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(shì)推動(dòng)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(chǎng)中建立了良好的基礎(chǔ)，現(xiàn)在已準(zhǔn)備好在消費(fèi)和工業(yè)市場(chǎng)中找到應(yīng)用。

USB和Thunderbolt等消費(fèi)者協(xié)議目前的數(shù)據(jù)速率達(dá)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(xué)器件可以消除距離限制，并使用更薄更輕的電纜實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的應(yīng)用。這些數(shù)據(jù)速率對(duì)于消費(fèi)者和工業(yè)空間中的大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠了，因?yàn)樗鼈兊姆秶鷱膸酌椎綆资撞坏取Ｓ性垂饫|（AOC）可以保持電氣連接，是消費(fèi)者和工業(yè)市場(chǎng)中更高速，更長(zhǎng)距離部分的理想選擇。

要在消費(fèi)者或工業(yè)市場(chǎng)上取得成功，光纜需要堅(jiān)固 - 光學(xué)和機(jī)械 - 和低成本。光鏈路的各種元件 - 包括光纖，電纜，耦合光學(xué)器件和光電子器件 - 可以設(shè)計(jì)成在系統(tǒng)級(jí)一起工作以滿足這些要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵時(shí)刻進(jìn)行的測(cè)試和分析可以通過(guò)在給定規(guī)定的制造公差的情況下優(yōu)化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量來(lái)進(jìn)一步降低成本。此外，制造過(guò)程中的測(cè)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?cè)趦?nèi)部進(jìn)行光學(xué)測(cè)試。光學(xué)系統(tǒng)（光電子學(xué)，耦合光學(xué)器件和光纖）至少必須足以滿足消費(fèi)者規(guī)范所強(qiáng)加的電氣標(biāo)準(zhǔn)。我們測(cè)試光功率，模式和噪聲，并將這些結(jié)果與電信號(hào)測(cè)試相關(guān)聯(lián)。因此，盡管整個(gè)系統(tǒng)（例如USB和Thunderbolt）僅識(shí)別電信號(hào)，但我們可以在光路上施加功率和噪聲的最小標(biāo)準(zhǔn)。還在整個(gè)制造和生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)試光學(xué)參數(shù)。關(guān)鍵測(cè)試可以解決生產(chǎn)線上的任何問(wèn)題，同時(shí)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(fèi)和工業(yè)應(yīng)用中仍然很重要，但市場(chǎng)規(guī)模，穩(wěn)健性和低的先決條件成本要求在設(shè)計(jì)期間進(jìn)行某些權(quán)衡。在制造過(guò)程中和系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行的測(cè)試進(jìn)一步確保了設(shè)計(jì)的每個(gè)元素都符合規(guī)格，盡管制造可變，從而減少了浪費(fèi)和成本。

光纖

為了在消費(fèi)市場(chǎng)中被廣泛接受，光學(xué)解決方案必須小巧，堅(jiān)固且低成本，同時(shí)仍保持最小光功率吞吐量或最大光損耗（即“光鏈路預(yù)算”）。通過(guò)減小整體纖維直徑可以改善光纖的機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)樗鼫p少了彎曲引起的應(yīng)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(jī)械強(qiáng)度，而不會(huì)對(duì)光通量產(chǎn)生強(qiáng)烈影響。

類似地，可以通過(guò)增加光學(xué)信號(hào)的限制來(lái)減小纖芯直徑以稍微改善光學(xué)彎曲損耗，但是在減少光學(xué)耦合容易性的嚴(yán)重?fù)p失下。作為一個(gè)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(duì)準(zhǔn)精度以保持相同的光耦合。 SMF可以在非常長(zhǎng)的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)幾乎為零的光學(xué)損耗，而對(duì)于相同的數(shù)據(jù)速率，MMF限制在幾百米。因此，對(duì)于光纖設(shè)計(jì)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(quán)衡。調(diào)整光纖設(shè)計(jì)有助于滿足成本，彎曲靈敏度，帶寬和距離的應(yīng)用需求。

因?yàn)橄M(fèi)和工業(yè)應(yīng)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(yīng)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(jī)械地提供低至1.5 mm的彎曲半徑。

為了實(shí)現(xiàn)這種新半徑的低光學(xué)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(xué)彎曲靈敏度。這兩個(gè)屬性一起允許1.5毫米的彎曲半徑。

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

圖1.比較在康寧的ClearCurve VSDN光纖和標(biāo)準(zhǔn)50μm多模光纖之間。

隨著芯線直徑和ClearCurve VSDN光纖的折射率對(duì)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(shí)現(xiàn)高達(dá)10 Gbits/s的無(wú)差錯(cuò)傳輸。圖2顯示了不同的纖維輪廓及其相應(yīng)的損耗與彎曲直徑的函數(shù)關(guān)系。

圖2.為低彎曲損耗設(shè)計(jì)的指數(shù)曲線（a）（b）。

圖3比較通過(guò)3 m和100 m VSDN光纖傳輸后10 Gbits/s的光學(xué)眼圖，表明可以實(shí)現(xiàn)最小色散引起的信號(hào)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(hào)幾乎沒有降解。

電纜

電纜提供了另一個(gè)改善穩(wěn)健性的機(jī)會(huì)。通過(guò)設(shè)計(jì)用于強(qiáng)大光學(xué)傳輸和機(jī)械靈活性的光纖，保護(hù)電纜的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，可保護(hù)光纖，同時(shí)電纜保持薄而柔韌，以防止意外擠壓。

槽可讓纖維自由移動(dòng)，從而最大限度地減少?gòu)澢潭取＝Y(jié)果，電纜可以自身向后彎曲180度，標(biāo)稱零彎曲半徑，同時(shí)保持光纖曲率半徑大于1.5mm，防止破損或顯著的光學(xué)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(guò)程中，偶爾檢查光纖和電纜，以確保其符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

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