CN113169796A - 选择宽带多模光纤的方法 - Google Patents

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CN113169796A CN201980079166.8A CN201980079166A CN113169796A CN 113169796 A CN113169796 A CN 113169796A CN 201980079166 A CN201980079166 A CN 201980079166A CN 113169796 A CN113169796 A CN 113169796A
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Abstract

本申请描述了一种方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处测量的差分模延迟数据来选择在第二波长处满足第二最小带宽要求的光纤。所述方法包括：在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中，DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括第二判断标准，该第二判断标准包括：在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶数阶多项式构造，其具有以下形式：式(I)
Figure DDA0003092369330000011
Figure DDA0003092369330000012

Description

选择宽带多模光纤的方法
本申请根据35U.S.C.§119要求2018年11月30日提交的美国临时申请系列第62/773552号的优先权，其内容作为本申请的基础并且通过参考完整地结合于此。
领域
本公开涉及一种基于在不同于第二波长的第一波长处进行的测量来选择在第二波长处满足某些性能标准的光纤的方法。
背景
与短波长VCSEL(垂直腔面发射激光器)一起使用的多模光纤已经成为短距离高数据网络的主要技术。这种网络的示例包括办公楼和数据中心。铜网络越来越无法满足此类网络的要求。与多模光纤相比，单模光纤可以实现更大的数据速率和传输长度。但是，相比于使用单模光纤与单模光纤和单模光纤的小纤芯直径所需的各类激光器、接头和连接器耦接的网络，使用多模光纤与VCSEL耦接的网络更便宜。短距离高数据网络不需要单模光纤可实现的更高数据速率和传输长度。因此，多模光纤为此类网络提供了有效的低成本光连接解决方案。
目前，在850nm工作的多模光纤是短距离高数据网络中使用的领先光学介质。这样的光纤通常满足称为“OM4”的一组行业标准要求，它在850nm处规定了最低带宽要求。但是，最近的趋势正在将多模光纤推动到更长的波长。因此，最近批准的OM5行业标准要求在953nm处规定了最低带宽要求。由于需要与传统的850nm系统兼容并具有波分复用能力，因此OM5光纤还必须满足OM4要求。所以，OM5标准包括OM4标准的所有要求，以及953nm的其他最低带宽要求。
光纤制造工艺不可避免地带来光纤之间的变化，从而影响光纤的性能。例如，设计用于生产OM4光纤的工艺可能会给实际满足OM4要求的光纤带来高产量，但是可能有些光纤不符合OM4要求。因此，在出售之前，通常要在发货前对每根光纤进行测量和验证，以符合OM4规范。例如，在850nm处的带宽测量可以确定光纤不满足OM4要求，但确实满足OM3要求。如果测得的850nm带宽证明光纤满足OM4要求，则可以在953nm处进行第二次带宽测量，以确定该光纤是否也满足OM5要求。还有其他类型的行业标准要求，例如OM1、OM2和OM3。另外，客户有时需要符合非标准要求的光纤，例如，在行业标准未规定的波长处的最低带宽要求，或高于行业标准所要求的最低带宽要求。
表1列出了截至2018年6月OM1、OM2、OM3、OM4和OM5光纤的行业标准要求。OM1和OM2现在作为原始规范包含在IEC11801的信息附录中。
表1
Figure BDA0003092369310000021
通过使用850nm激光在光纤上进行称作差分模延迟或“DMD”测量的行业标准测量，可以验证多模光纤对于850nm激光源满足4700Mhz-km的OM4标准要求。行业标准允许以两种不同方式利用此测量方法。首先，可以将DMD测量结果与掩模(mask)进行比较，DMD测量结果提供了输入激光脉冲的各种径向位置的数据。如果DMD测量结果满足掩模要求，则表明该光纤符合4700MHz-km的要求。其次，DMD测量结果可用于计算有效最小带宽(计算值)或“minEMBc”。如果minEMBc高于阈值，则证实光纤满足OM4要求，即在850nm处为(4700MHz-km/1.13)＝4160MHz-km。如果minEMBc大于或等于表1中的最小模式带宽数值除以1.13(不是直接与表1中的带宽数值比较)，则ISO/IEC 11801和ANSI/HA-568-C.3标准将光纤定义为满足OM4或OM5光纤的要求。类似地，可以将minEMBc乘以1.13的积与表1中的值进行比较，以验证OM4和OM5光纤。除非另有说明，否则本文采用相同的约定。对于过满注入法或OFL，利用一组不同的计算，也可以将850nm处的DMD测量结果用于使光纤符合3500MHz-km的OM4标准要求。对于OM5光纤，需要在850nm处具有相同的规格，以及在953nm波长处的DMD测量和minEMBc。
一些光纤制造商拥有专门为在850nm处进行这种DMD测量而量身定制的设备基础。另外，光纤制造商可能保存有在850nm处对OM4光纤测得的DMD测量数据库。可以在第二波长(例如OM5标准的953nm或其他客户指定的波长)处进行其他DMD测量。然而，由于满足此第二标准的光纤只是制造销售的一小部分，对每根光纤进行第二次测量并不划算。因此，需要一种基于在850nm处进行的DMD测量来选择可能在953nm或其他波长处满足带宽要求的多模光纤的方法。更一般地，需要一种方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处进行的DMD测量来选择可能在第二波长处满足带宽要求的光纤。
概述
在第一方面，提供了一种方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处测量的差分模延迟数据来选择在第二波长处满足第二最小带宽要求的光纤。所述方法包括：
在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中，DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括第二判断标准，该第二判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000041
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量(indexing variable)，数值k＝{1...K}，其中K是2或3。
在第二方面中，对于第一方面的方法，利用针对每个r值测量的数据的重心(centroid)来确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
在第三方面中，对于第一方面的方法，利用针对每个r值测量的数据的峰值来确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
在第四方面，对于第一方面的方法，通过以下方法确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性：
对在第一波长处测量的DMD数据进行解卷积，以确定模式群延迟数据τg；
用理论Pxg矩阵对模式群延迟数据τg进行再卷积，以确定径向空间中的光滑差分模延迟数据；
利用针对每个r值测量的数据的重心，确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
在第五方面中，对于第一至第四方面中任一项的方法，对于k＝1：
r1,1＝0微米，r2,1＝7+微米；
对于r1,1和r2,1限定的径向范围，当差分模延迟数据的最小二乘拟合是具有以下形式的函数：
Figure BDA0003092369310000051
并且其系数为：
-0.02ns/km≤c01≤0.2ns/km；
-1.5ns/km≤c11≤0.5ns/km；以及
-2.0≤ns/km≤c21≤8.0ns/km时，
在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性处于预定参考函数的预定公差内。
在第六方面中，对于第一至第五方面中任一项的方法：
K＝3；
对于k＝2和k＝3，预定公差χ2为：
Figure BDA0003092369310000052
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
Figure BDA0003092369310000053
r是以微米为单位的径向位置；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝w3＝1。
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝15微米；
r1,3＝15微米；
r2,3＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.02ns/km；
c1,2＝-0.2至0.01ns/km；
c2,2＝-0.6至0.01ns/km；
对于k＝3；
c0,3＝0.01至0.1ns/km；
c1,3＝-0.35至-0.1ns/km；
c2,3＝0.05至0.25ns/km。
在第七方面，对于第六方面的方法，其中：
对于k＝2：
c0,2＝0.0009ns/km；
c1,2＝0.0011ns/km；
c2,2＝-0.206ns/km；
对于k＝3；
c0,3＝0.0391ns/km；
c1,3＝-0.233ns/km；
c2,3＝0.146ns/km。
在第八方面中，对于第一至第五方面中任一项的方法：K＝3；
对于k＝2和k＝3，预定公差χ2为：
Figure BDA0003092369310000061
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
Figure BDA0003092369310000062
r是以微米为单位的径向位置；
K＝3；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝w3＝1。
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝15微米；
r1,3＝15微米；
r2,3＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.02ns/km；
c1,2＝-0.2至0.01ns/km；
c2,2＝-0.6至0.01ns/km；
对于k＝3；
c0,3＝0.01至0.1ns/km；
