Předmluva: Komunikační vlákno se dělí na jednovidové vlákno a vícevidové vlákno podle počtu přenosových režimů pod jeho aplikační vlnovou délkou. Vzhledem k velkému průměru jádra multividového vlákna jej lze použít s levnými světelnými zdroji. Proto má širokou škálu aplikací ve scénářích přenosu na krátkou vzdálenost, jako jsou datová centra a místní sítě. S rychlým rozvojem výstavby datových center v posledních letech se multimode vlákno, které je hlavním proudem datových center a místních oblastí síťových aplikací, také ohlásila jaro, což vyvolalo všeobecné znepokojení. Dnes si promluvme o vývoji multimódových vláken.
Podle normy ISO/IEC 11801 je vícevidové vlákno rozděleno do pěti hlavních kategorií: OM1, OM2, OM3, OM4 a OM5. Jeho shoda s IEC 60792-2-10 je uvedena v tabulce 1. Mezi nimi OM1, OM2 odkazuje na tradiční multimódové vlákno 62,5/125 mm a 50/125 mm. OM3, OM4 a OM5 označují nové 50/125 mm 10gigabitové multimódové vlákno.
První:tradiční multimódové vlákno
Vývoj multimódového vlákna začal v 70. a 80. letech 20. století. Raná multimode vlákna zahrnovala mnoho velikostí a čtyři typy velikostí zahrnuté ve standardech Mezinárodní elektrotechnické komise (IEC) zahrnovaly čtyři. Průměr pláště jádra je rozdělen na 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm a 100/ 140 μm. Vzhledem k velké velikosti pláště jádra jsou výrobní náklady vysoké, odolnost v ohybu je nízká, počet režimů přenosu se zvyšuje a šířka pásma se snižuje. Proto se postupně odstraňuje typ velké velikosti pláště jádra a postupně se vytvářejí dvě hlavní velikosti pláště jádra. Jsou 50/125 μm, respektive 62,5/125 μm.
V raných místních sítích, aby se co nejvíce snížily systémové náklady místní sítě, se jako zdroj světla obecně používaly levné LED. Kvůli nízkému výstupnímu výkonu LED je úhel divergence relativně velký. . Průměr jádra a numerická apertura 50/125 mm multimódového vlákna jsou však relativně malé, což neprospívá efektivnímu spojení s LED. Pokud jde o 62,5/125 mm multimódové vlákno s velkým průměrem jádra a numerickou aperturou, lze k optickému spoji připojit více optického výkonu. Proto nebylo 50/125 mm multimódové vlákno tak široce používáno jako 62,5/125 mm multimódové vlákno před polovině devadesátých let.
S neustálým zvyšováním přenosové rychlosti LAN se od konce 20. století LAN rozvíjela nad rychlost lGb/s. Šířka pásma 62,5/125 μm multimódového vlákna s LED jako světelným zdrojem jen postupně nedokáže splnit požadavky. Naproti tomu 50/125 mm multimódové vlákno má menší numerickou aperturu a průměr jádra a méně režimů vedení. disperze multimódového vlákna je efektivně snížena a šířka pásma je výrazně zvýšena. Vzhledem k malému průměru jádra jsou také výrobní náklady 50/125mm multimódového vlákna nižší, takže je opět hojně využíváno.
Standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet specifikuje, že 50/125 mm multimode a 62,5/125 mm multimode vlákna mohou být použita jako přenosová média pro Gigabit Ethernet. U nových sítí je však obecně preferováno vícevidové vlákno 50/125 mm.
Druhý:laserově optimalizované multimódové vlákno
S rozvojem technologie se objevil 850 nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Lasery VCSEL jsou široce používány, protože jsou levnější než lasery s dlouhou vlnovou délkou a mohou zvýšit rychlost sítě. Lasery VCSEL jsou široce používány, protože jsou levnější než dlouhovlnné lasery. vlnové délky lasery a mohou zvýšit rychlost sítě. Vzhledem k rozdílu mezi těmito dvěma typy zařízení vyzařujících světlo musí být samotné vlákno upraveno tak, aby vyhovovalo změnám ve zdroji světla.
Pro potřeby laserů VCSEL navrhly Mezinárodní organizace pro standardizaci/Mezinárodní elektrotechnickou komisi (ISO/IEC) a Aliance pro telekomunikační průmysl (TIA) společně nový standard pro multimodové vlákno s 50mm jádrem. ISO/IEC klasifikuje novou generaci multimode vlákna do kategorie OM3 (IEC standard A1a.2) v jeho nové kvalitě multimode vlákna, což je laserově optimalizované multimode vlákno.
Následující vlákno OM4 je ve skutečnosti vylepšenou verzí vícevidového vlákna OM3. Ve srovnání s vláknem OM3 standard OM4 zlepšuje pouze index šířky pásma vlákna. To znamená, že standard vlákna OM4 zlepšil šířku pásma efektivního režimu (EMB) a plnou šířku pásma vstřikování (OFL) při 850 nm ve srovnání s vláknem OM3. Jak je uvedeno v tabulce 2 níže.
