CN108370267B - 根据单波长表征选择宽带多模光纤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于根据单一波长选择宽带多模光纤的方法，该方法包括针对各多模光纤进行以下步骤：使用在第一单一波长处执行的DMD测量来获得(300)第一DMD图；根据所述第一DMD图获得(310)第一多模光纤规格参数；并且该方法包括针对各光纤进行以下步骤：根据所述第一DMD图获得(320)作为径向偏移值的函数的、表示径向偏移延迟的曲线，称为ROD曲线；针对至少两个径向偏移值范围对ROD曲线应用(330)线性拟合；根据从针对各径向偏移值范围应用的线性拟合获得(340)被称为ROD斜率的平均径向偏移延迟斜率；选择(350)针对所述第一多模光纤性能参数符合第一预定规格标准、并且所计算出的至少两个ROD斜率符合预定斜率标准的多模光纤。

Description

根据单波长表征选择宽带多模光纤的方法
技术领域
本发明涉及光纤传输领域，并且更具体地涉及在相对长距离和高比特率的系统中使用的多模光纤。
更具体地，本发明涉及一种根据单波长表征选择宽带多模光纤的方法。
在本文中，宽带多模光纤被理解为具有大于20nm的工作波长范围的多模光纤，特别是但不限于包括在850nm和950nm之间的工作波长范围。
本发明特别适用于宽带OM4多模光纤，但不限于宽带OM4多模光纤。
背景技术
多模光纤从光通信行业一开始就不断演进，直到当前正经历的以太网业务爆发。通过VCSEL技术实现的高速多模光纤(例如OM4光纤，其是由国际标准化组织在ISO/IEC11801文档以及TIA/EIA492AAAD标准中标准化的激光优化的高带宽50μm多模光纤)等)已被证明是高数据速率通信的首选媒介，其提供可靠且经济高效的10～100Gbps的解决方案。宽带(WB)多模光纤与用于粗波分复用(CWDM)的较长波长的VCSEL的组合是用于满足未来需求的增长的值得考虑的关注选项。
然而，直到现在为止，OM4光纤的高模带宽仅在窄波长范围(通常为850nm+/-10nm)内实现。在更广泛的波长范围内满足OM4性能要求的宽带(WB)多模光纤的可用性是下一代多模系统要克服的挑战。
OM4光纤性能通常通过在给定单一波长处的有效模式带宽(EMB)评估来定义。例如，OM4光纤在850nm波长处应当展现出大于4700MHz-km的EMB。实现如此高的EMB值需要对多模光纤的折射率分布进行非常准确的控制。到目前为止，传统的制造工艺不能确保如此高的EMB，并且通常很难根据对芯棒或芯条的折射率分布测量来准确预测EMB值，特别是在预期高EMB(通常大于2000MHz-km)的情况下这意味着光纤折射率分布接近最佳分布。事实上，EMB是直接在光纤上评估的。
为了使模式色散最小化，OM4光纤通常包括示出从光纤的中心向与包层的接合点逐渐减小的折射率的芯。一般来说，通过已知为“α分布”的关系来给出折射率分布，如下所示：
Figure BDA0001688514620000021
其中r≤a
其中：
n0是光纤光轴上的折射率；
r是相对于所述光轴的距离；
a是所述光纤的芯的半径；
Δ是无量纲参数，表示光纤的芯和包层之间的折射率差；以及
α是一个无量纲参数，表示折射率分布的一般形状。
可以调整用于支配折射率渐变的芯的形状的Alpha参数(α)，以使OM4多模光纤的模式带宽在850nm(这是高速数据通信的典型工作波长)处最大。如Molin等人在文献“WideBand OM4Multi-Mode Fiber for Next-Generation 400Gbps DataCommunications”(在ECOC 2014中)中所示，通常选择给定的α参数值以提供最佳的EMB。
通过对由于模式色散而引起的延迟(已知为“色散模式延迟(Dispersion ModalDelay)图形表示”，通过首字母缩略为DMD图形表示)的测量来评估有效模式带宽(EMB)。这在于记录多模光纤针对用于对芯进行径向扫描的单模注入的脉冲响应。这提供了DMD图，然后对该DMD图进行后处理以评估光纤在给定波长处可以提供的最小EMB。DMD测量过程是标准化(IEC60793-1-49和FOTP-220)的主题，并且也在电信工业协会的文档编号TIA-455-220-A中被指定。各DMD度量或DMD值以皮秒/米(ps/m)为单位表示。这在考虑到以光纤长度归一化后的偏移注入的集合的情况下确定了穿过光纤的最快脉冲和最慢脉冲之间的延迟。各DMD度量或DMD值基本上评估模式色散。低DMD值，即通过DMD测量的低模式色散通常导致更高的EMB。
基本上，通过在光纤的中心注入具有给定波长的光脉冲并通过测量给定光纤长度L之后的脉冲延迟来获得DMD图形表示，其中给定波长的光脉冲的引入具有径向偏移以覆盖多模光纤的整个芯。以不同的径向偏移值如此重复各测量，以提供所检查的多模光纤的模式色散的绘图。然后，对这些DMD测量结果进行后处理，以确定光纤的有效传递函数，由此可以确定EMB的值。
目前，所有多模光纤制造商在其整个生产中仅在单一波长处进行DMD测量和EMB评估，该单一波长针对OM4认证通常为850nm+/-2nm、以及针对OM3认证为850nm+/-10nm。
随着新型多模光纤应用的出现，要求在宽操作窗口内实现高EMB，多模光纤制造商的主要考虑之一是能够在宽波长范围(例如在850nm和950nm之间)内容易评估EMB的能力。
