专利名称：对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于计算多模光纤的有效带宽的方法，尤其涉及如下一种用于计算多模光纤的有效带宽的方法，其中该方法包括在多模光纤应用于光纤通信系统内时对该多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估。
背景技术：
多模光纤连同通常横向使用多模垂直腔面发射激光器“VCSEL”的高速源一起用于高速数据网络。历史上，比特率对于以太网(Ethernet)链路而言已被限制为10千兆比特/秒(Gbps)且对于光纤通道链路而言已被限制为14Gbps，并且其长度已被限制为小于400m，更通常为小于100m。为了满足大型数据中心的制约并符合不断增长的针对带宽的要求，这些数据网络不得不应对色度色散损伤(chromaticdispersion impairments)。这些色度色散损伤依赖于通常横向呈多模的源的光谱宽度，并且光谱宽度越大，色度色散损伤越大。对于光谱宽的VCSEL(其中，(尚未商业化的)这些VCSEL以25Gbps工作)而言，长度超过400m(例如，550m)并且·至少以IOGbps工作的光学链路与长度较短(约为300m)并且以IOGbps的比特率工作的光学链路相比受色度色散的影响较大。光学链路的长度越长并且数据比特率越高，该光学链路受色度色散的影响越大。对于长度长和/或比特率高的光学链路，需要减轻色度色散。用于减轻色度色散的若干选项包括使用窄谱源并对色度色散进行补偿。由于窄谱源(例如，单模或准单模源)昂贵，因此在多模光纤本身内对色度色散进行补偿是更具成本效益的方法。在多模光纤内对色度色散进行补偿部分基于色度色散和模式色散之间的相互作用。已被证明以下对于完美alpha(a)分布，展现出略低于针对给定工作波长的最佳值的α的多模光纤能够部分补偿通常横向呈多模的光源固有的色度色散。然而，实际上，对折射率分布进行控制不可能足够精确到仅产生具有这种期望特征的光纤。结果，对所有多模光纤进行微分模式延迟(DMD, differential mode delay)测量以评估光纤选择所基于的模式色散。然而，按足以实现该目的的精度来根据光纤的DMD图精确评估光纤的α并不可行，这是因为在多模光纤制造时，多模光纤没有展现出完美α分布并且通常展现出复杂DMD模式。针对该问题的一个方法包括计算有效模式带宽(EMBc)。该计算仅评估模式带宽，因而不评估由于色度色散和模式色散的相互作用所引起的带宽。使用针对整个纤芯半径内的不同偏移注入所记录的迹线(即，DMD图)的加权和来计算有效模式带宽，以计算VCSEL注入的时间响应。这些加权系数被称为加权函数，并且各偏移注入(offset launch)与给定权重相对应。该方法的一个缺陷如下随着光学链路的长度和/或光学链路的数据比特率增加，所计算出的有效模式带宽越来越不能代表给定比特错误率的功率损失。在欧洲申请EP2144096所述的另一方法中，对DMD模式进行修改以部分说明模式色散和色度色散的相互作用，然后使用EMBc计算所使用的相同加权函数来利用该修改后的DMD模式计算有效带宽。该第二个方法对于多模光纤接近完美α的情况以及对于简单DMD模式良好地起作用，然而，在多模光纤开始偏离完美α分布并且/或者表现出复杂DMD模式的情况下，所计算出的有效带宽变得不能代表给定比特错误率的功率损失。在美国申请US2010/0315620所述的第三个方法中，在多模光纤展现出在第一半径和较大半径之间存在负峰延迟差的情况下选择这些多模光纤。该方法的一个缺陷如下存在无法充分代表多模光纤性能的易受影响的测量和结果，特别是在DMD模式变复杂的情况下。
发明内容
因此，本发明的目的是减轻上述缺陷。在另一方面中，本发明的目的在于与传统方法相比、使所计算出的有效带宽更能代表给定比特错误率的功率损失。根据本发明的实施例，为了计算多模光纤的更具代表性的有效带宽，代替使用为注入到多模光纤内的光整体专门设计的单个加权函数(其中，该单个加权函数应用于DMD图的时间偏移)，提出了使用为注入到多模光纤内的光的不同横向模式分别专门设计的若干不同加权函数，其中各不同加权函数应用于DMD图的时间偏移。使根据本发明实施例所计算出的有效带宽与系统性能良好地相关，从而使得可以根据光学链路的特征、特别是其长度和数据比特率来更加精确和可靠地进行多模光纤选择。通过不同的加权系数子集分别依赖于注入激光光的不同横向模式，与原本利用单个的加权系数集相比，所计算出的有效带宽更能代表给定比特错误率的功率损失，其中加权系数子集是加权函数的采样。根据本发明的实施例，可以计算代表给定比特错误率的光纤功率损失的另一参数，例如光纤传输函数。多模光纤可以用于光学系统的光学链路。将该多模光纤引入光学系统会给该光学系统带来系统性能和信号传输的损失。所计算出的参数代表该光纤损失。换句话说，本发明涉及一种用于对多模光纤(4)的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括至少以下步骤步骤(Si)，用于进行微分模式延迟测量，其测量分别与注入到所述多模光纤(4)内的光在纤芯半径内的不同偏移注入(r)相对应的基本光纤响应的集合；步骤(S2)，用于通过向所述基本光纤响应集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入(r)的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及步骤(S5)，用于根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数，其中，在生成所述全局光纤响应的步骤(S2)中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集(K(r,1) ~w(r，6))，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入(r)。在实施例中，所计算出的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤(4)的有效带宽。在另一实施例中，向同一个基本光纤响应集合应用各加权系数子集(K(r,1)~w(r，6))，以生成仅与激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应(S3);以及/或者向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟(S4);以及/或者构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应(S5)。
在又一实施例中，计算激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。在又一实施例中，已对加权系数和时间延迟进行了选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根、即RMS大于O. 2nm,优选大于O. 3nm,更优选大于O. 4nm,甚至更优选大于
