多模光纤技术的发展及其网络应用探究

多模光纤的应用潜力

　　九十年代中期以来世界多模光纤市场基本保持在7～8％的光纤用量和14～15％的销售份额。 北美比这一大致平均比例偏高。表4中世界多模光纤用量和销售额的比例分别为4％和11％，这是由于当年非零色散位移光纤猛增159％，达到1260万公里，使其他品种比例下降，多模光纤实际用量仍保持相应水平。

　　七十年代光纤进入实用化阶段是从多模光纤的局间中继开始的。二十多年以来，单模光纤新品种不断出现，光纤功能不断丰富和增强，性能价格比不断苛求，但多模光纤并没有被取代而是始终保持稳定的市场份额，和其他品种同步发展。其原因是多模光纤的特性正好满足了网络用纤的要求。相对于长途干线，光纤网络的特点是：传输速率相对较低；传输距离相对较短；节点多、接头多、弯路多；连接器、耦合器用量大；规模小，单位光纤长度使用光源个数多。

　　传输速率低和传输距离短正好可以利用多模光纤带宽特性和传输损耗不如单模光纤的特点。但单模光纤更便宜、性能比多模好，为什么网络中不用单模光纤呢？这是因为上述网络特点中弯路多损耗就大；节点多则光功率分路就频繁，这都要求光纤内部有足够的光功率传输。多模光纤比单模光纤芯径粗，数值孔径大，能从光源耦合更多的光功率。网络中连接器、耦合器用量大，单模光纤无源器件比多模光纤贵，而且相对精密、允差小，操作不如多模器件方便可靠。单模光纤只能使用激光器（LD）作光源　，其成本比多模光纤使用的发光二极管（LED）高很多。尤其是网络规模小，单位光纤长度使用光源个数多，干线中可能几百公里用一个光源，而十几公里甚至几公里的每个网络各有独立的光源。如果网络使用单模光纤配用激光器，网络总体造价会大幅度提高。目前，垂直腔面发射激光器（VCSEL）已商用，价格与LED接近，其圆形的光束断面和高的调制速率正好补偿了LED　的缺点，使多模光纤在网络中应用更添生机。从上述分析不难看到，认为单模光纤带宽高、损耗小，在网络中使用可以“一次到位”的考虑是不全面的。康宁公司对网络中使用单模光纤和使用多模光纤的系统成本进行了计算和比较，使用单模光纤的网络成本是多模光纤的4倍。使用62.5μm和50μm多模光纤的系统成本一样，区别在于不同种类的连接器。选用无金属箍插拔式连接器系统造价（多模系统B）比用金属箍旋接的连接器，如FC型（多模系统A）的成本可减少1／2。

“62.5”的兴衰和“50”的崛起

　　为适应网络通信的需要，七十年代末到八十年代初，各国大力开发大芯径大数值孔径多模光纤（又称数据光纤）。当时国际电工委员会推荐了四种不同芯／包尺寸的渐变折射率多模光纤即A1a、A1b、A1c和A1d。它们的纤芯／包层直径（μm）／数值孔径分别为50／125／0.200、62.5／125／0.275、85／125／0.275和100／140／0.316。总体来说，芯／包尺寸大则制作成本高、抗弯性能差，而且传输模数量增多，带宽降低。100／140μm多模光纤除上述缺点外，其包层直径偏大，与测试仪器和连接器件不匹配，很快便不在数据传输中使用，只用于功率传输等特殊场合。85／125μm多模光纤也因类似原因被逐渐淘汰。1999年10月在日本京都召开的IEC　SC　86A　GW1专家组会议对多模光纤标准进行修改，2000年3月公布的修改草案中，85／125μm多模光纤已被取消。康宁公司1976年开发的50／125μm多模光纤和朗讯Bell实验室1983开发的62.5／125μm多模光纤有相同的外径和机械强度，但有不同的传输特性，一直在数据通信网络中“较量”。

　　62.5μm芯径多模光纤比50μm芯径多模光纤芯径大、数值孔径高，能从LED光源耦合入更多的光功率，因此62.5／125μm多模光纤首先被美国采用为多家行业标准。

如AT＆T的室内配线系统标准、美国电子工业协会（EIA）的局域网标准、美国国家标准研究所（ANSI）的100Mb／s令牌网标准、IBM的计算机光纤数据通信标准等。50／125μm多模光纤主要在日本、德国作为数据通信标准使用，至今已有18年历史。但由于北美光纤用量大和美国光纤制造及应用技术的先导作用，包括我国在内的多数国家均将62.5／125μm多模光纤作为局域网传输介质和室内配线使用。自八十年代中期以来，62.5／125μm光纤几乎成为数据通信光纤市场的主流产品。