مقدمة: تنقسم ألياف الاتصالات إلى ألياف أحادية النمط وألياف متعددة الوسائط وفقًا لعدد أوضاع النقل تحت طول موجة التطبيق ، نظرًا للقطر الأساسي الكبير للألياف متعددة الأوضاع ، يمكن استخدامها مع مصادر إضاءة منخفضة التكلفة.لذلك ، لديها مجموعة واسعة من التطبيقات في سيناريوهات الإرسال لمسافات قصيرة ، مثل مراكز البيانات وشبكات المنطقة المحلية. بدأت تطبيقات الشبكة أيضًا في فصل الربيع ، مما تسبب في قلق واسع النطاق اليوم ، لنتحدث عن تطوير الألياف متعددة الأوضاع.
وفقًا لمواصفات ISO / IEC 11801 القياسية ، يتم تقسيم الألياف متعددة الأوضاع إلى خمس فئات رئيسية: OM1 و OM2 و OM3 و OM4 و OM5 ، وتظهر مراسلاتها مع IEC 60792-2-10 في الجدول 1 ، ومن بينها OM1 و OM2 يشير إلى الألياف التقليدية متعددة الأوضاع 62.5 / 125mm و 50 / 125mm.تشير OM3 و OM4 و OM5 إلى الألياف الجديدة متعددة الأوضاع مقاس 50/125 مم بسرعة 10 جيجابت.
أولاً:الألياف التقليدية متعددة الأوضاع
بدأ تطوير الألياف متعددة الأوضاع في السبعينيات والثمانينيات.تضمنت الألياف متعددة الأوضاع المبكرة العديد من الأحجام ، وتضمنت أربعة أنواع من الأحجام المدرجة في معايير اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) أربعة ، وينقسم قطر الكسوة الأساسية إلى 50/125 ميكرومتر ، 62.5 / 125 ميكرومتر ، 85/125 ميكرومتر ، و 100 / 140 ميكرومتر نظرًا للحجم الكبير للكسوة الأساسية ، فإن تكلفة التصنيع مرتفعة ، ومقاومة الانحناء ضعيفة ، ويزداد عدد أوضاع النقل ، ويتم تقليل عرض النطاق الترددي.لذلك ، يتم التخلص تدريجياً من نوع حجم الكسوة الأساسية الكبيرة ، ويتم تشكيل حجمين رئيسيين للكسوة تدريجياً.هم 50/125 ميكرومتر و 62.5 / 125 ميكرومتر ، على التوالي.
في شبكة المنطقة المحلية المبكرة ، من أجل تقليل تكلفة النظام لشبكة المنطقة المحلية قدر الإمكان ، تم استخدام مصباح LED منخفض التكلفة بشكل عام كمصدر للضوء ، نظرًا لانخفاض طاقة خرج LED ، تكون زاوية التباعد كبيرة نسبيًا .ومع ذلك ، فإن القطر الأساسي والفتحة العددية للألياف متعددة الأوضاع مقاس 50/125 مم صغيرة نسبيًا ، وهو ما لا يفضي إلى اقتران فعال مع LED.بالنسبة للألياف متعددة الأوضاع مقاس 62.5 / 125 مم ذات القطر الأساسي الكبير والفتحة العددية ، يمكن إقران المزيد من الطاقة الضوئية بالوصلة الضوئية ، لذلك لم يتم استخدام الألياف متعددة الأوضاع مقاس 50/125 مم على نطاق واسع مثل الألياف متعددة الأوضاع 62.5 / 125 مم قبل منتصف التسعينيات.
مع الزيادة المستمرة في معدل نقل الشبكة المحلية ، منذ نهاية القرن العشرين ، تم تطوير الشبكة المحلية فوق معدل lGb / s.عرض النطاق الترددي للألياف متعددة الوسائط 62.5 / 125 ميكرومتر مع LED كمصدر للضوء غير قادر على تلبية المتطلبات بشكل تدريجي ، في المقابل ، تتميز الألياف متعددة الأوضاع 50/125 مم بفتحة رقمية أصغر وقطر أساسي وأوضاع توصيل أقل. يتم تقليل تشتت الألياف متعددة الأنماط بشكل فعال ، وزيادة عرض النطاق الترددي بشكل كبير.نظرًا للقطر الأساسي الصغير ، فإن تكلفة إنتاج الألياف متعددة الأوضاع 50/125 مم أيضًا أقل ، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع مرة أخرى.
