光学信道带宽分析器制造技术

本实用新型专利技术提供了光学信道带宽分析器。一种检测测试装置，具有至少一个光源、高速、微控制器或处理器以及电路，该电路向光源、高速以及微控制器或微处理器供电并且驱动它们。该装置测量测试中的多模光纤的频率响应以及光程长度；利用参考VCSEL空间光谱发射条件以及模态色散‑颜色色散相互作用数据以估计测试中的光纤的信道总模态‑颜色带宽；并且计算以及呈现测试中的光纤能够支持的所估计的最大数据速率。

【技术实现步骤摘要】
光学信道带宽分析器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月3日提交的美国临时申请第62/774,407号的优先权，该申请的主题通过引用其整体并入本文。
下述申请总体上涉及分析多模光纤，并且更具体地涉及分析多模光纤以确定最大带宽容量。
技术介绍
传统上，限制多模光纤(MMF)光学信道的最大可达范围的主要光学功率损失是连接器插入损耗以及光纤衰减。然而，随着通信数据速率增加到超过10Gb/s，主要光损失是由于光学介质中的模态色散以及颜色色散而导致的信号放宽(眼图闭合，eyeclosure)。由于色散效应，较高速的通信的最大信道可达范围已从通过针对10Gb/s(10GBASE-SR)的OM4的400m减小至针对40Gb/s(40GBASE-SR4)的150m，针对100Gb/s(100GBASE-SR4)的100m，以及针对128Gb/s光纤信道的85m。对于这些较高速度的系统，插入损耗和光纤衰减即便具有限值最大信道可达范围的的任何效应，该效应也甚微。多模光纤类型OM3、OM4和OM5由最小有效模态带宽(EMB)表征，在850nm的标称操作波长下，该EMB的范围从针对OM3的2000MHzkm到针对OM4和OM5的4700MHzkm。然而，由于在利用基于竖直腔面发射激光(VCSEL)的收发器的信道中的模态色散与颜色色散之间的相互作用，实际的总操作信道带宽是未知的。因此，具有在现场测量MMF带宽的能力变得越来越重要，以确保信道能够在已安装的结构化布线的所需可达范围内支持所需的数据速率。遗憾的是，由于高速商业测试装备的非常高的成本，现场带宽测量并不实际，并且成本高昂。在本公开中，我们描述了一种用于测量通过测试中的MMF光学布线基础设施的VCSEL传输的信道带宽距离乘积的新的方法和低成本装置，以确定光学布线基础设施能够支持的最大数据速率，同时考虑模态色散与颜色色散之间的相互作用。根据本公开的装置以及方法估计信道带宽，并且利用VCSEL收发器以及光学时域反射计测量测试中的光纤的光程长。利用参考数据，所测量的数据分析的一个结果是显示测试中的光纤电缆能够支持的所估计的最大数据速率。根据本公开的装置以及方法能够使用户知道旧式布线基础设施是否能够重新用于未来升级的更高的数据速率。自2002年10Gb/s以太网(10GBASE-SR)和激光优化OM3多模光纤(MMF)的标准化以来，MMF的部署已迅速增长，并且现在在大多数数据通信网络中已较为常见。然而，随着对于以太网数据速率的不断增长的需求以及对于更长的可达范围的需求，包括OM4、OM4+以及OM5的MMF类型已经被引入市场。一般而言，这些MMF类型之间的差异在于它们的最小有效模态带宽(EMB)以及EMB的波长依赖性。EMB是表征MMF在光信号传播通过光纤时使所传输的光信号失真最小化的能力的参数。EMB越高，光信号失真越低。由于光纤制造工艺中的工艺变化，存在具有相对较广分布的EMB值。在制造过程之后，基于光纤的EMB，光纤被分拣为OM3和OM4，其中在850nm的测量波长下，OM3具有至少为2000MHz·km的EMB，并且OM4具有至少为4700MHz·km的EMB。然而，仅EMB不足以预测光学信道的性能。已表明，除了由于光谱宽度引起的颜色色散外，由VCSEL发射器发射的光的空间光谱发射模式也在MMF信道的模态带宽中起着关键作用。在10Gb/s以太网以及OM3光纤的发展期间，假设VSCEL均匀地将相同的光谱发射到所有不同的光纤模式中。然而，在2008年，泛达公司(Panduit)的光纤的研究人员发现情况并非如此。较短的波长以大的径向偏移以及垂直于VCSEL的表面的较大角度被发射，因此耦合到光纤芯的外部区域中的较高阶光纤模式。在图1a-图1d中，我们示出了通过标称VCSEL收发器耦合到MMF中的波长模式中的四个波长模式的空间光谱发射模式。我们看到最长的波长(850.452nm)从VCSEL的中心区域被发射，这倾向于耦合到接近光纤光轴的低阶模式中。在另一方面，最短的波长849.108nm耦合到具有较大径向偏移的环形区域中。在图2a-图2c中，我们绘制了针对三个VCSEL收发器的中心波长作为跨MMF芯的径向偏移的函数。