CN103067084B - 对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括：测量与注入到所述多模光纤内的光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合；通过向所述基本光纤响应的集合应用依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和延迟来生成全局光纤响应；以及根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数，其中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于计算多模光纤的有效带宽的方法，尤其涉及如下一种用于计算多模光纤的有效带宽的方法，其中该方法包括在多模光纤应用于光纤通信***内时对该多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估。
背景技术
多模光纤连同通常横向使用多模垂直腔面发射激光器“VCSEL”的高速源一起用于高速数据网络。历史上，比特率对于以太网(Ethernet)链路而言已被限制为10千兆比特/秒(Gbps)且对于光纤通道链路而言已被限制为14Gbps，并且其长度已被限制为小于400m，更通常为小于100m。
为了满足大型数据中心的制约并符合不断增长的针对带宽的要求，这些数据网络不得不应对色度色散损伤(chromaticdispersion impairments)。这些色度色散损伤依赖于通常横向呈多模的源的光谱宽度，并且光谱宽度越大，色度色散损伤越大。
对于光谱宽的VCSEL(其中，(尚未商业化的)这些VCSEL以25Gbps工作)而言，长度超过400m(例如，550m)并且至少以10Gbps工作的光学链路与长度较短(约为300m)并且以10Gbps的比特率工作的光学链路相比受色度色散的影响较大。光学链路的长度越长并且数据比特率越高，该光学链路受色度色散的影响越大。对于长度长和/或比特率高的光学链路，需要减轻色度色散。用于减轻色度色散的若干选项包括使用窄谱源并对色度色散进行补偿。
由于窄谱源(例如，单模或准单模源)昂贵，因此在多模光纤本身内对色度色散进行补偿是更具成本效益的方法。在多模光纤内对色度色散进行补偿部分基于色度色散和模式色散之间的相互作用。已被证明以下：对于完美alpha(α)分布，展现出略低于针对给定工作波长的最佳值的α的多模光纤能够部分补偿通常横向呈多模的光源固有的色度色散。
然而，实际上，对折射率分布进行控制不可能足够精确到仅产生具有这种期望特征的光纤。结果，对所有多模光纤进行微分模式延迟(DMD，differential mode delay)测量以评估光纤选择所基于的模式色散。然而，按足以实现该目的的精度来根据光纤的DMD图精确评估光纤的α并不可行，这是因为在多模光纤制造时，多模光纤没有展现出完美α分布并且通常展现出复杂DMD模式。
针对该问题的一个方法包括计算有效模式带宽(EMBc)。该计算仅评估模式带宽，因而不评估由于色度色散和模式色散的相互作用所引起的带宽。使用针对整个纤芯半径内的不同偏移注入所记录的迹线(即，DMD图)的加权和来计算有效模式带宽，以计算VCSEL注入的时间响应。这些加权系数被称为加权函数，并且各偏移注入(offset launch)与给定权重相对应。该方法的一个缺陷如下：随着光学链路的长度和/或光学链路的数据比特率增加，所计算出的有效模式带宽越来越不能代表给定比特错误率的功率损失。
在欧洲申请EP2144096所述的另一方法中，对DMD模式进行修改以部分说明模式色散和色度色散的相互作用，然后使用EMBc计算所使用的相同加权函数来利用该修改后的DMD模式计算有效带宽。该第二个方法对于多模光纤接近完美α的情况以及对于简单DMD模式良好地起作用，然而，在多模光纤开始偏离完美α分布并且/或者表现出复杂DMD模式的情况下，所计算出的有效带宽变得不能代表给定比特错误率的功率损失。
在美国申请US2010/0315620所述的第三个方法中，在多模光纤展现出在第一半径和较大半径之间存在负峰延迟差的情况下选择这些多模光纤。该方法的一个缺陷如下：存在无法充分代表多模光纤性能的易受影响的测量和结果，特别是在DMD模式变复杂的情况下。
发明内容
因此，本发明的目的是减轻上述缺陷。在另一方面中，本发明的目的在于与传统方法相比、使所计算出的有效带宽更能代表给定比特错误率的功率损失。
根据本发明的实施例，为了计算多模光纤的更具代表性的有效带宽，代替使用为注入到多模光纤内的光整体专门设计的单个加权函数(其中，该单个加权函数应用于DMD图的时间偏移)，提出了使用为注入到多模光纤内的光的不同横向模式分别专门设计的若干不同加权函数，其中各不同加权函数应用于DMD图的时间偏移。
