多模光纤光纤特性测试环形通量和发射状况考虑因素-ViaviSolutions

多模光纤
光纤特性测试
环形通量和发射状况
考虑因素
简介
局域网目前的通信数据率介于 10/100 Mbps（对于以太网）和 1 Gbps（在光纤分布式数据接口 (FDDI)或千兆以太网中）之间。

对基于互联网协议(IP)的服务（例如音频、视频和数据）的需求越来越高，这要求更高的网速和更大的带宽，并推动着 10 千兆以太网在企业网络中的应用。

在这种背景下，多模光缆的光损耗预算需要准确的测量和可重复性，特别是在它趋于达到确保所需带宽的阈值时。

多模光纤中的损耗和带宽测量主要取决于用于测量的光源的发射状况。

新的标准为测试设备制造商提供了一些指南，以使光损耗预算的测量变得可重复，而不管使用哪种测试设备。

本文将说明多模光纤中的发射状况，以及它们对光损耗测量的影响。

第二部分专门说明相关的行业标准及其对光测试设备的影响。

多模光纤
多模光纤的纤芯远大于单模光纤（50、62.5 µm 甚至更大），这使光能够通过不同的路径（称为模式）传输。

多模光纤的尺寸多模光纤的侧视图
发射状况
发射状况对应于在测量光纤衰减时光功率如何进入到光纤纤芯中。

理想的发射状况应出现在光分布于整个光纤纤芯时。

实际上，多模光纤发射状况的特性通常被描述为未填满或填充过满。

在未填满的状况下多模光纤中的光传输
如果大部分的光功率均集中在光纤中心处，该特性被描述为未填满，这种状况出现在发射光斑尺寸和角分布小于光纤纤芯时（例如，在光源为激光或虚拟腔面发射激光[VCSEL]时）。

在填充过满的状况下多模光纤中的光传输
填充过满的发射状况出现在发射光斑尺寸和角分布大于光纤纤芯时（例如，在光源为发光二极管 [LED]时）。

落在光纤纤芯之外的入射光和角度大于光纤纤芯可接受角度的光均会丢失。

光源影响衰减的测量。

因此，未填满光纤的光源将产生低于实际值的衰减值，而将光纤填充过满的光源将产生高于实际值的衰减值。

未填满/填充过满—哪个最好？
未填满或填充过满都不是最好的，因为两者都会导致测量变化。

在允许的损耗预算与预期带宽相比超大时，测量变化并非至关重要。

但是，在损耗预算接近其极限时，务必要了解变化范围。

在这种情况下，50%的变化对于网络认证可能极为重要，因而需要精细地进行测量。

国际电工委员会(IEC) 61280-4-1 提供了如何确保衰减变化保持在 ±10%之内的指导。

通过在现场使用符合 IEC 61280-4-1 的测试设备，可确保衰减测量的变化在不同的测试设备中小于 ±10%（对于 >1 dB 的损耗）和 ±0.07 dB（对于 <1 dB 的损耗）。

环形通量
2009 年 6 月颁布的 IEC 61280-4-1 Ed2 标准描述了一个新的参数，即环形通量(EF)，它与光纤纤芯中的功率分布以及发射光斑尺寸（半径）和角分布相关。

EF 对应于光纤纤芯给定半径处的传输功率与总注入功率之间的比率。

例如，下图描述了半径为 15 µm 处（浅蓝色）的传输功率。

15 µm 处的 EF 值等于在该中心部分传输的光量与射入整个纤芯（黄色圆形）的总光量之间的比率：
纤芯直径为 50 µm 的光纤中 15 µm 半径处的 EF 值图示
IEC 61280-4-1 标准
IEC 61280-4-1 标准的建议建立在以下基础上：在光纤纤芯的四个预定义半径（10、15、20 和 22 µm ）处定义的以及为每个波长（850 和 1 300 nm ）定义的 EF 值上下边界。

现场解决方案
IEC 61280-4-1 要求从发射光缆的末端进入的光符合建议的 EF 边界。

直径为 50 µm
的纤芯的发光纤芯
OTDR
光源
功率计接受测试的光纤
发射光缆
接受测试的光纤
LSPM 测量
OTDR 测量
在现场检查 EF 符合性
使用符合 IEC 61280-4-1 标准的设备执行测试并不能确保测试时的发射状况符合该标准，因为所用的发射光缆或其他变量可能会出现变化。

执行现场测量的技术人员无法查看用于检查发射状况的必要 EF 测量值，因此，IEC 61280-4-1 标准建议使用物理标准件。

技术解决方案— EF 模态控制器
通过使用集成到测试设备（光源或 OTDR）中的或作为外部设备的模态控制器设备，可提供 EF 符合性。

此设备可插入到光源与被测光纤之间（LSPM1方法），也可以插入到 OTDR 与发射光缆之间（OTDR 测量）。

某些模态控制器还可能包含发射光缆，以在 OTDR 测量期间直接连接到被测光纤。

EF 模态控制器是无源设备，可确保发射状况符合 IEC 61280-4-1 要求，而不管使用哪种光源（LED 或激光）。

50 和 62.5 µm 纤芯的光纤都具有模态控制器，而且其中一些还带有集成的发射光缆。

内置发射光缆的模态控制器的示例
不符合 EF 的设备
发射光缆
多模发射光缆可让信号达到模态平衡，但它不能确保测试设备与基于 IEC 61280-4-1 标准的 EF 相符。

多模发射光缆用于揭示与接受 OTDR 测试的链路的近端连接的插入损耗和反射率。

它们还可以减小在测试光源附近光纤可能出现的异常所造成的影响。

发射光缆
1 光源/功率计方法
光纤心轴
如果光纤填充过满，则高次模的功率损耗可能会严重影响测量结果。

充当“低通模式滤波器”的光纤心轴可以消除高次模的功率。

它可以有效消除填充过满的光源产生的所有松散耦合的模式，同时在无衰减或衰减极小的情况下传递紧密耦合的模式。

此解决方案不能使测试设备符合 EF。

心轴
模式调节跳线
模式调节跳线可减小差分模式时延对千兆以太网应用（例如 1000Base-LX）中的传输可靠性的影响。

它们还能沿多模光纤正确传播激光 VCSEL 的光。

此解决方案不能使测试设备符合 EF。

模式调节跳线
EF 模态控制器对不同光源（LED 和激光）的影响
在不控制发射状况的情况下（如下例），损耗预算的测量结果可能会大幅变化，具体取决于所用的光源（LED 或激光）。

按照 IEC 标准使用模态控制器来控制发射状况（如下例）可以确保 LB1 与 LB2 之间的差异小于 10%。

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