يحدد معيار IEEE 802.3z Gigabit Ethernet أنه يمكن استخدام الألياف متعددة الأوضاع مقاس 50/125 مم والألياف متعددة الأوضاع 62.5 / 125 مم كوسائط نقل لشبكة جيجابت إيثرنت.ومع ذلك ، بالنسبة للشبكات الجديدة ، يفضل بشكل عام استخدام الألياف متعددة الأوضاع 50/125 مم.
ثانيا:ألياف متعددة الوسائط محسّنة بالليزر
مع تطور التكنولوجيا ، ظهر 850 نانومتر VCSEL (الليزر العمودي الباعث للسطح). تُستخدم أشعة الليزر VCSEL على نطاق واسع لأنها أرخص من الليزر طويل الموجة ويمكن أن تزيد من سرعات الشبكة ، ويستخدم ليزر VCSEL على نطاق واسع لأنه أرخص من الليزر الطويل أشعة الليزر ذات الطول الموجي ويمكن أن تزيد من سرعات الشبكة ، وبسبب الاختلاف بين نوعي الأجهزة الباعثة للضوء ، يجب تعديل الألياف نفسها لاستيعاب التغييرات في مصدر الضوء.
لتلبية احتياجات ليزر VCSEL ، قامت المنظمة الدولية للتوحيد القياسي / اللجنة الكهروتقنية الدولية (ISO / IEC) وتحالف صناعة الاتصالات (TIA) بصياغة معيار جديد للألياف متعددة الأوضاع بنواة 50 مم. من الألياف متعددة الأوضاع في فئة OM3 (معيار IEC A1a.2) في فئة الألياف متعددة الأوضاع الجديدة ، وهي ألياف متعددة الأوضاع مُحسّنة بالليزر.
ألياف OM4 اللاحقة هي في الواقع نسخة مطورة من ألياف OM3 متعددة الأوضاع ، وبالمقارنة مع ألياف OM3 ، فإن معيار OM4 يعمل فقط على تحسين مؤشر عرض النطاق الترددي للألياف ، أي أن معيار الألياف OM4 قد حسّن النطاق الترددي للوضع الفعال (EMB) وعرض النطاق الترددي للحقن الكامل (OFL) عند 850 نانومتر مقارنة بألياف OM3.كما هو موضح في الجدول 2 أدناه.
هناك العديد من طرق النقل في الألياف متعددة الأوضاع ، كما تظهر مشكلة مقاومة الانحناء للألياف.عندما يتم ثني الألياف ، يتم تسريب وضع الترتيب العالي بسهولة ، مما يؤدي إلى فقدان الإشارة ، أي فقدان الانحناء للألياف. متطلبات أعلى إلى الأمام لمقاومة الانحناء.
على عكس المظهر الجانبي البسيط لمؤشر الانكسار للألياف أحادية الوضع ، فإن المظهر الجانبي لمعامل الانكسار للألياف متعددة الأوضاع معقد للغاية ، ويتطلب تصميمًا وعملية تصنيع دقيقة للغاية لمؤشر الانكسار. إن الإعداد الأكثر دقة للألياف متعددة الوسائط هو عملية الترسيب الكيميائي للطقس بالبلازما (PCVD) ، التي تمثلها شركة Changfei ، وتختلف هذه العملية عن العمليات الأخرى من حيث أنها تحتوي على طبقة ترسيب تتكون من عدة آلاف من الطبقات وسماكة تبلغ حوالي 1 ميكرون فقط لكل طبقة خلال الترسيب ، مما يتيح التحكم في منحنى معامل الانكسار فائق الدقة لتحقيق نطاق ترددي عالٍ.
من خلال تحسين ملف تعريف معامل الانكسار للألياف متعددة الأوضاع ، تتمتع الألياف متعددة الأوضاع غير الحساسة للثني بتحسن كبير في مقاومة الانحناء ، كما هو موضح في الشكل 1 أدناه.