使根据本发明实施例所计算出的有效带宽与***性能良好地相关，从而使得可以根据光学链路的特征、特别是其长度和数据比特率来更加精确和可靠地进行多模光纤选择。通过不同的加权系数子集分别依赖于注入激光光的不同横向模式，与原本利用单个的加权系数集相比，所计算出的有效带宽更能代表给定比特错误率的功率损失，其中加权系数子集是加权函数的采样。
根据本发明的实施例，可以计算代表给定比特错误率的光纤功率损失的另一参数，例如光纤传输函数。多模光纤可以用于光学***的光学链路。将该多模光纤引入光学***会给该光学***带来***性能和信号传输的损失。所计算出的参数代表该光纤损失。
换句话说，本发明涉及一种用于对多模光纤(4)的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括至少以下步骤：步骤(S1)，用于进行微分模式延迟测量，其测量分别与注入到所述多模光纤(4)内的光在纤芯半径内的不同偏移注入(r)相对应的基本光纤响应的集合；步骤(S2)，用于通过向所述基本光纤响应集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入(r)的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及步骤(S5)，用于根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数，其中，在生成所述全局光纤响应的步骤(S2)中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入(r)。
在实施例中，所计算出的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤(4)的有效带宽。
在另一实施例中，向同一个基本光纤响应集合应用各加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))，以生成仅与激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应(S3)；以及/或者向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟(S4)；以及/或者构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应(S5)。
在又一实施例中，计算激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。
在又一实施例中，已对加权系数和时间延迟进行了选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根、即RMS大于0.2nm，优选大于0.3nm，更优选大于0.4nm，甚至更优选大于0.6nm。
在又一实施例中，所述激光源的中心波长包括在840nm~860nm的光谱范围内。
在又一实施例中，所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于0.6nm，优选大于1nm，更优选大于1.5nm。
在又一实施例中，加权函数(Wi)与加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数(Wi)的面积(Ai)分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。
在又一实施例中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))。
在又一实施例中，所述加权系数集包括至多十个加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))。
在又一实施例中，先前已经通过数值优化获得了加权系数(W(r,i))，其中该数值优化包括：针对与加权系数子集(W(r,1)~W(r,6))相对应的各个注入光横向模式(LPxy)，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤(S10)的迭代，直到使所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应注入光横向模式(LPxy)的相关发射功率相对应。
在又一实施例中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5%的最差参数。
在又一实施例中，基于所述所计算参数的值来进行光纤选择。
在又一实施例中，所述所计算参数是有效带宽，以及所述光纤选择保留如下光纤，其中该光纤在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km，优选在850nm处的有效带宽大于3500MHz-km，更优选在850nm处的有效带宽大于4000MHz-km。
在又一实施例中，所述微分模式延迟测量是以1μm的步长、优选以0.5μm的步长来进行的。
