Predgovor: Komunikacijska vlakna so razdeljena na enomodna vlakna in večmodna vlakna glede na število načinov prenosa pod valovno dolžino uporabe. Zaradi velikega premera jedra večmodnega vlakna se lahko uporablja z nizkimi stroški svetlobnih virov.Zato ima široko paleto aplikacij v scenarijih prenosa na kratke razdalje, kot so podatkovni centri in lokalna omrežja. S hitrim razvojem gradnje podatkovnih centrov v zadnjih letih so večmodna vlakna, ki so glavni tok podatkovnih centrov in lokalnih omrežnih aplikacij, je prav tako začela pomlad, kar je povzročilo splošno zaskrbljenost. Danes se pogovorimo o razvoju večmodnih vlaken.
V skladu s standardno specifikacijo ISO/IEC 11801 je večmodno vlakno razdeljeno v pet glavnih kategorij: OM1, OM2, OM3, OM4 in OM5. Njegovo ujemanje z IEC 60792-2-10 je prikazano v tabeli 1. Med njimi OM1, OM2 se nanaša na tradicionalna večmodna vlakna 62,5/125 mm in 50/125 mm.OM3, OM4 in OM5 se nanašajo na nova 50/125 mm 10 Gigabit večmodna vlakna.
najprej:tradicionalno večmodno vlakno
Razvoj večmodnih vlaken se je začel v sedemdesetih in osemdesetih letih prejšnjega stoletja.Zgodnja večmodna vlakna so vključevala veliko velikosti in štiri vrste velikosti, vključene v standarde Mednarodne elektrotehnične komisije (IEC), so vključevale štiri. Premer jedrne obloge je razdeljen na 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm in 100/ 140 μm. Zaradi velike velikosti ovoja jedra so proizvodni stroški visoki, odpornost na upogibanje je slaba, število načinov prenosa se poveča in pasovna širina se zmanjša.Zato se vrsta velike velikosti jedrnega ovoja postopoma odpravi in postopoma se oblikujeta dve glavni velikosti jedrnega ovoja.So 50/125 μm in 62,5/125 μm.
V zgodnjem lokalnem omrežju, da bi čim bolj zmanjšali sistemske stroške lokalnega omrežja, so kot svetlobni vir na splošno uporabljali poceni LED. Zaradi nizke izhodne moči LED je kot divergence razmeroma velik .Vendar pa sta premer jedra in numerična apertura večnačinovnega vlakna 50/125 mm razmeroma majhna, kar ne prispeva k učinkoviti povezavi z LED.Kar zadeva 62,5/125 mm večmodno vlakno z velikim premerom jedra in numerično odprtino, je več optične moči mogoče povezati z optično povezavo. Zato večmodno vlakno 50/125 mm ni bilo tako razširjeno kot 62,5/125 mm večmodno vlakno pred sredi devetdesetih let.
Z nenehnim povečevanjem hitrosti prenosa LAN od konca 20. stoletja se je LAN razvil nad hitrostjo lGb/s.Pasovna širina večmodnega vlakna 62,5/125 μm z LED kot virom svetlobe le postopoma ne more izpolniti zahtev. V nasprotju s tem ima večmodno vlakno 50/125 mm manjšo numerično odprtino in premer jedra ter manj prevodnih načinov. Zato je način disperzija večmodnega vlakna se učinkovito zmanjša, pasovna širina pa se znatno poveča.Zaradi majhnega premera jedra so nižji tudi proizvodni stroški večmodnega vlakna 50/125 mm, zato se ponovno pogosto uporablja.
Standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet določa, da se lahko 50/125 mm večmodna in 62,5/125 mm večmodna vlakna uporabljajo kot prenosni medij za Gigabit Ethernet.Vendar pa je za nova omrežja na splošno prednost večmodno vlakno 50/125 mm.
drugič:lasersko optimizirana večmodna vlakna
Z razvojem tehnologije se je pojavil 850 nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Laserji VCSEL se pogosto uporabljajo, ker so cenejši od laserjev z dolgo valovno dolžino in lahko povečajo hitrost omrežja. Laserji VCSEL se pogosto uporabljajo, ker so cenejši od laserjev z dolgimi valovi. laserji valovne dolžine in lahko povečajo hitrosti omrežja. Zaradi razlike med obema vrstama naprav za oddajanje svetlobe je treba vlakno samo prilagoditi, da se prilagodi spremembam v viru svetlobe.
Za potrebe laserjev VCSEL sta Mednarodna organizacija za standardizacijo/Mednarodna elektrotehnična komisija (ISO/IEC) in Telecommunications Industry Alliance (TIA) skupaj pripravila osnutek novega standarda za večmodna vlakna s 50 mm jedrom. ISO/IEC razvršča novo generacijo večmodnih vlaken v kategorijo OM3 (standard IEC A1a.2) v svojem novem razredu večmodnih vlaken, ki so lasersko optimizirana večmodna vlakna.
Naslednje vlakno OM4 je dejansko nadgrajena različica večmodnega vlakna OM3. V primerjavi z vlaknom OM3 standard OM4 izboljša le indeks pasovne širine vlaken. To pomeni, da je standard vlaken OM4 izboljšal pasovno širino efektivnega načina (EMB) in polno pasovno širino vbrizgavanja (OFL) pri 850 nm v primerjavi z vlaknom OM3.Kot je prikazano v tabeli 2 spodaj.