c1,3＝-0.35至-0.1ns/km；
c2,3＝0.05至0.25ns/km。
在第9方面中，对于第八方面的方法：
对于k＝2：
c0,2＝0.0009ns/km；
c1,2＝0.0011ns/km；
c2,2＝-0.206ns/km；
对于k＝3；
c0,3＝0.0391ns/km；
c1,3＝-0.233ns/km；
c2,3＝0.146ns/km。
在第十方面中，对于第六至第九方面中任一项的方法，第二组判断标准要求χ2<3(ns/km)2。
在第十一方面中，对于第十方面的方法，第二组判断标准要求χ2<2.5(ns/km)2。
在第十二方面中，对于第十一方面的方法，第二组判断标准要求χ2<2(ns/km)2。
在第十三方面中，对于第一至第十二方面中任一项的方法，该方法还包括：
基于第一组判断标准，根据满足第一波长处的第一最小带宽要求选择多模光纤，该第一组判断标准包括：
第一判断标准，其使用在第一波长处测得的多模光纤的测定差分模延迟(DMD)数据作为输入。
在十四方面中，对于第十三方面的方法，该方法还包括根据在第一波长处测得的DMD数据计算在第一波长处的有效最小带宽(minEMBc1)，并且其中第一判断标准要求minEMBc1大于或等于第一阈值。
在第十五方面中，对于第十三至第十四方面中任一项的方法，该方法还包括将第一掩模应用于在第一波长处测量的DMD数据，并且其中第一判断标准要求在第一波长处测量的DMD数据通过第一掩模。
在第十六方面中，对于第一至第十五方面中任一项的方法，第一波长小于第二波长。
在十七方面中，对于从第一至第十六方面中任一项的方法，第一波长在847nm-853nm范围内。
在第十八方面中，对于第十四方面的方法，第一波长在847nm-853nm范围内，第一阈值是4160MHz-km。
在第十九方面中，对于第十三至第十八方面中任一项的方法，该方法还包括根据在第一波长处测得的DMD数据计算在第一波长处的过满注入带宽(OFLc1)，并且其中第一组判断标准还包括：要求OFLc1大于或等于3500MHz-km的判断标准。
在第二十方面中，对于第一至第十九方面中任一项的方法，该方法还包括：
在第二波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中，DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第二波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
除了第二组判断标准，还基于第三组判断标准，根据满足第二波长处第二最小带宽的要求来选择多模光纤，第三组判断标准包括：
第三判断标准，其使用在第二波长处测得的多模光纤的测定差分模延迟(DMD)数据作为输入。
在第二十一方面中，对于第二十方面的方法，该方法还包括根据在第二波长处测得的DMD数据计算在第二波长处的有效最小带宽(minEMBc2)，并且其中第三判断标准要求minEMBc2大于或等于第二阈值。
在第二十二方面中，对于第二十至第二十一方面中任一项的方法，该方法还包括将第三掩模应用于在第二波长处测量的DMD数据，并且其中第三判断标准要求在第二波长处测量的DMD数据通过第三掩模的参数。
在第二十三方面中，对于从第一至第二十二方面中任一项的方法，第二波长在950nm-956nm范围内。
在第二十四方面中，对于第二十一方面的方法，第二波长在950nm-956nm范围内，第二阈值是2190MHz-km。
在第二十五方面，对于第二十至第二十四方面中任一项的方法，该方法还包括根据在第二波长处测得的DMD数据计算在第二波长处的过满注入带宽(OFLc2)，并且其中第三组判断标准还包括要求OFLc2大于或等于1850MHz-km的判断标准。
在第二十六方面中，对于第二十到二十五方面中任一项的方法，在测量多模光纤在第二波长处的差分模延迟(DMD)数据之前满足第二组判断标准。
在第二十七方面，提供了一种从多个多模光纤中选择第三亚组多模光纤的方法，所述第三亚组多模光纤满足第一波长处第一最小带宽和大于第一波长的第二波长处第二最小带宽的要求。所述方法包括：
在第一波长处测量多个多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于以下判断标准选择所述多个多模光纤中的第一亚组：
通过第一掩模，该第一掩模直接应用于在第一波长处测得的DMD数据；
基于以下判断标准选择所述多个多模光纤中的第二亚组：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000091
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3；
通过应用进一步的选择判断标准来选择所述多个多模光纤中的第三亚组；
其中：
所述第一亚组是所述多个多模光纤中的亚组；
所述第二亚组是所述第一亚组中的亚组；
所述第三亚组是所述第二亚组中的亚组。
在第二十八方面，提供一种选择多模光纤的系统，该多模光纤满足在第一波长处的第一最小带宽和在大于第一波长的第二波长处的第二最小带宽的要求。该系统包括：
构造成在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据的测量装置，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
第一选择装置，其构造成如果所述多模光纤通过了应用于所述多模光纤在所述第一波长处的DMD数据的第一掩模，则选择所述多模光纤；
第二选择装置，其构造成如果所述多模光纤通过了选择判断标准，则选择所述多模光纤，所述选择判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000101
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3。
在第二十九方面，提供一种选择多模光纤的方法，该多模光纤满足在第一波长处的第一最小带宽和在大于第一波长的第二波长处的第二最小带宽的要求。所述方法包括：
基于第一组判断标准，根据满足第一波长处的第一最小带宽要求选择多模光纤，该第一组判断标准包括：
第一判断标准，其使用在第一波长处测得的多模光纤的差分模延迟(DMD)数据作为输入；和
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性或模式群数目依赖性(modegroup number)在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000111
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3。
在第三十方面，提供了一种方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处测量的差分模延迟数据来选择在第二波长处满足第二最小带宽要求的光纤。所述方法包括：
在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括第二判断标准，该第二判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000121
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少一个范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k、c2,k和c3,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{1...K}，其中K是1或2。
在第三十一方面，对于第三十方面的方法：
K＝2；
对于k＝1：
r1,1＝0微米，r2,1＝7+微米；
对于r1,1和r2,1限定的径向范围，当差分模延迟数据的最小二乘拟合是具有以下形式的函数：
Figure BDA0003092369310000122
并且其系数为：
-0.02ns/km≤c01≤0.2ns/km；
-1.5ns/km≤c11≤0.5ns/km；
-2.0≤ns/km≤c21≤8.0ns/km；并且
其中c3,k为拟合而设定为0时，在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性处于预定参考函数的预定公差内。
在第三十二方面中，对于第三十至第三十一方面中任一项的方法：
K＝2；
对于k＝2，预定公差χ2为：
Figure BDA0003092369310000123
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
r是以微米为单位的径向位置；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝1。
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.01ns/km；
c1,2＝-0.3至0.1ns/km；
c2,2＝-0.5至0.3ns/km；以及
c2,3＝-0.1至0.4ns/km。
在第三十三方面中，对于从第一至第二十二方面中任一项的方法，第二波长在950nm-1070nm范围内。
考虑到多项式形式的差异，第三十至第三十二方面的方法可以与第一至第二十九和第三十三方面以任何合理排列的组合。
附图简述
图1显示了用于实施方法的流程图。
图2显示了相对延迟与归一化半径平方的关系图，包括十二根优质宽带光纤的平均值的曲线(带实心圆的曲线)和用于计算平均值的光纤中的四根光纤的曲线。
图3A显示了对图2中的平均化曲线(实心圆)在7微米≤r≤25微米范围内的三阶多项式拟合(实线)。
图3B显示：曲线310是在7微米≤r≤15微米范围内对图2中的平均化曲线(实心圆)的二阶多项式拟合(实线)；曲线320是在15微米≤r≤25微米范围内对图2中的平均化曲线(实心圆)的二阶多项式拟合(虚线)。
图4显示了实施例C的优质宽带光纤的模式群延迟的图线。
图5显示了对第一多模光纤进行DMD测量获得的延迟与径向偏移的关系。
图6显示了第一多模光纤的延迟与模式群的关系。
图7显示了两个具体光纤的相对延迟与归一化半径平方的图线。
详细描述
针对多种波长处带宽性能的光纤选择
除了OM4标准所要求的850nm带宽要求外，最近采用的OM5标准还要求多模光纤满足953nm的某些带宽要求。换句话说，OM5光纤也将符合OM4标准。在开发新的制造技术之前，可能只有很小一部分的OM4光纤也符合OM5标准。这部分归因于这样的事实，即许多OM4光纤可能已经使用针对生产OM4光纤的方法和规格来制造，而没有过多考虑满足OM5标准。
利用在850nm处进行的DMD测量，已证实OM4光纤符合OM4标准。因此，OM4光纤的制造商设备齐全，可以在850nm处进行DMD测量，并且可能保存有针对OM4光纤的此类DMD测量的数据库。
目前，通过在953nm处进行的DMD测量，基于要满足的OM5标准判断OM5光纤是否合格。但是，光纤制造商以前并不需要在953nm处进行大量DMD测量，因此可能没有足够的设备来为生产的每根光纤进行这样的测量。要不在953nm进行大量额外测量(包括在最终可能不满足OM5标准的许多光纤上的测量)的情况下确定何时OM4光纤也可满足OM5标准，这是一个挑战。