在又一实施例中，所述多模光纤的纤芯半径大于10μm，优选大于20μm。更优选大于30μm，甚至更优选大于37μm。
在又一实施例中，所述多模光纤的数值孔径大于0.17，优选大于0.185，更优选大于0.25。
在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。
在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。
在不期望限制本发明的情况下，可以说本发明使用一组权重并且针对这些权重各自存在延迟。本发明人使用权重和延迟这两者来构建光纤响应并预测该***的行为。为了在利用多模激光源来使用光纤的情况下解释色度色散和模式色散的相互作用，本发明对权重和相关延迟进行处理，例如：使用至少两组权重(以与EMBc区分开)、各组权重具有(严格)为正的至少两个系数(以与EMBc区分开)、以及这些权重各自具有相互不同的相关延迟(以与EMBc区分开)。
为了实现前述以及其它目的，根据本发明实施例的方法对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估，并且包括：微分模式延迟测量步骤，其包括测量分别与注入到所述多模光纤内的光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合；通过向所述基本光纤响应的集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数。所述方法还包括以下：在生成所述全局光纤响应的步骤中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。
在又一实施例中，所计算的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤的有效带宽。
在又一实施例中，向同一个基本光纤响应集合应用各加权系数子集，以生成仅与激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应。
在又一实施例中，向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟。
在又一实施例中，构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应。
在又一实施例中，计算激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。
在又一实施例中，对加权系数和时间延迟进行选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根、即RMS大于0.2nm，优选大于0.3nm，更优选大于0.4nm，甚至更优选大于0.6nm。
在又一实施例中，所述激光源的中心波长在840nm~860nm的光谱范围内。
在又一实施例中，所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于0.6nm，优选大于1nm，更优选大于1.5nm。
在又一实施例中，加权函数与加权系数子集中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数的面积分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。
在又一实施例中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集。
在又一实施例中，所述加权系数集包括至多十个加权系数子集。
在又一实施例中，通过数值优化来获得加权系数，其中该数值优化包括：针对与加权系数子集相对应的各注入光横向模式，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤的迭代，直到使所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应的注入光横向模式的相关发射功率相对应。
在又一实施例中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5%的最差参数。
在又一实施例中，基于所计算参数的值来进行光纤选择。
在又一实施例中，所述所计算参数是有效带宽，以及保留在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km、优选在850nm处的有效带宽大于3500MHz-km的光纤、更优选在850nm处的有效带宽大于4000MHz-km的光纤。
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在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。
在又一实施例中，进行如下的附加光纤选择，其中仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。
