Przedmowa: Światłowód komunikacyjny dzieli się na światłowód jednomodowy i światłowód wielomodowy w zależności od liczby trybów transmisji w ramach długości fali aplikacji. Ze względu na dużą średnicę rdzenia światłowodu wielomodowego może być stosowany z tanimi źródłami światła.W związku z tym ma szeroki zakres zastosowań w scenariuszach transmisji na krótkie odległości, takich jak centra danych i sieci lokalne. Wraz z szybkim rozwojem budowy centrów danych w ostatnich latach, światłowód wielomodowy, który jest głównym nurtem centrum danych i obszaru lokalnego aplikacji sieciowych, również pojawiła się na wiosnę, wywołując powszechne zaniepokojenie. Porozmawiajmy dziś o rozwoju światłowodów wielomodowych.
Zgodnie ze standardową specyfikacją ISO/IEC 11801 światłowód wielomodowy dzieli się na pięć głównych kategorii: OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5. Jego zgodność z normą IEC 60792-2-10 przedstawiono w tabeli 1. Wśród nich OM1, OM2 odnosi się do tradycyjnego światłowodu wielomodowego 62,5/125 mm i 50/125 mm.OM3, OM4 i OM5 odnoszą się do nowego wielomodowego światłowodu 50/125 mm 10 Gigabit.
Pierwszy:tradycyjne światłowód wielomodowy
Rozwój światłowodów wielomodowych rozpoczął się w latach 70. i 80. XX wieku.Wczesne włókna wielomodowe zawierały wiele rozmiarów, a cztery typy rozmiarów zawarte w normach Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) obejmowały cztery. Średnica płaszcza rdzenia jest podzielona na 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm i 100/ 140 μm. Ze względu na duży rozmiar płaszcza rdzenia koszt produkcji jest wysoki, odporność na zginanie jest słaba, zwiększa się liczba trybów transmisji i zmniejsza się przepustowość.W związku z tym typ dużego rozmiaru płaszcza rdzenia jest stopniowo eliminowany i stopniowo powstają dwa główne rozmiary płaszcza rdzenia.Wynoszą odpowiednio 50/125 μm i 62,5/125 μm.
We wczesnej sieci lokalnej, w celu maksymalnego zmniejszenia kosztów systemu sieci lokalnej, jako źródło światła zwykle używano niedrogich diod LED. Ze względu na niską moc wyjściową diod LED kąt rozbieżności jest stosunkowo duży .Jednak średnica rdzenia i apertura numeryczna światłowodu wielomodowego 50/125mm są stosunkowo niewielkie, co nie sprzyja wydajnemu sprzężeniu z diodą LED.Jeśli chodzi o światłowód wielomodowy 62.5/125mm o dużej średnicy rdzenia i aperturze numerycznej, większa moc optyczna może być sprzężona z łączem optycznym. Dlatego światłowód wielomodowy 50/125mm nie był tak szeroko stosowany jak światłowód wielomodowy 62.5/125mm przed połowa lat 90.
Wraz z ciągłym wzrostem szybkości transmisji LAN, od końca XX wieku, sieć LAN rozwijała się powyżej szybkości lGb/s.Szerokość pasma światłowodu wielomodowego 62,5/125μm z diodą LED jako źródłem światła tylko stopniowo nie jest w stanie spełnić wymagań. W przeciwieństwie do tego, światłowód wielomodowy 50/125mm ma mniejszą aperturę numeryczną i średnicę rdzenia oraz mniej trybów przewodzenia. skutecznie redukowana jest dyspersja światłowodu wielomodowego, a przepustowość jest znacznie zwiększona.Ze względu na małą średnicę rdzenia, koszt produkcji światłowodu wielomodowego 50/125mm jest również niższy, dzięki czemu jest ponownie szeroko stosowany.
Standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet określa, że światłowody wielomodowe 50/125 mm i wielomodowe 62,5/125 mm mogą być używane jako media transmisyjne dla Gigabit Ethernet.Jednak w przypadku nowych sieci na ogół preferowane jest światłowód wielomodowy 50/125 mm.
Drugi:laserowo zoptymalizowane światłowód wielomodowy
Wraz z rozwojem technologii pojawił się 850 nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Lasery VCSEL są szeroko stosowane, ponieważ są tańsze niż lasery o długich falach i mogą zwiększać prędkość sieci. Lasery VCSEL są szeroko stosowane, ponieważ są tańsze niż długo- lasery o długości fali i mogą zwiększyć prędkość sieci.Ze względu na różnicę między tymi dwoma typami urządzeń emitujących światło, samo włókno musi zostać zmodyfikowane, aby dostosować się do zmian w źródle światła.
Na potrzeby laserów VCSEL Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna/Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (ISO/IEC) oraz Związek Przemysłu Telekomunikacyjnego (TIA) wspólnie opracowały nowy standard dla światłowodu wielomodowego z rdzeniem 50 mm. ISO/IEC klasyfikuje nową generację światłowodu wielomodowego do kategorii OM3 (norma IEC A1a.2) w nowym gatunku światłowodu wielomodowego, który jest laserowo zoptymalizowanym światłowodem wielomodowym.
Kolejne światłowód OM4 jest w rzeczywistości ulepszoną wersją światłowodu wielomodowego OM3. W porównaniu ze światłowodem OM3, standard OM4 poprawia tylko wskaźnik przepustowości światłowodu. Oznacza to, że standard światłowodu OM4 poprawił przepustowość trybu efektywnego (EMB) i pełną przepustowość wtrysku (OFL) przy 850 nm w porównaniu do światłowodu OM3.Jak pokazano w tabeli 2 poniżej.