使用上述经典测量过程(包括一系列在单一波长处的DMD测量和EMB评估)来在波长范围内(即多个波长处)评估光纤的EMB，这将需要在充分分散在关注的波长范围内的多个波长处进行若干测量过程。然而，在多个波长处进行不同的各DMD测量来鉴定光纤的EMB，这极大地导致测量时间以及用于测量和生产宽带多模光纤的成本的增加。这样的解决方案将明显需要安装各自以不同波长发射的若干光源和若干相应的检测器，这将代表复杂且昂贵的操作。
因此，仍然需要一种简单且低成本的方法来在生产期间仅根据单波长表征来识别确保在宽波长光谱上具有高模式带宽的多模光纤。
文献US 8,351,027提出使用可从DMD测量中导出的度量结合诸如有效模式带宽和DMD等的行业标准度量来获得对如通过BER测试所测量的多模光纤信道链路性能的更准确的预测。该度量可用于选择或验证接近DMD测量的波长的波长处的光纤性能。
本发明在至少一个实施例中提供如下的方法，其中该方法使得能够在表征被限制至单一波长的情况下确保宽带多模光纤在相对大的光谱窗口上的EMB。
在至少另一个实施例中，本发明提供一种用于从一批多模光纤中选择宽带多模光纤的方法，该方法易于实现并且降低了多模光纤测量成本。
发明内容
本发明的特定实施例提出了一种用于根据单一波长选择宽带多模光纤的方法，针对各多模光纤，该方法包括以下步骤：
-使用在第一单一波长(λ1)处对所述多模光纤执行的色散模式延迟的测量来获得第一DMD图，所述DMD图包括各自以不同的径向偏移值r记录的多个迹线，其中所述径向偏移值r从所述多模光纤的轴线即r＝0至径向偏移值r＝a，a是所述多模光纤的芯半径；
-根据所述第一DMD图，获得在该单一波长处的至少一个第一多模光纤规格参数；
并且，针对各多模光纤，该方法还包括以下步骤：
-根据所述第一DMD图获得作为所述径向偏移值r的函数的、表示所述多模光纤的径向偏移延迟的曲线，其中该曲线被称为ROD曲线，其中0≤r≤a；
-针对至少一个径向偏移值范围对所述ROD曲线应用线性拟合；
-根据针对各径向偏移值范围应用的所述线性拟合获得被称为ROD斜率的径向偏移延迟斜率；
-选择针对所述至少一个第一多模光纤性能参数符合第一预定规格标准、并且所计算出的至少一个ROD斜率符合至少一个预定斜率标准的多模光纤。
本发明的一般原理依赖于使用在表示多模光纤的径向偏移延迟的曲线上计算出的斜率参数来，以根据在单一波长处所执行的简单DMD表征推导出这些光纤的宽带可能性能。
ROD斜率被定义为由线性拟合给出的斜率。应用于ROD曲线的线性拟合例如通过仿射函数来在特定的径向偏移范围上对ROD曲线进行近似。
根据特定特征，对于各预定斜率标准，针对所计算的ROD斜率以及/或者具有所计算出的所述至少一个ROD斜率的至少两个计算出的ROD斜率的集合来验证斜率条件，其中所述斜率条件由至少一个阈值来定义。
根据特定特征，所述至少一个径向偏移值范围包括第一偏移范围(A)，所述第一偏移范围(A)是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.75；1.00]或者该径向偏移范围[0.75；1.00]的子范围。
该第一偏移范围与对芯-包层界面处的折射率分布变化敏感的光纤折射率分布特征部分相对应。
根据特定特征，针对所述第一径向偏移值范围计算第一ROD斜率，并且其中进行选择的所述步骤考虑按照如下定义的第一预定斜率标准：
第一斜率条件，使得sA<-3.0×10-3，
其中，sA是以ps/m/μm来表示的所述第一ROD斜率的值。
因此，可以在选择步骤中仅考虑一个斜率参数来执行本发明。仅将所计算出的斜率sA与给定的斜率阈值进行比较，其中在该阈值以下，选择该多模光纤。换言之，在该斜率阈值以上的多模光纤被拒绝。
根据特定特征，所述至少一个径向偏移值范围包括：
-第二偏移范围(B)，所述第二偏移范围(B)是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.40；0.80]或者该径向偏移范围[0.40；0.80]的子范围，以及
-第三偏移范围(C)，所述第三偏移范围(C)是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.0；0.25]或者该径向偏移范围[0.0；0.25]的子范围。
第二偏移范围对沿着折射率梯度的任何的折射率分布偏差都很敏感，例如对将影响光纤提供的EMB的alpha参数值的偏移敏感。第三偏移范围对纤芯中心周围的折射率分布偏差(即最佳折射率)敏感。
因此，针对各自对应于光纤折射率分布特征部分的一个或多个不同的径向偏移值范围，执行对ROD曲线应用线性拟合的步骤。第一偏移范围对应于靠近光纤的芯-包层界面的折射率分布区域；第三偏移范围对应于靠近光纤中心轴的折射率分布区域；第二偏移范围对应于上述两个区域之间的中间折射率分布区域。
根据特定特征，针对第二径向偏移值范围和第三径向偏移值范围分别计算第二ROD斜率和第三ROD斜率，所述第一预定斜率标准还包括：
第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-2.0×10-3，
其中，sB和sC是以ps/m/μm来表示的所述第二ROD斜率和所述第三ROD斜率的值。
根据本发明的方法可以进一步考虑两个斜率参数的集合。然后，通过定义多参数阈值的仿射函数来定义第二斜率条件(这与通过单个参数阈值(常数函数)定义的第一斜率条件相反)。
