通訊用多模光纖常見 50/125 或 62.5/125 μm 的纖芯/包層尺寸,可導引多個空間模式。模式間的群延遲差會使脈衝展寬,影響頻寬與距離,因此它廣泛用於資料中心及建築內的短距鏈路。

本文回答一個問題:多模的 OM 等級與頻寬怎麼讀? 先理解模態色散,再看 OM 等級,最後把頻寬、波長與入射條件一起讀。特定收發器的 SR/DR 距離及調變方式,見〈光通訊規格表 〉[3]。

階躍與漸變折射率的徑向剖面、纖芯內光線與定性輸入/輸出脈衝比較

圖 1|依序看折射率剖面、傳播路徑與脈衝。光線採明示假設的幾何光學/弱導引近似,不是各模式的電磁場解;脈衝形狀只是定性示意,沒有由光線計算展寬值。兩列以相同時間刻度比較。這是折射率設計的原理圖,不是 OM1 與 OM4 的實測比較 [5][7][11]。點圖可看原尺寸。

1. 多模與模態色散

模態色散是不同模式的群延遲不同,使同時輸入的脈衝能量分散到不同到達時間。幾何光學可以用不同光線路徑作為直觀近似;實際模式仍由電磁場及光纖的折射率剖面決定[1][5]。

  • 階躍折射率:纖芯內折射率近似固定。在簡化子午光線模型中,較傾斜的光線走較長路徑,比軸向光線晚到。
  • 漸變折射率:纖芯中心折射率較高,往外降低。接近拋物線的設計讓外圍較低的折射率補償部分較長路徑,降低模式間延遲差;實際光纖仍有殘餘色散[7][11]。

OM1/OM2 也有漸變折射率設計,不能用「OM1 是階躍、OM3/OM4 才是漸變」解釋等級差異。現代雷射最佳化光纖還控制折射率剖面與差分模式延遲(DMD)。模式數多寡、纖芯直徑或 NA,都不足以單獨決定頻寬;入射條件也會影響哪些模式被激發。

模態色散限制鏈路可用頻寬。距離增加常使展寬問題更明顯;提高資料率則縮短可容許的時間尺度。實際可達距離要連同收發器、色散與損耗預算判斷,不能只用「多模最多 550 m」作通用上限。

2. OM1–OM5:尺寸相同,頻寬仍不同

OM 是通訊多模光纖的類別[2]。下表列常見標稱尺寸與頻寬下限,單位均為 MHz·km;數值須連同標準版本與產品資料讀[6][9]。

等級常見纖芯/包層OFL @850 nmEMB @850 nmOM5 的 953 nm 規格
OM162.5/125 μm≥200——
OM250/125 μm≥500——
OM350/125 μm≥1500≥2000—
OM450/125 μm≥3500≥4700—
OM550/125 μm≥3500≥4700OFL ≥1850;EMB ≥2470

「—」表示本表沒有該欄的指定值,不表示光纖沒有頻寬。尺寸欄列常見佈線產品;較早標準版本對 OM1/OM2 的尺寸分類須另行核對[7]。

共同刻度比較 OM1 至 OM5 在 850 nm 的 OFL 和 EMB 下限,並另列 OM5 在 953 nm 的頻寬

圖 2|橘色是 OFL,藍色是 EMB;不同入射/評估條件的數值分開標示。OM4 與 OM5 在 850 nm 的最低規格相同,OM5 另列 953 nm 規格。圖中全為下限,不是實測值,也不能直接換算成固定資料率或距離 [6][9]。

OM3、OM4 與 OM5 的標稱纖芯都是 50 μm,頻寬差別來自設計及規格控制,並非再縮小纖芯。OM 等級也不等於固定速率:不能把 OM1、OM2、OM3、OM4 分別綁定為 100M、1G、10G、400G。

OM5 的重點是寬波段規格。 953 nm 是規格波長,不表示設備必須同時傳 850 與 953 nm 兩個通道。SWDM 的一種常見四波長配置是 850、880、910、940 nm;通道與距離依收發器而定,OM3/OM4 也可支援特定 SWDM 系統[10]。是否需要 OM5,應看設備實際使用的波段及支援表。

