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Fluke DTX-1800測試多模單模光纖光源的選擇？

測試多模單模光纖光源的選擇？

在福祿克測試技術中，F(xiàn)luke DTX-1800測試光纖設備的是DTX-1800加上DTX-EFM2和DTX-SFM2，以前有DTX-EFM2和DTX-GFM2為什么單模光源沒什么變化，而多模光纖測試的型號一變再變呢，都是由于今天的光纖測試需求引起的，具體細節(jié)是怎樣的呢？我們來看下面這篇文章。

單模光纖接口的高速網(wǎng)絡設備使用 Fabry-Perot (FP) ?激光光源。用于 LAN ?網(wǎng)絡中的 FP ?激光波長通常為 1310 nm ?或者 1550 nm ?。使用相似的激光光源來測量單模光纖的損耗。因為用于測量連接損耗的光源與網(wǎng)絡設備使用光源的特性相匹配，所以所測損耗與傳輸?shù)木W(wǎng)絡信號的損耗十分接近。?多模光纖則更加復雜一些。設計用于多模光纖的網(wǎng)絡設備既可以使用 LED ?也可以使用激光光源。10/100 Mb ?以太網(wǎng)技術的網(wǎng)絡設備中多數(shù)使用 LED ?光源。使用激光光源的速度更高網(wǎng)絡設備可以支持 1 ?或 10 Gigabit ?網(wǎng)絡技術。多模光纖所使用的通常是 VCSEL ?型激光器。VCSEL ?激光光源發(fā)出波長 850 nm 的光束；能提供很高的數(shù)據(jù)傳輸速率；由于價格比 FP?激光器便宜很多，所以在成本上具有優(yōu)勢。?850 nm LED ?和 ?850 nm VCSEL ?發(fā)出的光是不同的。用技術術語來說，這兩種光源的發(fā)光形態(tài)不同。 LED ?在多模纖芯的整個截面發(fā)光相對均勻。相反， VCSEL ?光源發(fā)出的光束狹窄，它發(fā)出的光集中在纖芯的中心，離開中心后迅速減弱；到接近包層分界面的地方則基本消失。兩種不同的發(fā)光形態(tài)導致?lián)p耗測量結果出現(xiàn)差異。?使用 LED ?測量的損耗大于使用 VCSEL ?測量的損耗。為了說明這個差異，我們分別用 LED ?和 VCSEL ?光源來測試一段 200 ?米長 62.5 ?μm ?的多模光纖。見圖 1。在 850 nm ?波長值上，使用 LED ?與使用 VCSEL ?測量的連接損耗相差0.20?dB ?。在光纖損耗比較緊張的鏈路中，這種差異可能導致測試結果不合格(Fail)。

光纖鏈路的認證 –普通（或默認）光源規(guī)格與特定光源規(guī)格

TIA ?和 ISO ?標準規(guī)定，光纖鏈路的認證應該包括：在兩個常用波長上對每根光纖的損耗進行測量，并且確認連接中的兩根光纖的極性。（水平布線 – 最大長度 100 m – 只需要在一種波長上進行測試。）?TIA-568-B.1 ?標準參考了 TIA ?526-14 ?標準，規(guī)定了已安裝的多模光纖鏈路的光功率損耗測試，OFSTP-14 ?標準的附件A ?則在新版本中定義了光源的光耦合效率CPR( Coupled Power Ratio)，該標準定義了光耦合率的測量方法，把光源分為五類：一類(過填充)到五類(弱填充)。

一般來講，fluke DTX-1800和DSX-5000中， LED ?光源是1 類光源，而 FP ?激光是典型的5 類光源。 TIA-526-14 ?標準中的 Section 3 ?討論的就是這些光源。尤其在 3.1.3 ?節(jié)描述道：?“測試模塊中光源應當與附件A ?中定義的1-5 ?類光源中的某個類型的特性能夠匹配，如果在一份參考文件中沒有另外指定，則應該使用1 類光源，并且要按照 Section 7.1.3 ?在測試報告中注明。一類光源測試得出的是損耗的最大值和最保守值?！?工業(yè)標準強調結構化布線系統(tǒng)中光纖傳輸信號的一般自然狀態(tài)，他們在安裝的鏈路中不作任何假定。正如上面提到的。那樣，LED ?光源(CPR ?一類)在多模光纖中的信號損失是較大的，因此除非特別需求和指定，結構化布線系統(tǒng)都建議使用LED光源來認證測試多模光纖鏈路，這種測試提供了最差的鏈路測試結果。