根据本发明的一些实施例，加权系数全部为0或为正，并且各子集的总和为正。
附图说明
通过以下参考附图对作为非限制性示例给出的本发明实施例的说明，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中：
图1示出包括多模光纤的光学通信***的示例；
图2示出垂直腔面发射激光源的不同模式的强度分布的示例；
图3示出垂直腔面发射激光源的光谱的示例；
图4a和4b示出针对不同多模光纤测量出的DMD图的示例；
图5示出因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的示例；
图6示出代表图5中因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的一族加权函数的示例；
图7a~7f示出针对垂直腔面发射激光源的六种模式的、实际光纤模式功率分布和利用图6的加权函数所获得的光纤模式功率之间的比较的示例；
图8a~8d示出对于长度为550m的链路在数据比特率为10Gbps时、单侧为测量值的对应关系的比较的示例，其中该对应关系为给定比特错误率的功率损失与图8a的最小有效模式带宽、图8b的根据本发明实施例的有效带宽、图8c的根据现有技术所计算出的有效带宽和图8d的现有技术的峰延迟之间的对应关系；
图9示出通过根据本发明实施例的有效带宽计算方法所进行的不同步骤及其子步骤的示例；以及
图10示出为了确定根据本发明实施例的有效带宽计算方法所使用的加权系数而进行的不同步骤的示例。
具体实施方式
图1示出包括多模光纤的光学通信***的示例。多千兆比特以太网光学通信***依次包括发射器1的驱动器8、发射器1的VC SEL源9、注入线2、连接器3、作为本有效带宽计算方法的对象的多模光纤4、连接器3、注入线2、接收器5的PIN二极管6、和接收器5的放大器7。利用直接对VCSEL源9进行调制的驱动器8来生成10Gbps或25Gbps的数字信号。
图2示出垂直腔面发射激光源的不同模式的强度分布的示例。如图1那样的这种高速VCSEL源9通常横向呈多模并且纵向呈单模。这里，表现了由于所包含的总激光源功率的比例高而得到的最相关模式中的六种不同横向模式。存在LP01横向模式、LP11横向模式、LP21横向模式、LP02横向模式、LP31横向模式和LP12横向模式。
结果，各VCSEL模式在耦合至多模光纤时将激发不同的光纤模式。可以通过如下的扩展式以数学方式描述该激发。
(等式1)
其中，和分别是VCSEL源9和多模光纤的第i个模式和第k个模式，并且|ai，k|2是使第i个VCSEL模式耦合到第k个光纤模式内的耦合功率。
图3示出垂直腔面发射激光源的光谱的示例。将以mW为单位的分布功率P标绘为以nm为单位的波长λ的函数。各VCSEL横向模式展现出其自身的波长。结果，VCSEL的光谱呈如图3所示等的离散状。在该示例中，最大功率是通过LP21横向模式所发射的。中间等级的功率分布在LP11横向模式、LP01横向模式和LP02横向模式中。较低等级的功率分布在LP31横向模式和LP12横向模式中。
由于这些VCSEL模式共享同一增益，因此各VCSEL模式尽管由驱动器8的同一电信号所激发但载有自身的光信号si(t)。为了简便，由于链路内的所有光纤、注入线2和多模光纤4展现出相似的折射率分布并且连接器3可被视为理想，因此可以忽略这些连接器的作用。
在该假设下，由第i个VCSEL模式所激发的光波随后经由光纤传播并且受到模式色散(β1)和色度色散(β2)以及衰减α的影响。可以如下表示输出电磁场ψout。
(等式2)其中，ω=2πc/λ并且ωi=2πc/λi，λi是第i个VCSEL模式的波长，L是光纤长度，是si的傅立叶变换，并且是第k个光纤模式的传输函数。
其中，αk是以dB/km为单位的第k个模式的线性衰减，L是以km为单位的光纤长度，αk,BL是应用于第k个模式的附带损耗(可能作为弯曲损耗)，βk，0是传播常数，1/βk，1是群速度，并且βk，2是λi处第k个模式的群速度色散。
因此，可以如下表示到达光纤的输出端的光波。
(等式3)
在由于各VCSEL模式的光谱窄因此等式2中的色度色散的影响被忽略、并且衰减系数为了简单而被忽略的情况下，假定使用二次检测器并且检测器面积足够大，则对于不同的光纤模式，该检测器表面上这些模式之间的重叠积分为0。
因而，总信号等于所有信号的总和。因此，可以推导出以下。
(等式3)
因此：
假定
其中，ω0是光谱的中心波长的波动，并且对于所有光纤模式而言色度色散均相同，
则得到以下等式。
因此，应用到si内部的延迟被分成以下两部分。
-仅与模式色散相关的第一部分：
-仅与色度色散相关的第二部分：
本发明的想法在于通过一组加权函数来提供|ai，k|2、以及相关延迟
定义通过如以下所述的DMD图进行评估的模式色散。
最后，可以如下定义在VCSEL激发下多模光纤的传输函数H(ω)。
(等式4)
根据该等式，可以计算被称为有效带宽的-3dB处的带宽。