该第一预定斜率标准与针对在950nm的单一波长处具有等于或高于2700MHz-km的可能的有效模式带宽(EMB)(即可能的宽带性能)的多模光纤的“接受标准”相对应。
根据特定特征，进行选择的所述步骤考虑如下定义的第二预定斜率标准：
第一斜率条件，使得sA<-6×10-3，
其中，sA是以ps/m/μm来表示的所述第一ROD斜率的值。
根据特定特征，所述第二预定斜率标准(CROD2)还包括：
第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-4.0×10-3，
其中，sB和sC是以ps/m/μm来表示的所述第一ROD斜率、所述第二ROD斜率和所述第三ROD斜率的值。
该第二斜率标准与针对具有可能宽带性能的多模光纤的窄接受标准相对应。该第二斜率标准可以与第一斜率标准相结合，以通过优先测量符合这些更严格标准的光纤来使测量的有效性最大化。
根据特定特征，所述至少一个径向偏移值范围的长度等于归一化后的芯半径的至少0.04。
对于芯半径为25微米的多模光纤施加1微米的最小公差，得到归一化后的芯半径的0.04。这使得在ROD曲线上能够具有足够数量的点(即足够的DMD数据)，以针对所考虑的偏移值范围在ROD曲线上有效地应用线性拟合。
偏移值范围的“长度”表示包含在所述值范围的下限值和上限值之间的长度。例如，第一偏移范围[0.75；1.00]的长度为0.25(0.75为下限值，1.00为上限值)。
更具体地，所述至少一个径向偏移值范围的长度等于归一化后的芯半径的至少0.10。
根据特定特征，所述芯半径是25μm±1.25μm，以及：
-所述第一径向偏移值范围(A)包含在19μm和23μm之间；
-所述第二径向偏移值范围(B)包含在10μm和20μm之间；
-所述第三径向偏移值范围(C)包含在0μm和6μm之间。
根据特定特征，所述至少一个第一多模光纤规格参数是在850nm的单一波长处的有效模式带宽，以及至少一个所述第一预定规格标准是所述有效模式带宽等于或高于4700MHz-km。
根据特定特征，所述至少一个第一多模光纤规格参数是在850nm的单一波长处的过满注入带宽，以及至少一个所述第一预定规格标准是过满注入带宽等于或高于3500MHz-km。
根据特定特征，针对所选择的各多模光纤，所述方法还包括以下步骤：
-使用在第二单一波长处对所选择的多模光纤执行的色散模式延迟测量来获得第二DMD图；
-根据所述第二DMD图获得在所述第二单一波长处的至少一个第二多模光纤规格参数(P2)；
并且，所述方法还包括用于进一步选择符合第二预定规格标准的多模光纤的子选择步骤。
根据特定特征，所述至少一个第二多模光纤规格参数是在950nm的单一波长处的有效模式带宽，以及至少一个所述第二预定规格标准是有效模式带宽等于或高于2700MHz-km。
在另一实施例中，本发明涉及包括程序代码指令的计算机程序产品，当所述程序在计算机或处理器上执行时，该程序代码指令用于实现(在任何不同实施例中的)上述方法。
在另一实施例中，本发明涉及一种存储程序的非暂时性计算机可读载体介质，该程序在由计算机或处理器执行时使计算机或处理器执行(在任何不同实施例中的)上述方法。
附图说明
本发明的实施例的其它特征将从以下通过说明性和非穷举性的示例以及从附图给出的描述中显现，其中：
-图1示出实现多模光纤的光通信系统的示例；
-图2提供DMD测量过程的原理的示意图；
-图3提供根据本发明的方法的特定实施例的流程图；
-图4描述根据本发明的特定实施例的针对多模光纤获得的、示出ROD曲线的计算的DMD图形表示的示例；
-图5以图形方式描述了根据本发明的特定实施例的根据图4的DMD迹线获得的作为径向偏移值r的函数的ROD曲线；
-图6示出根据本发明的特定实施例的、对图5的ROD曲线的ROD斜率的计算的示例，所述ROD斜率作为所选择的径向偏移值范围的函数；
-图7和图8以图形方式描述了针对满足OM4要求的一组多模光纤(OM4光纤)的ROD斜率参数的归一化分布；
-图9示出表示了作为在950nm的波长处测量的有效模式带宽的函数的OM4光纤组的分布的直方图；
-图10和图11以图形方式描述了针对图7和图8的被限制于在950nm处展现出高于2700MHz-km的有效模式带宽的光纤的OM4光纤组的ROD斜率参数的归一化分布；
-图12和图13以图形方式描述了作为斜率参数的函数的实际为宽带的OM4光纤的概率分布；
-图14示出了根据本发明的特定实施例的选择装置的简化结构。
具体实施方式
在本文的所有附图中，相同的元件和步骤由相同的附图标记指定。
下面描述的根据本发明的方法适用于芯直径为50μm的OM4多模光纤。当然，本发明不限于这种特定的应用，并且可以应用于任何其它类型的多模光纤。
本发明的一般原理依赖于使用在表示多模光纤的径向偏移延迟的曲线上计算出的斜率参数来根据限制于单一波长的DMD特性推导出这些光纤的宽带可能性能。
图1示出了包括多模光纤的光通信系统的示例，这是本选择方法的目的。多千兆位以太网光通信系统依次包括发射器1的驱动器8、发射器1的VCSEL源9、注入线2、连接器3、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。通过用于直接调制VCSEL源9的驱动器8来产生10Gbps或25Gbps的数字信号。