V večmodnih vlaknih obstaja veliko načinov prenosa, pojavlja pa se tudi problem upogibne odpornosti vlaken.Ko je vlakno upognjeno, način visokega reda zlahka uhaja, kar povzroči izgubo signala, to je izgubo vlakna zaradi upogibanja. Z naraščajočim številom scenarijev uporabe v zaprtih prostorih je ožičenje večmodnega vlakna v ozkem okolju naprej višje zahteve glede odpornosti na upogibanje.
Za razliko od preprostega profila lomnega količnika enomodnega vlakna je profil lomnega količnika večmodnega vlakna zelo zapleten in zahteva izredno fino zasnovo in postopek izdelave profila lomnega količnika. najnatančnejša priprava večmodnega vlakna je proces kemičnega nanašanja v plazmi (PCVD), ki ga predstavlja podjetje Changfei Company. Ta postopek se od drugih procesov razlikuje po tem, da ima sloj nanašanja več tisoč plasti in debelino le približno 1 mikrona na sloj med nanos, ki omogoča ultrafino kontrolo krivulje lomnega količnika za doseganje visoke pasovne širine.
Z optimizacijo profila lomnega količnika večmodnega vlakna ima večmodno vlakno, neobčutljivo na upogibanje, znatno izboljšano upogibno odpornost, kot je prikazano na sliki 1 spodaj.
Slika 1 Primerjava zmogljivosti makrobenga med večmodnim vlaknom, odpornim na upogibanje, in običajnim večmodnim vlaknom
Tretjič:novo večmodno vlakno (OM5)
Vlakna OM3 in vlakna OM4 so večmodna vlakna, ki se večinoma uporabljajo v pasu 850 nm. Ker se hitrost prenosa še naprej povečuje, bo le enokanalna zasnova pasov povzročila vedno bolj intenzivne stroške ožičenja, s tem povezani stroški upravljanja in vzdrževanja pa se bodo ustrezno povečali Zato skušajo tehniki uvesti koncept multipleksiranja z delitvijo valovnih dolžin v večmodni prenosni sistem.Če se po enem vlaknu lahko prenaša več valovnih dolžin, se lahko ustrezno število vzporednih vlaken ter stroški polaganja in vzdrževanja močno zmanjšajo. V tem kontekstu je nastalo vlakno OM5.
Večmodovno vlakno OM5 temelji na vlaknu OM4, ki širi kanal z visoko pasovno širino in podpira prenosne aplikacije od 850 nm do 950 nm. Trenutne glavne aplikacije so dizajni SWDM4 in SR4.2.SWDM4 je multipleksiranje štirih kratkih valov z delitvijo valovnih dolžin, ki so 850 nm, 880 nm, 910 nm in 940 nm. Na ta način lahko optično vlakno podpira storitve prejšnjih štirih vzporednih optičnih vlaken.SR4.2 je multipleksiranje z delitvijo dveh valovnih dolžin, ki se večinoma uporablja za dvosmerno tehnologijo z enim vlaknom. OM5 se lahko ujema z laserji VCSEL z nizko zmogljivostjo in nizkimi stroški za boljše izpolnjevanje komunikacije na kratke razdalje, kot so podatkovni centri. Tabela 3 spodaj je primerjava specifikacij glavne pasovne širine za vlakna OM4 in OM5.
Trenutno se vlakna OM5 uporabljajo kot nova vrsta visokokakovostnih večmodnih vlaken. Eden največjih poslovnih primerov je komercialni primer OM5 glavnega podatkovnega centra Changfei in China Railways Corporation. Podatkovni center cilja na prednosti uporabe Vlakno OM5 v sistemu delitve valovnih dolžin SR4.2.Dosega komunikacijo z največjo zmogljivostjo pri najnižjih stroških in se pripravlja na nadaljnjo stopnjo nadgradnje v prihodnosti.Prihodnja hitrost bo povečana na 100 Gb/s ali celo 400 Gb./s ali širokopasovne aplikacije ne morejo več nadomestiti optičnih vlaken, kar bistveno zmanjša prihodnje stroške nadgradnje.
Povzetek: Ker povpraševanje po aplikacijah še naprej narašča, se večmodna vlakna usmerjajo k nizkim upogibnim izgubam, visoki pasovni širini in multipleksiranju več valovnih dolžin. Med njimi je najbolj potencialna uporaba vlakno OM5, ki ima optimalno zmogljivost sedanjih večmodnih vlaken, in zagotavlja zmogljivo optično rešitev za sisteme z več valovnimi dolžinami 100 Gb/s in 400 Gb/s v prihodnosti. Poleg tega, da bi izpolnili zahteve visoke hitrosti, visoke pasovne širine in nizkocenovne komunikacije v podatkovnem centru, je nova večmodna razvijajo se tudi vlakna, kot so enojna večmodna vlakna za splošno rabo. V prihodnosti bo Changfei lansiral več novih večmodnih optičnih rešitev s kolegi v industriji, ki prinašajo nove preboje in nižje stroške za podatkovne centre in povezave z optičnimi vlakni.