图4 用于A1a.2(OM3)光纤的DMD间距模板数据
通过此要求是防止在短的径向间距上有太大的DMD的变化, 以保证系统有较小的码间干扰。
(B) 有效模式带宽计算(Calculated Effective Mode Bandwidth) EMBc方法: 多模光纤的有效模式带宽计算EMBc方法, 是将上述光纤的实测DMD输出时延响应U?r,t?与工作在850nm波长的VCSEL激光器的光强分布特性相结合, 通过计算方法得到的VCSEL-光纤系统的带宽, 用以确定光纤在10Gb/s以太网的使用性能。VCSEL激光器发射输出的圆形光束, 其沿光纤传播的近场光强呈面包圈形的环状, 光纤纤芯中心光强近似为零, 如图5所示。 对于VCSEL激光器发射输出的特征, 称之为环型光通量(Encircled Flux, 简称EF), IEEE还提出了EF模板(见图6), 规定了以光纤轴线为中心的同心圆环中光强的最大和最小值。对于10Gb/s系统而言, 小于30%的光功率在9?m直径的圆圈内, 大于86%的光功率在38?m直径的圆圈内。
图5 VCSEL光源的近场光强分布
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图6 VCSEL光源的EF模板
图7 中上图表示 VCSEL的光功率输出与光纤径向偏移的函数关系S(?), 即近场光强分布, 下图表示“环型”VCSEL的光功率输出函数, 称为径向光强分布,或称 “环型光通量(Encircled Flux)”: 它是将各径向偏移点上的光功率乘以在该偏移点的圆环面积,即2??S(?), 并以累积功率的百分数表示的对径向偏移点的函数。VCSEL的径向光强分布,即“环型光通量(Encircled Flux)”是在多模系统中数学模拟VCSEL特性的最精确的方法。
图7 VCSEL的径向光强特性
EMBc测量过程原理:
如图8所示, 步骤如下: (a) 测出光纤的DMD, 即探测激光光源输出脉冲幅度对时间t和径向偏移r的分布函数U?r,t?; (b)将从VCSEL的径向强度分布函数(环型通量 Encircled Flux)数据导出的加权函数W?r?, 与DMD数据相结合, 得到(c):光纤加权DMD函数W?r?U?r,t?, 它反映了VCSEL的光功率分布特性; (d) 将各径向偏移点r的DMD脉冲求和, 从而得到合成的光纤的输出脉冲响应:
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P0?t???W?r?U?r,t?
r(e) 通过富里哀变换(Fourier transform (FT)) 可求得VCSEL-光纤组合系统的传输
函数(频率响应), 并由此得到有效模式带宽的计算值(EMBc): Hfiber?f??FT?P0?t?? FT?R?t??式中R?t?为由DMD注入所产生的参考输入脉冲。
由此求得的光纤有效模式带宽既反映了光纤的带宽特性, 又与VCSEL光源的EF注入条件有关。这种通过计算方法得到的EMBc, 可模拟为VCSEL光源本身注入光纤得到的光纤传输性能, 如下表所示:
输入脉冲 光纤链路传输特性 输出脉冲 时域 hfiber?t? R?t? P0?t? 频域 表中hfiber?t?为光纤链路的脉冲响应( Impulse Response), Hfiber?f?为hfiber?t?的富里哀变填, 即光纤链路的带宽特性。P0?t?为R?t?和hfiber?t?的卷积。
图8 EMBc测量过程原理
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FT?R?t?? Hfiber?f? FT?P0?t?? 图9表示光纤DMD的径向强度分布函数U?r,t?的EF加权过程。这里, “加权(weighting)”这个术语是指在每个径向位置r上,由加权函数W?r?确定的一个小于1的比例系数, 光纤加权DMD函数即是将DMD测量数据乘以这个比例系数, 从而得到W?r?U?r,t?, 求和后即为合成的光纤的输出脉冲响应P0?t?。
图9 EMBc测量过程中的加权原理
图10表示min EMBc的测量原理;
采用10个VCSEL光源的不同的输出特性, 重复10次上述EMBc的测量,(为简洁起见, 图中仅表示出3个VCSEL光源的图形) , 得到10个相应的EMBc的测量值, 选取其中最小值即为min EMBc的数值。
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图10 minEMBc测量过程原理
为保证实际应用的性能，EMB也需计算出符合标准的全部VCSEL的对应值。TIA FO 4.2.1任务组注意到在符合他们所定义的环型光通量的要求下，10G以太网VCSEL光源的厂家所提供的范围会有潜在的更宽广的功率密度的分布。TIA的建模工作如图11所示，在理论上作出的10,000个10Gb/sVCSEL激光光源的光功率分布:黄点代表每个独立的VCSEL模型，绿点代表实际的在康宁光纤测试中心（CFT）的VCSEL光源，红点代表两者最相近的匹配。光源＃1与＃5代表两种最极端的激光光源，分别为功率集中在纤芯中心，和功率集中在纤芯的边缘。
图11 在环型光通量(EF)限止范围内的VCSEL光功率的分布
EMBc计算的主要目的是确保光纤的有效模式带宽符合10Gb/s要求的2000 MHz.km带宽适用于任何激光器。此外，这种方式提供以MHz.km为单位的带宽值能够被用于设计支持基于300米距离的10 Gb/s系统。
由于综合考虑了激光器与光纤的性能（更重要的是考虑了其相互作用），因此相对于其他用于保证系统性能的带宽参数而言，EMBc具备更多的优势： 它基于可靠的理论基础以及实验验证。EMBc程序综合了光源的基本性能、模式功率分布以及多模光纤的模式结构，采用光纤DMD扫描和DMD脉冲的EF加权。所采用的物理分析真实反映了系统性能的主要因素，得出了准确的分析结果。通过实验，成功支持且验证了该方法的有效性。
考虑了最坏的情况。采用最小EMBc参数规定光纤的性能参数，从而保证此测量方法适用于几乎所有种类的合格光源，包括极端的光能聚集在纤芯中心或边缘的激光器。因此成为一个稳妥可靠的系统性能度量参数。
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