图2示出差分模式延迟(DMD)测量的已知原理。DMD测量在于向多模光纤中依次射入光脉冲(超快激光脉冲)，其中该光脉冲具有给定的单模波长(例如λ1＝850nm)，并且在各连续脉冲之间相对于光纤芯的中心具有不同径向偏移。然后，在光纤的给定长度(L)之后测量穿过光纤的各脉冲的延迟。各光脉冲以不同的径向偏移值(“偏移注入”)r射入，从光纤的中心轴r＝0(即光纤芯的中心)至r＝a，其中a是光纤的芯半径。由此获得的各延迟迹线对应于给定的径向偏移值。
更确切地，光学参考脉冲由光源以单一波长(例如850nm)发射，并被注入到芯直径为5μm的单模注入光纤的芯10中。从单模光纤的端部起，光学参考脉冲跨过所测试的多模光纤(MMF)20的芯。多模光纤20通常具有50μm的芯直径。对于芯上的各偏移(例如，以1微米递增的0～25微米)，由高带宽光学接收器30记录输出脉冲，从而给出发射脉冲的形状，即DMD迹线(也称为DMD测量值)。y轴以微米为单位描述相对于光纤芯的中心的径向偏移r，并且x轴以皮秒或纳秒为单位描述时间。例如，DMD测量过程以r＝0开始并且以r＝a结束。通常，使用穿过光纤的最快脉冲的前沿和最慢脉冲的后沿(典型阈值为最大值的25％)的延迟差。通常在考虑偏移注入的特定范围的情况计算最快时间和最慢时间之差来评估多模光纤30的模式色散。这些时间延迟差被称为DMD值。
图2上所示的DMD图200的示例示出24个记录迹线的集合，各迹线对应于针对给定的相对于光纤芯中心的径向偏移值r而执行的DMD测量。
图3示出根据本发明的选择方法的特定实施例的流程图。
在生产的出口处取一批多模光纤。多模光纤的标准半径为25μm(±1.25μm)。该方法的目的是在所测试的一批光纤中选择满足OM4标准指标并且在950nm的波长处大概率展现出等于或高于2700MHz-km的有效模式带宽(EMB)的光纤。
在步骤300中，如在FOTP-220标准中阐述的，在850nm波长(λ1)处对各多模光纤进行DMD测量。在该步骤结束时，获得各测试光纤的DMD图。图4示出针对所测试的一批光纤中的给定光纤获得的DMD图的示例：x轴以纳秒为单位描述时间，并且y轴以微米为单位描述偏移注入。
对于所获得的各DMD图执行以下步骤310至340，但是随后针对给定的DMD图描述步骤310至340(这是为了简化本发明的描述)。
在步骤310中，对先前步骤中获得的DMD图的DMD数据进行处理，以获得表示850nm(λ1)处的光纤性能的一个或多个OM4光纤规格参数。例如，OM4光纤规格参数是850nm波长处的EMB(规格参数P1)。从DMD图获得850nm处的EMB的处理对于本领域技术人员而言是众所周知的。例如在标题为“Differential Mode Delay Measurement of Multimode Fiber inthe Time Domain”的文献TIA-455-220-A(2013年1月，FOTP-220)中说明了该处理。
另一个OM4光纤规格参数可以是850nm波长处的OFL带宽(规格参数P1')。从DMD图获得850nm处的OFL带宽的处理对于本领域技术人员而言是众所周知的。例如A.Sengupta的文献“Calculated Modal Bandwidths of an OM4 Fiber and the TheoreticalChallenges”(IWCS，美国北卡罗来纳州夏洛特，2009年，第24页)中说明了该处理。
在步骤320中，如图5所示，根据步骤300中获得的DMD图计算作为径向偏移值(r)的函数的表示径向偏移延迟的曲线(以下称为ROD曲线)。ROD是在DMD测量期间记录的迹线的平均延迟相对于参考迹线(例如对应于中心偏移注入(即r＝0μm)的迹线)的平均延迟。可以将ROD计算为所考虑的迹线的重心，如下所示：
Figure BDA0001688514620000111
其中，sr(r)是在时间窗口[0，T]上的DMD测量期间以偏移值r记录的迹线，L是所测试的多模光纤的长度。
ROD曲线是被定义成如下的函数f(r)：
f(r)＝ROD(r)-ROD(rREF)
其中，rREF是参考偏移值，这里rREF＝0μm。
图4示出给定DMD图的径向偏移延迟。各圆使针对给定的径向偏移值计算出的平均延迟形象化。这里所示的示例对应于针对与15μm的径向偏移相对应的DMD迹线计算的平均偏移延迟。
图5示出在参考偏移值被设置为0μm的情况下根据图4的DMD图获得的相应的ROD曲线f(r)。径向偏移r包括在0和25μm(即光纤芯半径)之间。函数f(r)以ps/m表示。
在步骤330中，如图6所示，将线性拟合应用于在先前步骤中获得的ROD曲线的三个不同的径向偏移值范围：
-第一偏移范围A(以下称为“外部偏移范围”)与靠近芯-包层界面的光纤折射率分布区域相对应，例如19≤r≤23μm；
-第三偏移范围C(以下称为“内部偏移范围”)与靠近光纤的中心轴的光纤折射率分布区域相对应，例如0≤r≤6μm；
-第二偏移范围B(以下称为“中间偏移范围”)与位于内部偏移范围和外部偏移范围之间的中间光纤折射率分布区域相对应，例如10≤r≤20μm。
选择这三个偏移值范围是因为它们各自与影响有效模式带宽评估的多模光纤折射率分布特征部分相对应，即：
-第一偏移范围A对芯-包层界面敏感，这意味着梯度外部和周围包层中的第一微米的折射率分布(例如可以用凹槽或环设计)；
-第二偏移范围B对由于alpha参数的值(由alpha参数支配折射率分布的形状)而引起的沿着折射率梯度的任何分布偏差是敏感的，例如对alpha参数相对于在850nm处提供最佳EMB的alpha参数的偏移是敏感的；
