多模光纖是指可以傳輸多個模式的光纖，相對普通單模光纖而言，多模光纖具有更大的數(shù)值孔徑和纖芯直徑。同時，因為它的模式色散大而使其帶寬遠遠低于單模光纖。但是，由于多模光纖對傳輸系統(tǒng)中器件的要求相對于單模光纖要低得多，因此它存在著很大的發(fā)展?jié)摿涂臻g。自1970年美國康寧公司研制出世界上第一根衰減系數(shù)為20分貝/公里的多模光纖以來，多模光纖經(jīng)歷了從興到衰，又從衰到興的變化。
多模光纖，按組成材料的不同，可以分為石英光纖，塑料光纖，塑包石英光纖，多組分玻璃光纖等；按光纖端面折射率分布，可以分為多模漸變折射率光纖（簡稱漸變型多模光纖）和多模階躍變化折射率光纖（簡稱階躍型多模光纖）。階躍型多模光纖的芯直徑很大，通常大于80mm；帶寬很低，一般只有30~60MHz·km，因此不能用于通信系統(tǒng)。本文重點討論漸變型通信用多模光纖。 第一代多模光纖
光纖通信的基礎(chǔ)材料是光纖預制棒。光纖的主要光學參數(shù)，如傳輸損耗、傳輸帶寬、幾何尺寸、數(shù)值孔徑均取決于預制棒的合成工藝。借助于摻雜劑，可使光纖纖芯折射率各層具有指定的折射率和規(guī)定的尺寸。漸變型多模型光纖的折射率分布可由下式表示：
式中：
R是纖芯半徑，
n1是纖芯處的折射率，
n2是包層折射率，
g是折射率分布指數(shù)。
上世紀70年代，多模光纖采用CCITT建議標準。按該標準，漸變型多模光纖依光纖纖芯直徑大小分為兩種，一種是纖芯直徑為62.5mm的光纖,簡寫為62.5/125mm光纖，另一種是纖芯直徑為50mm的光纖，簡寫為50/125mm光纖。
1976年，美國采用MCVD工藝生產(chǎn)的50/125mm光纖，在1300nm和1550nm波長下的最低光損耗分別達到0.47dB/km和0.2dB/km。由于低損耗光纖的出現(xiàn)，以及光有源器件和無源器件的研制成功，光纖通信進入實用化階段。
在國外對我國實行封鎖禁運的情況下，中國自力更生開發(fā)出多模光纖。在四大科研院所的共同努力下，我國1980年成功開發(fā)了低溫MCVD工藝。1981年漸變型短波長光纖通過鑒定。1982年天津市率先開通了7公里（六芯）二次群8.448Mb/s（相當于480路電話）光纖通信工程，簡稱824工程。此后全國先后建立了數(shù)十個光纖通信系統(tǒng)。
1983年，中國采用MCVD工藝生產(chǎn)的50/125mm光纖，在850nm和1300nm波長下的帶寬分別達到903MHz·km和2167MHz·km（由日本古河檢測），在1300nm和1550nm波長下的光纖損耗分別達到0.49dB/km 和0.22dB/km。至此，中國打破了國外封鎖，日本古河公司來天津市參觀之后，曾要求開展合作研究。
1985年4月1日，《長波長光纖預制棒及其制法》率先申請中國發(fā)明專利，1987年獲得中國發(fā)明專利權(quán)。
1985年，為四次群通信工程設(shè)立的“六五”科技攻關(guān)課題通過鑒定。175公里光纖在1300nm波長下的平均帶寬為903MHz·km，其余指標符合CCITT建議標準。此時，中國多模光纖的科研數(shù)據(jù)接近國外水平。
1986年以后，進口的單模光纖廣泛用于干線通信。此后，50/125mm光纖的生產(chǎn)及其應(yīng)用研究慢慢趨于停頓。在50/125mm光纖遭到冷遇的時候，62.5/125mm光纖的應(yīng)用開發(fā)卻得到顯著發(fā)展。因為國外的62.5/125mm光纖價格便宜，與之配套的光電器件達到實用水平而且價格低廉，這使62.5/125mm光纖光纜得以迅速推廣應(yīng)用于室內(nèi)水平布線。1998年，室內(nèi)光纜占美國光纜銷售總額的31.4%。從2001年起迅速增加，到2003年達到41.9%。