O.6nm。在又一实施例中，所述激光源的中心波长包括在840nnT860nm的光谱范围内。在又一实施例中,所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于O. 6nm，优选大于Inm,更优选大于1. 5nm。在又一实施例中，加权函数(Wi)与加权系数子集(W(r，I) "ff(r, 6))中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数(Wi)的面积(Ai)分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。在又一实施例中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集(W(r，irw(r，6))。在又一实施例中，所述加权系数集包括至多十个加权系数子集(W(r，irw(r，6))。在又一实施例中，先前已经通过数值优化获得了加权系数(W(r，i))，其中该数值优化包括针对与加权系数子集(W(r，irw(r，6))相对应的各个注入光横向模式(LPxy)，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤(SlO)的迭代，直到使所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应注入光横向模式(LPxy)的相关发射功率相对应。在又一实施例中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5%的最差参数。在又一实施例中，基于所述所计算参数的值来进行光纤选择。在又一实施例中，所述所计算参数是有效带宽，以及所述光纤选择保留如下光纤，其中该光纤在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km，优选在850nm处的有效带宽大于3500MHz-km，更优选在850nm处的有效带宽大于4000MHz-km。在又一实施例中，所述微分模式延迟测量是以I μ m的步长、优选以O. 5 μ m的步长来进行的。在又一实施例中，所述多模光纤的纤芯半径大于10 μ m,优选大于20 μ m。更优选大于30 μ m,甚至更优选大于37 μ m。在又一实施例中，所述多模光纤的数值孔径大于O. 17，优选大于O. 185，更优选大于 O. 25。在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。在不期望限制本发明的情况下，可以说本发明使用一组权重并且针对这些权重各自存在延迟。本发明人使用权重和延迟 这两者来构建光纤响应并预测该系统的行为。为了在利用多模激光源来使用光纤的情况下解释色度色散和模式色散的相互作用，本发明对权重和相关延迟进行处理，例如使用至少两组权重(以与EMBc区分开)、各组权重具有(严格)为正的至少两个系数(以与EMBc区分开)、以及这些权重各自具有相互不同的相关延迟(以与EMBc区分开)。为了实现前述以及其它目的，根据本发明实施例的方法对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估，并且包括微分模式延迟测量步骤，其包括测量分别与注入到所述多模光纤内的光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合；通过向所述基本光纤响应的集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数。所述方法还包括以下在生成所述全局光纤响应的步骤中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。在又一实施例中，所计算的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤的有效带宽。在又一实施例中，向同一个基本光纤响应集合应用各加权系数子集，以生成仅与激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应。在又一实施例中，向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟。在又一实施例中，构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应。在又一实施例中，计算激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。在又一实施例中，对加权系数和时间延迟进行选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根、即RMS大于 O. 2nm,优选大于O. 3nm,更优选大于O. 4nm,甚至更优选大于O. 6nm。在又一实施例中，所述激光源的中心波长在840nnT860nm的光谱范围内。在又一实施例中,所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于O. 6nm，优选大于Inm,更优选大于1. 5nm。在又一实施例中，加权函数与加权系数子集中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数的面积分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。在又一实施例中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集。在又一实施例中，所述加权系数集包括至多十个加权系数子集。在又一实施例中，通过数值优化来获得加权系数，其中该数值优化包括针对与加权系数子集相对应的各注入光横向模式，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤的迭代，直到使所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应的注入光横向模式的相关发射功率相对应。在又一实施例中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5%的最差参数。在又一实施例中，基于所计算参数的值来进行光纤选择。在又一实施例中，所述所计算参数是有效带宽，以及保留在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km、优选在850nm处的有效带宽大于3500MHz_km的光纤、更优选在850nm处的有效带宽大于4000MHz_km的光纤。在又一实施例中，所述微分模式延迟测量是以I μ m的步长、优选以O. 5 μ m的步长来进行的。在又一实施例中，所述多模光纤的纤芯半径大于10 μ m,优选大于20 μ m,更优选大于30 μ m,甚至更优选大于37 μ m。在又一实施例中，所述多模光纤的数值孔径大于O. 17，优选大于O. 185，甚至更优选大于O. 25。在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。根据本发明的一些实施例，加权系数全部为O或为正，并且各子集的总和为正。