-第三偏移范围C对纤芯中心周围的折射率分布偏差(即相对于折射率分布的中心处的最佳折射率的偏差)敏感。
在这个示例中，包括在24和25μm之间的偏移范围被排除，因为其基本上对应于由测量误差造成的噪声部分。当然，在不偏离本发明的范围的情况下，可以在方法的步骤中考虑这个特定的偏移范围。
应当注意，第二偏移范围可以与第一偏移范围和第三偏移范围中的一个和/或另一个重叠。这里使用的表述“在第一偏移范围和第三偏移范围之间”没有排除不同偏移范围的可能的重叠。
然而，更一般地，ROD曲线f(r)可以被分成如下的三个径向偏移值范围：
-第一偏移范围A是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化(r/a)后的径向偏移范围[0.75～1.00]或者该径向偏移范围[0.75～1.00]的子范围；
-第二偏移范围B是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化(r/a)后的径向偏移范围[0.40～0.80]或者该径向偏移范围[0.40～0.80]范围的子范围；
-第三偏移范围C是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化(r/a)后的径向偏移范围[0.00～0.25]或者该径向偏移范围[0.00～0.25]的子范围。
本示例中使用的偏移范围的数量是三个。本发明不限于该示例，而是还可以在不偏离本发明的范围的情况下，利用更大或更小数量的偏移范围来实现。如果偏移范围是外部偏移范围A，则根据本发明的方法可以仅利用一个该偏移范围(因此仅如下所述的一个斜率条件)来实现。发明人已经意识到数量为三个的偏移范围可以给出根据本发明实施例的方法对实际符合所需性能规格的宽带多模光纤的满意的选择率。
第一、第二和第三偏移范围(A，B，C)的长度分别具有归一化后的径向偏移的0.25、0.40和0.25的范围长度。“长度”是指包括在所考虑的值范围的下限值和上限值之间的长度。更一般地，根据本发明的各偏移值范围的下限值和上限值之间的长度至少为归一化芯半径的0.04。事实上，对25微米的芯半径施加1微米的最小公差给出归一化芯半径的0.04的。0.04的最小值确保在ROD曲线上具有足够数量的点(即足够的DMD数据)，以针对所考虑的偏移值范围在ROD曲线上有效地应用线性拟合。
在步骤340中，根据针对在先前步骤中设置的各径向偏移值范围应用的线性拟合来获得径向偏移延迟斜率(以下称为ROD斜率)。
ROD斜率是针对给定径向偏移范围通过线性拟合给出的斜率。应用于ROD曲线(f(r))的线性拟合通过仿射函数而在特定内部偏移范围、中间偏移范围和外部偏移范围上对ROD曲线进行近似，例如：
f(r)＝ROD Slope×r+Constant
因此，线性拟合给出两个系数：斜率'ROD Slope'和偏移'Constant'。
在该步骤结束时针对内部偏移范围、中间偏移范围和外部偏移范围所获得的ROD斜率分别称为“内部ROD斜率”(或图中的“内部ROD斜率”)sA，“中间ROD斜率”(或图中的“中间ROD斜率”)sB和“外部ROD斜率”(或图中的“外部ROD斜率”)sC。
根据本发明，使用根据850nm处的DMD测量计算出的这些斜率参数来评估在950nm处的光纤宽带性能。
在步骤350中，在针对该批光纤中的各多模光纤执行了之前的步骤300至340之后，选择满足以下标准的多模光纤：
-满足针对在步骤310中获得的OM4光纤规格参数P1的预定规格标准CP1的多模光纤，以及
-在步骤340中计算出的内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率满足至少一个预定斜率标准(下文称为CROD1或CROD2)的多模光纤。
例如，如果对于该光纤在步骤310中计算的850nm处的EMB(P1)等于或高于4700MHz-km(CP1)，并且如果在步骤340中计算出的内部ROD斜率(sA)、中间ROD斜率(sB)和外部ROD斜率(sC)符合第一预定斜率标准(以下称为CROD1)，则选择该光纤。
为了符合根据本发明的该第一斜率标准CROD1，斜率参数sA、sB和sC必须通过以下斜率条件的验证：
-第一斜率条件，使得sA<-3.0×10-3ps/m/μm，以及
-第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-2.0×10-3ps/m/μm。
如果符合这些斜率条件，则这意味着所考虑的光纤符合第一斜率标准CROD1。该第一斜率标准对应于在950nm的单一波长处可能的有效模式带宽(EMB)等于或高于2700MHz-km的多模光纤的“接受标准”。
因此，该规格标准CP1和斜率标准CROD1旨在选择在850nm处展现出OM4性能并且在950nm处展现出高于2700MHz-km的EMB的光纤。
针对CROD1的第一斜率条件例如在图12中由斜率阈值STH11示出。该斜率条件由等于-3.0×10-3ps/m/μm的常数函数定义。针对CROD1的第二斜率条件例如在图13中由阈值STH21示出。该斜率条件由包括两个斜率参数sB和sC的仿射函数定义(换句话说，该斜率条件由多参数阈值定义)。本发明不限于使用常数函数和仿射函数；可以使用利用sA、sB和sC的更复杂规则。
