本發(fā)明涉及光纖傳輸領(lǐng)域，并且更具體地，涉及(相對)較長距離和高比特率的系統(tǒng)中所使用的多模光纖。更具體地，本發(fā)明涉及用于表征這些光傳輸系統(tǒng)中所使用的包括光源和多個多模光纖的多模光纖鏈路的方法。

背景技術(shù)：

多模光纖連同通常使用橫向多模的垂直腔面發(fā)射激光器(更簡稱為vcsel)的高速源一起成功地用在高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中。

有效帶寬(efficientbandwidth)推進了包括多模光纖和諸如vcsel等的光源的系統(tǒng)的性能，并且使得能夠評估可實現(xiàn)的最高比特率和/或可實現(xiàn)的最長距離。

有效帶寬是通過模式色散和色度色散的組合所得到的。

模式色散是通過以下事實所產(chǎn)生的：在多模光纖中，對于特定波長，多個光模式在承載相同的信息的情況下沿著光纖同時傳播，但以不同的傳播速度行進。模式色散是以差分模式延遲(differentialmodedelay，dmd)的形式表示的，其中該差分模式延遲(dmd)是穿過光纖的最快模式和最慢模式之間在脈沖延遲方面的差異的度量(ps/m)。

為了使模式色散最小化，數(shù)據(jù)通信中所使用的多模光纖通常包括呈現(xiàn)如下折射率的纖芯，其中該折射率從光纖中心向光纖中心與包層的接合部逐漸減小。通常，如下所述，通過已知為“α分布”的關(guān)系來給出折射率分布：

其中r≤a

其中：

n0是光纖的光軸上的折射率；

r是相對于所述光軸的距離；

a是所述光纖的纖芯的半徑；

δ是表示光纖的纖芯和包層之間的折射率差的無量綱參數(shù)；以及

α是表示折射率分布的形狀的無量綱參數(shù)。

在光信號在具有漸變折射率的這種纖芯中傳播的情況下，不同的模式經(jīng)歷不同的傳播介質(zhì)，從而對這些模式的傳播速度產(chǎn)生不同的影響。通過調(diào)整參數(shù)α的值，由此可以從理論上獲得對于所有模式而言實際上均相等的組速度，并且由此可以從理論上獲得針對特定波長的有所減小的模間色散。然而，參數(shù)α的最佳值僅針對特定波長有效。此外，在光纖制造期間難以控制準(zhǔn)確參數(shù)值α以及折射率分布的實際形狀。

因而，在評估多模光纖鏈路的有效帶寬的情況下考慮到模式色散很重要。

如上所述，有效帶寬還受到色度色散(還被稱為材料色散)的影響。由于材料的折射率隨著光的波長而發(fā)生改變，因此發(fā)生色度色散。結(jié)果，在多模光纖中，不同的波長以不同的速度行進。由于光的脈沖通常包括多個波長，因此光信號的譜分量在時間上是分散的、或者隨著這些譜分量的傳播而散開，這樣引起脈沖寬度變寬。多模光纖在波長850nm的情況下通常具有數(shù)量級為-100ps/nm-km的色度色散。在譜范圍840～860nm內(nèi)，色度色散可以在-80～-120ps/nm-km內(nèi)改變。

最初，已假定模式色散和色度色散獨立地起作用。結(jié)果，與考慮到模式色散和色度色散這兩者的情況下的光纖的帶寬相對應(yīng)的有效帶寬(eb)長期以來被評估為色度色散帶寬(chromaticdispersionbandwidth，bwch)和與忽略色度色散的情況下的源-光纖對的帶寬相對應(yīng)的有效模式帶寬(effectivemodalbandwidth，emb)的單獨組合的結(jié)果。

更精確地，色度色散帶寬是通過考慮到光纖的色度色散的標(biāo)稱值而根據(jù)vcsel的譜寬度所確定的。實際上，色度色散在各光纖之間被認為不會大幅改變。

因而，如下所述計算色度色散帶寬：

其中并且d2＝0，7.σ.s0，

其中：

l是以千米為單位的鏈路長度；

σ是以nm為單位的激光源的均方根(rms)光譜寬度；

λ0是以nm為單位的光纖的零色散的波長；

λc是激光的中心波長；

s0是以ps/(km.nm)²為單位的光纖的色散參數(shù)。

關(guān)于有效模式帶寬，通常通過對由于模式色散所引起的延遲(已知為首字母縮寫為dmd的“色散模式延遲(dispersionmodaldelay)”圖形表示)進行測量來估計該有效模式帶寬。dmd測量過程已成為標(biāo)準(zhǔn)化(iec60793-1-49和fotp-220)的主題，并且還在電信行業(yè)協(xié)會文件編號tia-455-220-a中進行了規(guī)定。dmd度量是以皮秒/米(ps/m)為單位來表示的，從而利用光纖長度對總延遲進行歸一化。如通過dmd所測量到的低模式色散通常導(dǎo)致較高帶寬的mmf。

通過在光纖中心注入具有給定波長λ0的光脈沖、并且通過測量給定的光纖長度l之后的脈沖延遲，來獲得dmd圖形表示；具有給定波長λ0的光脈沖的引入發(fā)生徑向偏移，從而覆蓋多模光纖的纖芯整體。

一旦評估了有效模式帶寬和色度色散帶寬，如下所述計算還被稱為有效帶寬的總帶寬：

然而，對于相對較長的距離和高比特率，并且特別是在橫向多模源的情況下，由于模式色散和色度色散相互作用(modalandchromaticdispersioninteraction，mcdi)，因此源和光纖并不會獨立地推進系統(tǒng)性能。