隨著LAN的速率不斷升級，傳輸距離反而受到62.5/125mm光纖帶寬的限制。為了解決這個問題，以康寧、朗訊、阿爾卡特為代表的各大光纖制造企業(yè)，大力開發(fā)一種被稱為帶寬增強型的62.5/125mm多模光纖。在改進62.5/125mm光纖的同時，國際上提出重新起用50/125mm光纖的建議。因為與62.5/125mm光纖相比，50/125mm光纖的數(shù)值孔徑和芯徑較小，傳導模的數(shù)目較少（參考表1），其帶寬高（高三倍）、成本較低（低1/3）。顯然50/125mm光纖將得到重用。預計幾年以后，62.5/125mm光纖將不再繼續(xù)主宰多模光纖市場。 新一代多模光纖
由于多媒體，高速互聯(lián)網(wǎng)，HDTV等對寬帶業(yè)務(wù)要求的持續(xù)增長，要求接入網(wǎng)中采用大容量傳輸介質(zhì)。光纖到家（FTTH）已經(jīng)列入規(guī)劃，建筑物中62.5/125mm多模光纜水平布線受到挑戰(zhàn)。一般說來，62.5/125mm光纖在850nm波長下的帶寬小于200MHz·km，在1300nm波長下的帶寬小于500MHz·km。
計算機網(wǎng)絡(luò)的普及與發(fā)展，帶動了基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度不斷提高。于是IEEE計算機協(xié)會、LAN/MAN標準委員會開始制定千兆比特（Gbit/s）以太網(wǎng)標準，并于1998年6月通過了IEEE802.3z千兆比特以太網(wǎng)標準。2002年7月又通過了IEEE802·3ae 萬兆比特以太網(wǎng)標準。新標準考慮采用50/125mm新一代多模光纖。目前正在討論修改舊的G·651建議（50/125mm多模漸變折射率光纖的特性），直到現(xiàn)在還沒有提出不同類型的光纖。雖然已經(jīng)開展這方面的工作，要獲得具體結(jié)果還需要一些時間。
目前，有關(guān)方面還沒有公布關(guān)于新一代多模光纖的標準。有文章透露，新一代多模光纖有以下特點：
■ 這是一種新型的50/125mm漸變型（GI）多模光纖，工作波長在850nm和1300nm。
■ 光纖纖芯折射率分布的精確度遠比傳統(tǒng)的50/125mm光纖高。
■ 配用850nm 和1300nm垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）光源。該新型50/125mm光纖的“激光器帶寬”應(yīng)該達到2000MHz·km，用于支持10Gbit/s以太網(wǎng)單通道傳輸300米以上。
■ “激光器帶寬”有別于傳統(tǒng)的模帶寬。因此，對該參數(shù)的測試方法也已經(jīng)從傳統(tǒng)的“
滿注入法（OFL，Overfilled Launch）”改為“限模注入（RML，Restricted Mode Launch）”新方法。
■ 新型50/125mm光纖的安裝特性與傳統(tǒng)多模光纖相同，操作人員不需學習新技術(shù)。
多模光纖預制棒的制造工藝可分為兩類。即管內(nèi)汽相沉積工藝（MCVD/PCVD）和外部汽相沉積工藝（OVD/VAD）。新一代多模光纖采用管內(nèi)汽相沉積工藝。
武漢長飛光纖公司是國內(nèi)唯一采用PCVD工藝生產(chǎn)新一代多模光纖的單位，其商品名稱是高貝（HiBand）光纖。目前從網(wǎng)上查到的長飛高貝系列多模光纖產(chǎn)品,帶寬遠遠小于2000MHz·km。天津采用MCVD工藝于1983年研制出了帶寬大于2000MHz·km的多模光纖，但是其檢測方法不一定符合“限模注入法”的標準。