因此，需要利用在850nm处进行的DMD测量来挑出OM4光纤，它们有可能满足(或者不满足)OM5标准。这样的选择过程将使光纤制造商能够进一步分析在850nm处获得的用于判定光纤是否符合OM4标准的DMD数据，在此基础上仅对有可能满足OM5标准的OM4光纤在953nm处进行DMD测量。
更一般地，光纤制造商可能拥有在一个或多个特定波长处的DMD测量结果的数据库，且/或拥有在一个或多个特定波长处相对容易地获得这样的测量结果的能力。但是，市场或特定客户可能需要在其他波长处具有指定性能特征的光纤。因此，需要在不实际在第二波长处进行DMD测量之前，利用在第一波长处进行的DMD测量结果来选择可能在与第一波长不同的第二波长处满足性能特性的光纤。一旦选择了可能在第二波长处满足性能特征的光纤，就可以在第二波长处进行DMD测量，以确认该光纤在第二波长处是否满足所需性能特征。
该选择过程显著减少了在第二波长(例如953nm)处所需的DMD测量数量。结果，在第二波长处满足性能规格的光纤的识别效率和速度提高，例如识别在953nm处满足OM5带宽要求的光纤。
虽然本文中的许多示例都涉及利用在850nm处进行的DMD测量结果来预测光纤是否会满足在953nm处的带宽要求，但所描述的方法具有普遍适用性，可用于预测光纤是否会在不同于第一波长的第二波长处满足带宽要求，其中在第一波长处进行DMD测量。第二波长可以小于或大于第一波长。第二波长可以在980nm至1064nm之间的范围内(包括980nm和1064nm)，例如980nm、1000nm、1020nm或1064nm。
第一和第二波长通常是特别令人关注的波长，原因包括基于标准的要求、特定消费者的要求或在一个或两个波长处的测量设备的可及性。
带宽
沿光纤传输的信号包括多个光脉冲。光被注入到光纤的输入端，并在光纤的输出端被检测到。信号完整性要求脉冲彼此之间可区分，并且与光纤输出端的背景噪声可区分。光纤的“带宽”是每单位时间可以沿光纤长度发送多少个可区分的脉冲的量度。较高的“带宽”意味着脉冲可以更靠近在一起，从而每单位时间可以发送更多的信息。随着脉冲传播距离的增加，某些限制带宽的现象(例如衰减和脉冲展宽)通常会变得更加明显。因此，给定的光纤能够在较短的长度上提供较高的带宽。结果，通常以频率乘以长度的单位(特别是MHz-km)来表示光纤的带宽。例如，当输入脉冲来自850nm激光器时，要求OM4光纤具有4700MHz-km的最小有效模式带宽。
一些现象(例如吸收)会导致光脉冲沿光纤传输时衰减。当信号衰减到无法可靠地与背景噪声区分开的程度时，信号将失去完整性。诸如模式色散之类的某些现象会导致光脉冲沿光纤传播时展宽。当这种展宽导致脉冲重叠到无法区分信号中的相邻脉冲的程度时，信号将失去完整性。无论出于何种原因，这种完整性的损失都会限制光纤的带宽。对于OM4和OM5光纤，模式色散通常是限制多模光纤性能的现象。
本文使用的带宽和相关术语定义如下：
带宽：当光脉冲注入到多模光纤中时，它会逐渐展宽。通过进行输入脉冲和输出脉冲的傅立叶变换H(f)并观察振幅比|H_出(f)|/|H_入(f)|，可利用“带宽”对多模光纤的脉冲展宽进行量化。“带宽”定义为该比率首次降低到0.5时的频率f。对于标准偏差为σns/km的高斯型输出脉冲，带宽约为0.19/σGHz.km。
模式带宽：多模光纤的模式带宽是因模式色散(各模式之间的不同延迟差异)(而不是诸如色度色散之类的其他效应)引起展宽的带宽。在这种情况下，输出脉冲取决于每个模式群中的相对功率以及群之间的相对延迟。“模式带宽”不仅取决于光纤的模式延迟，还取决于其相对功率，后者取决于注入条件。例如，与来自特定VCSEL的注入相比，将同等功率注入每个单独模式的“过满注入”可能导致不同的测量或计算模式带宽。
有效模式带宽(EMB)：光纤的EMB组合了模式群延迟(这是光纤属性)和模式群中的功率(这是特定注入条件(例如VCSEL激光器)的属性)。
术语“带宽”和“模式带宽”是通用术语，可指使用不同注入条件的带宽。术语“有效模式带宽”依赖于对注入条件的限定。本领域技术人员通常可以从上下文中看出术语的含义。例如，在标准的语境中对带宽的讨论是指该标准所定义的带宽。如本文中所使用，除非另外指明或从上下文可以明确，否则术语“带宽”、“模式带宽”和“有效模式带宽”是指由ISO/IEC 11801和ANSI/TIA-568-C.3标准化的minEMBc。
术语EMBc(计算的EMB)是指利用DMD脉冲的加权总和构造输出脉冲。光纤的单个DMD可通过使用不同的加权函数来模拟不同激光器的效果。术语minEMBc是指用10个不同的加权函数生成的一组10个EMBc中的最小EMBc，这是由TIA和IEC标准化的。对于OM3、OM4和OM5光纤，通过DMD测量结果计算出的minEMBc必须符合某种规范。
模式群和模式色散
在光纤领域，“模式”是一种电场分布，它在沿光纤传播过程中是自洽的。特定光纤支持的模式数量取决于光纤的纤芯直径和数值孔径以及光的波长。较小的纤芯直径和较小的数值孔径支持较少的模式。当用于预定传输波长时，单模光纤仅具有一种引导传播模式，因此不会遭受模式色散。多模光纤具有有限数量的引导传播模式。“模式群”是具有相同“有效折射率”的一组模式，哪怕它们可以穿过光纤纤芯的不同部分。这些模式彼此紧密耦合，并以大约相同的速度在光纤中传播。例如，第一模式群包括具有两个偏振分量的LP01模式，并且视为符合本公开的目的的模式群。第二模式群包含两个空间简并的LP11模式，每个模式都有两个偏振分量。第三模式群包含LP02模式和两个空间简并的LP21模式，每个模式都有两个偏振分量。纤芯直径为50微米且NA为0.2的多模光纤通常在850nm处支持18个模式群。
不同的模式群可以在光纤中以不同的速度传播。结果，来自激发多种模式的光输入脉冲的信号沿着光纤传播时，该信号会展开，因为不同的模式以不同的速度传播。这种展开称为“模式色散”。即使对于单色信号，即单波长信号，也会发生模式色散。对于与典型光源一起使用的多模光纤，模式色散通常是限制光纤带宽的主要因素。
模式色散取决于波长。因此，同一根光纤在不同的波长处可能具有不同的模式色散表现。
DMD测量
直接测量多模光纤中单个模式群的传播速度非常困难，因为大多数输入信号都会激发多个模式群。因此，任何给定输入信号的结果都会产生包含有关各种模式群的混合信息的数据。通常进行DMD或“差分模色散”测量以获得此类数据。通过将脉冲激光聚焦在被测光纤的纤芯上的特定位置来进行DMD测量。高速检测器和采样示波器接收离开光纤的激光脉冲。记录输出脉冲幅度随时间的变化。然后，激光光斑跨越光纤纤芯半径。在每个位置都记录相似的幅度和时间数据。然后，该数据用于确定每个径向脉冲的相对延迟。DMD测量的“相对延迟”是相对于参考延迟而言的，例如，当激光的径向偏移距离光纤中心线7微米时所测得的延迟。除非另有指明，否则相对延迟是相对于激光的径向偏移距离光纤中心线7微米时测得的延迟计算的。
可以参考图5看到，DMD数据是在不同时间点具有各种幅度的脉冲形式。对于本文所述的一些计算，将这种脉冲表征为处于单个时间点是有用的。这样做的一种方法是对于给定的r值，使用测量数据的峰值幅度作为单个“延迟”。峰值延迟的一个吸引人之处在于它的计算简单。这样做的另一种方法是对于给定的r值，使用脉冲的重心作为单个“延迟”。图5中的垂直线代表这样的重心。重心值可以通过在每个径向偏移处对峰位置进行径向加权平均得出：
Figure BDA0003092369310000181
其中，<τr>是偏移量r处的重心延迟(例如，图5中的竖线)，τ是时间(例如，图5中的x轴)，并且I(τ)是位置τ处的脉冲幅度(例如，图5中曲线的幅度)。除非另有指明，否则在本文的实施例中使用重心值。“重心”延迟的一个吸引人之处在于，它通常是DMD偏移位置的光滑函数。
将延迟脉冲表征为单点的另一种方式是对径向空间中的模式群数据进行去卷积，以确定模式群延迟数据，如图6所示。然后，可以将该模式群延迟数据重新卷积回径向空间。做这些变换的好处是，它们在径向空间生成平缓变化的重心，然后可以将其用作给定r值的单个延迟。这种使用变换的技术消除了色调色散展宽和差分衰减的影响，并且在某些情况下可能会更清楚地指示性能。确定给定r值的单个延迟的每种方法都有其优点和缺点。也可以使用其他方法。
除非另有指明，否则本文描述的DMD测量是根据IEC 60793-1-49进行的。
DMD测量提供有关通过多模光纤传播的光的相对延迟的信息，该相对延迟随光输入脉冲的径向位置变化。
径向空间和模式群空间
出于本申请的目的，“空间”是与坐标系有关的数学概念。在“径向空间”，提供随输入信号的径向位置变化的数据——输入的激光脉冲的每个径向位置都有一个数据点、数据集或曲线。径向位置可被认为是径向空间坐标系的轴，例如x轴。在“模式群空间”，提供随模式群变化的数据——每个模式群都有一个数据点、数据集或曲线。模式群可被认为是模式群空间坐标系的轴。
DMD数据记录在“径向空间”，因为数据是针对激光脉冲相对于光纤中心线的各个位置进行测量的。DMD数据包括有关模式群延迟的信息。但是，由于模式群延迟信息混入各个径向位置，因此难以直接看到该信息。在每个输入径向位置，输入激光脉冲激发多种模式。而且，每种模式都由多个激光位置激发。对于靠近纤芯中心的位置，优先激发低阶模式。对于靠近纤芯边缘的位置，优先激发高阶模式。这样，在DMD测量中，每个激光脉冲的相对延迟是由各种模式群延迟的组合引起的。但是，DMD数据不会直接提供有关每个模式群的相对延迟的信息。径向空间中的DMD数据处于特定波长，即测量该数据的波长。
图5显示了径向空间中的DMD数据的示例。在Y轴上使用偏移量或径向位置表示数据在径向空间中。
变换为模式群空间
例如，DMD测量结果可以在径向空间中用矩阵Fxt表示，其中x是偏移量，而Fxt是在偏移量x处的DMD脉冲数据Fx(t)的离散矩阵。Fxt是一个矩阵，其中行是测得的每个径向偏移量，列是每个离散时间点。相同的数据可以在模式群空间中由矩阵hgt表示，其中g是模式群，而hgt是模式群g的数据hg(t)的离散矩阵。hgt是一个矩阵，其中行是测得的每个模式群，列是每个离散时间点。
“变换”是一种将数据从一个空间映射到另一个空间的方法。每个模式群hgt的相对延迟可以通过从径向空间到模式群空间的变换从Fxt获得。类似地，可以通过从模式群空间到径向空间的变换从hgt获得Fxt。例如，通过将“g”模式群延迟函数hg(t)与由Pxg矩阵给出的权重结合，可以将hgt矩阵中的数据从模式群空间变换到径向空间(Fxt矩阵中的数据)：
Fxt＝∑gPxghgt (1)
例如，Pxg矩阵与IEC-60793-1-49第C2节中描述的Pxg矩阵相同，但符号不同。它是这样一个矩阵，其定义了模式群“g”中DMD偏移“x”的相对功率。可以利用注入光纤的输入光束与光纤模式之间的重叠积分进行数值计算。
当测量DMD数据时，在上式中，已知所测数据的矩阵Fxt和理论Pxg矩阵。可以通过从径向空间到模式群空间的变换来估计矩阵hgt，这是前面段落中描述的从模式群空间到径向空间的变换的“逆变换”。
DMD数据从径向空间到模式群空间的变换中遇到的一个问题是“斑点尺寸”效应，这是由于激光激发光斑的有限尺寸而在给定偏移x处激发多个模式群的结果。在US6400450B1中提出的克服斑点尺寸效应的一种方法是使用迭代非线性最小二乘法来估计离散模式群延迟。然而，该方法是计算机密集型的，并且在生产应用中不切实际。