實際上，光傳輸系統(tǒng)中所使用的源通常不是單色的。因而，廣泛使用的vcsel具有寬譜離散發(fā)射。高速傳輸所使用的vcsel通常是縱向單模而非橫向單模，其中激光器的各橫向模式自身的波長與發(fā)射譜的各種峰相對應(yīng)。因而，發(fā)射譜具有空間依賴性。

在vcsel所發(fā)射的光信號被引入多模光纖的情況下，vcsel的各橫向模式將以不同的方式發(fā)生衍射：最高階的橫向模式由于其相位以及其能量的空間分布而更快速地發(fā)散，因此這些橫向模式特別是在光纖的高階模式中將發(fā)生更大的耦合。應(yīng)當(dāng)重申，vcsel的高階模式占用了光譜的最小波長。vcsel模式的該譜和空間分布使得光纖的最高階模式主要承載譜中的最小波長：因而，色度色散將使更高階模式相對于基模的延遲發(fā)生進一步延遲。

因而，色度色散將引入被稱為“模式色散和色度色散干擾(modalandchromaticdispersioninterference)(首字母縮寫為mcdi)”的模式色散，這樣限制了帶寬。

文獻us2011/0054861a1強調(diào)了以下事實：用于確定dmd和emb的當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化算法盡管足以評價特定光纖在特定測量波長處的定量模式色散，但沒有正確地解決模式色散效應(yīng)和色度色散效應(yīng)這兩者；并且公開了目的在于正確地組合模式色散效應(yīng)和色度色散效應(yīng)這兩者的用于計算特定激光發(fā)送器和光纖的組合的帶寬的改進算法。

根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)文獻，如下所述，通過傳遞函數(shù)hfiber(f,n)的計算來評估導(dǎo)致色度色散和模式色散這兩者的總帶寬，其中傳遞函數(shù)hfiber(f,n)是通過將dmd測量中所使用的注入?yún)⒖济}沖r(t)從輸出時間響應(yīng)pcd(t,n)中去卷積所確定的：

hfiber(f，n)＝ft{pcd(t，n)}/ft{r(t)}

其中：pcd(t，n)＝σrdcd(r，t，n)＝ucd(r，t)w(r，n)

并且ucd(r，t)＝ft^-1{ft{u(r，t)}.hcd(f，r)}

其中：u(r，t)是使用在相對于多模光纖光纜的纖芯的一系列徑向偏移r處注入到該纖芯中的中心波長為λc的光譜窄且時間短的光脈沖所測量到的多模光纖光纜的時間響應(yīng)，以及

hcd(f，r)是根據(jù)飛行時間(timeofflight)tof(λ)和在徑向偏移r處所測量到的收發(fā)器的光譜l(λ，r)而在該偏移r處計算出的色度色散傳遞函數(shù)：

hcd(f，r)＝ft{l(λ，r)tof(λ)}。

盡管嘗試考慮模式色散和色度色散這兩者來表征多模光纖系統(tǒng)，但這種方法表現(xiàn)出若干缺陷。

首先，這種方法沒有區(qū)分源表征和光纖表征。

其次，這種方法依賴于針對完整譜收集的分析來計算色度色散，這暗示了相當(dāng)復(fù)雜的方法。

最后，這種方法沒有公開如何使用源度量和光纖度量來得出多模光纖鏈路的有效帶寬，而是僅能夠確定帶寬范圍，并且或許能夠確定光纖的最小帶寬和激光發(fā)送器的數(shù)量。

文獻us6,400,450公開了用于在多模光纖與特定激光源一起使用時使多模光纖適合于帶寬性能的方法。該方法將特定激光源所激勵的模態(tài)功率分布(mpd)與光纖的差分模式延遲(dmd)特性組合。通過將測試脈沖注入到光纖的一端并且在另一端檢測如此得到的輸出脈沖來測量光纖的dmd。測試脈沖被配置為僅激勵光纖所支持的模式中的少量模式。使測試脈沖按緊密間隔掃描穿過光纖纖芯，其中輸出脈沖存儲在各徑向位置處。形成輸出脈沖的加權(quán)和以確定時域脈沖響應(yīng)，其中所使用的權(quán)重與激光源所激勵的mpd相對應(yīng)。然后，利用用于使脈沖響應(yīng)變換到頻域中的標(biāo)準(zhǔn)方法來確定帶寬。在本發(fā)明的一個實施例中，在確定帶寬時使用dmd數(shù)據(jù)的加權(quán)和；而在本發(fā)明的另一實施例中，向dmd數(shù)據(jù)應(yīng)用去卷積算法以針對光纖的各模式組獲得模式延遲時間，然后將這些模式延遲時間與激光源所激勵的mpd組合。

盡管值得注意，但這種方法無法得出由光源和多個多模光纖構(gòu)成的多模光纖鏈路的有效帶寬。此外，源僅以mpd為特征，這不允許準(zhǔn)確表征。關(guān)于光纖表征，如在多模光纖鏈路使用期間所實現(xiàn)的那樣，收發(fā)器正發(fā)射脈沖，而不是以期望比特率進行工作。

文獻us6,788,397公開了用于測量將脈沖注入到多模光纖中的光源(例如，激光器)的模態(tài)功率分布的技術(shù)，其中該技術(shù)涉及多模光纖自身在其差分模式延遲方面的表征。然后進行逆向差分模式延遲測量以表征光源與多模光纖的相互作用。通過獲知這些特征，隨后可以通過使用重建算法來確定源向光纖內(nèi)的模態(tài)功率分布。