还可以针对各光纤独立地或者作为第一斜率标准的进一步来测试第二预定斜率标准(CROD2)。该第二个接受标准比第一个斜率标准(CROD1)更严格。
为了符合根据本发明的第二斜率标准CROD2，斜率参数sA、sB和sC必须通过以下斜率条件的验证：
-第一斜率条件，使得sA<-6×10-3ps/m/μm；以及
-第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-4.0×10-3ps/m/μm。
如果验证了这些斜率条件，则对于相关光纤来说符合第二斜率标准CROD2，这意味着相关光纤可能在950nm处展现出高于2700MHz-km的EMB，并且概率较高(实际符合OM4规格并在950nm处提供等于或高于2700MHz-km的EMB的概率大于90％)。
该第二斜率标准CROD2具有比第一斜率标准CROD1更窄的关于斜率值的条件。
针对CROD2的第一斜率条件例如在图12中由斜率阈值STH21示出。该斜率条件由等于-6.0×10-3ps/m/μm的常数函数定义。针对CROD2的第二斜率条件例如在图13中由阈值STH22示出。该斜率条件由包括两个斜率参数sB和sC的仿射函数定义(换句话说，该斜率条件由多参数阈值定义)。本发明不限于使用常数函数和仿射函数；可以使用利用sA、sB和sC的更复杂规则。
该特定实施例的思想是预先选择最可能在950nm处符合要求的光纤，以便优先或限制在950nm处对这些光纤进行的实际DMD测量。
应当注意，在本实例中讨论的各斜率条件是由单斜率阈值(第一斜率条件)或多斜率阈值(第二斜率条件)定义的。当然，在不偏离本发明的范围的情况下，可以通过两个阈值(例如最小阈值和最大阈值)来定义斜率条件。此外，重要的是要注意，可以采用斜率条件作为要覆盖的波长范围和DMD测量所用的波长的函数。
为了评估上述标准的效率，已经对满足OM4要求的一组光纤(以下称为“OM4光纤”)上在850和950nm处进行了实际DMD测量。图7和图8以图形方式描述了针对OM4光纤组的斜率参数(内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率)的归一化分布，因此符合规格标准CP1。左侧y轴描述中间ROD斜率的值，并且x轴描述内部ROD斜率(图7)或外部ROD斜率(图8)的值。注意x轴和y轴中具有×10-3的系数。已经在850nm的波长处进行了该多模光纤组的DMD测量。已经使用上述偏移范围A(0≤r≤6μm)、B(10≤r≤20μm)和C(19≤r≤23μm)来计算内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率。
图10和图11以图形方式描述了针对被限制于在950nm处也表现出高于2700MHz-km的EMB的光纤的OM4光纤组的斜率参数(内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率)的归一化分布。左侧y轴描述中间ROD斜率，并且x轴描述内部ROD斜率(图10)或外部ROD斜率(图11)。注意x轴和y轴中具有×10-3的系数。
图7、图8、图10和图11的归一化分布的最大发生被任意设定为100。
图9报告该OM4光纤组在950nm处的EMB的分布。要选择的OM4光纤是在950nm处展现出等于或大于2700MHz-km的EMB(即位于图9上的虚线右侧的EMB)的光纤。
图12和图13以图形方式描述了作为内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率的函数的实际为宽带的OM4光纤的概率分布。这两个图形是各自在[内部ROD斜率；中间ROD斜率]空间(图12)和[中间ROD斜率中间；外部ROD斜率]空间(图13)中、通过OM4光纤数量(图7和8)中的宽带光纤数量(图10和图11)的比例来建立的。左侧y轴描述中间ROD斜率的值，并且x轴描述内部ROD斜率(图12)或外部ROD斜率(图13)的值。注意x轴和y轴具有×10-3的系数。针对给定的一对中间-内部ROD斜率(图12)或给定的一对中间-外部ROD斜率(图13)计算出的值与所测试光纤为宽带OM4(即符合OM4规格标准(CP1)并在950nm处具有高于2700MHz-km的EMB的光纤)的概率(在右边y轴上以灰度的百分比表示)相对应。这些图形突出显示了关于斜率参数的、由光纤必须展现如本发明中定义的宽带OM4性能的百分比表征的可接受和不可接受的区域。
因此，图12和图13的图形使得能够仅根据在850nm处测量的内部ROD斜率、中间ROD斜率和外部ROD斜率来评估OM4光纤实际为宽带的概率。然后，可以使用这些图形决定是否在950nm处实际进行测量。
注意到，宽带OM4光纤(意味着在950nm处展现出EMB>2700MHz-km的OM4光纤)的分布在[内部ROD斜率；中间ROD斜率]空间中更局限于左侧，并且在[中间ROD斜率；外部ROD斜率]空间中更局限于左下侧。这证明在上述三个偏移范围A、B和C上的选择有助于从在850nm处的DMD特征波长中检测出潜在的宽带OM4光纤。
因此，例如可以看出，具有诸如[sA<-6×10-3ps/m/μm]和[sB<-1.4×sC-4×10-3ps/m/μm]等的斜率值的多模光纤展示出实际符合OM4规格并在950nm处提供等于或高于2700MHz-km的EMB的概率大于90％。因此，可以选择该批光纤中的展现出大于90％的概率的光纤。当然，90％的阈值是示例，可以根据想要做的权衡、针对方法的实现来设置其它阈值。