我们发现，我们可以使用线性约束最小二乘法构造一个与Pxg相反的矩阵，我们将其记作Qgx。当用于将数据从径向空间变换到模式群空间时，基于直接反转Pxg的Qgx可能会带来不希望的噪声。通过数学方法光滑Pxg可以解决此问题，同时仍会产生可用的模式群空间数据。通过对每个时间值t最小化以下方程来完成此光滑处理：
Figure BDA0003092369310000201
方程式1中的第一项满足方程式1，方程式2中的第二项强制hgt为g的光滑函数。系数λ1确保该光滑度要求是一个小的约束。λ1根据具体情况凭经验确定——应采用会得到hgt的光滑解的最小λ1。采用太大的λ1值会过分强调光滑性，从而导致信息丢失。如上所述，使用太小的λ1值会导致不希望的噪声。矩阵0g’t(行是模式群，列是时间)的每个项的值为零。Dg’g是一个方矩阵，行和列都是模式群，对角线上的值为-2(g＝g')，非对角线上的值为1(g＝g'±1)。χ2是拟合误差的度量，即hgt对上述方程的拟合程度。方程2可以通过采用奇异值分解(singular value decomposition)的标准最小二乘法来求解，如《数字算法：科学计算机艺术》(Numerical Recipes:The Art of Scientific Computer)(Press等，剑桥大学出版社，1986)中所述。所得到的hgt相对于使用原始Pxg矩阵计算的hgt“光滑”。
方程(2)以其特定形式写成等效于增广线性矩阵方程，适用于含奇异值分解的最小二乘解：
Figure BDA0003092369310000202
增广向量和增广矩阵的顶部“行”是方程式(2)中的第一项，底部“行”是第二项。矩阵Qgx是该增广矩阵的伪逆矩阵(最小二乘逆矩阵)。
Qgx是这样一个矩阵，其行是模式群g，列是偏移量x，通过利用标准矩阵分解技术获得，如《数字算法：科学计算机艺术》(Press等，剑桥大学出版社，1986)中所述。一旦获得Qgx，其可用于多根光纤。
然后，可以利用逆矩阵Qgx通过简单的矩阵乘法生成函数hgt：
Figure BDA0003092369310000211
如果MMF(多模光纤)的纤芯支持(例如)18个模式群，则将有18个hgt函数，并且第g个模式群的模式群延迟τg将是hgt表现最大的t值。
在从径向空间到模式群空间的这种变换中，DMD中随偏移量变化的总输出功率假定为
Figure BDA0003092369310000212
如果这个总功率
Figure BDA0003092369310000213
与测得的总功率
Figure BDA0003092369310000214
不一致，则对模式群的相对衰减进行校正，其利用第二约束最小二乘问题来解
Figure BDA0003092369310000215
其中Ag是每个模式群g的加权系数，Pxg在求反之前被PxgAg取代以获得Qgx。
径向和模式群空间中的数据都取决于波长，并且随着波长的变化而变化。除非另有指明，否则即使将数据变换到模式群空间，数据集的波长也是测量数据的波长。因此，即使利用模式群数据预测第二波长处的带宽性能，它仍然保持与第一波长的关联。
除非另有指明，否则模式群空间中的相对延迟是相对于模式群2到模式群15的平均延迟进行计算的。
图6显示了模式群空间中的DMD数据的示例。在Y轴上使用模式群(MG)表示数据在模式群空间中。
利用偶次多项式基于第一波长处进行的DMD测量预测第二波长处的光纤性能
MMF中的模式延迟取决于归一化半径的偶次幂(方程3)：
Figure BDA0003092369310000221
其中r是半径，a是半径的归一化因子，ν是下标变量，τ是位置r处的模式延迟。参见K.Petermann，“光纤中的差分模延迟与对最佳轮廓的偏离的简单关系”(SimpleRelationship between Differential Mode Delay in Optical Fibres and theDeviation from Optimum Profile)，Elec.Lett.，卷14，第793-4页(1978年11月23日)。
在某些方面，方程3的较低幂是主要的。通过将下标变量ν在2或3处截断，会丢失很少的有用信息。
在2处截断ν
因此，例如，当ν在2处被截断，并且写出ν＝0、1和2的项时，则方程3可以重写为方程4：
Figure BDA0003092369310000222
当ν在2处被截断时，已经发现可以通过将径向位置分为3个离散的径向范围(每个径向范围的系数cν不同)来最好地模拟τ对归一化半径的偶次幂的依赖关系。这些范围可以由下标变量k表示，其中k＝1…K，其中K＝2或3。换句话说，该下标可用于联结具有方程3(或方程4)形式但对于不同的径向范围具有不同系数cν的两个或三个多项式。有了这样的下标，方程4可以重写为方程5：
Figure BDA0003092369310000223
基于观察，期望使用下标变量k将径向空间划分为三个区域，r1,k≤r<r2,k，其中r1,k是区域k的下限，r2,k是上限。具体来说，期望使用以下区域：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝15微米；
k＝3：r1,3＝15微米；r2,3＝25+微米。
25+中的符号+表示在25微米处的点是k＝3的径向范围的一部分，但在k＝1和k＝2时不包括相应范围的上限。
在3处截断ν
在3处截断ν可为将具有方程3形式的多项式拟合到参考数据提供额外的灵活性。根据观察，这种额外的灵活性可以很好地拟合K＝2而不是K＝3的情况。
当ν在3处被截断，并且写出ν＝0、1、2和3的项时，方程3可以重写为方程6：
Figure BDA0003092369310000231
当ν在3处被截断时，已经发现可以通过将径向位置分为2个离散的径向范围(每个径向范围的系数cν不同)来最好地模拟τ对归一化半径的偶次幂的依赖关系。这些范围可以由下标变量k表示，其中k＝1…K，其中K是2。换句话说，该下标可用于联结具有方程3(或方程6)形式但对于不同的径向范围具有不同系数cν的两个多项式。有了这样的下标，方程6可以重写为方程7：
Figure BDA0003092369310000232
基于观察，期望使用下标变量k将径向空间划分为三个区域，r1,k≤r<r2,k，其中r1,k是区域k的下限，r2,k是上限。具体来说，期望使用以下区域：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝25+微米。
25+中的符号+表示在25微米处的点是k＝2的径向范围的一部分，但在k＝1时不包括相应范围的上限。
从所测的许多“优质”宽带光纤的行为可以明显看出延迟对半径的偶次幂的依赖性。不受理论的限制，据信不同的抛物线响应是以下因素的结果：(1)LOM(低阶模式)具有负的相对延迟，由于与在850nm处导致带宽峰值的值相比，纤芯的折射率分布的α值稍低(约0.02)，该相对延迟单调减小。已经观察到，在850nm处高带宽的α值约为2.12，而OM5的最佳α值大约为2.09至2.11，这使带宽峰值偏移至865-880nm范围。
不受理论的限制，对于大于约15微米的半径，参考延迟曲线中第三抛物线区域变平或略微向上凹，表明最佳折射率分布包括部分补偿α误差的机制，否则该误差会将HOM(高阶模式)的延迟驱动到过大的负值。可用于减慢HOM的机制是实现弯曲不敏感所必需的沟槽(trench)。通过使沟槽偏移到稍微靠近纤芯(例如，从1.6微米到1.5微米)，或者通过使其更深(例如，-0.45％δ对-0.40％)，更高阶模式的电场被压缩，这会减慢它们的速度，并部分补偿渐变折射率纤芯的较低α值。
从r＝0到7微米的径向范围，对应于本文实施例中的k＝1，涵盖了LP01和LP11模式传播的区域。在此径向范围内的相对延迟的变化通常是由于光纤中心线区域不均匀，并且当α值低于或高于在第一波长产生最大带宽的值时，与差分模延迟的曲率不相关。对大量OM5光纤的DMD数据的分析表明，从r＝0到7微米的径向范围内的相对延迟最好限制在-0.02到0.2ns/km之间(包括-0.02ns/km和0.2ns/km)。
当延迟从径向空间变换为模式群空间时，对应于k＝1、2和3的延迟区域的这种两重性更加明显。图4显示了用于OM5光纤，特别是用于实施例C的光纤的模式群延迟数据的示例。图4还显示了可以用于选择潜在的宽带光纤的掩模算法。图4绘制了与曲线210所绘制的径向空间延迟相对应的模式群延迟。低阶模式群的延迟随模式群数目的增加而缓慢减小，并且模式群2至5的延迟在掩模中良好居中——范围从0到0.06ps/m。在模式群9和10之间存在约-0.04ps/m的阶跃，该阶跃与图2所示平均参考曲线中到高于0.4(r/a)2的部分的过渡相匹配。HOM延迟以第二个0至-0.05ps/m的掩模为中心，该掩模可用于选择宽带光纤候选者。LOM和HOM方案中模式群延迟的平坦性都可能是模式耦合的结果，这可防止模式群延迟像基于负α误差所期望的那样单调减小。在包围纤芯的包层中增加沟槽会破坏对称性，并在HOM上产生扰动，从而导致它们与LOM耦接在一起和与LOM解耦。
具有方程3形式的方程(例如，方程3至7)相对于可用来对光纤性能进行建模的其他近似法具有根本优势，即方程3是基于光纤性能背后的物理原理。因此，方程3不会因为对光纤性能建模的方式与基础物理原理不匹配所导致的噪声而损失信息。
在许多情况下，所需光纤(“参考光纤”)的示例以及来自此类光纤的DMD数据都是可以得到的。具有方程3形式的方程可拟合这样的DMD数据以产生参考曲线。理想情况下，将来自多个合适参考光纤的DMD数据的平均值用于生成参考曲线。然后，可以将来自其他光纤的DMD数据与参考曲线进行比较。DMD数据与参考曲线非常匹配的光纤有望具有与合适参考光纤相似的特性。例如，如果参考曲线是从在953nm处符合OM5标准的参考光纤出发，利用在850nm处的DMD数据构建的，则具有与参考曲线相似的850nm DMD数据的其他光纤非常有希望也符合OM5标准。
不必实际测量上述其他光纤在953nm处的DMD数据，就可以确定上述其他光纤在953nm处符合OM5标准的这种高度可能性。如此一来，要想确定这些其他光纤中哪些符合OM5标准，可以利用参考曲线，通过在850nm处测得的DMD数据来筛选光纤。未被选中的光纤不太可能符合OM5标准，因而可以抛弃。被选中的光纤可在953nm处进行DMD测量，以确认光纤符合OM5标准，满足此类标准的可能性与未进行筛选相比要高得多。
可以使用任何合适的方法来确定光纤是否已测量到与参考曲线“相似”的DMD数据。一种这样的方法是计算方程8中χ2：
Figure BDA0003092369310000251
其中χ2是所测数据与参考曲线的接近程度的度量。wk是加权因子，可用于为与不同径向范围相对应的不同级联多项式分配不同的权重。τ(r)meas是为在评光纤测得的DMD数据。τ(r)ref,k是参考曲线。如果χ2低于预定值，则在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性(τ(r)meas)在预定参考函数(τ(r)ref,k)的预定公差内。
