คำนำ: เส้นใยสื่อสารแบ่งออกเป็นเส้นใยโหมดเดี่ยวและเส้นใยมัลติโหมดตามจำนวนโหมดการส่งสัญญาณภายใต้ความยาวคลื่นของแอปพลิเคชัน เนื่องจากเส้นใยมัลติโหมดมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนหลักขนาดใหญ่ จึงสามารถใช้กับแหล่งกำเนิดแสงต้นทุนต่ำได้ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่หลากหลายในสถานการณ์การส่งข้อมูลระยะสั้น เช่น ศูนย์ข้อมูลและเครือข่ายท้องถิ่น ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการสร้างศูนย์ข้อมูลในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เส้นใยมัลติโหมด ซึ่งเป็นกระแสหลักของศูนย์ข้อมูลและพื้นที่ท้องถิ่น การใช้งานเครือข่าย ได้นำในฤดูใบไม้ผลิ ทำให้เกิดความกังวลอย่างกว้างขวาง วันนี้ มาพูดถึงการพัฒนาของเส้นใยมัลติโหมด
ตามข้อกำหนดมาตรฐาน ISO/IEC 11801 เส้นใยมัลติโหมดแบ่งออกเป็นห้าประเภทหลัก: OM1, OM2, OM3, OM4 และ OM5 ความสอดคล้องกับ IEC 60792-2-10 แสดงไว้ในตารางที่ 1 ในบรรดา OM1, OM2 หมายถึงเส้นใยมัลติโหมดแบบดั้งเดิม 62.5/125 มม. และ 50/125 มม.OM3, OM4 และ OM5 หมายถึงไฟเบอร์มัลติโหมด 50/125 มม. 10 กิกะบิตใหม่
อันดับแรก:เส้นใยมัลติโหมดแบบดั้งเดิม
การพัฒนามัลติโหมดไฟเบอร์เริ่มขึ้นในปี 1970 และ 1980เส้นใยมัลติโหมดยุคแรกมีหลายขนาด และขนาดสี่ประเภทที่รวมอยู่ในมาตรฐาน International Electrotechnical Commission (IEC) รวมสี่ขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางการหุ้มแกนกลางแบ่งออกเป็น 50/125 μm, 62.5/125 μm, 85/125 μm และ 100/ 140 μmเนื่องจากการหุ้มแกนขนาดใหญ่ทำให้ต้นทุนการผลิตสูง ความต้านทานการดัดงอต่ำ จำนวนโหมดการส่งเพิ่มขึ้น และแบนด์วิดท์ลดลงดังนั้น ชนิดของขนาดการหุ้มแกนหลักขนาดใหญ่จึงค่อย ๆ ถูกกำจัด และขนาดการหุ้มแกนหลักสองขนาดจะค่อย ๆ เกิดขึ้นคือ 50/125 µm และ 62.5/125 µm ตามลำดับ
ในเครือข่ายท้องถิ่นช่วงต้น เพื่อลดต้นทุนระบบของเครือข่ายท้องถิ่นให้มากที่สุด โดยทั่วไปจะใช้ LED ราคาประหยัดเป็นแหล่งกำเนิดแสง เนื่องจากกำลังไฟ LED ต่ำ มุมไดเวอร์เจนซ์จึงค่อนข้างใหญ่ .อย่างไรก็ตาม เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางและรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของไฟเบอร์แบบหลายโหมดขนาด 50/125 มม. นั้นค่อนข้างเล็ก ซึ่งไม่เอื้อต่อการมีเพศสัมพันธ์กับ LED อย่างมีประสิทธิภาพสำหรับไฟเบอร์แบบหลายโหมดขนาด 62.5/125 มม. ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนขนาดใหญ่และรูรับแสงที่เป็นตัวเลข พลังงานแสงที่มากขึ้นสามารถจับคู่กับลิงก์ออปติคัล ดังนั้น ไฟเบอร์มัลติโหมด 50/125 มม. จึงไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายเท่ากับไฟเบอร์มัลติโหมดขนาด 62.5/125 มม. ก่อน กลางปี 1990
ด้วยอัตราการส่งข้อมูล LAN ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 20 LAN ได้รับการพัฒนาให้สูงกว่าอัตรา lGb/sแบนด์วิดท์ของไฟเบอร์มัลติโหมดขนาด 62.5/125μm ที่มี LED เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงนั้นค่อยๆ ไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ ในทางตรงกันข้าม ไฟเบอร์มัลติโหมดขนาด 50/125 มม. มีรูรับแสงตัวเลขและเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางที่เล็กกว่า และโหมดการนำไฟฟ้าที่น้อยลง ดังนั้น โหมด การกระจายของไฟเบอร์แบบหลายโหมดลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ และแบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นอย่างมากเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่เล็ก ต้นทุนการผลิตไฟเบอร์แบบหลายโหมด 50/125 มม. จึงต่ำกว่า ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายอีกครั้ง
มาตรฐาน IEEE 802.3z Gigabit Ethernet ระบุว่าเส้นใยมัลติโหมด 50/125 มม. และมัลติโหมด 62.5/125 มม. สามารถใช้เป็นสื่อในการส่งข้อมูลสำหรับกิกะบิตอีเทอร์เน็ตได้อย่างไรก็ตาม สำหรับเครือข่ายใหม่ โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้ไฟเบอร์มัลติโหมดขนาด 50/125 มม.
