摘要:本文介绍了多模光纤发展的最新动态，以及 OM3/OM4多模光纤在 10Gb/s, 40Gb/s和 100Gb/s高速网络中的应用领域、技术方案和成本优势，并介绍了多模光纤的市场情况和未来走向。

      关键词:光纤 OM3/OM4光纤以太网数据中心

1.引言

      近年来，包括以太网在内的网络传输速率飞速发展。几年前，人们可能还会怀疑10Gb/s以太网能否在企业网中得到实际应用，然而今天，10Gb/s以太网已经安装在很多数据中心、企业网和办公中心。并且，对带宽的需求还在不断上升，数据中心已经出现了40Gb/s和100Gb/s的带宽需求。

     2010年 6月 17日， IEEE 802.3ba标准，即 40/100G以太网标准获批。这是继 2002年6月 IEEE发布 10G以太网标准 802.3ae后以太网发展史上的又一重大里程碑。以太网将形成10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s业务长期共存的局面。

      IEEE 802.3ba标准支持 40Gb/s和 100Gb/s速率下 100米多模光纤传输和 40公里单模光纤传输。 40Gb/s主要面向服务器，而 100Gb/s则面向网络汇聚和骨干。

40Gb/s和 100Gb/s速率下，多模光纤传输将采用 850nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)并行技术 (Parallel Optics Technology) ，单模光纤将采用粗波分复用 (CWDM)技术。

     IEEE任务组总是致力于采用现有媒介和技术，提出成本与性能兼顾的多种解决方案。多模光纤虽然带宽不如单模光纤高，但由于可采用相对低廉的 VCSEL激光器，具有系统成本低的优点，从而在短距离 10Gb/ s, 40Gb/s和 100Gb/s以太网中具有竞争力。

2.通信用多模光纤最新动态

      为了适应 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s高速以太网的需要，近几年，多模光纤的制造工艺得到了很大的发展，多模光纤的带宽逐步提升，与高带宽多模光纤相关的标准也陆续出台。早在 2002年， ISO/IEC就在 60793-2-10标准中增加了可以用于 10Gb/s以上传输的 OM3多模光纤子类 A1a.2。 2009年 9月， TIA率先发布了能够以 10Gb/s传输 550m，以 100Gb/s传输 150m的 OM4多模光纤标准 TIA-492AAAD 。 IEC也将在 IEC 60793-2-10标准中设置新的多模光纤类型 A1a. 3，对 OM4多模光纤进行规范。

      OM3和 OM4光纤为 50μm芯径渐变折射率多模光纤，数值孔径为 0.200土 0.015。 OM3和 OM4光纤的有效模式带宽 EMB （Effective Mode Bandwidth）的最低标准要求分别为 2000MHz. km和 4700MHz. km。有效模式带宽可以有效评估以 850nm VC­SEL作为光源进行通信传输时多模光纤的带宽。有效模式带宽可以通过DMD (Dif­ferential Mode Delay)的测试结果进行计算得到。DMD为在多模光纤径向不同位置注人的光脉冲在一定长度光纤上传输后的相对时延差。比较好的DMD测试结果如图 l所示。

图 1 DMD测试结果

     要得到高的有效模式带宽，多模光纤的剖面必须为非常精确的抛物线。目前主要有两大多模光纤制造工艺 PCVD (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition)工艺和 MCVD (Modified Chemical Vapor Depo­sition)工艺。采用PCVD工艺制成的预制棒由数千层的沉积层组成，具有精确的折射率分布，并且通过工艺改进，基本消除了中心凹陷。目前， PCVD工艺为制造高带宽多模光纤的最佳工艺。

     随着 FTTx的快速发展，大量多模光纤走进了室内，在室内及狭窄环境下的布线，光纤经受较高的弯曲应力，特别是在应用中过长的光纤通常缠绕在越来越小型化的存储盒中，光纤将承受很大的弯曲应力。同此，对光缆的衰减和机械抗弯曲性能提出了更高要求。为了解决这些问题，弯曲不敏感多模光纤应运而生了，并成为目前光纤领域的一大研究热点。去年底至今年初，长飞、 Draka、 Corning、 OFS都发布了弯曲不敏感OM3/OM4多模光纤产品。该光纤与目前常规的OM3/OM4多模光纤兼容，并通过优化光纤折射率剖面设计，大大降低了光纤的宏弯附加衰减，最小弯曲半径一般可达7.5mm。采用弯曲不敏感OM3/OM4多模光纤的室内光缆在某种程度上可以简化安装，从而减少安装成本，并降低了系统中断或失效的风险。由于弯曲不敏感OM3/ OM4多模光纤具有诸多优势，一经推出就受到了市场的青睐。

      弯曲不敏感OM3/OM4多模光纤有望在近几年制定相关标准，今年4月的IEC SC86A WGl会议已经讨论了弯曲不敏感OM3/OM4多模光纤标准。

3. OM3/OM4光纤在高速网络中的应用

3.1 OM3/OM4光纤在高速网络中的应用方案

      OM3/OM4多模光纤在 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s系统巾的传输距离如表 l所示。可以看出，在中短距离的高速网络中，多模光纤能够很好的胜任。