表1：多模光纖鏈路認證的光源選擇

然而，網(wǎng)絡擁有者希望知道光纖鏈路到底能不能支持一些特定應用。比如，如果安裝的鏈路將用于支持千兆以太網(wǎng)應用，網(wǎng)絡工程師會要求當網(wǎng)絡設備（交換機、路由器、服務器等）開啟的時候，使用與網(wǎng)絡設備實際使用相同的光源來評估光纖的損耗性能，在這種情況下，工程師可能會選擇用VCSEL ?或者FP ?激光光源來做測試，由于測試光源與該應用所使用光源類型完全匹配，所以測試的損耗結果最接近實際值。

當對已經(jīng)安裝的多模光纖鏈路進行測試看是否能支持升級到千兆以太網(wǎng)應用時，用VCSEL ?或者FP ?激光光源測試的結果則是更合適的。?總之，標準默認建議的是使用通用的測試方案，但是對于布線系統(tǒng)的部署來說，如果這個信息與部署相關而且是已知的，網(wǎng)絡擁有者或咨詢公司可以在部署光纖系統(tǒng)時指定使用其它相關的光源。通用光源就是指CPR ?一類光源(LED ?光源)。?上述討論的關鍵在于，如果您需要使用非LED ?光源，那么需要在工作文檔中指明。（見表1）。

光纖傳輸?shù)幕驹?/h4>

激光VS. LED ?光源

激光發(fā)出的是能量非常高、集中（窄）的光束，而 LED ?發(fā)射出的光束能級較低，光束更分散。而且激光的脈沖頻率比 LED ?高很多，這是高速網(wǎng)絡需要使用激光的主要原因之一。在單模連接中，使用的是傳統(tǒng)的 Fabry-Perot ?激光器; ?新型VCSEL（垂直腔體表面發(fā)光）激光器則使用在基于多模光纖的短波長千兆以太網(wǎng)絡中。

多模 VS. ?單模光纖

多模光纖與單模光纖在物理上的主要不同之處是光纖的纖芯尺寸。纖芯是傳輸光信號的中心玻璃導體。多模光纖有兩種纖芯尺寸，50.0 ?μm ?和 62.5 ?μm，而單模光纖只有 9 ?μm ?的纖芯尺寸。多模光纖允許光線在其纖芯以多路徑（或者模式）方式傳輸，而單模光纖，正如它的名字所表達出的，僅允許光線通過單一路徑傳輸。見圖2。決定部署多模光纖而不是單模光纖并不是基于光纖自身的成本，而是基于光電子學成本（網(wǎng)絡設備成本），以及基于連接帶寬的要求和傳輸連接的長度。單模光纖與激光光源相結合，要比多模光纖所能傳輸?shù)木嚯x更長，傳送的帶寬更高。

多模光纖VS. ?激光優(yōu)化的多模光纖

激光優(yōu)化的多模光纖用于支持使用850 ?納米VCSEL ?光源的千兆以太網(wǎng)光纖鏈路中，以便達到局域網(wǎng)應用(如校園網(wǎng)和建筑物內的骨干光纖)的合理距離。與傳統(tǒng)的多模光纖相比，激光優(yōu)化的多模光纖直徑和衰減特性是一樣的，但擁有不同的折射率剖面分布。與傳統(tǒng)的多模光纖相比，使用類似激光的光源(VCSEL)加上這種光纖核心的傳輸特性使其可以傳輸更高的帶寬并支持更長距離。