DMD数据是在离散的径向点处测量的。优先从光纤的中心到纤芯半径以1微米的增量进行测量。但是，为了节省时间，可以从距离中心1微米开始，以2微米的增量进行测量。更一般而言，可以任意点集或任意间隔进行测量。方程8是针对每微米进行的测量。例如，方程9可用于评估DMD数据，测量点之间的间隔为2微米——方程9：
Figure BDA0003092369310000252
符号“步长2”表示r以2的步长递增，而不是按符号σ的默认值1递增。
当评估光纤是否类似于参考光纤时，加权因子wk可用于将不同的权重分配给不同的径向范围。例如，从r＝0到7微米的径向范围，对应于本文所述的一些实施例中的k＝1，涵盖了LP01和LP11模式传播的区域。这些模式的相对延迟在具有高模带宽的光纤中受到限制，但是在该区域中模式延迟的弱相关性意味着在方程9中评估χ2时可能希望给k＝1区域一个低权重或零权重。例如，可以通过设置w1＝0和w2＝w3＝1来实现。
光纤的选择
图1显示了选择光纤的方法的流程图100。在步骤110中，测量光纤以获得第一波长处的DMD数据。在步骤120中，基于在第一波长处测得的DMD数据，如果光纤在第一波长处符合第一组判断标准，则该方法继续进行步骤130。否则，不选择该光纤(步骤190)。在步骤130中，基于在第一波长处测得的DMD数据，如果DMD数据符合第二组判断标准——无论DMD数据是否在预定函数的预定公差内，则该方法继续进行步骤140。预定函数是具有方程3的形式的偶次多项式，例如方程3至7。否则，不选择该光纤(步骤190)。在步骤140中，在第二波长处测量DMD数据。在步骤150中，基于在第二波长处测得的DMD数据，如果光纤符合第二组判断标准，则选择该光纤(步骤160)。否则，不选择该光纤(步骤190)。
图1仅为示例性流程图，示出了一个方面，其中评估DMD数据是否在预定函数的预定公差内(步骤130)可用于辅助光纤选择。可以利用其他方面，其中这种评估(步骤130)与图1中的步骤以不同顺序一起采用，图中的步骤不全部采用，和/或图1中的步骤130与图1中所示之外的步骤和测量方法相结合。当实施其他方面时，宜在步骤140和150之前或代替步骤140和150，进行图1中的步骤130。这是因为步骤130利用在第一波长处测得的DMD数据，基于在第二波长处测得的DMD数据来预测光纤是否可能满足第二组判断标准。这样，通过淘汰的办法，仅对可能满足第三组判断标准的光纤测量这样的数据，步骤130可用于减少在第二波长处进行的DMD数据的测量。
一个示例性方面类似于图1所示，但步骤120和130的顺序相反。
一个示例性方面类似于图1所示，但没有步骤120。例如，如果可得到与光纤性能无关的波长的DMD数据，但该DMD数据对于预测光纤在其他波长处是否会表现良好仍可能有用，则该方面可能是有用的。
第一波长可以是对于多模光纤可以获得DMD数据的任何波长。例如，第一波长可以是850nm(或847-853nm)，该波长是许多光纤制造商测量光纤的DMD数据以根据是否符合OM4标准来判断光纤是否合格的波长。但是，可以使用任何其他合适的波长。
如本文所用，当提到单个“波长”时，它涵盖在该单个波长附近的波长范围，该范围计入了通常与在该波长处进行的基于标准的DMD测量相关的波长和相关联的激光源的允许偏差。例如，对于在850nm和953nm处进行的DMD测量，相关标准允许进行测量的波长有3nm的偏差。因此，可以采用波长在847nm-853nm范围内的激光进行“在”850nm处的测量。因此，可以采用波长在950nm-956nm范围内的激光进行在950nm处的测量。这些范围包括端点。类似地，当在其他地方提到精确值850nm和953nm时，其包括+/-3nm的周边范围，这是相关OM4和OM5标准所允许的。
第一波长处的最小带宽
在步骤120中，基于在第一波长处测得的DMD数据，根据是否满足第一选择判断标准来选择多模光纤。有两个示例性的“第一判断标准”，它们是OM4光纤的行业标准。
在一些实施方式中，第一判断标准是将一个或多个掩模应用于在850nm处测得的DMD数据。将DMD数据与IEC 60793-1-49：“光纤，第1部分：测量方法和测试程序”，第49节：“差分模延迟”中规定的一个或多个掩模进行比较。如果数据符合任何掩模的要求，则光纤将符合OM4判断标准中针对850nm激光输入的最低有效模式带宽要求，即850nm处的4700MHz-km。
在一些实施方式中，第一判断标准是从DMD数据计算minEMBc1。为了进行此计算，IEC 60793-1-49规定了与10种不同的激光输入条件相对应的10种不同的DMD迹线权重。在标准中已选择了这10个权重，它们覆盖宽范围的实际输入条件，这些条件对应于由提供850nm VCSEL光源的不同光源制造商提供的宽范围的功率和强度分布。基于这些权重，针对10种不同的激光输入条件中的每一种计算EMBc1。在这10个EMBc1中，最低的是minEMBc1。然后，将minEMBc1与IEC标准所需的最小EMB进行比较，对于OM4光纤，最小EMB在850nm处为4160MHz-km，事先已计入在将minEMBc值与IEC标准中规定的值进行比较时所采用的1.13的因子。
DMD数据也可以用于确定光纤是否符合针对过满注入的OM4要求。过满注入是指历史上用于OM4光纤的某些类型的LED的典型输入光条件，其中光源通常将光均匀地注入多模光纤的所有模式。以这种方式将LED用作光源目前正在减少，其让位于激光源。但是，传统系统可能使用LED光源，并且OM4标准包括用于过满注入的最低带宽要求。例如，在第一波长(例如，对于OM4光纤为850nm)处测得的DMD数据可用于计算在第一波长处的过满注入带宽(OFLc1)。对于OM4光纤，第一组判断标准还包括要求OFLc1大于或等于3500MHz-km的判断标准。
相对于用OM4光纤在850nm处测得的DMD数据来预测此类光纤在其他波长处的性能，本文公开的方法可以具有更一般性的用途。更一般地，该方法可以应用于任何选择方法，其中评估在第一波长处的DMD数据是否在预定函数的预定公差内。预定函数宜为诸如方程3那样的偶次多项式，例如方程3至7。
利用偶次多项式预测第二波长处的光纤性能
在步骤130中，根据在第二波长处是否符合第二最小带宽的要求来选择多模光纤。但在步骤140中，要求将在第一波长处测得的DMD数据用作输入。所述要求基于第二组判断标准，其包括第二判断标准。第二判断标准是，在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性是否在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure BDA0003092369310000281
可以多种方式确定测得的数据是否在预定参考函数的“预定公差”内。如实施例中所述，两种这样的方式涉及系数c0,k、c1,k和c2,k的预定值，这些值通过测量已知较佳的参考光纤获得。
利用这种预定系数的第一种方式是从方程8和9或类似方程确定χ2的值。预定系数用于量化τ(r)ref,k。然后，可以将该方程应用于为在评光纤测得的DMD数据，以计算χ2。如果χ2低于预定阈值，则光纤符合选择判断标准。此方法在此适用于7微米至15微米的径向范围和15微米至25微米的径向范围(用于利用二阶多项式进行K＝3的评估)以及7微米至25微米的径向范围(用于利用三阶多项式进行K＝2的评估)，但可能具有更广泛的适用性。
利用这种预定系数的第二种方式是将为在评光纤测得的DMD数据拟合为具有方程3形式(例如方程5或方程7)的函数。优选最小二乘方拟合。然后，可以将通过这种拟合获得的系数与从已知较佳的光纤测得的系数c0,k、c1,k和c2,k的预定范围进行比较。如果从在评光纤所测DMD数据的拟合获得的系数落在预定范围内，则光纤符合选择判断标准。本文将这种方法应用于1微米至7微米的径向范围，但可能具有更广泛的适用性。
在评估特定的光纤时，可以组合使用前面段落中描述的两种评估方法。例如，第一种方法可用于评估7微米至15微米的径向范围和15微米至25微米的径向范围(用于利用二阶多项式进行K＝3的评估)，或者7微米至25微米的径向范围(用于利用三阶多项式进行K＝2的评估)。第二种方法可用于评估1到7微米的径向范围。在该示例中，选择判断标准将涉及同时满足在7微米至25+微米的径向范围内进行评估的第一种方法的判断标准，以及在1至7+微米的径向范围内进行评估的第二种方法的判断标准。
第二波长处的最小带宽
在步骤140中，在第二波长处测量光纤的DMD数据。在步骤150中，基于第二组判断标准，根据是否满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括：第二判断标准，其利用在第二波长处测得的DMD数据作为输入。
第二波长处的DMD测量
在一些实施方式中，对那些因为可能符合第二波长处的带宽要求而被选中的光纤利用激光输入在第二波长处进行DMD测量，以确认这些光纤确实符合这些要求。第三组判断标准可用于该确认。第三组判断标准包括第三判断标准，其使用在第二波长处测得的多模光纤的测定差分模延迟(DMD)数据作为输入。
第三组判断标准基于第二波长处的测量，并用于量化第二波长处的光纤性能。第三组判断标准类似于第一组判断标准，第一组判断标准也利用特定波长(第一波长)处的测量结果来量化该波长处的性能。因此，第三组判断标准可能本质上与第一组判断标准相似，但是在不同的波长处并且可能采用不同的特定参数。
例如，第三组判断标准可包括这样的判断标准，其基础是由第二波长处测得的DMD数据计算第二波长处的有效最小带宽(minEMBc2)。第三判断标准包括minEMBc2大于或等于第二阈值的要求。与第一组判断标准一样，minEMBc2可以基于标准，例如OM5光纤在953nm处的minEMBc2的ISO/IEC标准。
又例如，第三组判断标准可包括这样的判断标准，其基础是将第三掩模应用于在第二波长处测得的DMD数据。第三判断标准包括在第二波长处测得的DMD数据通过第三掩模的参数的要求。与第一组判断标准一样，该掩模可以基于标准，例如由IEC 60793-1-49为953处的OM5光纤规定的标准掩模。
基于OM4和OM5标准的光纤带宽性能判断标准是基于对特定波长处测得的数据进行计算和/或施加掩模以量化该波长处的性能。这些标准没有提供方法量化与测量数据的波长不同的波长处的性能。
以与针对第一波长所描述的方式类似的方式，在第二波长处测得的DMD数据也可以用于确定光纤是否在第二波长处满足过满注入的要求，例如在953nm处过满注入的OM5要求。例如，在第二波长(例如，对于OM5光纤为953nm)处测得的DMD数据可用于计算在第二波长处的过满注入带宽(OFLc2)。对于OM5光纤，判断标准是OFLc2在953nm处大于或等于1850MHz-km。
举例而言，应用图1中描述的方法，光纤制造商能够减少为确认合格OM5光纤而在953nm处进行测量的次数，这是因为在953nm处进行测量之前，无需考虑那些不太可能符合OM5标准的OM4光纤。这种选择方法还将使光纤制造商能够基于在850nm处测量和存储的DMD数据，选择例如可能满足定制客户要求的光纤，并根据客户要求测量该光纤。
OM4和OM5光纤
在非限制性示例中，期望基于用来根据是否符合OM4标准来判断光纤是否合格的DMD测量结果选择可能符合OM5标准的光纤。在该示例中，第一波长是850nm，第二波长是953nm。可以基于在850nm处进行的DMD测量结果和行业标准掩模和/或minEMBc1的计算，从更广泛的光纤中选择符合OM4标准的光纤。然后，可以利用在850nm处进行的DMD测量来确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性是否在预定参考函数的预定公差范围内，所述预定参考函数通过联结两个或更多个具有方程3的形式(例如，方程3至7)的偶次多项式构建。