Ve vícevidovém vláknu existuje mnoho způsobů přenosu a také se objevuje problém odporu vlákna v ohybu. Když je vlákno ohnuto, režim vysokého řádu snadno unikne, což má za následek ztrátu signálu, tedy ztrátu ohybu vlákna. S rostoucím počtem scénářů vnitřních aplikací se kabeláž multimodového vlákna v úzkém prostředí dopředu vyšší požadavky na jeho ohybovou odolnost.
Na rozdíl od jednoduchého profilu indexu lomu jednovidového vlákna je profil indexu lomu vícevidového vlákna velmi složitý a vyžaduje extrémně jemný návrh profilu indexu lomu a výrobní proces. V současných čtyřech hlavních prefabrikačních procesech mezinárodního hlavního proudu je nejpřesnější přípravou multimodového vlákna je proces plazmově chemické depozice počasí (PCVD), zastoupený společností Changfei Company. Tento proces se liší od ostatních procesů tím, že má nanášecí vrstvu o několika tisících vrstev a tloušťku pouze asi 1 mikron na vrstvu během depozice, umožňující ultrajemné řízení křivky indexu lomu pro dosažení velké šířky pásma.
Optimalizací profilu indexu lomu vícevidového vlákna má vícevidové vlákno necitlivé na ohyb výrazné zlepšení odolnosti v ohybu, jak je znázorněno na obrázku 1 níže.
Obr.1 Porovnání výkonnosti makroohybu mezi ohybově odolným vícevidovým vláknem a konvenčním vícevidovým vláknem
Třetí:nové multimódové vlákno (OM5)
Vlákno OM3 a vlákno OM4 jsou multimódová vlákna používaná hlavně v pásmu 850nm. Vzhledem k tomu, že přenosová rychlost stále roste, pouze jednokanálový návrh pásma povede ke stále intenzivnějším nákladům na kabeláž a související náklady na správu a údržbu se odpovídajícím způsobem zvýší. Proto se technici snaží zavést koncept vlnového multiplexování do vícemódového přenosového systému. Pokud lze na jednom vláknu přenášet více vlnových délek, lze výrazně snížit odpovídající počet paralelních vláken a náklady na pokládku a údržbu. V této souvislosti vzniklo vlákno OM5.
Multimode vlákno OM5 je založeno na vláknu OM4, které rozšiřuje kanál s vysokou šířkou pásma a podporuje přenosové aplikace od 850nm do 950nm. Současné hlavní aplikace jsou provedení SWDM4 a SR4.2. SWDM4 je vlnové multiplexování čtyř krátkých vln, které jsou 850 nm, 880 nm, 910 nm a 940 nm. Tímto způsobem může optické vlákno podporovat služby předchozích čtyř paralelních optických vláken. SR4.2 je multiplexování s dělením dvou vlnových délek, které se používá hlavně pro obousměrnou technologii s jedním vláknem. OM5 lze kombinovat s lasery VCSEL s nízkým výkonem a nízkou cenou, aby lépe vyhovovaly komunikaci na krátkou vzdálenost, jako jsou datová centra. Tabulka 3 níže je srovnání hlavních specifikací šířky pásma pro vlákna OM4 a OM5.
V současné době se vlákno OM5 používá jako nový typ špičkového multimódového vlákna. Jedním z největších obchodních případů je komerční případ OM5 hlavního datového centra Changfei a China Railways Corporation. Datové centrum se zaměřuje na aplikační výhody Vlákno OM5 v systému dělení vlnové délky SR4.2. Dosahuje maximální kapacity komunikace při nejnižších nákladech a připravuje se na další tempo upgradu v budoucnu. Budoucí rychlost bude zvýšena na 100 Gb/s nebo dokonce 400 Gb. /s nebo širokopásmové aplikace již nemohou nahradit vlákno, což výrazně snižuje budoucí náklady na upgrade.
Shrnutí: Vzhledem k tomu, že poptávka po aplikacích stále roste, vícevidové vlákno se posouvá směrem k nízké ztrátě ohybu, velké šířce pásma a multiplexování na více vlnových délkách. Mezi nimi je nejpotenciálnější aplikací vlákno OM5, které má optimální výkon současného vícevidového vlákna. a poskytuje výkonné optické řešení pro systémy s více vlnovými délkami v budoucnosti 100 Gb/s a 400 Gb/s. Kromě toho, aby byly splněny požadavky na vysokorychlostní, širokopásmovou a nízkonákladovou komunikaci datových center, nový multimódový Vyvíjejí se také vlákna, jako jsou jednovidová vlákna pro všeobecné použití. V budoucnu společnost Changfei uvede na trh další nová řešení s vícevidovými vlákny s obdobnými odvětvími, což přinese nové průlomy a nižší náklady pro datová centra a propojení optických vláken.