通信光纤按其应用波长下传输模式的数量可分为单模光纤和多模光纤。由于多模光纤的纤芯直径较大，可以配合低成本的光源使用，因此在数据中心、局域网等短距离传输场景中有着非常广泛的应用。随着近年来数据中心建设的快速发展，作为数据中心和局域网应用主流的多模光纤也迎来了春天，引起了广泛关注。
根据标准的ISO/IEC 11801规范，多模光纤分为五类：OM1、 OM2、 OM3、 OM4、 OM 5，它们与IEC 60792-2-10的对应关系如表1所示。其中，OM1和OM2是指传统的62.5/125mm和50/125mm多模光纤；OM3、OM4和OM5是指新的50/125mm万兆多模光纤。
一、传统多模光纤
多模光纤的研究和开发始于20世纪70年代和80年代。早期的多模光纤包括许多尺寸类型，包括IEC标准中列出的四种尺寸类型。纤芯和包层直径分别为50/125m、62.5/125m、85/125m和100/140m.由于纤芯包层尺寸大导致制造成本高，弯曲性能差，传输模式数增加，带宽降低，因此逐渐淘汰了纤芯包层尺寸大的类型，逐渐形成两种主要的纤芯包层尺寸，分别为50/125m和62.5/125m。
在早期的局域网中，为了尽可能的降低局域网的系统成本，普遍采用价格低廉的LED作为光源。由于LED输出功率低，发散角比较大，50/125mm多模光纤的芯径和数值孔径比较小，不利于与LED的高效耦合。与具有大芯径和大数值孔径的62.5/125mm多模光纤相比，可以将更多的光功率耦合到光纤链路中。所以90年代中期以前50/125mm多模光纤还不如62.5/125mm多模光纤。
随着局域网传输速率的不断升级，从20世纪末开始，局域网发展到lGb/s速率以上，以LED为光源的62.5/125m多模光纤带宽只有几百兆，逐渐不能满足要求。相比之下，50/125mm多模光纤的数值孔径和纤芯直径更小，传导模式更少，从而有效降低多模光纤的模式色散，显著增加带宽。由于纤芯直径更小，50/125mm多模光纤的制造成本也更低，因此再次得到广泛应用。
根据IEEE802.3z千兆以太网标准，50/125mm多模光纤和62.5/125mm多模光纤都可以作为千兆以太网的传输介质。但对于新网络，一般首选50/125mm多模光纤。
二、激光优化多模光纤
随着技术的发展，出现了850纳米垂直腔面发射激光器。VCSEL激光器比长波长激光器便宜，并且可以提高网络速度，因此得到了广泛的应用。由于两种发光器件的不同，光纤本身必须进行改造以适应光源的变化。
为了满足VCSEL激光器的需求，国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)和美国电信工业协会(TIA)共同起草了芯线为50 mm的新一代多模光纤的标准，ISO/IEC在其新的多模光纤等级中将新一代多模光纤归入OM3类(IEC标准为A1a.2)，即激光优化多模光纤。
后续的OM4光纤实际上是OM3多模光纤的升级版。与OM3光纤相比，OM4标准只是提高了光纤带宽指标。也就是说，与OM3光纤相比，OM4光纤标准在850nm波长处的有效模式带宽(EMB)和全注入带宽(OFL)得到了提高。如下表2所示。
表2 OM3和OM4光纤的比较
多模光纤中存在多种传输模式，这也带来了光纤抗弯的问题。光纤弯曲时，高次模容易泄露出去，造成信号损失，即光纤弯曲损耗。随着室内应用场景的增多，多模光纤在狭窄环境中的布线也越来越多
与单模光纤简单的折射率分布结构不同，多模光纤的折射率分布非常复杂，需要极其精细的折射率分布设计和制作工艺。目前世界上四种主流的预制棒制备工艺中，制备多模光纤最精密的工艺是以昌飞公司为代表的等离子体化学气相沉积(PCVD)。该工艺不同于其他工艺，沉积层数多达几千层，每层厚度只有1微米左右，可以实现超精细的折射率曲线控制，从而实现高带宽。
通过优化多模光纤的折射率分布，当前对弯曲不敏感的多模光纤的弯曲性能得到了显著改善，如下图1所示。
图1弯曲多模光纤和常规多模光纤的宏观弯曲性能比较
三、新型多模光纤(OM5)
OM3光纤和OM4光纤都是主要用于850nm波段的多模光纤。随着传输速率的不断提高，单通道频段的设计会带来越来越密集的布线成本，管理维护成本也会相应增加。因此，技术人员试图将波分复用的概念引入多模传输系统。如果可以在一根光纤上传输多个波长，则可以大大减少相应的并行光纤的数量以及铺设和维护的成本。在这种背景下，OM5光纤应运而生。
以OM4光纤为基础的OM5多模光纤拓宽了高带宽信道，可以支持850nm~950nm波段的传输应用。目前主流的应用是SWDM4和SR4.2设计。SWDM4是四个短波的波分复用，分别是850nm，880nm，910nm，940nm。这样一根光纤就可以支持之前四根并行光纤的业务。SR4.2是双波分复用，主要用于单纤双向技术。OM5可以配合性能好、成本低的VCSEL激光器，更好地满足数据中心的短距离通信。下表3是OM4和OM5光纤的主要带宽指标的比较。
表OM4和OM5的光纤带宽指标对比
目前，OM5光纤作为最新的高端多模光纤，已经在很多场合得到应用。最大的商业案例之一是昌飞公司的OM5商业案例和中国铁路总公司的主数据中心。这个数据中心瞄准了OM5光纤在SR4.2上波分系统的应用优势，用最低的成本实现了最大容量的通信，也为未来进一步的升级速率做了准备。当未来升级速率达到100Gb/s甚至400Gb/s，或者带宽变宽时，可以更换光纤，可以大幅降低未来升级成本。
随着应用需求的不断增加，多模光纤正朝着低弯曲损耗、高带宽和多波长复用的方向发展。其中，OM5光纤最具应用潜力，具有目前多模光纤的最佳性能，为未来100Gb/s和400Gb/s多波长系统提供了强大的光纤解决方案。此外，为了满足高速率、高带宽和低成本的数据中心通信的要求，新型多模光纤，如单根多模通用光纤也在开发中。未来，昌飞公司将与业内同行一起推出更多新的多模光纤解决方案，为数据中心和光纤互联带来新的突破和更低的成本。