例如，还可以看出，具有诸如[sA>-3×10-3ps/m/μm)]和[sB>-1.4×sC-2×10-3ps/m/μm]等的斜率值的多模光纤具有不到6％的机率在950nm处具有等于或高于2700MHz-km的EMB。可以针对这些不符合性能概率标准的光纤节省在950nm处进行测量的成本。
已经表明，由于本发明的方法，大约28％的在950nm处的测量可以被避免。
本发明不限于该特定实施例，并且也可以在不偏离本发明的范围的情况下以更大或更小数量的斜率条件来实现。例如，如果斜率条件是关于外部ROD斜率sA的条件，那么根据本发明的方法可以仅用该一个斜率条件简单地实现。在这种情况下，实际符合OM4规格并在950nm处提供等于或高于2700MHz-km的EMB的概率可能小于在该方法中使用两个斜率条件的情况下的概率。
而且，在步骤310中获得的针对OM4光纤规格参数P1'的另一个预定规格标准CP1'也可以在光纤选择步骤中被验证：例如，如果针对该光纤在步骤310中在850nm处获得的OFL带宽(P1')等于或高于3500MHz-km(CP1')，则选择该光纤。
在特定实施例中，该方法则可以包括针对先前步骤350中选择的各多模光纤进行以下步骤(在图3中未示出)：
-使用在950nm的单一波长(λ2)处对所选择的多模光纤进行的色散模式延迟(DMD)测量来获得第二DMD图；
-根据第二DMD图获得表示在950nm波长(λ2)处的光纤性能的一个或多个OM4光纤规格参数P2；
-针对规格参数P2来进一步选择符合第二预定规格标准CP2的多模光纤：例如950nm处的EMB(P2)必须等于或高于2700MHz-km(CP2)。
图14示出根据本发明的特定实施例的选择装置60的简化结构，其中选择装置60例如执行图3中所示的选择方法。
装置60包括非易失性存储器61(例如只读存储器(ROM)或硬盘)、易失性存储器63(例如随机存取存储器RAM)和处理器62。非易失性存储器61是非暂时性计算机可读载体介质。非易失性存储器61存储由处理器62执行的可执行程序代码指令，以便能够实现上面结合图3所述的选择方法。
在初始化时，上述程序代码指令从非易失性存储器61传输到易失性存储器63，以由处理器62执行。易失性存储器63同样包括用于存储该执行所需的变量和参数的寄存器。
装置60接收针对所测试的各多模光纤的DMD测量数据64作为输入。装置60针对各个所测试的多模光纤产生如下项作为输出：
-光纤符合上述OM4规格和宽带性能标准的概率水平(例如百分比)，和/或
-用以选择或不选择此光纤以进一步进行EMB实际测量的指示。
上述选择方法的所有步骤都可以通过以下来很好地等价实现：
-通过执行由诸如PC型装置、DSP(数字信号处理器)或微控制器等的可再编程计算机执行的一组程序代码指令。该程序代码指令可以存储在可拆卸或不可拆卸的非暂时性计算机可读载体介质(例如软盘、CD-ROM或DVD-ROM)中；
-通过专用机器或组件，例如FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)或任何专用硬件组件实现。
换句话说，本发明不限于以计算机程序指令的形式的基于纯软件的实现方式，而是也可以以硬件形式或硬件部分和软件部分的组合的任何形式来实现。
尽管已经参照具有特定条件的预定斜率标准的示例描述了本发明，但本领域技术人员将意识到，可以在不偏离本发明和/或所附权利要求的范围的情况下在形式和细节上进行改变。实际上，上述特定条件(例如阈值)可以适用于针对除了850-950nm以外的波长范围并且根据在除850nm以外的波长处执行的DMD表征来推导多模光纤的可能性能。

Claims (16)

1.一种用于根据单一波长选择宽带多模光纤的方法，针对各多模光纤,该方法包括以下步骤：
-使用在第一单一波长λ1处对所述多模光纤执行的色散模式延迟即DMD的测量来获得第一DMD图(300)，所述DMD图包括各自以不同的径向偏移值r记录的多个迹线，其中所述径向偏移值r从所述多模光纤的轴线即r＝0至径向偏移值r＝a，a是所述多模光纤的芯半径；
-根据所述第一DMD图，获得在所述第一单一波长处的至少一个第一多模光纤规格参数P1(310)；
其特征在于，针对各多模光纤，该方法还包括以下步骤：
-根据所述第一DMD图，获得作为所述径向偏移值r的函数的、表示所述多模光纤的径向偏移延迟的曲线(320)，其中该曲线被称为ROD曲线，0≤r≤a，其中，ROD是在DMD测量期间记录的迹线的平均延迟相对于参考迹线的平均延迟，将所述ROD计算为所考虑的迹线的重心，如下所示：
Figure FDA0003561506780000011
其中，sr(r)是在时间窗口[0，T]上的DMD测量期间以偏移值r记录的迹线，L是所测试的多模光纤的长度，所述ROD曲线被定义成如下的函数f(r)：f(r)＝ROD(r)-ROD(rREF)，rREF是参考偏移值，这里rREF＝0μm；
-针对至少一个径向偏移值范围，对所述ROD曲线应用线性拟合(330)；
-根据针对各径向偏移值范围应用的所述线性拟合，获得被称为ROD斜率的径向偏移延迟斜率(340)；