再次地，這種技術(shù)無法得出由光源和多個多模光纖構(gòu)成的多模光纖鏈路的有效帶寬。此外，源僅被表征為模式組的函數(shù)。關(guān)于光纖表征，如在多模光纖鏈路使用期間所實現(xiàn)的那樣，收發(fā)器正發(fā)射脈沖，而不是按期望比特率利用數(shù)字信號進行工作。

因而，已知的現(xiàn)有技術(shù)均無法得出由光源和多個多模光纖構(gòu)成的多模光纖鏈路的有效帶寬。

然而，多模光纖鏈路的有效帶寬值例如對于優(yōu)化系統(tǒng)性能、評估系統(tǒng)距離、評估功率損失或可實現(xiàn)的最大比特率而言非常有用。

因而，期望存在會考慮到色度色散效應(yīng)和模式色散效應(yīng)這兩者的用于評估包括源以及兩個或更多個多模光纖的系統(tǒng)的有效帶寬的改進方法。

還期望具有不需要現(xiàn)場測量的方法。還期望獲得會表征源和多模光纖并且可用于預(yù)測系統(tǒng)性能的新度量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種用于表征多模光纖鏈路的方法，所述多模光纖鏈路包括光源和至少兩個多模光纖。所述方法包括以下步驟：

利用通過以下操作所獲得的至少三個源特性曲線來表征所述光源：

利用所述光源對標(biāo)稱多模光纖進行激勵，其中利用數(shù)字電氣信號按標(biāo)稱比特率對所述光源進行直接調(diào)制，

在所述標(biāo)稱多模光纖的徑向偏移值r＝0的軸～徑向偏移值r＝a的范圍內(nèi)的不同的徑向偏移值r處，利用單模光纖掃描所述標(biāo)稱多模光纖的輸出信號，其中a是所述標(biāo)稱多模光纖的纖芯半徑，以及

利用譜分析器針對各徑向偏移值r分析所述單模光纖的輸出光譜，

其中，所述源特性曲線各自示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的源參數(shù)；

使用色散模式延遲即dmd的測量來表征各所述多模光纖，其中，通過使用單模光纖來檢測在不同的徑向偏移值r處注入到所述多模光纖中的光脈沖的輸出軌跡，以及使用所述dmd的測量針對各所述多模光纖來計算作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的至少三個光纖特性曲線；以及

計算所述多模光纖鏈路的有效帶寬即eb，其中用于計算所述多模光纖鏈路的有效帶寬即eb的步驟包括：使用各所述源特性曲線以及各所述多模光纖的所述至少三個光纖特性曲線中的各光纖特性曲線這兩者來計算傳遞函數(shù)。

因而，本發(fā)明依賴于包括兩個或更多個多模光纖的多模光纖鏈路的新的創(chuàng)造性的表征方法，其中這兩個或更多個多模光纖的長度足夠大而對光鏈路的有效帶寬產(chǎn)生影響。本發(fā)明實際基于如下發(fā)現(xiàn)：源和光纖確實對系統(tǒng)性能產(chǎn)生相互作用，因而單獨計算有效模式帶寬和色度色散帶寬以考慮模式色散現(xiàn)象和色度色散現(xiàn)象這兩者并不可靠。

根據(jù)本發(fā)明實施例的方法使得能夠分離出表征源和不同光纖段的相關(guān)度量，并且提供對這些度量進行處理以評估光鏈路的有效帶寬的新方式。換句話說，根據(jù)這種方法，在無需使鏈路以物理方式評估其潛能的情況下，可以獨立地表征不同的光纖和源。然而，模式色散和色度色散之間的相互作用得以保留。

源的表征依賴于從方法上與如iec60793-1-49標(biāo)準(zhǔn)和fotp-220標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的dmd測量技術(shù)在一定程度上相同的新技術(shù)。各多模光纖的表征依賴于該標(biāo)準(zhǔn)化dmd測量技術(shù)。

用于表征多模光纖鏈路的這種方法可以有利地用在光纖制造的框架中，以支持用于考核針對給定的一組收發(fā)器提供最小eb的光纖的級聯(lián)的方法。該方法還可用于通過監(jiān)測鏈路中所插入的附加的有源或無源組件對源度量和/或光纖度量的作用以及針對鏈路的有效帶寬的影響，來考核有源或無源組件的作用。

更一般地，這種方法使得能夠在無需對級聯(lián)鏈路帶寬進行實際帶寬測量的情況下，通過選擇適合級聯(lián)的多模光纖來優(yōu)化這些光纖的級聯(lián)。這種方法使得能夠根據(jù)單獨測量到的特定光纖度量和源度量的知識來高效地評估級聯(lián)的預(yù)期帶寬。因而，這種方法允許通過光纖級聯(lián)來對多模光纖的模式色散和/或色度色散進行補償。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過與實際測量相比快得多且便宜的多的計算來進行光鏈路的優(yōu)化，其中這些實際測量由于需要過多的時間和資源因而大多時候?qū)嶋H上無法實現(xiàn)。

此外，該方法不限于840～860nm的波長范圍，并且還可應(yīng)用于在可供與光纖進行數(shù)據(jù)通信的整個可用譜范圍內(nèi)(例如，在633～1625nm的范圍內(nèi)甚至超過1625nm(例如，約2μm))進行發(fā)射的源。該方法也不局限于基于vcsel的源，并且例如還可用于dfb(“分布反饋(distributedfeedback)”)激光器、led(“發(fā)光二極管(lightemittingdiodes)”)或硅光子(siliconphotonic)源。該方法特別適合寬譜源、橫向和/或縱向多模源。該方法例如可用于通過添加足夠的光纖以使工作波長范圍放大或偏移來對所安裝的鏈路(即，原本被設(shè)計成按為了850～950nm內(nèi)的最佳操作而進行了調(diào)整的850nm+/-10nm進行工作的鏈路)的eb進行調(diào)整。