الشكل 1 مقارنة أداء macrobend بين الألياف متعددة الأوضاع المقاومة للثني والألياف متعددة الأوضاع التقليدية
ثالث:الألياف متعددة الأوضاع الجديدة (OM5)
ألياف OM3 وألياف OM4 هي ألياف متعددة الأوضاع تُستخدم بشكل أساسي في النطاق 850 نانومتر ، ومع استمرار زيادة معدل النقل ، فإن تصميم النطاق أحادي القناة فقط سينتج عنه المزيد والمزيد من تكاليف الأسلاك المكثفة ، وستزيد تكاليف الإدارة والصيانة المصاحبة وفقًا لذلك. لذلك ، يحاول الفنيون إدخال مفهوم تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي في نظام الإرسال متعدد الوسائط.إذا كان بالإمكان نقل أطوال موجية متعددة على ليف واحد ، فيمكن تقليل العدد المقابل للألياف المتوازية وتكلفة التمديد والصيانة إلى حد كبير ، وفي هذا السياق ، ظهرت ألياف OM5 إلى حيز الوجود.
تعتمد الألياف متعددة الأوضاع OM5 على ألياف OM4 ، والتي توسع قناة النطاق الترددي العالي وتدعم تطبيقات الإرسال من 850 نانومتر إلى 950 نانومتر ، والتطبيقات السائدة الحالية هي تصميمات SWDM4 و SR4.2.SWDM4 عبارة عن مضاعفة تقسيم الطول الموجي لأربع موجات قصيرة ، وهي 850 نانومتر و 880 نانومتر و 910 نانومتر و 940 نانومتر على التوالي ، وبهذه الطريقة يمكن للألياف الضوئية أن تدعم خدمات الألياف البصرية الأربعة السابقة.SR4.2 عبارة عن تعدد إرسال بتقسيم ثنائي الموجات ، يستخدم بشكل أساسي في تقنية الألياف أحادية الاتجاه ثنائية الاتجاه. يمكن مطابقة OM5 مع أجهزة الليزر VCSEL ذات الأداء المنخفض والتكلفة المنخفضة لتلبية الاتصالات قصيرة المدى مثل مراكز البيانات بشكل أفضل. مقارنة بين مواصفات النطاق الترددي الرئيسي لألياف OM4 و OM5.
في الوقت الحاضر ، تم استخدام ألياف OM5 كنوع جديد من الألياف متعددة الوسائط المتطورة ، ومن أكبر حالات الأعمال حالة OM5 التجارية لمركز البيانات الرئيسي لشركة Changfei و China Railways Corporation ، ويهدف مركز البيانات إلى مزايا التطبيق ألياف OM5 في نظام تقسيم الطول الموجي SR4.2.يحقق أقصى قدرة اتصال بأقل تكلفة ، ويستعد لمعدل ترقية إضافي في المستقبل.سيتم زيادة السعر المستقبلي إلى 100 جيجابايت / ثانية أو حتى 400 جيجابايت./ s ، أو تطبيقات النطاق العريض ، لم تعد تحل محل الألياف ، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الترقية المستقبلية.
ملخص: مع استمرار زيادة الطلب على التطبيقات ، تتجه الألياف متعددة الأوضاع نحو فقدان الانحناء المنخفض ، وعرض النطاق الترددي العالي ، وتعدد الإرسال متعدد الأطوال الموجية ، ومن بين هذه التطبيقات ، فإن أكثر التطبيقات المحتملة هي ألياف OM5 ، التي تتمتع بالأداء الأمثل للألياف متعددة الأوضاع الحالية ، ويوفر حلًا قويًا للألياف لأنظمة الأطوال الموجية المتعددة بسرعة 100 جيجابت / ثانية و 400 جيجابت / ثانية في المستقبل. بالإضافة إلى ذلك ، من أجل تلبية متطلبات اتصالات مركز البيانات عالية السرعة وعالية النطاق ومنخفضة التكلفة ، ووضع متعدد جديد يتم أيضًا تطوير الألياف ، مثل الألياف أحادية الأغراض متعددة الأغراض ، وفي المستقبل ، ستطلق Changfei المزيد من حلول الألياف متعددة الوسائط الجديدة مع أقرانها في الصناعة ، مما يحقق اختراقات جديدة وخفض التكاليف لمراكز البيانات والوصلات البينية للألياف البصرية.