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如何在设计和生产过程中测试AOC

随着通信数据速率的增加,铜缆上的最大传播距离减小。这种趋势推动了光纤链路在更短距离内的使用。光纤已经在电信和数据通信市场中建立了良好的基础,现在已准备好在消费和工业市场中找到应用。

USB和Thunderbolt等消费者协议目前的数据速率达到10 Gbits/s。因此,传统铜互连的范围已经限制在几米。光学器件可以消除距离限制,并使用更薄更轻的电缆实现更长距离的应用。这些数据速率对于消费者和工业空间中的大多数应用来说已经足够了,因为它们的范围从几米到几十米不等。有源光缆(AOC)可以保持电气连接,是消费者和工业市场中更高速,更长距离部分的理想选择。

要在消费者或工业市场上取得成功,光缆需要坚固 - 光学和机械 - 和低成本。光链路的各种元件 - 包括光纤,电缆,耦合光学器件和光电子器件 - 可以设计成在系统级一起工作以满足这些要求。在设计过程中的关键时刻进行的测试和分析可以通过在给定规定的制造公差的情况下优化设计以实现高产量来进一步降低成本。此外,制造过程中的测试可以及早捕获任何有缺陷的部件,以降低材料和装配成本。

在康宁,大家开发了ClearCurve VSDN光纤,大家在内部进行光学测试。光学系统(光电子学,耦合光学器件和光纤)至少必须足以满足消费者规范所强加的电气标准。大家测试光功率,模式和噪声,并将这些结果与电信号测试相关联。因此,尽管整个系统(例如USB和Thunderbolt)仅识别电信号,但大家可以在光路上施加功率和噪声的最小标准。还在整个制造和生产过程中测试光学参数。关键测试可以解决生产线上的任何问题,同时最大限度地降低总体成本。

虽然光纤链路的数据传输性能在消费和工业应用中仍然很重要,但市场规模,稳健性和低的先决条件成本要求在设计期间进行某些权衡。在制造过程中和系统设计过程中进行的测试进一步确保了设计的每个元素都符合规格,尽管制造可变,从而减少了浪费和成本。

光纤

为了在消费市场中被广泛接受,光学解决方案必须小巧,坚固且低成本,同时仍保持最小光功率吞吐量或最大光损耗(即“光链路预算”)。通过减小整体纤维直径可以改善光纤的机械强度,因为它减少了弯曲引起的应力。纤维直径由内芯和外包层组成。减小光纤直径可有效提高机械强度,而不会对光通量产生强烈影响。

类似地,可以通过增加光学信号的限制来减小纤芯直径以稍微改善光学弯曲损耗,但是在减少光学耦合容易性的严重损失下。作为一个极端的例子,与通常为50μm芯的MMF(多模光纤)相比,通常具有8μm芯的SMF(单模光纤)将需要10倍或更好的对准精度以保持相同的光耦合。 SMF可以在非常长的距离内实现几乎为零的光学损耗,而对于相同的数据速率,MMF限制在几百米。因此,对于光纤设计中的给定数据速率,在光传播距离和光耦合的容易性之间存在明显的权衡。调整光纤设计有助于满足成本,弯曲灵敏度,带宽和距离的应用需求。

因为消费和工业应用覆盖的距离小于几百米,MMF具有更好的光耦合和更短的距离传播距离 - 是更好的选择。为了改善这些应用的弯曲性能和光耦合,康宁开发了ClearCurve VSDN光纤。这种光纤的直径从典型的125μm减小到100μm,机械地提供低至1.5 mm的弯曲半径。

为了实现这种新半径的低光学弯曲损耗,大家开发了一种具有不寻常的折射率分布。 ClearCurve系列,包括VSDN,在磁芯周围具有低折射率“沟槽”,这降低了光学弯曲灵敏度。这两个属性一起允许1.5毫米的弯曲半径。

为了提高光学耦合性能,核心直径从标准MMF的典型50微米增加到VSDN的80微米。虽然这种增加导致最大传播距离略微减小,但它显着改善了允许的错位公差,从而提高了制造成本。 (图1将VSDN光纤的属性与标准MMF的属性进行比较)。

如何在设计和生产过程中测试AOC

图1.比较在康宁的ClearCurve VSDN光纤和标准50μm多模光纤之间。

随着芯线直径和ClearCurve VSDN光纤的折射率对比度的增加,弯曲处的损耗降低到1 dB半径1.5毫米。 ClearCurve VSDN光纤能够在100米内实现高达10 Gbits/s的无差错传输。图2显示了不同的纤维轮廓及其相应的损耗与弯曲直径的函数关系。

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图2.为低弯曲损耗设计的指数曲线(a)(b)。

图3比较通过3 m和100 m VSDN光纤传输后10 Gbits/s的光学眼图,表明可以实现最小色散引起的信号衰减。

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图3. 10 Gbit/s的眼图传播到3米(左)和100米(右)后的光信号几乎没有降解。

电缆

电缆提供了另一个改善稳健性的机会。通过设计用于强大光学传输和机械灵活性的光纤,保护电缆的设计允许弯曲小至1.5 mm半径。电缆横截面(图4)显示了开槽的内部设计,可保护光纤,同时电缆保持薄而柔韧,以防止意外挤压。

槽可让纤维自由移动,从而最大限度地减少弯曲程度。结果,电缆可以自身向后弯曲180度,标称零弯曲半径,同时保持光纤曲率半径大于1.5mm,防止破损或显着的光学损失。因此,可以在不破坏或损失性能的情况下夹紧电缆。在制造过程中,偶尔检查光纤和电缆,以确保其符合设计规范。

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图4. VSDN电缆的开槽设计(横截面,左上角)使光纤可以自由移动,使电缆可以打结(右)甚至收缩(左下)。

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