此外，該方法不限于50μm的漸變折射率多模光纖：該方法例如還可應(yīng)用于更小纖芯直徑10～50μm或更大纖芯直徑50～100μm。此外，該方法不限于漸變折射率多模光纖，并且特別適合以關(guān)注的工作波長支持一個以上的模式的任何光纖。

構(gòu)成光鏈路的多模光纖可以為相同類型或者不同類型(例如，om3和om4光纖或者具有不同的玻璃組成的om3/4)。然而，這些多模光纖的纖芯直徑和數(shù)值孔徑的目標(biāo)是基本相同(±10％)。

如這里所使用的，多模光纖是能夠以期望的工作波長傳輸超過一個的模式的光纖。

在另一方面中，所述源特性曲線包括：

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述光源的接收耦合功率psource(r)的曲線，其中0≤r≤a；

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述光源的中心波長λc(r)的曲線，其中0≤r≤a；以及

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述光源的均方根譜寬度δλ(r)的曲線，其中0≤r≤a。

因而，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法有利地避免了全光譜的使用。相反，該方法僅考慮源的中心波長λc(r)和譜寬度rmsδλ(r)。本發(fā)明人實際證實了這種方法足以得到良好結(jié)果，而鑒于譜形狀的復(fù)雜性，這一點并不明顯。

此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法有利地使用用于表征源的度量δλ(r)，其中由于該度量提供如此得到的對于系統(tǒng)余量計算而言為強制性的有效帶寬的正確定標(biāo)，因此該度量很重要。

有利地，所述標(biāo)稱多模光纖呈現(xiàn)與所述鏈路的長度接近的長度。如此在與實際光鏈路相似的條件中執(zhí)行源表征。

根據(jù)另一方面，針對各所述多模光纖所計算出的所述至少三個光纖特性曲線包括：

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述多模光纖的徑向偏移帶寬rob(r)的曲線，其中0≤r≤ai；

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述多模光纖的徑向偏移延遲rod(r)的曲線，其中0≤r≤ai；以及

示出作為所述徑向偏移值r的函數(shù)的所述多模光纖的徑向耦合功率pdmd(r)的曲線，其中0≤r≤ai，

其中，ai是索引i的多模光纖的纖芯半徑。

光鏈路中的所有多模光纖以及用于表征源的標(biāo)稱多模光纖具有目標(biāo)是基本相等的纖芯直徑，使得針對所有的索引i，a＝ai±10％。

從dmd標(biāo)繪圖中提取三個光纖特性曲線。將徑向偏移帶寬(radialoffsetbandwidth)rob(r)和徑向偏移延遲(radialoffsetdelay)rod(r)歸一化為dmd測量中所使用的光纖長度，并且通常分別以mhz.km和ps/m為單位來表示。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，用于表征所述光源的步驟和用于表征各所述多模光纖的步驟使用相同的單模光纖，以避免使用不同的單模光纖將會引起的、源表征和光纖表征之間的任何差異。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于計算所述多模光纖鏈路的有效帶寬(eb)的步驟根據(jù)傳遞函數(shù)來得出所述有效帶寬：

其中，

其中，i是由n個多模光纖部分構(gòu)成的所述多模光纖鏈路中的多模光纖的索引，i＝1對應(yīng)于離所述光源最近的多模光纖部分，n是大于或等于2的整數(shù)，

li是索引i的多模光纖在所述多模光纖鏈路中的長度，

cdi是以ps/nm-km為單位表示的索引i的多模光纖的色度色散，

λdmd是所述色散模式延遲的測量的波長，以及

ombc(r)是計算過滿模式帶寬權(quán)重函數(shù)即ombc權(quán)重函數(shù)。

ombc權(quán)重函數(shù)是abhijitsengupta在internationalwire&cablesymposium,proceedingsofthe58^thiwcs/iicit的第24-29頁發(fā)表的“calculatedmodalbandwidthsofanomafiberandthetheoreticalchallenges”中所公開的權(quán)重函數(shù)，但經(jīng)過了調(diào)整以考慮標(biāo)稱光纖的折射率分布。優(yōu)選地，li大于10m或大于50m，以使光纖段(fiberspan)對有效帶寬的計算產(chǎn)生影響。

作為示例，所述光鏈路的所述有效帶寬是所述傳遞函數(shù)的-3db帶寬，使得：當(dāng)然，可以使用根據(jù)來得出eb的其它方法，例如通過使用-1.5db的閾值并將所獲得的帶寬乘以或者通過使用-6db的閾值等。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，中的索引i的多模光纖的所述色度色散cdi被波長的函數(shù)cdi(λ)替換，使得：

在可以知曉色度色散隨著波長如何改變的情況下，這種細化給出了值得注意的結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述色度色散cdi對于所述光鏈路中的所有多模光纖而言被假設(shè)為均相同。

根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，模式色散對于所述光鏈路中的所有多模光纖而言被假設(shè)為均相同。

這些假設(shè)簡化了光纖級聯(lián)的有效帶寬的計算。

本發(fā)明的實施例還涉及一種用于制造多模光纖鏈路的方法，所述多模光纖鏈路包括光源和至少兩個多模光纖，所述方法包括以下步驟：

選擇一組多模光纖和一組光源；

按照根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法來計算由所述一組光源其中之一和所述一組多模光纖中的兩個或更多個多模光纖所構(gòu)成的所有可能的多模光纖鏈路的有效帶寬即eb；以及

