Vorwort: Kommunikationsfasern werden entsprechend der Anzahl der Übertragungsmodi unter ihrer Anwendungswellenlänge in Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern unterteilt. Aufgrund des großen Kerndurchmessers der Multimode-Fasern kann sie mit kostengünstigen Lichtquellen verwendet werden.Daher hat es ein breites Anwendungsspektrum in Kurzstreckenübertragungsszenarien wie Rechenzentren und lokalen Netzwerken. Mit der rasanten Entwicklung des Baus von Rechenzentren in den letzten Jahren ist Multimode-Glasfaser der Mainstream von Rechenzentren und lokalen Bereichen Netzwerkanwendungen, hat ebenfalls den Frühling eingeläutet und weit verbreitete Besorgnis ausgelöst. Lassen Sie uns heute über die Entwicklung von Multimode-Fasern sprechen.
Gemäß der Standardspezifikation ISO/IEC 11801 werden Multimode-Fasern in fünf Hauptkategorien unterteilt: OM1, OM2, OM3, OM4 und OM5. Ihre Übereinstimmung mit IEC 60792-2-10 ist in Tabelle 1 dargestellt. Darunter OM1, OM2 bezieht sich auf die traditionelle 62,5/125 mm und 50/125 mm Multimode-Faser.OM3, OM4 und OM5 beziehen sich auf die neue 50/125-mm-10-Gigabit-Multimode-Faser.
Zuerst:die traditionelle Multimode-Faser
Die Entwicklung von Multimode-Fasern begann in den 1970er und 1980er Jahren.Frühe Multimode-Fasern umfassten viele Größen, und vier Arten von Größen, die in den Standards der International Electrotechnical Commission (IEC) enthalten waren, umfassten vier. 140 μm. Aufgrund der großen Größe des Kernmantels sind die Herstellungskosten hoch, die Biegefestigkeit schlecht, die Anzahl der Übertragungsmodi erhöht und die Bandbreite verringert.Daher wird der Typ der großen Kernmantelgröße allmählich eliminiert, und zwei Hauptkernmantelgrößen werden allmählich gebildet.Sie betragen 50/125 μm bzw. 62,5/125 μm.
Um die Systemkosten des lokalen Netzwerks so weit wie möglich zu reduzieren, wurde im frühen Local Area Network im Allgemeinen eine kostengünstige LED als Lichtquelle verwendet. Aufgrund der geringen LED-Ausgangsleistung ist der Divergenzwinkel relativ groß .Der Kerndurchmesser und die numerische Apertur der 50/125-mm-Multimode-Faser sind jedoch relativ klein, was einer effizienten Kopplung mit LED nicht förderlich ist.Bei der 62,5/125-mm-Multimode-Faser mit großem Kerndurchmesser und numerischer Apertur kann mehr optische Leistung an die optische Verbindung gekoppelt werden. Daher war die 50/125-mm-Multimode-Faser nicht so weit verbreitet wie die 62,5/125-mm-Multimode-Faser zuvor Mitte der 1990er Jahre.
Mit der kontinuierlichen Erhöhung der LAN-Übertragungsrate seit dem Ende des 20. Jahrhunderts wurde das LAN über die lGb/s-Rate hinaus entwickelt.Die Bandbreite der 62,5/125μm-Multimode-Faser mit LED als Lichtquelle wird den Anforderungen nur allmählich nicht mehr gerecht. Im Gegensatz dazu hat die 50/125-mm-Multimode-Faser eine kleinere numerische Apertur und einen kleineren Kerndurchmesser sowie weniger Leitungsmoden Die Dispersion von Multimode-Fasern wird effektiv reduziert und die Bandbreite deutlich erhöht.Aufgrund des kleinen Kerndurchmessers sind auch die Produktionskosten von 50/125-mm-Multimode-Fasern geringer, sodass sie wieder weit verbreitet sind.
Der Gigabit-Ethernet-Standard IEEE 802.3z legt fest, dass 50/125-mm-Multimode- und 62,5/125-mm-Multimode-Fasern als Übertragungsmedien für Gigabit-Ethernet verwendet werden können.Für neue Netzwerke werden jedoch im Allgemeinen 50/125-mm-Multimode-Fasern bevorzugt.
Zweite:laseroptimierte Multimode-Faser
Mit der Entwicklung der Technologie erschien der 850-nm-VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). VCSEL-Laser sind weit verbreitet, da sie billiger als langwellige Laser sind und die Netzwerkgeschwindigkeit erhöhen können. Wellenlängenlaser und kann die Netzwerkgeschwindigkeit erhöhen. Aufgrund des Unterschieds zwischen den beiden Arten von lichtemittierenden Geräten muss die Faser selbst modifiziert werden, um Änderungen in der Lichtquelle aufzunehmen.
Für die Anforderungen von VCSEL-Lasern haben die International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission (ISO/IEC) und die Telecommunications Industry Alliance (TIA) gemeinsam einen neuen Standard für Multimode-Fasern mit einem 50-mm-Kern entworfen. ISO/IEC klassifiziert eine neue Generation von Multimode-Fasern in die Kategorie OM3 (IEC-Standard A1a.2) in seiner neuen Multimode-Faserqualität, die eine laseroptimierte Multimode-Faser ist.