W światłowodzie wielomodowym występuje wiele trybów transmisji, pojawia się również problem odporności światłowodu na zginanie.Gdy włókno jest zgięte, tryb wysokiego rzędu łatwo wycieka, co powoduje utratę sygnału, czyli utratę zginania światłowodu. Wraz ze wzrostem liczby scenariuszy zastosowań wewnętrznych okablowanie światłowodu wielomodowego w wąskim środowisku zostało wprowadzone stawiają wyższe wymagania dotyczące wytrzymałości na zginanie.
W przeciwieństwie do prostego profilu współczynnika załamania światła światłowodu jednomodowego, profil współczynnika załamania światła światłowodu wielomodowego jest bardzo złożony, wymaga bardzo dokładnego projektowania i procesu wytwarzania profilu współczynnika załamania światła. W obecnych czterech głównych procesach prefabrykacji międzynarodowego głównego nurtu, najbardziej precyzyjnym przygotowaniem włókna wielomodowego jest proces plazmowego chemicznego osadzania w warunkach atmosferycznych (PCVD), reprezentowany przez firmę Changfei. Proces ten różni się od innych procesów tym, że posiada warstwę osadzania kilku tysięcy warstw i grubości zaledwie około 1 mikrona na warstwę podczas osadzanie, umożliwiające bardzo dokładną kontrolę krzywej współczynnika załamania światła w celu uzyskania dużej przepustowości.
Dzięki optymalizacji profilu współczynnika załamania światła światłowodu wielomodowego, światłowód wielomodowy odporny na zginanie ma znaczną poprawę odporności na zginanie, jak pokazano na rysunku 1 poniżej.
Rys.1 Porównanie wydajności makrozgięć między odpornym na zginanie światłowodem wielomodowym a konwencjonalnym światłowodem wielomodowym
Trzeci:nowe światłowód wielomodowy (OM5)
Włókno OM3 i OM4 są włóknami wielomodowymi używanymi głównie w paśmie 850 nm. W miarę wzrostu szybkości transmisji tylko jednokanałowy projekt pasma spowoduje coraz większe koszty okablowania, a związane z tym koszty zarządzania i konserwacji odpowiednio wzrosną Dlatego technicy próbują wprowadzić koncepcję multipleksacji z podziałem długości fali do wielomodowego systemu transmisji.Jeśli w jednym włóknie można transmitować wiele długości fal, można znacznie zmniejszyć odpowiednią liczbę równoległych włókien oraz koszty układania i konserwacji. W tym kontekście powstało światłowód OM5.
Światłowód wielomodowy OM5 oparty jest na światłowodzie OM4, który poszerza kanał o wysokiej przepustowości i obsługuje aplikacje transmisji od 850nm do 950nm. Obecne główne zastosowania to konstrukcje SWDM4 i SR4.2.SWDM4 to multipleksacja z podziałem długości fali czterech fal krótkich, które są odpowiednio 850 nm, 880 nm, 910 nm i 940 nm. W ten sposób światłowód może obsługiwać usługi czterech poprzednich równoległych światłowodów.SR4.2 to multipleksacja z podziałem dwóch długości fali, stosowana głównie w technologii dwukierunkowej z jednym włóknem. OM5 można łączyć z laserami VCSEL o niskiej wydajności i niskich kosztach, aby lepiej obsługiwać komunikację na krótkich dystansach, np. w centrach danych. porównanie głównych specyfikacji przepustowości dla włókien OM4 i OM5.
Obecnie światłowód OM5 jest używany jako nowy typ wysokiej klasy światłowodu wielomodowego. Jednym z największych przypadków biznesowych jest przypadek komercyjny OM5 głównego centrum danych firmy Changfei i China Railways Corporation. Celem centrum danych jest wykorzystanie zalet aplikacji Światłowód OM5 w systemie podziału długości fali SR4.2.Osiąga maksymalną przepustowość komunikacji przy najniższych kosztach i przygotowuje się do dalszej aktualizacji w przyszłości.Przyszła szybkość zostanie zwiększona do 100Gb/s, a nawet 400Gb./s lub aplikacje szerokopasmowe nie mogą już zastąpić światłowodu, co znacznie zmniejsza przyszłe koszty modernizacji.
Podsumowanie: Ponieważ zapotrzebowanie na aplikacje stale rośnie, światłowód wielomodowy zmierza w kierunku niskich strat na zgięciach, dużej przepustowości i multipleksacji wielu długości fali. Wśród nich najbardziej potencjalnym zastosowaniem jest światłowód OM5, który ma optymalną wydajność obecnych światłowodów wielomodowych, i zapewnia wydajne rozwiązanie światłowodowe dla systemów o wielu długościach fal 100Gb/s i 400Gb/s w przyszłości. Ponadto, aby spełnić wymagania szybkiej, szerokopasmowej, taniej komunikacji w centrum danych, nowy tryb wielomodowy światłowody, takie jak pojedyncze wielomodowe światłowody ogólnego przeznaczenia, są również opracowywane. W przyszłości Changfei wprowadzi więcej nowych rozwiązań światłowodowych wielomodowych wraz z innymi branżowymi odpowiednikami, przynosząc nowe przełomy i niższe koszty dla centrów danych i połączeń światłowodowych.