选择OM5光纤的第三判断标准可以是(例如)利用掩模，该掩模应用于在第二波长处进行的DMD测量，或者利用计算，即根据在第二波长处进行的DMD测量计算minEMBc2。可以仅对符合第二判断标准的光纤进行第二波长处的DMD数据的测量，从而减少花费在测量不太可能符合OM5的光纤(即不符合第二判断标准的光纤)上的资源。
可选的附加判断标准
在一些实施方式中，“亚组”一词用于描述选择过程的结果。
在这些实施方式中，第一亚组是多个多模光纤的亚组，其意味着第一亚组包括所述多个光纤中的全部或仅一部分。类似地，第二亚组是第一亚组下的亚组，其意味着第二亚组包括第一亚组中的全部或仅部分光纤。第三亚组是第二亚组下的亚组，其意味着第三亚组包括第二亚组中的全部或仅部分光纤。
系统
在一些实施方式中，系统包括用于选择多模光纤的部件，该多模光纤满足在第一波长处的第一最小带宽和在大于第一波长的第二波长处的第二最小带宽的要求。该系统包括：
●构造成在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据的测量装置，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
●第一选择装置，其构造成如果所述多模光纤通过了应用于所述多模光纤在所述第一波长处的DMD数据的第一掩模，则选择所述多模光纤；
●第二选择装置，其构造成如果在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性或模式群数目依赖性在预定参考函数的预定公差范围内，则选择所述多模光纤，其中所述预定参考函数通过联结两个或更多个具有方程3的形式(例如，方程3至7)的偶次多项式构建。
处理器装置、第一选择装置和第二选择装置可以是不同排列的相同装置或不同装置。例如，单个计算机可以专门配置为变换DMD数据并选择光纤。或者，第一计算机可以配置为第一选择装置，而第二计算机可以配置为处理器装置和第二选择装置。其他排列也是可能的。
将延迟变换到模式群空间的一个优点是，该方法明确地将模式群数目的变化与波长相结合。例如，在850nm处名义上有18个模式群，而在953nm处只有16个模式群。仅基于850nm处的径向延迟的算法无法轻易地将第17和第18模式群的影响从高阶模式延迟解卷积，这实质上是获得在853nm处的有效模式带宽的准确计算或估计。如本文所用，“解卷积”是指用于从脉冲数据(如测得的DMD脉冲数据)选择时间延迟的算法或过程。第二个优点是该掩模清楚地描述了LP01模式、低阶模式群(包括2至5)和高阶模式群(包括12至15)的特性。我们已经观察到，低阶和高阶模式群之间通常存在延迟“阶跃”，并且低阶模式群和高阶模式群的不同掩模适应此延迟结构。
实施例
实施例A
选择了十二根符合OM5标准的优质宽带光纤。在850nm和953nm处对这些光纤进行DMD测量。经验证，这些光纤符合OM5标准。这十二根光纤的minEMBc值远高于OM5规格——相对于常规OM5光纤，这些光纤是“优质”的。
在从1微米到25微米的径向位置范围内，在这十二根光纤中的每根光纤上进行DMD测量，相邻测量之间的增量为2微米。
对于每根光纤上的每个径向位置，计算出重心延迟，并以7微米处的重心延迟作为参考，7微米处的重心延迟涵盖了纤芯部分，在LP01和LP11模式下的大部分光功率在纤芯传播。
这些以ns/km为单位的重心延迟及其平均值如表1所示。光纤实施例1、5、8和10的重心延迟以及平均重心延迟(带有实心圆的曲线)绘于图2。对于这十二根光纤实施例，在1至7微米之间的径向范围内的相对重心延迟在-0.02至0.2ns/km之间变化，并且可以具有正斜率或负斜率。在7至15微米之间的径向范围内的相对重心延迟通常平稳地减小到约-0.06至0ns/km之间的最小值。在15至25微米之间的径向范围内的相对重心延迟平稳地减小到约-0.08至-0.02ns/km之间的最小值，并且在光纤纤芯外侧附近变平坦或略微增加。这些重心延迟数据支持将方程5和7中的k＝1的项(对于径向值小于约7微米)与k＝2和k＝3的项(对于径向值大于约7微米)分开。
表1
Figure BDA0003092369310000331
Figure BDA0003092369310000341
表1，续
Figure BDA0003092369310000342
实施例B
用具有方程7的形式的三阶多项式拟合十二根实施例光纤中每一根的重心数据以及平均重心数据。该拟合是在径向范围内进行的：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝25微米。
表2A中提供的针对k＝1的拟合结果表明，在优选实施方式中，c01在-0.02至0.2ns/km之间，c11在-1.5至0.5ns/km之间，c21在-2至8ns/km之间，并且c31为0。表2B中提供的这些拟合结果表明，在优选的实施方式中，c02在-0.02至0.1ns/km之间，c12在-0.3至0.1ns/km之间，c22在-0.5到0.3ns/km，c23在-0.1至0.4ns/km之间。
表2A
c01(ns/km) c11(ns/km) c21(ns/km)
光纤实施例1 -0.0129 0.2431 -1.0023
光纤实施例2 -0.004 0.0929 -0.5329
光纤实施例3 0.0131 -0.2643 1.2379
光纤实施例4 -0.0027 -0.0116 0.5985
光纤实施例5 0 0.0631 -0.7997
光纤实施例6 0.0251 -0.526 2.6348
光纤实施例7 0.0234 -0.5979 3.8326
光纤实施例8 0.0404 -1.0442 6.7728
光纤实施例9 0.0284 -0.8237 5.9135
光纤实施例10 0.0239 -0.4541 1.9134
光纤实施例11 0.0139 -0.2883 1.4239
光纤实施例12 0.0138 -0.2471 0.9121
平均值 0.0135 -0.3215 1.9087
最小值 -0.0129 -1.0442 -1.0023
最大值 0.0404 0.2431 6.7728
表2B
Figure BDA0003092369310000351
Figure BDA0003092369310000361
图3A示出了在7微米≤r≤25微米的范围内，使用来自表2A的系数c02、c12、c22和c32得到的表示平均曲线的三阶多项式拟合(实线)图，并与平均曲线本身(实心圆)作比较。图3A确认三阶多项式拟合是很好的拟合。这样，该拟合可以用作预定参考函数，以确定光纤的DMD测量结果是否在预定参考函数纤维的预定公差内。如果DMD测量结果符合此判断标准，则光纤很可能符合OM5标准。
该三阶多项式可以与实施例C在0微米≤r≤7微米的范围内的二阶多项式拟合一起使用，只要该范围需要参考曲线。如果需要，可以将该二阶多项式描述为c3,1＝0ns/km的三阶多项式，以简化求和符号。
实施例C
用具有方程5的形式的二阶多项式拟合十二根实施例光纤中每一根的重心数据以及平均重心数据。该拟合是在三个径向范围内进行的：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝15微米；
k＝3：r1,3＝15微米；r2,3＝25+微米。
表2A中提供的针对k＝1的拟合结果表明，在优选实施方式中，c01在-0.02至0.2ns/km之间，c11在-1.5至0.5ns/km之间，c21在-2至8ns/km之间，并且c31为0ns/km。表3A中提供的针对k＝2的拟合结果表明，在优选实施方式中，c02在-0.02至0.02ns/km之间，c12在-0.2至0.01ns/km之间，c22在-0.6至0.01ns/km之间。表3B中提供的针对k＝3的拟合结果表明，在优选实施方式中，c03在0.01至0.1ns/km之间，c13在-0.35至-0.1ns/km之间，c23在0.05至0.25ns/km之间。
表3A
c02(ns/km) c12(ns/km) c22(ns/km)
光纤实施例1 -0.0054 0.1155 -0.4735
光纤实施例2 0.0024 -0.0089 -0.1785
光纤实施例3 -0.0008 0.0224 -0.2413
光纤实施例4 -0.0034 0.0768 -0.3554
光纤实施例5 -0.0004 0.0258 -0.2777
光纤实施例6 -0.0031 0.0325 -0.182
光纤实施例7 0.0047 -0.0522 -0.1273
光纤实施例8 -0.0094 0.1325 -0.4631
光纤实施例9 0.011 -0.1311 -0.0245
光纤实施例10 0.0081 -0.1012 -0.0464
光纤实施例11 0.006 -0.08 0.0031
光纤实施例12 0.0013 -0.0187 -0.1049
平均值 0.0009 0.0011 -0.206
最小值 -0.0094 -0.1311 -0.4735
最大值 0.0110 0.1325 0.0031
表3B
Figure BDA0003092369310000371
Figure BDA0003092369310000381
图3B示出了：在7微米≤r≤15微米的范围内，利用表3A中的系数c02、c12和c22得到的表示平均曲线的二阶多项式拟合(实线)的曲线310，并与平均曲线本身(实心圆)作比较。图3B示出了：在7微米≤r≤15微米的范围内，利用表3B中的系数c02、c12和c22得到的表示平均曲线的二阶多项式拟合(虚线)的曲线320，并与平均曲线本身(实心圆)作比较。图3B确认二阶多项式拟合是很好的拟合。这样，该拟合可以用作预定参考函数，以确定光纤的DMD测量结果是否在预定参考函数纤维的预定公差内。如果DMD测量结果符合此判断标准，则光纤很可能符合OM5标准。
实施例D
考虑121根OM4光纤的样品组。基于从953nm DMD测量结果得出的minEMBc值，该样品组中的48个样品经鉴定为OM5 MMF。其余的73根光纤不符合OM5规格。满足OM5规格的48根光纤中包括实施例A-C的十二根优质光纤。
利用方程7和9为每根光纤计算χ2。采用实施例B的径向范围和系数。(三阶多项式拟合)权重设置为w1＝0，并且w2＝w3＝1，其中不包括小于7微米的径向范围。在r＝0至r＝7微米的径向范围内的重心延迟受到实施例B和C中所述的k＝1的多项式的约束。
下表4汇总了结果，并说明了χ2＝3(ns/km)2的阈值导致不必要的测量次数减少了27.4％(100％-72.6％)，而符合MinEMBc要求但超过基于最小二乘拟合的阈值的样品的数量减少最少(4.2％)。
表4
Figure BDA0003092369310000391
实施例E
在850nm处，在从两种不同预制件拉制的十根光纤上，在从1微米至25微米范围内的径向位置进行DMD测量，相邻测量之间的增量为2微米。光纤实施例13.1至13.7从一种预制件拉制。光纤实施例14.1至14.3从另一种预制件拉制。