圖2：單模光纖

高階模與低階模

光線能夠沿著許多可能路徑在多模光纖中傳輸，這些路徑具有不同的損耗特性。限制在光纖纖芯的中心的路徑或者模式稱為“低階?！?，而那些接近纖芯/包層分界面?zhèn)鬏數(shù)穆窂交蚰Ｊ椒Q為“高階模”。當測量多模光纖損耗的時候，這種區(qū)分很重要。由于光纖的彎曲，高階模更容易損耗。當彎曲過緊時，高階模完全損失掉，而許多低階模繼續(xù)沿光纖傳播。由于纖芯在連接點處不重合，高階模也會首先被衰減。在使用 LED ?光源時，為了提高多模光纖損耗測量的可重復性和一致性，標準建議圍繞被稱作“心軸”的圓柱體包裹與光源相連接的測試光纜。在測試信號到達 ?被測試鏈路之前，這些在光纜內部的緊密包層或彎曲分離出高階模。如果心軸包層應用于 LED ?光源跳線，測試中的光纖被測損耗將會降低。例如，當測試如表2 所述的連接時，我們觀察到，使用心軸包層與不使用心軸包層，被測損耗有0.15 dB ?的差異。

表2 – ?使用心軸的情況下?lián)p耗結果的差異

因為Fluke DTX-1800單模光源，激光發(fā)出的是集中的光束，在多模光纖中，激光的發(fā)光形態(tài)幾乎不產(chǎn)生高階模。回憶一下 LED ?發(fā)出的圓錐形光分散到光纖的發(fā)光截面上，因此產(chǎn)生許多高階模。由 VCSEL ?發(fā)出的光類似激光的發(fā)光形態(tài)，發(fā)出狹窄集中的光束。這限制了纖芯中光的散射，提高了多模光纖的帶寬。而且，有激光或者 VCSEL ?時并沒有使用心軸，因為其高階模很少甚至沒有。若使用心軸的話，反倒會產(chǎn)生高階模。

應用系統(tǒng)要求

應用系統(tǒng)規(guī)格中總是參照端到端連接，它在 TIA ?或者 ISO ?標準中定義成“信道(Channel)”。如果是分段安裝或是測試布線系統(tǒng)，應用系統(tǒng)的專業(yè)操作要求必須注意遵守總的信道限制。表3 在下面列出了許多應用系統(tǒng)的最大建議長度和最大連接損耗。很顯然，高性能的 Gigabit ?要求是最苛刻的?；诠饫w的帶寬等級，光纖長度受到了限制；而且可允許的信道損耗明顯低于使用早期網(wǎng)絡技術所產(chǎn)生的信道損耗。?在千兆以太網(wǎng)絡標準中指定的損耗限制接近 TIA ?或 ISO ?標準中指定的損耗限制，而早期網(wǎng)絡應用系統(tǒng)在更嚴格的TIA ?和 ISO ?規(guī)格之上顯示出一個明顯的差量或凈空。最新的規(guī)格基于以下性能：人們期望規(guī)格來自于不用考慮應用系統(tǒng)的專業(yè)安裝布線系統(tǒng)。只要應用系統(tǒng)不提出比 TIA ?或 ISO ?規(guī)格更高的性能要求，布線基礎架構將不妨礙網(wǎng)絡應用系統(tǒng)。

表3 – ?基于光纖介質和光源的應用系統(tǒng)要求

觀察千兆以太網(wǎng)應用的最嚴格規(guī)范，其數(shù)值非常接近 TIA ?或 ISO ?的規(guī)范值，這可能引發(fā)測試多模光纖是否需要采用VCSEL 或 FP ?激光光源的爭議。比如，用戶要求安裝部署激光優(yōu)化光纖以支持未來的 1G-10G ?的以太網(wǎng)應用，但起初安裝的是100M 的以太網(wǎng)設備。此時若使用VCSEL ?或FP ?激光光源做測試，那么您將知道這不能獲得該條鏈路在最差情況下的損耗值。最初部署的100M ?以太網(wǎng)應用，由于相對于TIA ?或ISO ?標準有很大的余量，不會受到標準規(guī)范的任何影響。也許更重要的是在安裝鏈路時就要確保其能在未來的一段時間內適當?shù)刂С智д滓蕴W(wǎng)技術，使得鏈路長度和損耗值都符合規(guī)范的要求。

參考閱讀：如何通過環(huán)形通量提高多模測試準確性：http://m.qqmmqq.cn/archives/ef-2.html