通过以下参考附图对作为非限制性示例给出的本发明实施例的说明，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中图1示出包括多模光纤的光学通信系统的示例；图2示出垂直腔面发射激光源的不同模式的强度分布的示例；图3示出垂直腔面发射激光源的光谱的示例；图4a和4b示出针对不同多模光纤测量出的DMD图的示例；图5示出因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的示例；图6示出代表图5中因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的一族加权函数的示例；图7a 7f示出针对垂直腔面发射激光源的六种模式的、实际光纤模式功率分布和利用图6的加权函数所获得的光纤模式功率之间的比较的示例；图8a 8d示出对于长度为550m的链路在数据比特率为IOGbps时、单侧为测量值的对应关系的比较的示例，其中该对应关系为给定比特错误率的功率损失与图8a的最小有效模式带宽、图8b的根据本发明实施例的有效带宽、图8c的根据现有技术所计算出的有效带宽和图8d的现有技术的峰延迟之间的对应关系；图9示出通过根据本发明实施例的有效带宽计算方法所进行的不同步骤及其子步骤的示例；以及图10示出为了确定根据本发明实施例的有效带宽计算方法所使用的加权系数而进行的不同步骤的示例。
具体实施例方式图1示出包括多模光纤的光学通信系统的示例。多千兆比特以太网光学通信系统依次包括发射器I的驱动器8、发射器I的VC SEL源9、注入线2、连接器3、作为本有效带宽计算方法的对象的多模光纤4、连接器3、注入线2、接收器5的PIN 二极管6、和接收器5的放大器7。利用直接对VCSEL源9进行调制的驱动器8来生成IOGbps或25Gbps的数字 信号。图2示出垂直腔面发射激光源的不同模式的强度分布的示例。如图1那样的这种高速VCSEL源9通常横向呈多模并且纵向呈单模。这里，表现了由于所包含的总激光源功率的比例高而得到的最相关模式中的六种不同横向模式。存在LPOl横向模式、LPll横向模式、LP21横向模式、LP02横向模式、LP31横向模式和LP12横向模式。结果，各VCSEL模式在稱合至多模光纤时将激发不同的光纤模式。可以通过如下的扩展式以数学方式描述该激发。
权利要求
1.一种用于对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括 第一步骤，进行微分模式延迟测量，其中所述微分模式延迟测量包括测量分别与注入到所述多模光纤内的光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合； 第二步骤，通过向所述基本光纤响应的集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及 第三步骤，根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数， 其中，在生成所述全局光纤响应的第二步骤中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为O，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤的有效带宽。
3.根据权利要求1所述的方法，其中， 向同一个基本光纤响应的集合应用各加权系数子集，以生成仅与激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应； 向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟；以及 构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对加权系数和时间延迟进行选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根即RMS大于O. 2nm。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光源的中心波长在840nnT860nm的光谱范围内。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于 O. 6nm。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，加权函数与加权系数子集中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数的面积分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集。
10.根据权利要求1所述的方法,其中,所述加权系数集包括至多十个加权系数子集。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过数值优化来获得加权系数，该数值优化包括针对与加权系数子集相对应的各个注入光横向模式，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤的迭代，直到所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应注入光横向模式的相关发射功率相对应。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5%的最差参数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所计算参数的值来进行光纤选择。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述所计算参数是有效带宽，以及所述光纤选择保留在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km的光纤。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微分模式延迟测量是以1μ m的步长来进行的。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多模光纤的纤芯半径大于10μ m。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多模光纤的数值孔径大于1.17。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，进行附加光纤选择以仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，进行附加光纤选择以仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。
全文摘要
一种用于对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括测量与注入到所述多模光纤内的光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合；通过向所述基本光纤响应的集合应用依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和延迟来生成全局光纤响应；以及根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数，其中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。
文档编号H04B10/25GK103067084SQ20121040456
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2011年10月20日
发明者D·莫林, P·斯拉德, M·比戈-阿斯楚克 申请人:德拉克通信科技公司