僅選擇有效帶寬即eb>3000mhz-km、更優(yōu)選為eb>4500mhz-km、甚至更優(yōu)選為eb>6000mhz-km的多模光纖鏈路。

此外，本發(fā)明的實施例還涉及一種用于改進多模光纖鏈路的性能的方法，所述多模光纖鏈路包括光源和至少兩個多模光纖，所述方法包括以下步驟：

按照根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法來計算所述多模光纖鏈路的有效帶寬；

針對所述多模光纖中的至少一個多模光纖，重復(fù)以下步驟：

修改該多模光纖的長度，

按照根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法來評估具有修改后的長度的多模光纖鏈路的有效帶寬；以及

針對所述多模光纖中的所述至少一個多模光纖，選擇與所述多模光纖鏈路的最大有效帶寬相對應(yīng)的長度。

本發(fā)明的實施例還涉及一種用于制造多模光纖鏈路的方法，所述多模光纖鏈路包括光源和至少兩個多模光纖，所述方法包括以下步驟：

選擇一組多模光纖；

選擇具有實際上包括在850nm～950nm之間的波長窗內(nèi)的不同波長的一組光源；

計算步驟，用于針對所述一組多模光纖中的多模光纖的級聯(lián)，并且針對所述一組光源中的各光源，按照根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的方法來計算由所述多模光纖的級聯(lián)和所述一組光源其中之一所構(gòu)成的多模光纖鏈路的有效帶寬即eb；

針對所述一組多模光纖中的多模光纖的多個級聯(lián)，重復(fù)所述計算步驟；以及

僅選擇用于構(gòu)成實際上包括在850nm～950nm的整個波長窗內(nèi)有效帶寬即eb>3000mhz-km、更優(yōu)選為eb>4500mhz-km、甚至更優(yōu)選為eb>6000mhz-km的多模光纖鏈路的多模光纖的級聯(lián)。

更一般地，根據(jù)本發(fā)明的用于表征多模光鏈路的方法所計算出的有效帶寬可用于進行以下操作：

-針對給定的源或一組源來分選/優(yōu)化光纖，以優(yōu)化系統(tǒng)性能(低損失)和/或擴展距離；

-針對給定的光纖級聯(lián)分選/優(yōu)化源，以優(yōu)化系統(tǒng)性能(低損失)和/或擴展距離；

-針對給定的鏈路長度和比特率評估功率損失/系統(tǒng)余量；

-對于給定比特率，針對給定的功率損失水平/系統(tǒng)余量評估系統(tǒng)距離；

-評估針對給定的功率損失/系統(tǒng)余量以及給定的鏈路長度可實現(xiàn)的最大比特率；

-分選/優(yōu)化將提高給定鏈路的eb的光纖。

附圖說明

參考以示例的方式給出的且并不限制保護范圍的以下說明和附圖，可以更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的用于表征多模光纖鏈路的方法的概要圖；

圖2示出包括多模光纖鏈路的光通信系統(tǒng)的示例；

圖3示出dmd測量技術(shù)；

圖4a示出通過對根據(jù)本發(fā)明實施例所表征的多模光纖進行dmd測量所得到的dmd標(biāo)繪圖的示例；

圖4b示出根據(jù)圖4a的dmd標(biāo)繪圖所得出的rod曲線；

圖4c示出根據(jù)圖4a的dmd標(biāo)繪圖所得出的rob曲線；

圖4d示出根據(jù)圖4a的dmd標(biāo)繪圖所得出的pdmd曲線；

圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的源表征技術(shù)；

圖6a示出本發(fā)明典型實施例中的利用圖5的技術(shù)所表征的源的光譜；

圖6b示出本發(fā)明典型實施例中的利用圖5的技術(shù)所表征的源的作為徑向偏移值的函數(shù)的中心波長λc(r)；

圖6c示出本發(fā)明典型實施例中的利用圖5的技術(shù)所表征的源的作為徑向偏移值的函數(shù)的均方根譜寬度δλ(r)；

圖6d示出本發(fā)明典型實施例中的利用圖5的技術(shù)所表征的源的作為徑向偏移值的函數(shù)的輸出功率p(r)；

圖7a示出本發(fā)明典型實施例中的五個收發(fā)器tx1～tx5的作為徑向偏移值的函數(shù)的中心波長λc(r)；

圖7b示出圖7a的典型實施例中的收發(fā)器tx1～tx5的作為徑向偏移值r的函數(shù)的均方根譜寬度δλ；

圖7c示出圖7a和7b的典型實施例中的收發(fā)器tx1～tx5的作為徑向偏移值r的函數(shù)的輸出功率psource；

圖7d示出圖7a～7c的典型實施例中的收發(fā)器tx1～tx5的作為徑向偏移值r的函數(shù)的中心波長和中值波長之間的差；

圖8a～8c示出根據(jù)本發(fā)明實施例的針對被稱為光纖1～光纖10的十條多模光纖所得出的三個光纖特性曲線；

圖9示出針對由圖7a～7d的收發(fā)器tx1～tx5和圖8a～8c的光纖即光纖1～光纖10構(gòu)成的光鏈路的通過光纖級聯(lián)所實現(xiàn)的有效帶寬改進。

這些附圖中的組成部分無需按比例繪制，而是著重示出本發(fā)明的原理。

具體實施方式

本發(fā)明的一般原理依賴于獨立的源表征和光纖表征，從而使得能夠分離出表征源和不同光纖段這兩者的相關(guān)度量，并且依賴于用于從這些新度量開始評估有效帶寬的新方法。

圖1通過概要圖示出根據(jù)本發(fā)明的用于表征多模光纖鏈路的方法。這種光鏈路包括源以及兩個或更多個多模光纖段。這種方法依賴于使用dmd測量技術(shù)來對鏈路中的索引i的各多模光纖進行表征170i。根據(jù)本發(fā)明的實施例，光纖i的表征170i產(chǎn)生根據(jù)dmd標(biāo)繪圖所得出的三個光纖特性曲線。