该方法还包括选择步骤(350)，所述选择步骤(350)用于选择针对所述至少一个第一多模光纤规格参数P1符合第一预定规格标准CP1、并且所计算出的至少一个ROD斜率符合至少一个预定斜率标准的多模光纤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于各预定斜率标准，针对所计算的ROD斜率以及/或者所计算出的所述至少一个ROD斜率的至少两个计算出的ROD斜率的集合来验证斜率条件，其中所述斜率条件由至少一个阈值来定义。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个径向偏移值范围包括第一偏移范围A，所述第一偏移范围是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.75；1.00]或者该径向偏移范围[0.75；1.00]的子范围。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，针对所述第一偏移范围A计算第一ROD斜率sA，其中所述选择步骤考虑按照如下定义的第一预定斜率标准CROD1：
第一斜率条件，使得sA<-3.0×10-3，
其中，sA是以ps/m/μm表示的所述第一ROD斜率的值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个径向偏移值范围还包括：
-第二偏移范围B，所述第二偏移范围是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.40；0.80]或者该径向偏移范围[0.40；0.80]的子范围，以及
-第三偏移范围C，所述第三偏移范围是针对所述多模光纤的芯半径进行归一化后的径向偏移范围[0.0；0.25]或者该径向偏移范围[0.0；0.25]的子范围。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，针对第二偏移范围B和第三偏移范围C分别计算第二ROD斜率sB和第三ROD斜率sC，所述第一预定斜率标准CROD1还包括：
第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-2.0×10-3，
其中，sB和sC是以ps/m/μm表示的所述第二ROD斜率和所述第三ROD斜率的值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述选择步骤考虑按照如下定义的第二预定斜率标准CROD2：
第一斜率条件，使得sA<-6×10-3，
其中，sA是以ps/m/μm表示的所述第一ROD斜率的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二预定斜率标准CROD2还包括：
第二斜率条件，使得sB<-1.4×sC-4.0×10-3，
其中，sB和sC分别是以ps/m/μm表示的所述第二ROD斜率和所述第三ROD斜率的值。
9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个径向偏移值范围的长度等于归一化后的芯半径的至少0.04。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个径向偏移值范围的长度等于归一化后的芯半径的至少0.10。
11.根据权利要求5所述的方法，其中，所述芯半径是25μm±1.25μm，以及：
-所述第一偏移范围A包含在19μm和23μm之间；
-所述第二偏移范围B包含在10μm和20μm之间；
-所述第三偏移范围C包含在0μm和6μm之间。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个第一多模光纤规格参数P1是在850nm的单一波长处的有效模式带宽即EMB，以及至少一个所述第一预定规格标准CP1是所述有效模式带宽等于或高于4700MHz-km。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个第一多模光纤规格参数P1是在850nm的单一波长处的过满注入带宽即OFL带宽，以及至少一个所述第一预定规格标准CP1是所述过满注入带宽等于或高于3500MHz-km。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，针对所选择的各多模光纤，还包括以下步骤：
-使用在第二单一波长λ2处对所选择的多模光纤执行的色散模式延迟即DMD的测量来获得第二DMD图；
-根据所述第二DMD图，获得在第二单一波长λ2处的至少一个第二多模光纤规格参数P2；
所述方法还包括用于进一步选择符合第二预定规格标准CP2的多模光纤的子选择步骤。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个第二多模光纤规格参数P2是在950nm的单一波长处的有效模式带宽即EMB，以及至少一个所述第二预定规格标准CP2是所述有效模式带宽等于或高于2700MHz-km。
16.一种存储有计算机程序产品的非暂时性计算机可读载体介质，其特征在于，所述计算机程序产品包括用于当在计算机或处理器上执行程序时实现根据权利要求1至15中任一项的方法的程序代码指令。
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