光纤是由高琨先生在1966年首次提出用石英玻璃纤维传送光信号进行通信。20世纪70年代英国邮电、实验室等机构共同研制出世界第一根衰减系数为20dB/km的多模光纤。应该指出的是多模光纤作为光传输介质和长寿命的半导体激光器作为光载波共同拉开了光纤通信研究的序幕。光纤通信中的传输容量的扩大和传输速度的提高、传输距离的延长都与光纤的衰减、色散、非线性效应等紧密相关。1976年美国贝尔实验室在 亚特兰大至华盛顿之间建立起了世界第一个实用化光纤通信系统,其传输速度为45Mbit/s,采用的是多模光纤。多模光纤自发明至今,始终是以想方设法减 小衰减和模间色散、进一步提高光纤的传输带宽为研究中心。最近几年,多模光纤的研究有了突变性进展,光纤的传输宽度得到了大幅度的提高。
早期的多模光纤包括很多尺寸种类,列入IEC标准中的尺寸类型包括4种,芯包层直径分为50/125μm、62.5/125μm、85/125μm和100/140μm。后来考虑到制作成本、抗弯性能、传输模数量、带宽因素,因而较大芯包层尺寸的类型逐渐被淘汰,剩下50/125μm和62.5/125μm两种主要的芯包层尺寸。
在局域网发展初期,各类的使用者为了尽可能地降低局域网的组建成本,多采用LED作光源。由于LED输出功率低,发散角比较大,而50/125mm多模光纤的芯径和数值孔径都比较小,不利于与LED的高效耦合,62.5/125mm多模光纤能使较多的光功率耦合到光纤链路中去,因此,62.5/125mm多模光纤在20世纪90年代中期以前应用的比较广泛。
随着局域网内传输速率不断提升,从上世纪末以来,局域网向1000Mb/s速率以上发展,但是以LED作光源的62.5/125μm多模光纤仅有几百兆的带宽。相比之下,50/125mm多模光纤数值孔径和芯径较小,传导模式也较少,因而有效地降低了多模光纤的模式色散,使得带宽得到了显著的增加,由于芯径较小,50/125mm多模光纤的制作成本也更低,因此重新得到了广泛的应用。随着光纤技术的发展,850nm VCSEL激光器的出现。VCSEL激光器比长波长激光器价格更低,同时能够提高网络速率,因此获得了广泛应用。由于两种发光器件的不同,必须对光纤本身进行改造,以适应光源的变化。
ISO/IEC在制定的新的多模光纤等级中将新一代多模光纤划为OM3类别(IEC标准为A1a.2),即为激光优化的多模光纤。后续出现的OM4光纤,实际是OM3多模光纤的升级版。OM4与OM3光纤相比,只是在光纤带宽指标做了提升。即OM4光纤标准在850nm波长的有效模式带宽(EMB)和满注入带宽(OFL)相比OM3 光纤都做了提高。
多模光纤内传输模式众多,随之还带来光纤抗弯曲性能的问题,当光纤弯曲时,高阶的模式极易泄露出去,造成信号的损失,即光纤的弯曲损耗。随着室内应用场景不断增多,多模光纤在狭窄环境下的布线,对其抗弯曲性能也提出了更高要求。
作为一种能够大大提升多模光纤传输容量并增加传输距离的新技术,SWDM对于数据中心建设以及相关光纤、器件和设备厂家的意义不言而喻。该联盟于2017年3月发布了多源协议(MSA),定义了40GE SWDM4和100GE SWDM4的应用需求,并表示将在今后进一步拓展到400Gb/s应用。
OM5多模光纤,是在OM4光纤基础上,扩宽了高带宽通道,其能够支持850nm~950nm波段的传输应用。目前主流的应用,是SWDM4和SR4.2设计。SWDM4是4个短波的波分复用,分别是850nm、880nm、910nm和940nm。这样在一根光纤可以支撑此前4根并行光纤的业务。SR4.2是两波分复用,主要用于单纤双向技术。OM5能够与性能好成本低的VCSEL激光器配合,以更好的满足数据中心等短距离通信。
目前,OM5光纤作为一种最新型的高端多模光纤,在少许的数据中心中得到了应用。随着应用的需求不断提高,多模光纤在朝着低弯曲损耗,高带宽,多波长复用的方向发展,其中,最具有应用潜力的,当属OM5光纤,其具有目前多模光纤最优的性能,为未来100Gb/s和400Gb/s的多波长系统提供了有力的光纤解决方案。此外,为适应高速率,高带宽,低成本的数据中心通信的要求,新型的多模光纤,如单多模通用光纤,也正在研发中。