這種方法還依賴于使用與dmd測量技術(shù)相似的技術(shù)的源的獨立表征171，從而使得能夠獲得三個源特性曲線。

步驟170i所傳送的光纖特性曲線和步驟171所傳送的源特性曲線這兩者饋送至用于計算傳遞函數(shù)h(f)的計算步驟172。然后，在步驟173中，根據(jù)傳遞函數(shù)h(f)來得出多模光纖鏈路的有效帶寬。

以下將針對其它附圖更詳細地說明所有這些步驟。

圖2示出包括作為本有效帶寬計算方法的對象的多模光纖的光通信系統(tǒng)的示例。數(shù)千兆比特以太網(wǎng)(multigigabitsethernet)光通信系統(tǒng)順次包括發(fā)送器1的驅(qū)動器8、發(fā)送器1的vcsel源9、發(fā)射跳線2、連接器3、多模光纖鏈路4、連接器3、發(fā)射跳線2、接收器5的pin二極管6、接收器5的放大器7。驅(qū)動器8生成10gbps或25gbps以上的數(shù)字信號，其中該數(shù)字信號直接對vcsel源9進行調(diào)制。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，多模光纖鏈路4由多個多模光纖段4i的級聯(lián)構(gòu)成(盡管在圖1中未示出該情況)。

如標(biāo)準(zhǔn)tiafotp-220或iec60793-1-49(tia-455-220-a，“differentialmodedelaymeasurementofmultimodefiberinthetimedomain”(2003年1月))所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，基于dmd測量來對各多模光纖4i進行表征。

圖3示出dmd測量技術(shù)。使用單模光纖smf將超快激光脈沖注入到多模光纖mmf中。smf進行徑向掃描，并且針對各徑向偏移位置，使用高帶寬光接收器30和采樣示波器來記錄所發(fā)送的脈沖的形狀。

更精確地，源發(fā)射850nm處的光參考脈沖sref(t)，并且該光參考脈沖sref(t)被注入到纖芯直徑為5μm的單模注入光纖smf的纖芯10中。從smf的端部起，該光參考脈沖sref(t)橫跨被測多模光纖mmf的纖芯20。這種mmf的纖芯直徑通常為50μm。對于橫跨纖芯的各橫向偏移(0～24微米)，記錄如此得到的輸出脈沖的傳播延遲。各輸出脈沖僅包含給定的輸入徑向位置處所激勵的模式。如圖3的右部(還被稱為dmd標(biāo)繪圖)所示，沿著縱軸標(biāo)繪各個徑向偏移的輸出波形，并且這些輸出波形移位了1微米的增量。沿著橫軸以皮秒/米(ps/m)為單位來標(biāo)繪各波形的相對脈沖延遲。dmd是通過首先使用最快脈沖的前沿和最慢脈沖的后沿測量延遲的差脈沖所確定的。從該差中減去注入脈沖的時間寬度，從而得到光纖的模式色散。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，根據(jù)dmd標(biāo)繪圖來計算用于表征纖芯半徑為a的多模光纖4i的三個曲線：

示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的多模光纖4i的徑向偏移帶寬robi(r)的曲線，其中0≤r≤a；

示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的多模光纖4i的徑向偏移延遲rodi(r)的曲線，其中0≤r≤a；

示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的多模光纖4i的徑向耦合功率pdmdi(r)的曲線，其中0≤r≤a，其中該徑向耦合功率pdmdi(r)可以被表示為相對功率。

在包括專利文獻ep2207022的多個現(xiàn)有技術(shù)文獻中說明了徑向偏移帶寬。如該專利文獻所述，將徑向偏移帶寬rob(r)定義為傳遞函數(shù)的-3db帶寬，其中：

se(f)是dmd測量中所注入的輸入脈沖se(t)的時間分布的傅立葉變換；

ss(f，r)是被測多模光纖的輸出處的針對徑向偏移r的輸出脈沖ss(t，r)的時間分布的傅立葉變換；以及

f表示頻率。

rob的值得注意的特性是其針對折射率的局部缺陷的高敏感性。因而，如果rob隨著徑向偏移r的增加而過快地減小，則光纖有可能呈現(xiàn)不規(guī)則的折射率分布。

將rob歸一化為dmd測量中的光纖長度，并且通常以mhz.km或ghz.km為單位來表示。

關(guān)于rod，該rod與針對給定延遲的光纖輸出響應(yīng)的平均時間位置相對應(yīng)。

針對光纖的rod曲線在一定程度上與針對源的λc曲線相對應(yīng)，而針對光纖的rob曲線在一定程度上與針對源的δλ曲線相對應(yīng)。

將rod歸一化為dmd測量中所使用的光纖長度，從而通常以ps/m為單位來表示。注意，rod的絕對值并不相關(guān)，僅偏移注入之間的相對值至關(guān)重要。

圖4a示出通過經(jīng)由dmd測量技術(shù)表征多模光纖所獲得的dmd標(biāo)繪圖。圖4b～4d分別示出根據(jù)本發(fā)明實施例的基于dmd標(biāo)繪圖所得出的作為徑向偏移值的函數(shù)的rod曲線、rob曲線和pdmd曲線。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明實施例的源表征技術(shù)。該表征與dmd測量技術(shù)的表征相似。

