的 收发器的光谱L(A，r)而在该偏移r处计算出的色度色散传递函数:Hcd(f，r)=FT{L(A， r)T0F (λ)}0
[0042] 尽管尝试考虑模式色散和色度色散这两者来表征多模光纤系统，但这种方法表现 出若干缺陷。
[0043] 首先，这种方法没有区分源表征和光纤表征。
[0044] 其次，这种方法没有公开如何使用源度量和光纤度量来得出多模光纤链路的有效 带宽，而是仅能够确定带宽范围，并且或许能够确定光纤的最小带宽和激光发射器的数量。
[0045] 然而，多模光纤链路的有效带宽值例如对于优化系统性能、评估系统距离、评估功 率损失或可实现的最尚比特率而目非常有用。
[0046] 因而，期望存在会考虑到色度色散效应和模式色散效应这两者的用于评估包括源 和多模光纤的系统的有效带宽的改进方法。
[0047] 还期望具有不需要现场测量的方法。还期望获得会表征源和多模光纤并且可用于 预测系统性能的新度量。
【发明内容】
[0048] 在一个方面中，一种用于表征多模光纤链路的方法，所述多模光纤链路包括光源 和至少一个多模光纤。所述方法包括以下步骤:使用色散模式延迟即DMD的测量来表征所述 多模光纤。所述方法还包括以下步骤：
[0049] -用于利用通过以下操作所获得的至少三个源特性曲线来表征所述光
[0050] 源的步骤：
[0051 ] ?利用所述光源对标称多模光纤进行激励；
[0052]〇在所述标称多模光纤的径向偏移值r = 0的轴~径向偏移值r = a的