Forord: Kommunikationsfiber er opdelt i single mode fiber og multimode fiber i henhold til antallet af transmissionstilstande under dens anvendelsesbølgelængde. På grund af multimodefiberens store kernediameter kan den bruges med billige lyskilder.Derfor har det en bred vifte af applikationer i kortdistancetransmissionsscenarier, såsom datacentre og lokale netværk. Med den hurtige udvikling af datacenterkonstruktion i de seneste år, multimode fiber, som er mainstream af datacenter og lokalområde netværksapplikationer, har også indvarslet foråret, hvilket har givet anledning til udbredt bekymring. Lad os i dag tale om udviklingen af multimode fiber.
I henhold til standard ISO/IEC 11801-specifikationen er multimode fiber opdelt i fem hovedkategorier: OM1, OM2, OM3, OM4 og OM5. Dens korrespondance med IEC 60792-2-10 er vist i tabel 1. Blandt dem OM1, OM2 refererer til den traditionelle 62,5/125 mm og 50/125 mm multimode fiber.OM3, OM4 og OM5 refererer til den nye 50/125 mm 10 Gigabit multimode fiber.
Først:den traditionelle multimode fiber
Udviklingen af multimode fiber begyndte i 1970'erne og 1980'erne.Tidlige multimode fibre omfattede mange størrelser, og fire typer størrelser inkluderet i International Electrotechnical Commission (IEC) standarder inkluderede fire. Kernebeklædningsdiameteren er opdelt i 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm og 100/ 140 μm.På grund af den store størrelse af kernebeklædningen er fremstillingsomkostningerne høje, bøjningsmodstanden er dårlig, antallet af transmissionstilstande øges, og båndbredden reduceres.Derfor elimineres typen af den store kernebeklædningsstørrelse gradvist, og to hovedkernebeklædningsstørrelser dannes gradvist.De er henholdsvis 50/125 μm og 62,5/125 μm.
I det tidlige lokalnetværk, for at reducere systemomkostningerne for lokalnetværket så meget som muligt, blev en lavpris-LED generelt brugt som lyskilde. På grund af lav LED-udgangseffekt er divergensvinklen relativt stor .Kernediameteren og den numeriske åbning af 50/125 mm multi-mode fiberen er dog relativt små, hvilket ikke er befordrende for effektiv kobling med LED.Hvad angår 62,5/125 mm multi-mode fiber med stor kernediameter og numerisk blænde, kan mere optisk effekt kobles til det optiske link. Derfor var 50/125 mm multimode fiber ikke så udbredt som 62,5/125 mm multimode fiber før midten af 1990'erne.
Med den kontinuerlige stigning i LAN-transmissionshastigheden, siden slutningen af det 20. århundrede, er LAN blevet udviklet over lGb/s-hastigheden.Båndbredden på 62,5/125 μm multimode fiber med LED som lyskilde er kun gradvist ude af stand til at opfylde kravene. I modsætning hertil har 50/125 mm multimode fiberen en mindre numerisk blænde og kernediameter og færre ledningstilstande. Derfor er tilstanden spredning af multi-mode fiber reduceres effektivt, og båndbredden øges betydeligt.På grund af den lille kernediameter er produktionsomkostningerne for 50/125 mm multi-mode fiber også lavere, så det er meget brugt igen.
IEEE 802.3z Gigabit Ethernet-standarden specificerer, at 50/125 mm multimode og 62.5/125 mm multimode fibre kan bruges som transmissionsmedier til Gigabit Ethernet.Men til nye netværk foretrækkes 50/125 mm multimode fiber generelt.
Sekund:laser optimeret multimode fiber
Med udviklingen af teknologi dukkede 850 nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) op. VCSEL-lasere er meget udbredt, fordi de er billigere end langbølgelængdelasere og kan øge netværkshastighederne.VCSEL-lasere er meget udbredt, fordi de er billigere end lang- bølgelængdelasere og kan øge netværkshastighederne.På grund af forskellen mellem de to typer lysemitterende enheder skal selve fiberen modificeres for at imødekomme ændringer i lyskilden.
Til behovene for VCSEL-lasere har International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission (ISO/IEC) og Telecommunications Industry Alliance (TIA) i fællesskab udarbejdet en ny standard for multimode fiber med en 50 mm kerne. ISO/IEC klassificerer en ny generation af multimode fiber i OM3 kategorien (IEC standard A1a.2) i sin nye multimode fiberkvalitet, som er en laseroptimeret multimode fiber.
Den efterfølgende OM4-fiber er faktisk en opgraderet version af OM3 multimode-fiber. Sammenlignet med OM3-fiber forbedrer OM4-standarden kun fiberbåndbreddeindekset. Det vil sige, at OM4-fiberstandarden har forbedret den effektive tilstandsbåndbredde (EMB) og den fulde injektionsbåndbredde (OFL) ved 850 nm sammenlignet med OM3-fiberen.Som vist i tabel 2 nedenfor.
