101 Serie: LEDs vs VCSELs | Test with LED | Fluke Networks

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101 Serie: LED im Vergleich mit VCSEL

Mark Mullins

Da die heutigen Hochgeschwindigkeits-Netzwerke 850-nm-VCSEL-Transceiver verwenden, kann man leicht verwirrt sein, dass LED-Lichtquellen zum Testen verwendet werden. Das Verständnis der Unterschiede zwischen den beiden Quellen wird sicherlich ein Licht darauf werfen.

Eine Geschichtsstunde

Als Glasfaser zuerst für 10- und 100-Mbit/s Ethernet eingeführt wurde, wurden LED-Lichtquellen mit 62,5-μm-Multimode-Glasfaser, auch OM1 genannt, verwendet. Mit einer Spotgröße von etwa 100 μm füllte eine LED-Lichtquelle den 62,5-μm-Kern von OM1, und die beiden arbeiteten mehrere Jahre lang gut zusammen in 10- und 100-Mbit/s-Anwendungen. Aber mit dem steigenden Bedarf für höhere Geschwindigkeiten konnten LEDs nicht länger mithalten – ihre maximale Übertragungsgeschwindigkeit von etwa 622 Mbit/s bedeutete, dass sie 1 Gbit/s oder höhere Übertragungsgeschwindigkeiten nicht unterstützen konnten.

Comparison of LED vs VCSEL vs Singlemode Laser

Eine Option zur Unterstützung höherer Geschwindigkeiten war der Lasertyp, der in Singlemode-Faseranwendungen verwendet wird, z. B. Fabry-Perot-Laser, aber er war viel zu teuer für 1 Gbit/s-Übertragungen über Multimode mit kürzerer Reichweite, und die winzige Spotgröße von etwa 10 μm machte ihn unpraktisch für alles außer Singlemode-Glasfaser.

Kostengünstige 850-nm-VCSELs mit konzentrierterer Leistung und der Fähigkeit zur Unterstützung von höheren Datenübertragungsgeschwindigkeiten wurden als Lösung entwickelt - mit einer kleineren Spotgröße (35 μm) im Vergleich zu einer LED erforderten sie jedoch eine kleinere Kerngröße mit der 50 μm-Multimode-Glasfaser. Und die Glasfaser musste zur Verwendung mit den VCSELs optimiert werden. Und deshalb wurde die laseroptimierte Multimode-Glasfaser OM3 eingeführt, gefolgt von der laseroptimierten Multimode-Glasfaser OM4 mit noch höheren Bandbreitenfähigkeiten (siehe unseren vorherigen Blog über die OM).

Warum der Bedarf an Laseroptimierung? Es ist nicht nur, dass die VCSELs den Faserkern nicht vollständig ausfüllen, sondern auch, dass sie nicht alle Modi (Lichtpfade) in einer Multimode-Glasfaser erregen, wie das LEDs tun. Ebenso erregen die VCSELs die Modi nicht gleichförmig – die Leistung eines VCSEL fluktuiert und kann von einem VCSEL zum nächsten variieren. Das führt dazu, dass VCSELs unterschiedliche Modi zu verschiedenen Zeitpunkten erregen, wodurch Lichtimpulse zu unterschiedlichen Zeitpunkten am Empfänger ankommen können. Die zeitliche Streuung dieser Impulse, berechnet als Differential Mode Delay (DMD), beeinträchtigt die Bandbreite. Zum Minimieren der DMD und Maximieren der Bandbreite enthält die laseroptimierte Multimode-Glasfaser ein graduiertes Brechungsindexprofil, das sicherstellt, dass alle Modi in etwa gleichzeitig am Empfänger ankommen.

Weshalb teste ich also mit LEDs?

Da VCSELs die letzte in einem aktiven Glasfasernetzwerk verwendete Lichtquelle sind, scheint es kontraintuitiv, Glasfaserverbindungen mit LED-Lichtquellen testen zu wollen. Aber es ist wirklich recht einfach.

Im Vergleich zu LED-Lichtquellen, die den Faserkern überfüllen und mehr Knoten erregen, erregt die unterfüllte Einkopplung einer VCSEL-Lichtquelle nicht die gleiche Menge an Modi. Dies kann beim Testen zu Mängeln im Faserkern oder Ereignissen mit hoher Dämpfung führen, wie z. B. eine falsch ausgerichtete Verbindung wird übersehen, was zu einer zu optimistischen Dämpfungsprognose und der Chance führen kann, dass eine mangelhafte Verbindung ein PASS erhält. Aus diesem Grund haben die Branchenstandards bestimmt, dass eine überfüllte LED-Einkopplung mit pessimistischen Ergebnissen die bevorzugte Option ist.

Während LEDs das Potential für ein PASS einer mangelhaften Verbindung vermeiden, können Variationen in der Dämpfungsmessung und übermäßig pessimistische Ergebnisse verursacht werden, wenn alle Modi – die der höheren Ordnung, die sich vom Kern weg bewegen, und die der niedrigeren Ordnung, die sich nah am Kern bewegen – erregt werden. In den heutigen modernen 40 und 100 GB Multimode-Glasfaserverbindungen mit strengen Dämpfungsanforderungen sind pessimistische Ergebnisse keine Option, und selbst kleine Abweichungen können den Unterschied zwischen PASS und FAIL ausmachen.

VCSEL light Test – Pessimistic Result, Optimistic Result, Correct Result

Die beste Methode, die Variabilität zu reduzieren und die Einkopplungsbedingungen zu kontrollieren, ist die Encircled Flux (EF) Testmethode, die die genauesten, wiederholbaren Testergebnisse erbringt. Now required for multimode fiber testing by both TIA and ISO/IEC standards, EF testing more precisely launches the light to better match the laser launch condition of a VCSEL without underfilling the core and delivering overly optimistic loss measurements. Das CertiFiber® Pro Optical Loss Test Set von Fluke Networks ist ein EF-konformer Tester.

Für weitere Informationen über EF-konformes Testen laden Sie das Whitepaper hier herunter.


 
 
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