如何在設計和生產(chǎn)過程中測試AOC

隨著通信數(shù)據(jù)速率的增加，銅纜上的最大傳播距離減小。這種趨勢推動了光纖鏈路在更短距離內(nèi)的使用。光纖已經(jīng)在電信和數(shù)據(jù)通信市場中建立了良好的基礎，現(xiàn)在已準備好在消費和工業(yè)市場中找到應用。

USB和Thunderbolt等消費者協(xié)議目前的數(shù)據(jù)速率達到10 Gbits/s。因此，傳統(tǒng)銅互連的范圍已經(jīng)限制在幾米。光學器件可以消除距離限制，并使用更薄更輕的電纜實現(xiàn)更長距離的應用。這些數(shù)據(jù)速率對于消費者和工業(yè)空間中的大多數(shù)應用來說已經(jīng)足夠了，因為它們的范圍從幾米到幾十米不等。有源光纜（AOC）可以保持電氣連接，是消費者和工業(yè)市場中更高速，更長距離部分的理想選擇。

要在消費者或工業(yè)市場上取得成功，光纜需要堅固 - 光學和機械 - 和低成本。光鏈路的各種元件 - 包括光纖，電纜，耦合光學器件和光電子器件 - 可以設計成在系統(tǒng)級一起工作以滿足這些要求。在設計過程中的關鍵時刻進行的測試和分析可以通過在給定規(guī)定的制造公差的情況下優(yōu)化設計以實現(xiàn)高產(chǎn)量來進一步降低成本。此外，制造過程中的測試可以及早捕獲任何有缺陷的部件，以降低材料和裝配成本。

在康寧，我們開發(fā)了ClearCurve VSDN光纖，我們在內(nèi)部進行光學測試。光學系統(tǒng)（光電子學，耦合光學器件和光纖）至少必須足以滿足消費者規(guī)范所強加的電氣標準。我們測試光功率，模式和噪聲，并將這些結果與電信號測試相關聯(lián)。因此，盡管整個系統(tǒng)（例如USB和Thunderbolt）僅識別電信號，但我們可以在光路上施加功率和噪聲的最小標準。還在整個制造和生產(chǎn)過程中測試光學參數(shù)。關鍵測試可以解決生產(chǎn)線上的任何問題，同時最大限度地降低總體成本。

雖然光纖鏈路的數(shù)據(jù)傳輸性能在消費和工業(yè)應用中仍然很重要，但市場規(guī)模，穩(wěn)健性和低的先決條件成本要求在設計期間進行某些權衡。在制造過程中和系統(tǒng)設計過程中進行的測試進一步確保了設計的每個元素都符合規(guī)格，盡管制造可變，從而減少了浪費和成本。

光纖

為了在消費市場中被廣泛接受，光學解決方案必須小巧，堅固且低成本，同時仍保持最小光功率吞吐量或最大光損耗（即“光鏈路預算”）。通過減小整體纖維直徑可以改善光纖的機械強度，因為它減少了彎曲引起的應力。纖維直徑由內(nèi)芯和外包層組成。減小光纖直徑可有效提高機械強度，而不會對光通量產(chǎn)生強烈影響。

類似地，可以通過增加光學信號的限制來減小纖芯直徑以稍微改善光學彎曲損耗，但是在減少光學耦合容易性的嚴重損失下。作為一個極端的例子，與通常為50μm芯的MMF（多模光纖）相比，通常具有8μm芯的SMF（單模光纖）將需要10倍或更好的對準精度以保持相同的光耦合。 SMF可以在非常長的距離內(nèi)實現(xiàn)幾乎為零的光學損耗，而對于相同的數(shù)據(jù)速率，MMF限制在幾百米。因此，對于光纖設計中的給定數(shù)據(jù)速率，在光傳播距離和光耦合的容易性之間存在明顯的權衡。調(diào)整光纖設計有助于滿足成本，彎曲靈敏度，帶寬和距離的應用需求。

因為消費和工業(yè)應用覆蓋的距離小于幾百米，MMF具有更好的光耦合和更短的距離傳播距離 - 是更好的選擇。為了改善這些應用的彎曲性能和光耦合，康寧開發(fā)了ClearCurve VSDN光纖。這種光纖的直徑從典型的125μm減小到100μm，機械地提供低至1.5 mm的彎曲半徑。

為了實現(xiàn)這種新半徑的低光學彎曲損耗，我們開發(fā)了一種具有不尋常的折射率分布。 ClearCurve系列，包括VSDN，在磁芯周圍具有低折射率“溝槽”，這降低了光學彎曲靈敏度。這兩個屬性一起允許1.5毫米的彎曲半徑。

為了提高光學耦合性能，核心直徑從標準MMF的典型50微米增加到VSDN的80微米。雖然這種增加導致最大傳播距離略微減小，但它顯著改善了允許的錯位公差，從而提高了制造成本。 （圖1將VSDN光纖的屬性與標準MMF的屬性進行比較）。

圖1.比較在康寧的ClearCurve VSDN光纖和標準50μm多模光纖之間。

隨著芯線直徑和ClearCurve VSDN光纖的折射率對比度的增加，彎曲處的損耗降低到1 dB半徑1.5毫米。 ClearCurve VSDN光纖能夠在100米內(nèi)實現(xiàn)高達10 Gbits/s的無差錯傳輸。圖2顯示了不同的纖維輪廓及其相應的損耗與彎曲直徑的函數(shù)關系。

圖2.為低彎曲損耗設計的指數(shù)曲線（a）（b）。

圖3比較通過3 m和100 m VSDN光纖傳輸后10 Gbits/s的光學眼圖，表明可以實現(xiàn)最小色散引起的信號衰減。

圖3. 10 Gbit/s的眼圖傳播到3米（左）和100米（右）后的光信號幾乎沒有降解。

電纜

電纜提供了另一個改善穩(wěn)健性的機會。通過設計用于強大光學傳輸和機械靈活性的光纖，保護電纜的設計允許彎曲小至1.5 mm半徑。電纜橫截面（圖4）顯示了開槽的內(nèi)部設計，可保護光纖，同時電纜保持薄而柔韌，以防止意外擠壓。

槽可讓纖維自由移動，從而最大限度地減少彎曲程度。結果，電纜可以自身向后彎曲180度，標稱零彎曲半徑，同時保持光纖曲率半徑大于1.5mm，防止破損或顯著的光學損失。因此，可以在不破壞或損失性能的情況下夾緊電纜。在制造過程中，偶爾檢查光纖和電纜，以確保其符合設計規(guī)范。

圖4. VSDN電纜的開槽設計（橫截面，左上角）使光纖可以自由移動，使電纜可以打結（右）甚至收縮（左下）。