首先，利用要表征的源來激勵具有直徑為50μm的纖芯31的標(biāo)稱多模漸變折射率光纖。利用典型的數(shù)字電氣信號按典型的比特率來激勵源，其中該數(shù)字電氣信號是利用連同偽隨機比特序列一起使用的圖案生成器可以獲得的。在示出作為以ns為單位表示的時間的函數(shù)的以mw為單位表示的信號的功率的圖5上，例示出這種數(shù)字電氣信號。如可以觀察到，這種數(shù)字信號的圖案例示源的可能的多模性質(zhì)。這種標(biāo)稱多模漸變折射率光纖具有與鏈路中所使用的多模光纖實際上相同的纖芯直徑和數(shù)值孔徑。實際上，必須注意，鏈路中的多模光纖優(yōu)選具有實際上相同的纖芯直徑(±10％)和實際上相同的數(shù)值孔徑(±10％)。然而，這些多模光纖中的一些多模光纖例如可以是om3光纖，并且一些其它多模光纖可以是om4光纖。單模光纖32以與標(biāo)準(zhǔn)dmd測量中所使用的方式相同的方式來掃描標(biāo)稱光纖的輸出，由此優(yōu)選以1微米為步長在0～25μm的范圍內(nèi)進行掃描。還可以進行通過插值所支持的較大步長(例如，2μm)。配置于單模光纖32的輸出處的光譜分析器30針對smf的各位置記錄輸出光譜。

在不失一般性的情況下，源表征所使用的單模光纖32(還被稱為探測光纖)可以與光纖表征所使用的單模光纖10相同。

盡管圖5沒有示出，但這種技術(shù)使得能夠收集必須進行后處理的一系列光譜，從而生成三個源特性曲線，即：

示出作為smf32的徑向偏移值r的函數(shù)的源的接收耦合功率psource(r)的曲線，其中0≤r≤a。這種功率可被表示為相對功率；

示出作為smf32的徑向偏移值r的函數(shù)的源的中心波長λc(r)的曲線，其中0≤r≤a；

示出作為smf32的徑向偏移值r的函數(shù)的源的均方根譜寬度δλ(r)的曲線，其中0≤r≤a，

其中，a是多模標(biāo)稱光纖31的纖芯半徑。

在本發(fā)明的典型實施例中，發(fā)明人模擬了橫向多模(且縱向單模)激光向50μm的漸變折射率多模光纖的耦合。如圖6a所示，這種源呈現(xiàn)出mg1～mg7這七個模式組。如從圖6a可以看出，中心波長λc是850.0nm。任意選擇源相對于標(biāo)稱多模光纖31的位置。

圖6b～6d示出根據(jù)圖5的技術(shù)的用于表征源-光纖耦合的三個曲線：更精確地，圖6d示出作為徑向偏移值的函數(shù)的源的輸出功率psource(r)；圖6b示出作為徑向偏移值的函數(shù)的源的中心波長λc(r)；圖6c示出作為徑向偏移值的函數(shù)的源的均方根譜寬度δλ(r)。值得注意的是，rms譜寬度δλ(r)同樣沿著光纖纖芯31大幅改變。

一旦執(zhí)行了用于表征各被測多模光纖的dmd測量、并且一旦使用圖5的技術(shù)表征了源，則本發(fā)明的方法提出計算由源和多個多模光纖段構(gòu)成的多模光纖鏈路的有效帶寬。

使用針對各多模光纖4i的圖4b～4d的三個光纖特性曲線以及圖6b～6d的三個源特性曲線，根據(jù)本發(fā)明實施例的方法提出計算有效帶寬(以下稱為eb)作為傳遞函數(shù)h(f)的-3db處的帶寬，使得：

假定模式色散和色度色散的高斯函數(shù)和獨立徑向傳遞函數(shù)、并且考慮到由色度(δτ(r))色散和模式(δτdmd(r))色散分別引起的這些徑向傳遞函數(shù)之間的延遲，如下所述，可以利用這些度量來表示通過源和光纖之間的耦合所得到的總傳遞函數(shù)：

其中：δτ(r)＝l·cd·(λc(r)-λdmd)是以ps/nm/km為單位表示的由色度色散(cd)引起的延遲，其中l(wèi)是所述鏈路中的多模光纖長度(例如，500m)；

λdmd是還作為鏈路的工作波長的dmd測量的波長；

δτdmd(r)＝l·rod(r)，

與色度色散cd帶寬關(guān)聯(lián)；以及

ombc(“計算過滿模式帶寬”)是與過滿注入(overfilledlaunch)相對應(yīng)的權(quán)重函數(shù)。

在abhijitsengupta于internationalwire&cablesymposium,proceedingsofthe58^thiwcs/iicit上的第24-29頁發(fā)表的“calculatedmodalbandwidthsofanomafiberandthetheoreticalchallenges”中可以找到與ombc權(quán)重函數(shù)有關(guān)的更多信息。如該文獻所公開的，可以根據(jù)差分模式延遲數(shù)據(jù)的加權(quán)線性組合來預(yù)測多模光纖的計算過滿模式帶寬(ombc)。

實際上，各模式中的耦合功率是針對各徑向偏移位置、根據(jù)單模探測光纖(smpf)的高斯模場和mmf的特定模式的重疊積分所計算出的。計算各徑向偏移處的耦合效率作為歸一化為單位入射功率的遍歷所有模式進行求和所得到的總耦合功率。將過滿注入源表示為dmd掃描的徑向偏移位置處的smpf模場的線性組合。按照ofl的定義，優(yōu)化不同的偏移位置所用的權(quán)重，以使得mmf的各模式中的總能量相等。用表格表示這些理論dmd加權(quán)值，以獲得從0～30微米測量得到的dmd數(shù)據(jù)(即，完整dmd數(shù)據(jù))的ombc。然后，調(diào)整這些權(quán)重以針對高于25微米的半徑處不存在dmd數(shù)據(jù)的情況提供最佳值。