图4a和4b分别示出针对两个不同多模光纤的测量出的DMD图的示例。将利用以μm为单位的偏移注入r(也就是说，光注入到多模光纤纤芯内的位置相对于多模光纤纤芯中央的距离)所获得的光纤响应标绘为通常以ns为单位的时间t的函数(并且在利用光纤长度进行标准化的情况下可能以ps/m为单位)。微分模式延迟测量是在提供模式色散的制图的情况下确定多模光纤的模式特性的特征的方式。如今，光纤制造商广泛使用该微分模式延迟测量来对以10Gbps工作并且使用VCSEL源的高速网络所专用的光纤的性能进行评估。DMD测量是根据标准化过程IEC 60793-1-49&TIA-FOTP-220来进行的。尽管该测量方法是针对50μm的多模光纤的特征描述所研发的，但该测量方法还可直接扩展到任何多模光纤，特别是纤芯大小较大或较窄以及/或者数值孔径不同的多模光纤。
针对纤芯半径为50μm的两个不同多模光纤，图4a和4b示出850nm处的DMD测量结果的示例。DMD提供横跨多模光纤半径的模式色散的制图。实际上，在横跨多模光纤半径的一个特定位置处(在该图上被称为偏移注入)注入的短激光脉冲(20ps~1ns)以850nm穿过模场直径为5μm的单模光纤的情况下，该图上的各线与作为时间的函数的功率卷积相对应。
可以如下表示针对各偏移注入的光纤响应Hr DMD。
(等式5)
其中，|br，k|2是DMD测量期间通过偏移注入r在多模光纤的第k个模式内所引起的耦合功率。
然后，通过参数W(r,i)和τi引入加权系数以根据DMD测量构建全局光纤响应。
(等式6)
诸如以下来选择加权系数参数W(r,i)和τi。
(等式7)
(等式8)
因此，等式6等同于等式4。
各第k个光纤模式自身展现出与以m.s-1为单位的时间延迟τ(λ0)和以ps/nm.km为单位的C(λ0)有关的模式色散(β1 k)和色度色散(β2 k)，并且是在通常作为VCSEL光谱的中心波长的λ0处计算出的。在波长以nm为单位并且c是以m.s-1为单位的光速的情况下，得到以下这两个等式。
(等式9)
(等式10)
最后，得到以下。
τi≈1000·C(λ0)·(λi-λ0)+cst
其中，τi以ps/m为单位，C以ps/nm-km为单位，并且λ0和λi以nm为单位。
图5示出因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的示例。对多千兆比特传输***和DMD测量进行建模很方便。这里，已对利用给定收发器在多个多模光纤的300m的链路长度内以10Gbps的数据比特率所进行的传输进行了建模。图5示出激光源的六种不同模式在18组多模光纤内的功率分布。针对激光源的六种不同模式，分别将相关功率RP表示为还被称为主模式编号PNM的多模光纤模式群编号的函数。
图6示出代表图5中因垂直腔面发射激光源的不同模式所引起的光纤模式功率分布的一族加权函数的示例。假定W(r,i)≥0，则这些加权函数实际使以下表达式最小化。
该最小化可以使用如最小二乘法那样的众所周知的算法来进行。
将各加权函数的相关权重RW标绘为以μm为单位的偏移注入r的函数。可以通过图6所示的若干不同的加权函数W(r,i)(其中，每一种注入光横向模式具有一个加权函数)和表1所描述的延迟τi的列表来近似VC SEL激发。
表1：
这些加权函数如图6所示良好地再现VCSEL激发，其中图6描述了因各VC SEL模式而实际引起的模式功率分布以及DMD测量期间通过偏移注入激发的加权和所获得的模式功率分布。
各加权函数W(r,1)~W(r,6)(还称为W 1~W6)是加权系数子集中的离散加权系数，并且W(r,1)~W(r,6)的各总和分别与由激光源注入到多模光纤内的相应的光横向模式1~6的功率成比例。图7a~7f示出针对垂直腔面发射激光源的六种模式的、测量得到的光纤模式功率分布和利用图6的加权函数进行模拟得到的光纤模式功率之间的比较的示例。针对激光源的六种不同模式，分别将相关功率RP表示为还称为主模式编号PMN的多模光纤模式群编号的函数。测量得到的功率分布和模拟得到的功率分布彼此非常接近，并且这同样适用于激光源的所有这六种不同模式。
为了计算有效模式带宽，需要进行以下操作：
-首先，如下计算与各VCSEL模式相对应的时间响应：
其中，sr是DMD测量期间针对各偏移注入所记录的时间响应，s0μm是中心注入，s1μm具有1μm的偏移，…；
-其次，对所有VC SEL模式之间的时间延迟应用以下：
Si(t-τi)
其中，在τi>0的情况下，(t,Si(t))曲线向右侧偏移；
-对第i个VC SEL模式响应进行求和以获得如下的VC SEL模式响应：
因而，如下定义最后计算出的传输函数的-3dB带宽。
其中，Spulse是DMD测量所使用的基准脉冲。
就实验条件而言，已对实际光纤进行了比特错误率测量。对于给定的展现出相同的环形通量和光谱宽度的基于VC SEL源，已从理论推导出加权函数和相关的加权系数。这些加权函数如图6所述并且延迟τi如表1所述。
R2是假定幂定律(y=axb)的情况下测量值和拟合值之间的相关系数。