基于在850nm的这些测量，图7显示了两根具体光纤(光纤实施例13.2和光纤实施例14.1)的相对延迟与归一化半径平方的曲线。
对于从每种预制件拉制的每根光纤上的每个径向位置，计算出重心延迟，并以7微米处的重心延迟作为参考，7微米处的重心延迟涵盖了纤芯部分，在LP01和LP11模式下的大部分光功率在纤芯传播。
这些以ns/km为单位的重心延迟及其平均值如表5所示。对于这十个实施例，在1至7微米之间的径向范围内的相对重心延迟在0.02至0.1ns/km之间变化，并且具有正斜率。在7至15微米之间的径向范围内的相对重心延迟通常平稳地减小到约-0.2至-0.1ns/km之间的最小值。在15至25微米之间的径向范围内的相对重心延迟平稳地减小到约-0.4至-0.1ns/km之间的最小值，并且在光纤纤芯外侧附近变平坦或略微增加。这些重心延迟数据支持将方程5和7中的k＝1的项(对于径向值小于约7微米)与k＝2和k＝3的项(对于径向值大于约7微米)分开。
表5
r(微米) (r/a)*(r/a) 光纤实施例13.2 光纤实施例14.1 平均值
1 0.0016 0.0580 0.0555 0.0568
3 0.0144 0.0435 0.0420 0.0428
5 0.04 0.0230 0.0220 0.0225
7 0.0784 0.0000 0.0000 0.0000
9 0.1296 -0.0315 -0.0295 -0.0305
11 0.1936 -0.0650 -0.0635 -0.0643
13 0.2704 -0.0980 -0.1035 -0.1008
15 0.36 -0.1440 -0.1495 -0.1468
17 0.4624 -0.1955 -0.1835 -0.1895
19 0.5776 -0.2445 -0.2000 -0.2223
21 0.7056 -0.2830 -0.2135 -0.2483
23 0.8464 -0.3060 -0.2095 -0.2578
25 1 -0.3270 -0.1990 -0.2630
实施例F
用具有方程7的形式的三阶多项式拟合光纤实施例13.2和14.1的重心数据以及平均重心数据。该拟合是在径向范围内进行的：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝25微米。
表6A中提供的针对k＝1的拟合结果表明，在优选实施方式中，c01在0.02至0.1ns/km之间，c11在-1.5至-0.5ns/km之间，c21在2至6ns/km之间，并且c31为0。表6B中提供的这些拟合结果表明，在优选的实施方式中，c02在0.02至0.1ns/km之间，c12在-1.0至-0.2ns/km之间，c22在-0.2到1.0ns/km之间，c23在-0.2至0.4ns/km之间。
表6A
c01 c11 c21
光纤实施例13.2 0.0592 -1.0894 4.2771
光纤实施例14.1 0.0568 -1.0407 4.0459
平均值 0.0580 -1.0651 4.1615
表6B
c02 c12 c22 c23
光纤实施例13.2 0.0417 -0.5467 -0.0043 0.1846
光纤实施例14.1 0.0640 -0.8162 0.7040 -0.1490
平均值 0.0529 -0.6815 0.3499 0.0178
实施例G
用具有方程5的形式的二阶多项式拟合光纤实施例13.2和14.1的重心数据以及平均重心数据。该拟合是在三个径向范围内进行的：
k＝1：r1,1＝0微米；r2,1＝7微米；
k＝2：r1,2＝7微米；r2,2＝15微米；
k＝3：r1,3＝15微米；r2,3＝25+微米。
表6A中提供的针对k＝1的拟合结果表明，在优选实施方式中，c01在0.02至0.1ns/km之间，c11在-1.5至-0.5ns/km之间，c21在2至8ns/km之间，并且c31为0ns/km。表7A中提供的针对k＝2的拟合结果表明，在优选实施方式中，c02在0.02至0.06ns/km之间，c12在-0.8至-0.2ns/km之间，c22在0.0至0.3ns/km之间。表7B中提供的针对k＝3的拟合结果表明，在优选实施方式中，c03在0.0至0.2ns/km之间，c13在-1.0至-0.4ns/km之间，c23在0.2至0.5ns/km之间。
表7A
Figure BDA0003092369310000411
Figure BDA0003092369310000421
表7B
c03 c13 c23
光纤实施例13.2 0.096 -0.8099 0.3891
光纤实施例14.1 0.0014 -0.5556 0.357
平均值 0.0487 -0.6828 0.3731
实施例H
用具有方程7的形式的三阶多项式拟合光纤实施例13.2和14.1的重心数据以及平均重心数据。该拟合是在径向范围内进行的：
k＝2：r1,2＝0微米；r2,2＝25微米。
表8中提供的针对k＝2的拟合结果表明，在优选的实施方式中，c02在0.3至0.7ns/km之间，c12在-1.0至-0.5ns/km之间，c22在0.0到0.8ns/km之间，c23在-0.2至0.2ns/km之间。
表8
c02 c12 c22 c23
光纤实施例13.2 0.0520 -0.6287 0.1613 0.0894
光纤实施例14.1 0.0553 -0.7532 0.5825 -0.0810
平均值 0.0537 -0.6910 0.3719 0.0042
然后，在光纤实施例13.2和14.1上，在953nm和1000nm两者处进行DMD测量，并且MinEMB值在表9中给出。在953MHz-km和1000MHz-km处，每根被测光纤的minEMB值均大于4000MHz-km。在1000nm处测得的minEMB值也高于在953nm处测得的值，这表明峰值带宽位于大于953nm的波长处。这些光纤适用于在长波长工作的多模光传输系统。例如，它们可以在980nm与1070nm之间(包括端点值)的范围内的一个或多个波长处使用，例如在980nm(或977nm-983nm)、1000nm(或997nm-1003nm)、1020nm(或1017nm-1023nm)或1064nm(或1061nm-1067nm)，或者在另一个示例中，在990nm(或987nm-993nm)、1015nm(或1012nm-1018nm)、1040nm(或1037nm-1043nm)和1065nm(或1062nm-1068nm)。光纤可以在任何其他波长范围内使用，所述波长范围是从980nm至1070nm范围内的任何整数波长开始并且具有6nm范围长度的子范围。
表9
Figure BDA0003092369310000431
Figure BDA0003092369310000441
结论
相关领域技术人员将认识和理解，可对本文所述的各种实施方式作出许多改变，同时仍能获得有益的结果。还应明白，本文所述实施方式的一些所需益处能够通过选择一些特征而不利于其他特征来获得。因此，本领域的工作人员将认识到，许多改进和适应性变化都是可能的，在某些情况下甚至是所需要的，它们是本公开的一部分。因此，应当理解，本公开不限于所披露的具体组合物、制品、设备和方法，除非另有指明。还应理解，本文所用术语仅出于描述特定实施方式的目的，不是为了构成限制。附图所示特征是对本文描述的选定实施方式的图示，不一定按适当比例绘制。这些附图特征是示例性的，并且意在限制。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。

Claims (33)

1.一种选择光纤的方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处测量的差分模延迟数据来选择在第二波长处满足第二最小带宽要求的光纤，所述方法包括：
在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括第二判断标准，该第二判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure FDA0003092369300000011
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{1...K}，其中K是2或3。
2.根据权利要求1所述的方法，其中利用针对每个r值测量的数据的重心，确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
3.根据权利要求1所述的方法，其中利用针对每个r值测量的数据的峰值来确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过以下方法确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性：
对在第一波长处测量的DMD数据进行解卷积，以确定模式群延迟数据τg；
用理论Pxg矩阵对模式组延迟数据τg进行再卷积，以确定径向空间中的平滑差分模延迟数据；
利用针对每个r值测量的数据的重心，确定在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，对于k＝1：
r1,1＝0微米，且r2,1＝7+微米；
对于r1,1和r2,1限定的径向范围，当差分模延迟数据的最小二乘拟合是具有以下形式的函数：
Figure FDA0003092369300000021
并且其系数为：
-0.02ns/km≤c01≤0.2ns/km；
-1.5ns/km≤c11≤0.5ns/km；以及
-2.0≤ns/km≤c21≤8.0ns/km时，
在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性处于预定参考函数的预定公差内。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中：
K＝3；
对于k＝2和k＝3，预定公差χ2为：
Figure FDA0003092369300000022
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
Figure FDA0003092369300000031
r是以微米为单位的径向位置；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝w3＝1；
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝15微米；
r1,3＝15微米；
r2,3＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.02ns/km；
c1,2＝-0.2至0.01ns/km；
c2,2＝-0.6至0.01ns/km；
对于k＝3：
c0,3＝0.01至0.1ns/km；
c1,3＝-0.35至-0.1ns/km；
c2,3＝0.05至0.25ns/km。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
对于k＝2：
c0,2＝0.0009ns/km；