Der er mange transmissionsmåder i multimode fiber, og problemet med bøjningsmodstand af fiberen er også forårsaget.Når fiberen bøjes, lækkes højordenstilstanden let, hvilket resulterer i tab af signal, dvs. bøjningstab af fiberen. fremad højere krav til dens bøjningsmodstand.
I modsætning til den simple brydningsindeksprofil af en enkelt-mode fiber, er brydningsindeksprofilen for en multimode fiber meget kompleks, hvilket kræver et ekstremt fint brydningsindeksprofildesign og fremstillingsproces. I de nuværende fire store præfabrikationsprocesser i den internationale mainstream, den mest præcise fremstilling af multimode fiber er plasma kemisk vejraflejring (PCVD), repræsenteret af Changfei Company. Denne proces adskiller sig fra andre processer ved, at den har et aflejringslag på flere tusinde lag og en tykkelse på kun omkring 1 mikron pr. lag under aflejring, hvilket muliggør ultrafin brydningsindekskurvekontrol for at opnå høj båndbredde.
Ved at optimere brydningsindeksprofilen af multimode fiber har den bøjningsufølsomme multimode fiber en betydelig forbedring i bøjningsmodstand, som vist i figur 1 nedenfor.
Fig.1 Sammenligning af makrobøjningsydelse mellem bøjningsbestandig multimode fiber og konventionel multimode fiber
Tredje:den nye multimode fiber (OM5)
OM3 fiber og OM4 fiber er multimode fiber, der hovedsageligt anvendes i 850nm båndet. Da transmissionshastigheden fortsætter med at stige, vil kun et enkelt-kanals bånddesign resultere i flere og mere intensive ledningsomkostninger, og de tilhørende administrations- og vedligeholdelsesomkostninger vil stige tilsvarende. .Derfor forsøger teknikerne at introducere bølgelængdedelingsmultipleksing-konceptet i multimode transmissionssystemet.Hvis der kan transmitteres flere bølgelængder på én fiber, kan det tilsvarende antal parallelle fibre og omkostningerne til lægning og vedligeholdelse reduceres kraftigt. I denne sammenhæng opstod OM5 fiber.
OM5 multimode fiber er baseret på OM4 fiber, som udvider kanalen med høj båndbredde og understøtter transmissionsapplikationer fra 850 nm til 950 nm. De nuværende mainstream applikationer er SWDM4 og SR4.2 designs.SWDM4 er en bølgelængdedelingsmultipleksing af fire korte bølger, som er henholdsvis 850 nm, 880 nm, 910 nm og 940 nm. På denne måde kan en optisk fiber understøtte tjenesterne fra de foregående fire parallelle optiske fibre.SR4.2 er en to-bølgelængde divisionsmultipleksing, hovedsageligt brugt til enkeltfiber tovejsteknologi. OM5 kan matches med VCSEL-lasere med lav ydeevne og lave omkostninger for bedre at imødekomme kortdistancekommunikation såsom datacentre.Tabel 3 nedenfor er en sammenligning af de vigtigste båndbreddespecifikationer for OM4- og OM5-fibre.
På nuværende tidspunkt er OM5 fiber blevet brugt som en ny type high-end multimode fiber.En af de største business cases er OM5 kommercielle case af Changfei og China Railways Corporations vigtigste datacenter. Datacentret sigter mod anvendelsesfordelene ved OM5-fiber i bølgelængdedelingssystemet i SR4.2.Det opnår den maksimale kapacitetskommunikation til den laveste pris og forbereder sig på yderligere opgraderingshastighed i fremtiden.Den fremtidige hastighed vil blive øget til 100 Gb/s eller endda 400 Gb./s eller bredbåndsapplikationer kan ikke længere erstatte fiber, hvilket væsentligt reducerer fremtidige opgraderingsomkostninger.
Sammenfatning: Efterhånden som efterspørgslen efter applikationer fortsætter med at stige, bevæger multimode fiber sig mod lavt bøjningstab, høj båndbredde og multi-bølgelængde multipleksing. Blandt dem er den mest potentielle anvendelse OM5 fiber, som har den optimale ydeevne af nuværende multimode fiber, og leverer en kraftfuld fiberløsning til multi-bølgelængde systemer på 100Gb/s og 400Gb/s i fremtiden. For at imødekomme kravene til højhastigheds, høj båndbredde, lavpris datacenterkommunikation, ny multimode fibre, såsom single multimode universelle fibre, er også under udvikling. I fremtiden vil Changfei lancere flere nye multimode fiberløsninger med branchekolleger, hvilket bringer nye gennembrud og lavere omkostninger til datacentre og fiberoptiske sammenkoblinger.