Die nachfolgende OM4-Faser ist eigentlich eine aktualisierte Version der OM3-Multimode-Faser. Im Vergleich zur OM3-Faser verbessert der OM4-Standard nur den Faserbandbreitenindex. Das heißt, der OM4-Faserstandard hat die effektive Modusbandbreite (EMB) und die volle Injektionsbandbreite verbessert (OFL) bei 850 nm im Vergleich zur OM3-Faser.Wie in Tabelle 2 unten gezeigt.
In Multimode-Fasern gibt es viele Übertragungsmodi, und es tritt auch das Problem der Biegefestigkeit der Faser auf.Wenn die Faser gebogen wird, leckt der Modus höherer Ordnung leicht, was zu einem Signalverlust führt, d höhere Anforderungen an seine Biegefestigkeit stellen.
Anders als das einfache Brechungsindexprofil einer Singlemode-Faser ist das Brechungsindexprofil einer Multimode-Faser sehr komplex und erfordert ein extrem feines Brechungsindexprofildesign und einen Herstellungsprozess Die genaueste Herstellung von Multimode-Fasern ist das Plasma Chemical Weather Deposition (PCVD)-Verfahren, das von der Changfei Company vertreten wird. Dieses Verfahren unterscheidet sich von anderen Verfahren dadurch, dass es eine Abscheidungsschicht von mehreren tausend Schichten und eine Dicke von nur etwa 1 Mikrometer pro Schicht während hat Abscheidung, wodurch eine ultrafeine Steuerung der Brechungsindexkurve ermöglicht wird, um eine hohe Bandbreite zu erreichen.
Durch die Optimierung des Brechungsindexprofils der Multimode-Faser weist die biegeunempfindliche Multimode-Faser eine signifikante Verbesserung der Biegefestigkeit auf, wie in Abbildung 1 unten gezeigt.
Abb.1 Vergleich der Makrobiegeleistung zwischen biegefester Multimode-Faser und herkömmlicher Multimode-Faser
Dritte:die neue Multimode-Faser (OM5)
OM3-Faser und OM4-Faser sind Multimode-Fasern, die hauptsächlich im 850-nm-Band verwendet werden. Mit zunehmender Übertragungsrate führt nur ein einkanaliges Banddesign zu immer intensiveren Verkabelungskosten, und die damit verbundenen Verwaltungs- und Wartungskosten werden entsprechend steigen .Daher versuchen die Techniker, das Wellenlängenmultiplexkonzept in das Multimode-Übertragungssystem einzuführen.Wenn mehrere Wellenlängen auf einer Faser übertragen werden können, lässt sich die entsprechende Anzahl paralleler Fasern sowie der Verlege- und Wartungsaufwand stark reduzieren. In diesem Zusammenhang entstand die OM5-Faser.
Die OM5-Multimode-Faser basiert auf der OM4-Faser, die den Kanal mit hoher Bandbreite erweitert und Übertragungsanwendungen von 850 nm bis 950 nm unterstützt. Die aktuellen Mainstream-Anwendungen sind SWDM4- und SR4.2-Designs.SWDM4 ist ein Wellenlängenmultiplexing von vier Kurzwellen, nämlich 850 nm, 880 nm, 910 nm bzw. 940 nm. Auf diese Weise kann eine optische Faser die Dienste der vorherigen vier parallelen optischen Fasern unterstützen.SR4.2 ist ein Zwei-Wellenlängen-Multiplexing, das hauptsächlich für bidirektionale Einzelfasertechnologie verwendet wird. Der OM5 kann mit VCSEL-Lasern mit geringer Leistung und geringen Kosten kombiniert werden, um die Kurzstreckenkommunikation wie Rechenzentren besser zu erfüllen. Tabelle 3 unten ist ein Vergleich der wichtigsten Bandbreitenspezifikationen für OM4- und OM5-Fasern.
Derzeit wird die OM5-Faser als neue Art von High-End-Multimode-Faser verwendet. Einer der größten Geschäftsfälle ist der kommerzielle OM5-Fall des Hauptrechenzentrums von Changfei und der China Railways Corporation. Das Rechenzentrum zielt auf die Anwendungsvorteile von ab OM5-Faser im Wellenlängenteilungssystem von SR4.2.Es erreicht die maximale Kapazitätskommunikation zu den niedrigsten Kosten und bereitet sich auf weitere Upgrade-Raten in der Zukunft vor.Die zukünftige Rate wird auf 100 Gb/s oder sogar 400 Gb erhöht./s oder Breitbandanwendungen können Glasfasern nicht mehr ersetzen, was zukünftige Upgrade-Kosten erheblich reduziert.
Zusammenfassung: Da die Nachfrage nach Anwendungen weiter steigt, bewegen sich Multimode-Fasern in Richtung geringer Biegedämpfung, hoher Bandbreite und Multiplexing mit mehreren Wellenlängen. und bietet eine leistungsstarke Glasfaserlösung für Systeme mit mehreren Wellenlängen von 100 Gb/s und 400 Gb/s in der Zukunft. Darüber hinaus, um die Anforderungen einer Hochgeschwindigkeits-, Breitband- und kostengünstigen Rechenzentrumskommunikation zu erfüllen, neuer Multimode Fasern, wie z. B. Single-Multimode-Allzweckfasern, werden ebenfalls entwickelt. In Zukunft wird Changfei weitere neue Multimode-Glasfaserlösungen mit Branchenkollegen auf den Markt bringen, die Rechenzentren und Glasfaserverbindungen neue Durchbrüche und niedrigere Kosten bringen.