3. OFL、EMB 與模式調節跳線

MHz·km 表示頻寬與長度的乘積,並非可直接套用的「資料率 × 距離」。資料率還受調變、光源光譜、接收器、編碼及鏈路預算影響。

OFL(overfilled launch)採過填充入射,廣泛激發模式,用於建立 OFL 頻寬規格。它不是每種雷射入射的通用「最差情況」。EMB(effective modal bandwidth)則評估雷射入射相關的模態頻寬,涉及 DMD 與雷射的模式激發權重;不是「裝上模式調節跳線後量得的頻寬」[7]。

OFL 的廣泛入射、EMB 的雷射入射評估與 MCP 偏軸入射端面示意,分別標示適用範圍

圖 3|三列說明不同用途。端面內圈為纖芯、外圈為包層;光斑不依尺寸比例,並未計算各模式功率。EMB 列的光斑不是固定 VCSEL 場形。MCP 列只示意偏軸入射,不代表只激發高階模式,也不是跳線的完整內部結構 [7][8]。

模式調節跳線(MCP)以單模段接到多模段的偏軸耦合,調整模式激發。它用於設備明確指定的舊式鏈路,例如部分 1300 nm 的 1000BASE-LX/LH、10GBASE-LX4、10GBASE-LRM 搭配 OM1/OM2;依模組及線纜資料確認[8]。

850 nm 的 SX/SR 和雷射最佳化 OM 光纖,不應為「提升頻寬」自行加入這類 MCP。OM3/OM4 的 1500/3500 是 OFL 下限,2000/4700 是 EMB 下限,並非不用/使用 MCP 的差別。MCP 也不能把 OM1/OM2 升級成符合 100G 要求的光纖。

4. 規格表怎麼讀

以「50/125 μm、OM4、OFL ≥3500 MHz·km @850 nm」為例:

  • 50/125 μm:纖芯與包層的標稱直徑。
  • OM4:光纖類別;沒有單獨指定完整鏈路的速率或距離。
  • OFL、850 nm、≥3500 MHz·km:量測入射條件、波長與頻寬下限。

再核對 EMB、NA 定義、衰減、連接器與芯數,以及收發器支援的光纖等級、波段和鏈路長度。不同波長的頻寬不能混用;光源、入射與測試條件也不能省略。MPO/MTP 或 LC 等介面取決於收發器與佈線架構,不由單模/多模直接決定。

Low OH/High OH 與波長範圍

OH 相關吸收會影響矽光纖的傳輸光譜,1383 nm 附近的水峰是常見例子。Low OH/High OH 標籤常出現在實驗用階躍型多模光纖或跳線,與通訊用 OM 等級是不同規格維度。

原文提到的 400–2400 nm(Low OH)及 250–1200 nm(High OH)應視為特定產品系列的工作範圍範例,不能當成所有多模光纖的固定範圍。選用時查型號的傳輸/衰減、工作波長與可靠性條件[4];不能只憑 Low OH 就推定符合 OM4 或高速通訊要求。

5. 適用與限制

多模光纖常用於資料中心、建築內網路與 SAN。較大纖芯有利於耦合,但模式延遲、色散及鏈路損耗共同限制可用距離。成本應比較完整收發器與佈線方案,不能僅憑 MPO、LC 或單模/多模名稱推定。

頻寬是光纖產品/類別的規格;現場驗收通常還要依佈線與應用標準檢查長度、損耗、連接器清潔與極性。一般現場損耗測試並不直接量得 EMB[6]。具體通訊距離與 PAM4/PAM8,見〈光通訊規格表 〉。

常見誤解

  • 「纖芯越大,頻寬越高」:尺寸只是一項幾何參數;頻寬還受折射率剖面、DMD、波長與入射條件影響。
  • 「OM3 和 OM4 一樣」:兩者常見尺寸相同,頻寬下限不同;仍須看設備支援的距離。
  • 「OM5 一定比 OM4 跑得遠」:要連同設備的波段與支援資料判斷;850 nm 的最低頻寬規格相同。
  • 「EMB 就是加裝 MCP 的效果」:EMB 是頻寬規格/評估指標,MCP 是特定鏈路的入射配件。

給讀者的自我檢查

  • 模態色散為什麼會使脈衝展寬?
  • 為什麼只知道纖芯尺寸,還不能決定 OM 等級?
  • OFL、EMB 與 MCP 的用途有何不同?

讀規格時依序確認型號與 OM 類別 → 波長及 OFL/EMB → 收發器與距離 → 損耗與安裝條件。把頻寬數值的入射與波長寫完整,才能把光纖規格連到實際鏈路。