由于生產(chǎn)新一代多模光纖預制棒與生產(chǎn)單模光纖預制棒的工藝不同，它只能采用管內(nèi)汽相沉積工藝生產(chǎn)。因此，上世紀80年代曾經(jīng)放棄MCVD工藝的外國公司，如康寧、住友、古河、信越等，正在重新起用MCVD工藝，或引進PCVD工藝研制新一代多模光纖。顯然，發(fā)展新一代多模光纖及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)，把中國的光纖產(chǎn)業(yè)做大做強，將給天津市提供很好的創(chuàng)新平臺。這是千載難逢的機會。 寬工作波長多模光纖
2004年9月5-9日，第30屆歐洲光通信會議在瑞典斯德哥爾摩召開。會議發(fā)表的論文中提到一種新的多模光纖—寬工作波長多模光纖。
眾所周知，為了提高系統(tǒng)的傳輸容量，現(xiàn)在普遍采用的技術(shù)是提高傳輸速率，或者采用波分復用技術(shù)。寬工作波長的50/125μm光纖在1300/1550nm工作，可以與1300/1550nm長波長激光器配合，使數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)能夠傳輸更長的距離。同時，這種光纖在1300－1550nm范圍的模帶寬數(shù)值可以達到1-2GHz·km，可以實現(xiàn)波分復用。 通信用塑料光纖
通信用塑料光纖（POF）是新一代通信傳輸介質(zhì)。它與石英光纖相比，具有纖芯直徑大，連接容易，柔性好，可繞性好等優(yōu)點。它非常適合作為路由交換器到用戶終端的傳輸介質(zhì)，能有效地解決“最后一公里”的瓶頸問題。
根據(jù)塑料光纖纖芯材料的不同，它可分為聚甲基丙烯酸甲酯塑料光纖（PMMA POF）和全氟樹脂塑料光纖（PF POF）。PMMA POF的光損耗很大，在650nm的理論極限損耗值為106dB/km。所以它只能用于汽車、工業(yè)控制和消費電子等短距離傳輸。
全氟漸變型塑料光纖的損耗較低，在1300nm和1550nm波長下，損耗的理論極限值分別為0.3dB/km和 0.2dB/km，與石英光纖的相當。由于這種光纖在650-1300nm之間的光損耗比較低、色散小，可以在這個波長范圍內(nèi)實現(xiàn)多波長復用傳播。它的研究成功和應(yīng)用將給光通信事業(yè)帶來新的增長點，推動信息社會向前發(fā)展。
2000年日本旭玻璃株式會社研制出的全氟漸變型塑料光纖，在1300nm波長下的損耗為16dB/km，帶寬為569MHz·km。
全氟漸變型塑料光纖雖然具有前面所說的優(yōu)點，但是離實用化還有相當長的距離。因為該產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)被日本的公司壟斷，光纖產(chǎn)量小，成本高。目前這種光纖在中國的出售價格約為每米40元。
為了規(guī)范我國塑料光纖的制造、性能測試和工程應(yīng)用，信息產(chǎn)業(yè)部正在組織有關(guān)專家制定國家行業(yè)標準，旨在推動我國塑料光纖、光纜產(chǎn)品制造，質(zhì)量檢測和工程應(yīng)用。 結(jié)束語
單模光纖的芯徑很小，要求連接對準精度高，從而給連接帶來諸多不便；光收發(fā)器件價格昂貴，這些都阻礙著它在短距離通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。因此，多模光纖在被遺棄多年之后又得到重新起用。
在多模光纖中，50/125mm漸變型多模光纖具有低損耗、寬帶寬的特點，而且加工技術(shù)比較成熟，是目前應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展的光纖之一。
利用MCVD工藝生產(chǎn)50/125mm漸變型多模光纖是天津市的優(yōu)勢，應(yīng)該抓住機遇發(fā)展它及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)。 |