我们发现，所耦合的功率的中心波长从光纤的中心处的较长波长变化为靠近芯包层界面的较短波长，该芯包层界面在较大的径向偏移下激发最高阶的光纤模式。作为该光谱空间发射偏置的结果，不同的光纤模式包含不同的波长，并且因此除了模态色散之外，径向光纤模式由于它们在波长方面的不同也经历相对于彼此的颜色色散。作为MMF的生产中的工艺变化的结果，取决于图3中的折射率分布300中的偏置301或302，当光纤被耦合至VCSEL时，由于由它们的波长以及颜色色散的变化而引起的模态色散的偏移，光通信系统的模态色散将会改变。换言之，由于玻璃中颜色色散以及不同的模式群组具有不同的波长这一事实，作为导致的总组合光纤-VCSEL信道带宽的模态色散和颜色色散两者的结果，模式群组将以不同的速度传播，这在很大程度上取决于折射率分布的生产变化。在图4中，我们示出了使用相同的VCSEL收发器的针对两个MMF401以及402的比特误差率(BER)性能，这两个MMF具有约为2400MHz·km的完全相同的EMB值。基于所测量的EMB，人们将预测，这两个光纤的BER性能将基本相同。然而，光纤401具有与图3中的变化301类似的折射略分布，而光纤402具有与变化302类似的分布。由于折射率分布变化的相反偏置以及模态色散与颜色色散之间的相互作用，当耦合至相同的兼容10Gb/s以太网的收发器时，在-10dBm的接收功率下，BER信道信道性能导致大于三个数量级的比特误差。已表明，对于折射率分布300中的偏置301以及302，峰值优化的EMB从标称850nm偏移，其中偏置301导致峰值EMB偏移至更长波长(例如，870nm)，而偏置302导致光纤的峰值EMB偏移至更短波长(即，小于850nm)。因此，除了由模态-颜色相互作用而导致的光学损失的变化之外，图3中示出的折射率分布的偏置也使光学信道中的EMB波长依赖性偏移。在图5中，我们示出了对于相同的两个光纤401和402使用所测量的依赖于波长的EMB的所计算的信道可达范围501以及502。因此，由于MMF折射率分布的偏置、VCSEL模式至光纤模式的空间光谱耦合以及工作收发器波长，通常不知道光纤-收发器通信系统的最大数据速率或信道可达范围最终将是多少。因此，需要一种便携式装置，其能够测量多模光纤的带宽并且估计基于光纤-VCSEL的系统能够支持的最大数据速率和/或最大可达范围。
技术实现思路
一种分析器，具有：至少一个光源、高速光检测器、微控制器或处理器以及电路，该电路用于对光源、高速光学检测器以及微控制器或处理器供电并且驱动它们。该分析器测量测试中的多模光纤的频率响应以及光程长度；利用参考VCSEL空间光谱发射条件以及模态-颜色色散相互作用数据以估计测试中的光纤的信道总模态-颜色带宽；并且计算并呈现测试中的光纤能够支持的所估计的最大数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学信道带宽分析器，其特征在于，包括：/n至少一个光源；/n高速光检测器；/n微控制器或处理器；以及/n电路，所述电路用于向所述光源、高速光检测器以及微控制器或处理器供电并且驱动所述光源、高速光检测器以及微控制器或处理器，其中所述光学信道带宽分析器测量测试中的多模光纤的频率响应以及光程长度，利用参考VCSEL空间光谱发射条件以及模态-颜色色散相互作用数据以估计所述测试中的光纤的信道总模态-颜色带宽；并且计算并呈现所述测试中的光纤能够支持的所估计的最大数据速率。/n

【技术特征摘要】
20181203 US 62/774,407;20191125 US 16/693,9801.一种光学信道带宽分析器，其特征在于，包括：
至少一个光源；
高速光检测器；
微控制器或处理器；以及
电路，所述电路用于向所述光源、高速光检测器以及微控制器或处理器供电并且驱动所述光源、高速光检测器以及微控制器或处理器，其中所述光学信道带宽分析器测量测试中的多模光纤的频率响应以及光程长度，利用参考VCSEL空间光谱发射条件以及模态-颜色色散相互作用数据以估计所述测试中的光纤的信道总模态-颜色带宽；并且计算并呈现所述测试中的光纤能够支持的所估计的最大数据速率。


2.根据权利要求1所述的光学信道带宽分析器，其特征在于，所述光学信道带宽分析器验证所指定的数据速率能够通过测试中的光纤信道被支持。


3.根据权利要求1所述的光学信道带宽分析器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·皮姆皮娜拉，J·M·卡斯特罗，A·S·诺维克，黄羽，B·科塞，
申请(专利权)人：泛达公司，
类型：新型
国别省市：美国;US