c1,2＝0.0011ns/km；
c2,2＝-0.206ns/km；
对于k＝3：
c0,3＝0.0391ns/km；
c1,3＝-0.233ns/km；
c2,3＝0.146ns/km。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中：
K＝3；
对于k＝2和k＝3，预定公差χ2为：
Figure FDA0003092369300000041
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
Figure FDA0003092369300000042
r是以微米为单位的径向位置；
K＝3；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝w3＝1，
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝15微米；
r1,3＝15微米；
r2,3＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.02ns/km；
c1,2＝-0.2至0.01ns/km；
c2,2＝-0.6至0.01ns/km；
对于k＝3：
c0,3＝0.01至0.1ns/km；
c1,3＝-0.35至-0.1ns/km；
c2,3＝0.05至0.25ns/km。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
对于k＝2：
c0,2＝0.0009ns/km；
c1,2＝0.0011ns/km；
c2,2＝-0.206ns/km；
对于k＝3：
c0,3＝0.0391ns/km；
c1,3＝-0.233ns/km；
c2,3＝0.146ns/km。
10.根据权利要求6至9中任意一项所述的方法，其中第二组判断标准要求χ2<3(ns/km)2。
11.根据权利要求10所述的方法，其中第二组判断标准要求χ2<2.5(ns/km)2。
12.根据权利要求11所述的方法，其中第二组判断标准要求χ2<2(ns/km)2。
13.根据权利要求1至12中任意一项所述的方法，所述方法还包括：
基于第一组判断标准，根据满足第一波长处的第一最小带宽要求选择多模光纤，该第一组判断标准包括：
第一判断标准，其使用在第一波长处测得的多模光纤的测定差分模延迟(DMD)数据作为输入。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括根据在第一波长处测得的DMD数据计算在第一波长处的有效最小带宽(minEMBc1)，并且其中第一判断标准要求minEMBc1大于或等于第一阈值。
15.根据权利要求13至14中任意一项所述的方法，该方法还包括将第一掩模应用于在第一波长处测量的DMD数据，并且其中第一判断标准要求在第一波长处测量的DMD数据通过第一掩模。
16.根据权利要求1至15中任意一项所述的方法，其中第一波长小于第二波长。
17.根据权利要求1至16中任意一项所述的方法，其中第一波长在847nm-853nm范围内。
18.根据权利要求14所述的方法，其中第一波长在847nm-853nm范围内，第一阈值是4160MHz-km。
19.根据权利要求13至18中任意一项所述的方法，所述方法还包括根据在第一波长处测得的DMD数据计算在第一波长处的过满注入带宽(OFLc1)，并且其中第一组判断标准还包括要求OFLc1大于或等于3500MHz-km的判断标准。
20.根据权利要求1至19中任意一项所述的方法，所述方法还包括：
在第二波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中，DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第二波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
除了第二组判断标准，还基于第三组判断标准，根据满足第二波长处第二最小带宽的要求来选择多模光纤，第三组判断标准包括：
第三判断标准，其使用在第二波长处测得的多模光纤的测定差分模延迟(DMD)数据作为输入。
21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括根据在第二波长处测得的DMD数据计算在第二波长处的有效最小带宽(minEMBc2)，并且其中第三判断标准要求minEMBc2大于或等于第二阈值。
22.根据权利要求20至21中任意一项所述的方法，所述方法还包括将第三掩模应用于在第二波长处测量的DMD数据，并且其中第三判断标准要求在第二波长处测量的DMD数据通过第三掩模的参数。
23.根据权利要求1至22中任意一项所述的方法，其中第二波长在950nm-956nm范围内。
24.根据权利要求21所述的方法，其中第二波长在950nm-956nm范围内，第二阈值是2190MHz-km。
25.根据权利要求20至24中任意一项所述的方法，所述方法还包括根据在第二波长处测得的DMD数据计算在第二波长处的过满注入带宽(OFLc2)，并且其中第三组判断标准还包括要求OFLc2大于或等于1850MHz-km的判断标准。
26.根据权利要求20至25中任意一项所述的方法，其中在测量多模光纤在第二波长处的差分模延迟(DMD)数据之前满足第二组判断标准。
27.一种从多个多模光纤中选择第三亚组多模光纤的方法，所述第三亚组多模光纤满足第一波长处第一最小带宽和大于第一波长的第二波长处第二最小带宽的要求，所述方法包括：
在第一波长处测量多个多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于以下判断标准选择所述多个多模光纤中的第一亚组：
通过第一掩模，该第一掩模直接应用于在第一波长处测得的DMD数据；
基于以下判断标准选择所述多个多模光纤中的第二亚组：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure FDA0003092369300000071
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3；
通过应用进一步的选择判断标准来选择所述多个多模光纤中的第三亚组；
其中：
所述第一亚组是所述多个多模光纤中的亚组；
所述第二亚组是所述第一亚组中的亚组；
所述第三亚组是所述第二亚组中的亚组。
28.一种选择多模光纤的系统，该多模光纤满足在第一波长处的第一最小带宽和在大于第一波长的第二波长处的第二最小带宽的要求，所述系统包括：
构造成在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据的测量装置，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
第一选择装置，其构造成如果所述多模光纤通过了应用于所述多模光纤在所述第一波长处的DMD数据的第一掩模，则选择所述多模光纤；
第二选择装置，其构造成如果所述多模光纤通过了选择判断标准，则选择所述多模光纤，所述选择判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure FDA0003092369300000081
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3。
29.一种选择多模光纤的方法，该多模光纤满足在第一波长处的第一最小带宽和在大于第一波长的第二波长处的第二最小带宽的要求，所述方法包括：
基于第一组判断标准，根据满足第一波长处的第一最小带宽要求选择多模光纤，该第一组判断标准包括：
第一判断标准，其使用在第一波长处测得的多模光纤的差分模延迟(DMD)数据作为输入；以及
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性或模式群数目依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数通过联结两个或更多个偶次多项式构造，其具有以下形式：
Figure FDA0003092369300000091
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少两个不同范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k和c2,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{2...K}，其中K是2或3。
30.一种选择光纤的方法，该方法基于在不同于第二波长的第一波长处测量的差分模延迟数据来选择在第二波长处满足第二最小带宽要求的光纤，所述方法包括：
在第一波长处测量多模光纤的差分模延迟(DMD)数据，其中DMD数据包括输出激光脉冲数据，该输出激光脉冲数据是具有第一波长的输入激光脉冲的径向位置的函数；
基于第二组判断标准，根据满足第二波长处的第二最小带宽要求选择多模光纤，该第二组判断标准包括第二判断标准，该第二判断标准包括：
在第一波长处测得的差分模延迟数据的径向依赖性在预定参考函数的预定公差内，该预定参考函数具有以下形式：
Figure FDA0003092369300000101
其中：
a是归一化因子；
r是在光纤上在至少一个范围内的可变径向位置，r1,k≤r<r2,k；
c0,k、c1,k、c2,k和c3,k是系数，它们在每个r范围内是常数；
r1,k和r2,k是分别在光纤上标记每个r范围的边界的离散径向位置；
k是下标变量，数值k＝{1...K}，其中K是1或2。
31.根据权利要求30所述的方法，其中：
K＝2；
对于k＝1：
r1,1＝0微米，r2,1＝7+微米；
对于r1,1和r2,1限定的径向范围，当差分模延迟数据的最小二乘拟合是具有以下形式的函数：
Figure FDA0003092369300000102
并且其系数为：
-0.02ns/km≤c01≤0.2ns/km；
-1.5ns/km≤c11≤0.5ns/km；
-2.0≤ns/km≤c21≤8.0ns/km；并且
其中c3,k为拟合而设定为0时，在第一波长处测量的差分模延迟数据的径向依赖性处于预定参考函数的预定公差内。
32.根据权利要求30至31中任意一项所述的方法，其中：
K＝2；
对于k＝2，预定公差χ2为：
Figure FDA0003092369300000111
τ(r)meas是在位置r处测得的延迟；
τ(r)ref,k是在位置r处间隔k的参考延迟：
r是以微米为单位的径向位置；
wk是k个区域(k＝2…K)中每个区域的权重，其中w2＝1，
a是25微米；
r1,2＝7微米；
r2,2＝25+微米；
对于k＝2：
c0,2＝-0.02至0.01ns/km；
c1,2＝-0.3至0.1ns/km；
c2,2＝-0.5至0.3ns/km；以及
c2,3＝-0.1至0.4ns/km。
33.根据权利要求1至22中任意一项所述的方法，其中第二波长在950nm-1070nm范围内。
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