ที่สอง:ไฟเบอร์มัลติโหมดที่ปรับให้เหมาะสมด้วยเลเซอร์
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี VCSEL ขนาด 850 นาโนเมตร (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ปรากฏขึ้น เลเซอร์ VCSEL ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีราคาถูกกว่าเลเซอร์ความยาวคลื่นยาวและสามารถเพิ่มความเร็วของเครือข่ายได้ เลเซอร์ VCSEL ใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีราคาถูกกว่าเลเซอร์แบบยาว เลเซอร์ความยาวคลื่นและสามารถเพิ่มความเร็วของเครือข่ายได้ เนื่องจากความแตกต่างระหว่างอุปกรณ์เปล่งแสงทั้งสองประเภทจึงต้องปรับเปลี่ยนไฟเบอร์เองเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงของแหล่งกำเนิดแสง
สำหรับความต้องการของเลเซอร์ VCSEL องค์การระหว่างประเทศเพื่อการมาตรฐาน/คณะกรรมการไฟฟ้าระหว่างประเทศ (ISO/IEC) และกลุ่มพันธมิตรอุตสาหกรรมโทรคมนาคม (TIA) ได้ร่วมกันร่างมาตรฐานใหม่สำหรับเส้นใยมัลติโหมดที่มีแกนขนาด 50 มม. ISO/IEC จำแนกคนรุ่นใหม่ ของมัลติโหมดไฟเบอร์ในหมวด OM3 (มาตรฐาน IEC A1a.2) ในเกรดไฟเบอร์มัลติโหมดใหม่ ซึ่งเป็นไฟเบอร์มัลติโหมดที่ปรับให้เหมาะสมด้วยเลเซอร์
ไฟเบอร์ OM4 ที่ตามมานั้นเป็นรุ่นอัพเกรดของไฟเบอร์มัลติโหมด OM3 เมื่อเปรียบเทียบกับไฟเบอร์ OM3 มาตรฐาน OM4 จะปรับปรุงดัชนีแบนด์วิดท์ไฟเบอร์เท่านั้น นั่นคือ มาตรฐานไฟเบอร์ OM4 ได้ปรับปรุงแบนด์วิดท์โหมดที่มีประสิทธิภาพ (EMB) และแบนด์วิดท์การฉีดแบบเต็ม (OFL) ที่ 850 นาโนเมตร เมื่อเทียบกับเส้นใย OM3ดังแสดงในตารางที่ 2 ด้านล่าง
มีโหมดการส่งหลายโหมดในไฟเบอร์แบบมัลติโหมด และปัญหาของความต้านทานการดัดงอของไฟเบอร์ก็เกิดขึ้นด้วยเมื่อไฟเบอร์งอ โหมดลำดับสูงจะรั่วไหลได้ง่าย ส่งผลให้สูญเสียสัญญาณ กล่าวคือ สูญเสียไฟเบอร์จากการดัด ด้วยจำนวนการใช้งานในร่มที่เพิ่มขึ้น การเดินสายไฟของไฟเบอร์มัลติโหมดในสภาพแวดล้อมที่แคบ ส่งต่อความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับความต้านทานการดัด
ซึ่งแตกต่างจากโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงอย่างง่ายของเส้นใยโหมดเดียว โปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงของเส้นใยมัลติโหมดนั้นซับซ้อนมาก ซึ่งต้องการการออกแบบโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงที่ละเอียดมาก และกระบวนการผลิต ในกระบวนการสำเร็จรูปหลักสี่ขั้นตอนของกระแสหลักระหว่างประเทศ การเตรียมเส้นใยมัลติโหมดที่แม่นยำที่สุดคือกระบวนการตกตะกอนด้วยอากาศเคมีในพลาสมา (PCVD) ซึ่งแสดงโดย บริษัท Changfei กระบวนการนี้แตกต่างจากกระบวนการอื่นที่มีชั้นทับถมหลายพันชั้นและมีความหนาเพียง 1 ไมครอนต่อชั้นในระหว่าง ทำให้สามารถควบคุมเส้นโค้งดัชนีการหักเหของแสงได้ละเอียดมากเพื่อให้ได้แบนด์วิดธ์สูง
ด้วยการปรับโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงของไฟเบอร์มัลติโหมดให้เหมาะสม ไฟเบอร์มัลติโหมดที่ไม่ไวต่อการดัดงอมีการปรับปรุงความต้านทานการดัดที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง
รูปที่ 1 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของ Macrobend ระหว่างเส้นใยมัลติโหมดที่ทนต่อการดัดงอและเส้นใยมัลติโหมดทั่วไป
ที่สาม:เส้นใยมัลติโหมดใหม่ (OM5)