图8a~8d示出对于长度为550m的链路在数据比特率为10Gbps时、单侧为测量值的对应关系的比较的示例，其中该对应关系为给定比特错误率的功率损失与图8a的最小有效模式带宽、图8b的有效带宽、图8c的根据现有技术所计算出的有效带宽和图8d的现有技术的峰延迟之间的对应关系。
在10Gbps的情况下，针对最佳现有技术的83%的相关性可视为最接近与针对根据本发明的实施例的91%的相关性。因此，与现有技术相比，本发明清楚地示出了测量值和拟合值之间的更好的相关性。
图8a示出针对现有技术方法的39%的相关性，其比图8b所示的根据本发明的方法的91%的相关性低得多。
图8c示出针对第二现有技术方法的83%的相关性，其不如根据本发明的方法的91%的相关性那样良好。
图8d示出针对第三现有技术方法的25%的相关性，其比根据本发明的方法的91%的相关性低得多。
图9示出通过根据本发明实施例的有效带宽计算方法所进行的不同步骤及其子步骤的示例。该计算方法包括：步骤S1，用于进行DMD测量；步骤S2，用于进行全局光纤响应构建，其中该步骤S2被细分成用于进行局部光纤响应构建的子步骤S3、用于使局部响应彼此延迟的子步骤S4和用于对延迟后的局部响应进行求和的子步骤S5这三个子步骤；步骤S6，用于进行有效带宽计算；以及步骤S7，用于进行链路长度和数据比特率确定。在步骤S1中，对多模光纤进行微分模式延迟测量。测量分别与光注入到多模光纤内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合。激光光从单模光纤的输出端在相对于多模光纤纤芯的中央的不同距离处注入到要确定特征的多模光纤的输入端。
在步骤S2中，通过依次进行三个子步骤S3、S4和S5来构建全局光纤响应。因此，优选地，在子步骤S3中，对同一个基本光纤响应的集合应用各个加权系数子集，以构建仅与一种注入光横向模式相对应的局部光纤响应。在子步骤S4中，在这些局部响应之间实现不同的时间延迟。在子步骤S5中，构建作为延迟后的局部响应的总和的全局光纤响应。构建部分光纤响应、使这些局部响应延迟和对延迟后的局部响应进行求和以构建全局光纤响应的所有这三个功能操作可以通过一次计算来进行。在步骤S6中，根据全局光纤响应来计算有效带宽。在步骤S7中，确定长度和比特率依赖于所计算出的有效带宽的、例如以太网光学通信链路的多千兆比特光学通信链路。所计算出的有效带宽越高，链路长度越长并且比特率越高。之后，可以将多模光纤包括在长度和比特率依赖于所计算出的有效带宽的多千兆比特以太网光学通信链路内。
可以针对多个多子集加权函数计算步骤S2，从而解释在步骤S6中产生多个有效带宽的多个VCSEL类型。然后，可以使用如最小有效带宽或5%分位数那样的合理最差情况下的有效带宽，以确保给定长度和比特率的多千兆比特光学链路内的安全传输。
图10示出为了确定通过根据本发明实施例的有效带宽计算方法所使用的加权系数而进行的不同步骤的示例。通过如下的数值优化来获得加权系数，该数值优化包括：对与加权系数子集相对应的各个注入光横向模式，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤S 10的迭代，直到使所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应注入光横向模式的相关发射功率相对应。可以通过建模假定或根据近场测量来排他地推导出光纤内因各VCSEL模式激发或DMD测量期间的偏移注入所引起的模式功率分布。
在步骤S20中，在确认加权和为最小值的情况下，该方法进入步骤S30，其中在步骤S30中，证实将所有加权系数子集的集合用于根据本发明的有效带宽计算方法中。在步骤S20中，在确认加权和不是最小值的情况下，该方法返回至步骤S10。
在计算步骤S10中，优选遵守以下法则的其中一个或多个。一个法则是：加权函数与加权系数子集中的离散加权系数之间的外插相对应，根据各加权函数的面积分别与相应的注入光横向模式的功率成比例。另一法则是：不同的加权系数子集彼此存在时间偏移，其中不同子集的时间偏移分别依赖于不同的注入光横向模式在不同波长处的不同光纤模式色散。又一法则是：不同的注入光横向模式的相关发射功率由几种不同垂直腔面发射激光源的平均功率、优选由至少五种不同源的平均功率、更优选由至少十种不同源的平均功率来确定。
为了确定加权系数所考虑的注入到多模光纤内的注入光的不同模式的数量依赖于工作中实际占主导的VCSEL模式的数量，即发射功率的主要部分的VCSEL模式的数量。本发明的方法可以使用与VCSEL模式一样多的加权函数。该数量通常可以为2~8个，而且可以超过8个，从而产生与加权函数一样多的子集。更优选地，在特别关注最小值或中间值的有效带宽的情况下，可以使用若干族加权函数及其相关延迟来解释多个VCSEL。
已经参考优选实施例说明了本发明。然而，可以在本发明的范围内进行许多变形。
Claims (19)
1.一种用于对多模光纤的给定比特错误率的功率损失进行评估的方法，包括：