表 1 OM3/OM4多模光纤在10Gb/S , 40Gb/S 和 100Gb/s系统中的传输距离 M

在采用 850nm VCSEL作为光源的 10Gb/s系统中，采用OM3光纤可以传输 300m，采用 OM4光纤可以传输550m。数百米的传输距离使得OM3/OM4多模光纤可以广泛应用于数据中心、局域网、高性能计算中心和存储区域网等领域。对于采用OM3/OM4多模光纤的 40Gb/s和 100Gb/s的网络， IEEE已经提出了并行解决方案。这有助于继续发挥850nm VCSEL的低成本优势。在 40Gb/s和 100Gb/s的并行系统中，将分别采用 4和10根光纤，每根光纤传输 10Gb/s信号。每一路 10Gb/s信号都会合并到装有 4或 10个 VCSEL和探测器的收发器阵列中。

      采用OM3光纤的并行系统，可以在 40Gb/s和 100Gb/s传输 100m；采用OM4光纤的并行系统，可以在 40Gb/s和 100Gb/s传输 150m。而 85%的数据中心连接长度不会超过 100m，几乎 100%数据中心连接长度不会超过 150m。

      为什么 OM3/OM4多模光纤不能在 40Gb/s和 100Gb/s系统中支持与 10Gb/s系统中同样的连接长度呢?这是因为在 40Gb/s和 100Gb/s连接中， VCSEL的技术规范被放宽了。为了降低系统成本， IEEE802.3ba标准放宽了激光频谱宽度要求，但同时付出了降低系统连接长度的代价。

3.2 OM3/OM4光纤在高速网络中的成本优势

     多模光纤芯子大，光源与光纤易于耦合，可以采用低成本的 VCSEL作为光源。另外，与单模光纤相比，多模光纤更易于接续和耦合，多模连接器成本也比单模连接器成本低。

采用 OM3和 OM4的 10Gb/s系统 （10GBASE-SX）的成本不到采用单模光纤的 10Gb/s系统成本的一半。

      一般可能会认为:由于光缆成本的上升，采用OM3和 OM4光纤的用于 40Gb/s和 100Gb/s的并行系统会比单模光纤系统成本高很多。然而实际情况并非如此，虽然采用多模连接的光缆成本比采用单模连接的光缆成本高很多，但器件成本占了系统成本的绝大部分。多模光纤网络低廉的器件成本拉低了多模光纤网络的成本。在 IEEE802.3ba任务组会议上的一份报告显示:在 40Gb/s系统中，两根单模光纤组成的系统的成本比采用并行技术的12根多模光纤组成的系统的成本高4倍。这种成本差距在100Gb/s系统中更大，在 100Gb/s系统中，两根单模光纤组成的系统的成本比采用并行技术的24根多模光纤组成的系统的成本高 11倍。

3.3 OM3/OM4光纤在高速网络中应用现状

     由于采用 OM3/OM4多模光纤的网络具有巨大的成本优势，OM3/OM4多模光纤已经广泛应用于数据中心、局域网、办公中心、高性能计算中心和存储区域网等领域。

      OM3/OM4多模光纤在全球的销量呈快速上升趋势(如图 2所示 )。 2010年，多模光纤全球总销量预计约为 300万公里，其中 OM3/OM4多模光纤将占约一半。在北美市场， OM3/OM4多模光纤的销售比例更是占了近 70%。

图2 OM3/OM4光纤全球销量

     目前的 OM3/OM4光纤销售中， OM3 占了绝大部分，随着 IEEE 802. 3ba标准获批， OM4光纤的销售比例将会快速上升。另外，自弯曲不敏感 OM3/OM4光纤诞生以来，其销量也呈逐渐上升趋势。由于 OM3/OM4光纤主要用于室内，以及弯曲不敏感OM3/OM4光纤优良的抗弯曲性能，弯曲不敏感 OM3/OM4光纤将占有越来越大的市场份额。

4.结束语

       由于多模光纤传输系统具有的巨大成本优势，在 10Gb/s， 40Gb/s和 100Gb/s高速网络中， OM3/OM4多模光纤必将继续大量使用，与之相关的光纤本身和应用研究还会吸引大量科研人员加入，多模光纤会向更高的带宽发展。采用 PCVD工艺在生产环境下已经实现了 10000MHz. km以上的带宽。科研人员已经成功在 400多米的多模光纤上进行了 40Gb/s的传输。

      在 2010年的 OFC/NFOEC会议上，南安普顿大学的 David Payne教授在一次正式报告中讲到:未来对光纤带宽的需求越来越高，可能会对多模光纤进行模式复用。

所以，多模光纤应该会有一个光明的未来，多模光纤会继续在高速网络中发挥巨大作用。