然而，本發(fā)明的實施例處理由至少兩個足夠長的光纖的級聯(lián)構(gòu)成的鏈路。在這種情況下，利用替換傳遞函數(shù)h(f)，其中如下所述計算

其中：

其中，i是由n個光纖部分構(gòu)成的級聯(lián)鏈路中的光纖的索引：i＝1是第一個光纖部分、即最接近源的光纖部分。

因而，假定具有相應(yīng)的上述度量為已知的源和光纖的集合，本發(fā)明的實施例使得能夠根據(jù)所有可能鏈路的上述公式來計算有效帶寬，以求出最佳鏈路、即傳遞最大有效帶寬的鏈路。

應(yīng)當(dāng)注意，在所有光纖為相同類型時，預(yù)期針對這些光纖大致相同。在本發(fā)明的實施例中，假定兩個光纖之間的連接不會使模式混合。因此，可以使用任意光纖的pdmd，i(r)。在上述公式中，提出使用平均值。

實際上，在光纖之間還存在連接器以形成光鏈路。理想地，連接器不會使模式組混合或?qū)δＪ浇M進行篩選。換句話說，預(yù)計在光纖度量評估期間在光纖輸出處配置連接器不會改變光纖的度量。

注意，在知曉色度色散根據(jù)波長如何改變的情況下，可以如下所述重新定義公式中的δτ(r)：

還可以假定色度色散針對所有的光纖而言基本相等、或者模式色散相同。這些假定簡化了級聯(lián)的公式。

還可以想象評估光纖縮短對光纖性能的影響、或者定義要添加的一個或多個段的光纖度量的規(guī)格，從而提高整個鏈路在一個或多個波長處的性能。

圖7a～7d示出根據(jù)本發(fā)明實施例的針對按10gbps進行工作的被稱為tx1～tx5的五個收發(fā)器所得出的源特性曲線。

更準(zhǔn)確地，圖7a示出作為收發(fā)器tx1～tx5的以μm為單位表示的徑向偏移值r的函數(shù)的收發(fā)器的以nm為單位表示的中心波長λc；圖7b示出作為收發(fā)器tx1～tx5的以μm為單位表示的徑向偏移值r的函數(shù)的收發(fā)器的以nm為單位表示的均方根譜寬度δλ；圖7c示出作為收發(fā)器tx1～tx5的以μm為單位表示的徑向偏移值r的函數(shù)的收發(fā)器的以μw為單位表示的輸出功率psource；圖7d示出作為收發(fā)器tx1～tx5的以μm為單位表示的徑向偏移值r的函數(shù)的收發(fā)器的以nm為單位表示的中心波長和中值波長之間的差。

圖8a～8c示出根據(jù)本發(fā)明實施例的針對被稱為光纖1～光纖10的十條多模光纖所得出的三個光纖特性曲線。

更準(zhǔn)確地，圖8a針對這十條光纖各自示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的以ps/m為單位表示的徑向偏移延遲rod(r)；圖8b針對這十條光纖各自示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的以ps/m為單位表示的徑向偏移帶寬rob(r)；圖8c針對這十條光纖各自示出作為徑向偏移值r的函數(shù)的徑向耦合功率pdmd(r)。

本發(fā)明人計算出由源tx1～tx5其中之一以及從十條光纖即光纖1～光纖10中所選擇的相同長度的兩條光纖的級聯(lián)構(gòu)成的所有可能光鏈路的有效帶寬。

圖9示出通過光纖的級聯(lián)所實現(xiàn)的有效帶寬改進。更準(zhǔn)確地，針對利用正方形表示的各可能光鏈路，圖9示出以下：

在y軸上，以mhz-km為單位表示的、針對光纖的級聯(lián)所獲得的有效帶寬和構(gòu)成光鏈路的兩個光纖的最大有效帶寬之間的差(級聯(lián)的eb-max(各光纖段的eb))；

在x軸上，針對光纖的級聯(lián)所獲得的有效帶寬(以mhz-km為單位表示的級聯(lián)的eb)。

對于給定的光鏈路，在級聯(lián)的eb和構(gòu)成鏈路的兩個光纖的最大eb之間的差為正的情況下，這意味著光纖的級聯(lián)提高了總帶寬：換句話說，一個光纖的模式色散和色度色散對第二光纖的模式色散或色度色散進行補償。

在圖9上，附圖標(biāo)記為90的用圓形圈起來的正方形對應(yīng)于光鏈路，其中與包括一段光纖的光鏈路相比，由于光纖的級聯(lián)因而該光鏈路的有效帶寬得到最佳改進。該最佳改進針對與一段多模光纖即光纖4(其表現(xiàn)出有效帶寬eb＝5300mhz-km)和一段多模光纖即光纖10(其表現(xiàn)出有效帶寬eb＝5270mhz-km)相連接的收發(fā)器tx1而發(fā)生：實際上，如此構(gòu)建的光鏈路的有效帶寬表現(xiàn)出有效帶寬eb＝6300mhz-km。因而，由于光纖的級聯(lián)，光鏈路的有效帶寬表現(xiàn)出約1000mhz-km的增加。

根據(jù)本發(fā)明實施例的方法使得能夠?qū)⒂糜诒碚髟春投嗄９饫w這兩者的相關(guān)信息分離并提取成針對源的一組曲線和針對各光纖的一組曲線。因而，這種方法的標(biāo)準(zhǔn)化使用將大大簡化分選方法和/或鏈路工程，并且使得源制造商和光纖制造商之間的協(xié)作更加容易。