ไฟเบอร์ OM3 และไฟเบอร์ OM4 เป็นไฟเบอร์มัลติโหมดที่ใช้เป็นหลักในแบนด์ 850 นาโนเมตร เนื่องจากอัตราการส่งข้อมูลยังคงเพิ่มขึ้น การออกแบบแบนด์แบบช่องสัญญาณเดียวเท่านั้นที่จะส่งผลให้มีต้นทุนการเดินสายที่เข้มข้นมากขึ้น และค่าใช้จ่ายในการจัดการและบำรุงรักษาที่เกี่ยวข้องจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น ช่างเทคนิคจึงพยายามแนะนำแนวคิดมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นในระบบส่งกำลังแบบมัลติโหมดหากความยาวคลื่นหลายคลื่นสามารถส่งผ่านบนเส้นใยเดียว จำนวนเส้นใยคู่ขนานที่สอดคล้องกันและค่าใช้จ่ายในการวางและบำรุงรักษาจะลดลงอย่างมาก ในบริบทนี้ เส้นใย OM5 ได้เกิดขึ้นแล้ว
ไฟเบอร์มัลติโหมด OM5 นั้นใช้ไฟเบอร์ OM4 ซึ่งขยายช่องสัญญาณแบนด์วิดท์สูงและรองรับแอพพลิเคชั่นการส่งสัญญาณจาก 850nm เป็น 950nm แอพพลิเคชั่นหลักในปัจจุบันคือการออกแบบ SWDM4 และ SR4.2SWDM4 เป็นมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นของคลื่นสั้นสี่คลื่น คือ 850 นาโนเมตร 880 นาโนเมตร 910 นาโนเมตร และ 940 นาโนเมตร ตามลำดับ ด้วยวิธีนี้ ใยแก้วนำแสงสามารถรองรับบริการของเส้นใยแก้วนำแสงแบบขนานสี่เส้นก่อนหน้านี้SR4.2 เป็นมัลติเพล็กซิ่งแบบแบ่งความยาวคลื่นสองช่วง ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับเทคโนโลยีไฟเบอร์แบบสองทิศทางเดียว OM5 สามารถจับคู่กับเลเซอร์ VCSEL ที่มีประสิทธิภาพต่ำและต้นทุนต่ำเพื่อให้สอดคล้องกับการสื่อสารทางไกล เช่น ศูนย์ข้อมูลได้ดียิ่งขึ้น ตารางที่ 3 ด้านล่างคือ การเปรียบเทียบข้อกำหนดแบนด์วิดท์หลักสำหรับไฟเบอร์ OM4 และ OM5
ปัจจุบัน ไฟเบอร์ OM5 ถูกใช้เป็นไฟเบอร์มัลติโหมดระดับไฮเอนด์รูปแบบใหม่ หนึ่งในกรณีธุรกิจที่ใหญ่ที่สุดคือกรณีการค้า OM5 ของศูนย์ข้อมูลหลักของ Changfei และ China Railways Corporation ศูนย์ข้อมูลมุ่งเป้าไปที่ข้อดีของแอปพลิเคชันของ ไฟเบอร์ OM5 ในระบบแบ่งความยาวคลื่นของ SR4.2บรรลุการสื่อสารความจุสูงสุดด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด และเตรียมพร้อมสำหรับอัตราการอัปเกรดเพิ่มเติมในอนาคตอัตราในอนาคตจะเพิ่มขึ้นเป็น 100Gb/s หรือ 400Gb/s หรือแอปพลิเคชันไวด์แบนด์ไม่สามารถแทนที่ไฟเบอร์ได้อีกต่อไป ซึ่งช่วยลดต้นทุนการอัปเกรดในอนาคตได้อย่างมาก
สรุป: เนื่องจากความต้องการใช้งานเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง มัลติโหมดไฟเบอร์กำลังเคลื่อนไปสู่การสูญเสียการโค้งงอต่ำ แบนด์วิธสูง และมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นหลายตัว ในหมู่พวกเขา แอพพลิเคชั่นที่มีศักยภาพมากที่สุดคือไฟเบอร์ OM5 ซึ่งมีประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของมัลติโหมดไฟเบอร์ในปัจจุบัน และมอบโซลูชั่นไฟเบอร์อันทรงพลังสำหรับระบบความยาวคลื่นหลายช่วง 100Gb/s และ 400Gb/s ในอนาคต นอกจากนี้ เพื่อตอบสนองความต้องการของการสื่อสารศูนย์ข้อมูลความเร็วสูง แบนด์วิดธ์สูง ต้นทุนต่ำ มัลติโหมดใหม่ เส้นใย เช่น เส้นใยเอนกประสงค์แบบมัลติโหมดเดี่ยว ก็กำลังได้รับการพัฒนาเช่นกัน ในอนาคต Changfei จะเปิดตัวโซลูชันไฟเบอร์แบบมัลติโหมดใหม่ ๆ ร่วมกับคู่แข่งในอุตสาหกรรม ซึ่งจะนำเสนอนวัตกรรมใหม่และต้นทุนที่ต่ำลงสู่ศูนย์ข้อมูลและการเชื่อมต่อระหว่างไฟเบอร์ออปติก