在下述第一步骤之前提供所述多模光纤和激光源，并且向所述多模光纤施加来自所述激光源的激光；
第一步骤，进行微分模式延迟测量，其中所述微分模式延迟测量包括测量分别与注入到所述多模光纤内的所述激光在纤芯半径内的不同偏移注入相对应的基本光纤响应的集合；
第二步骤，通过向所述基本光纤响应的集合应用分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入的加权系数集和时间延迟来生成全局光纤响应；以及
第三步骤，根据所述全局光纤响应来计算代表光纤功率损失的参数，
其中，在生成所述全局光纤响应的第二步骤中，所述加权系数集包括相对于彼此存在时间延迟的若干个加权系数子集，至少一个相对时间延迟未被设置为0，并且各子集的加权系数分别依赖于所述基本光纤响应的不同偏移注入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的代表光纤功率损失的参数是所述多模光纤的有效带宽。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，
向同一个基本光纤响应的集合应用各加权系数子集，以生成仅与所述激光源的一种横向模式相对应的局部光纤响应；
向仅与所述激光源的一种横向模式相对应的各局部光纤响应应用时间延迟；以及
构建作为延迟后的不同局部光纤响应的总和的所述全局光纤响应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述激光源的波长和所述激光源的中心波长之间的各个差乘以所述多模光纤的色度色散的乘积作为各时间延迟。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对加权系数和时间延迟进行选择，使得所述激光源的光谱宽度的均方根即RMS大于0.2nm。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光源的中心波长在840nm～860nm的光谱范围内。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激光源的最大波长和最小波长之间的差大于0.6nm。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，加权函数与加权系数子集中的离散加权系数之间的插补相对应，根据各加权函数的面积分别与所述激光源的相应波长的功率成比例。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加权系数集包括至少四个加权系数子集。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加权系数集包括至多十个加权系数子集。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，通过数值优化来获得加权系数，该数值优化包括：针对与加权系数子集相对应的各个注入光横向模式，进行光纤模式中模拟得到的注入光功率分布和测量得到的注入光功率分布之间的差的计算步骤的迭代，直到所计算出的差的加权和最小化为止，其中所计算出的差的相关加权与相应注入光横向模式的相关发射功率相对应。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，利用与不同激光源相对应的不同加权系数集以及相关时间延迟来多次计算光纤功率损失的代表参数，并且保留最差的所计算参数或保留5％的最差参数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所计算参数的值来进行光纤选择。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述所计算参数是有效带宽，以及所述光纤选择保留在850nm处所展现出的有效带宽大于3000MHz-km的光纤。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述微分模式延迟测量是以1μm的步长来进行的。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多模光纤的纤芯半径大于10μm。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多模光纤的数值孔径大于0.17。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，进行附加光纤选择以仅保留所表现出的有效模式带宽大于预定阈值的光纤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，进行附加光纤选择以仅保留在850nm处所展现出的有效模式带宽大于4700MHz-km的光纤。
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