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 verfügt es über ein breites Anwendungsspektrum in Kurzstreckenübertragungsszenarien, wie z. B. Rechenzentren und lokalen Netzwerken. Mit der rasanten Entwicklung des Rechenzentrumsbaus in den letzten Jahren ist Multimode-Glasfaser der Mainstream von Rechenzentren und lokalen Netzwerken Netzwerkanwendungen haben ebenfalls den Frühling eingeläutet und große Besorgnis hervorgerufen. 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 Entsprechung zu 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.
Erste: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 sind, umfassten vier. Der Kernmanteldurchmesser ist in 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm und 100/125 μm unterteilt. 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 nach und nach eliminiert und es werden nach und nach zwei Hauptkernmantelgrößen 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 lokalen Netzwerk im Allgemeinen eine kostengünstige LED als Lichtquelle verwendet. Aufgrund der geringen LED-Ausgangsleistung ist der Divergenzwinkel relativ groß . Allerdings sind der Kerndurchmesser und die numerische Apertur der 50/125-mm-Multimode-Faser 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 vorher nicht so weit verbreitet wie die 62,5/125-mm-Multimode-Faser Mitte der 1990er Jahre.
Mit der kontinuierlichen Steigerung der LAN-Übertragungsrate seit dem Ende des 20. Jahrhunderts wurde das LAN über die Rate von lGb/s hinaus entwickelt. Die Bandbreite der 62,5/125-μm-Multimode-Faser mit LED als Lichtquelle kann die Anforderungen nur nach und nach nicht mehr erfüllen. Im Gegensatz dazu hat die 50/125-mm-Multimode-Faser eine kleinere numerische Apertur und einen kleineren Kerndurchmesser sowie weniger Leitungsmodi. Daher der Modus Die Streuung von Multimode-Fasern wird effektiv reduziert und die Bandbreite deutlich erhöht. Aufgrund des kleinen Kerndurchmessers sind auch die Produktionskosten der 50/125-mm-Multimode-Faser geringer, sodass sie wieder weit verbreitet ist.
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 wird jedoch im Allgemeinen eine 50/125-mm-Multimode-Faser bevorzugt.
Zweite:laseroptimierte Multimode-Faser
Mit der Entwicklung der Technologie tauchte 850 nm VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) auf. VCSEL-Laser werden häufig verwendet, weil sie billiger als langwellige Laser sind und die Netzwerkgeschwindigkeit erhöhen können. VCSEL-Laser werden häufig verwendet, weil sie billiger als langwellige Laser sind. Wellenlängenlaser und können die Netzwerkgeschwindigkeit erhöhen. Aufgrund des Unterschieds zwischen den beiden Arten von lichtemittierenden Geräten muss die Faser selbst modifiziert werden, um Änderungen in der Lichtquelle Rechnung zu tragen.
Für die Anforderungen von VCSEL-Lasern haben die Internationale Organisation für Normung/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 OM3-Kategorie (IEC-Standard A1a.2) in seinem neuen Multimode-Fasertyp, einer laseroptimierten Multimode-Faser.
Die nachfolgende OM4-Faser ist eigentlich eine verbesserte 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 Modenbandbreite (EMB) und die volle Injektionsbandbreite verbessert (OFL) bei 850 nm im Vergleich zur OM3-Faser. Wie in Tabelle 2 unten gezeigt.
Es gibt viele Übertragungsmodi in Multimode-Fasern, und es entsteht auch das Problem der Biegefestigkeit der Faser. Wenn die Faser gebogen wird, kann der Modus höherer Ordnung leicht austreten, was zu einem Signalverlust führt, d stellen höhere Anforderungen an seine Biegefestigkeit.
Im Gegensatz zum einfachen Brechungsindexprofil einer Singlemode-Faser ist das Brechungsindexprofil einer Multimode-Faser sehr komplex und erfordert ein extrem feines Brechungsindexprofil-Design und einen Herstellungsprozess. Im aktuellen vier großen Vorfertigungsprozess des internationalen Mainstreams, dem Die präziseste Herstellung von Multimode-Fasern ist der Prozess der plasmachemischen Wetterabscheidung (PCVD), vertreten durch die Changfei Company. Dieser Prozess unterscheidet sich von anderen Prozessen dadurch, dass er eine Abscheidungsschicht aus mehreren tausend Schichten und eine Dicke von nur etwa 1 Mikrometer pro Schicht aufweist Abscheidung, die eine ultrafeine Steuerung der Brechungsindexkurve ermöglicht, um eine hohe Bandbreite zu erreichen.
Durch die Optimierung des Brechungsindexprofils von Multimode-Fasern weist die biegeunempfindliche Multimode-Faser eine deutliche Verbesserung der Biegefestigkeit auf, wie in Abbildung 1 unten dargestellt.
Abb.1 Vergleich der Makrobiegungsleistung zwischen biegefester Multimode-Faser und herkömmlicher Multimode-Faser
Dritte:die neue Multimode-Faser (OM5)
OM3-Fasern und OM4-Fasern sind Multimode-Fasern, die hauptsächlich im 850-nm-Band verwendet werden. Da die Übertragungsrate weiter zunimmt, wird nur ein Einkanal-Banddesign zu immer intensiveren Verkabelungskosten führen, und die damit verbundenen Verwaltungs- und Wartungskosten werden entsprechend steigen Daher versuchen die Techniker, das Wellenlängenmultiplex-Konzept in das Multimode-Übertragungssystem einzuführen. Wenn mehrere Wellenlängen auf einer Faser übertragen werden können, können die entsprechende Anzahl paralleler Fasern sowie die Kosten für Verlegung und Wartung erheblich reduziert werden. In diesem Zusammenhang entstand die OM5-Faser.
OM5-Multimode-Fasern basieren auf OM4-Fasern, die den Kanal mit hoher Bandbreite erweitern und Übertragungsanwendungen von 850 nm bis 950 nm unterstützen. Die aktuellen Mainstream-Anwendungen sind SWDM4- und SR4.2-Designs. SWDM4 ist ein Wellenlängenmultiplex 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-Divisionsmultiplexer, der hauptsächlich für die bidirektionale Einzelfasertechnologie verwendet wird. Der OM5 kann mit VCSEL-Lasern mit geringer Leistung und geringen Kosten kombiniert werden, um die Kommunikation über kurze Distanzen wie Rechenzentren besser zu ermöglichen. Tabelle 3 unten ist ein Vergleich der wichtigsten Bandbreitenspezifikationen für OM4- und OM5-Fasern.
Derzeit wird OM5-Faser als neuer Typ von High-End-Multimode-Faser verwendet. Einer der größten Geschäftsfälle ist der OM5-Handelsfall 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 Kommunikationskapazität zu den niedrigsten Kosten und bereitet sich auf weitere Upgrade-Raten in der Zukunft vor. Die zukünftige Rate wird auf 100 Gbit/s oder sogar 400 Gbit erhöht. /s oder Breitbandanwendungen können Glasfaser nicht mehr ersetzen, was zukünftige Upgrade-Kosten erheblich senkt.
Zusammenfassung: Da die Nachfrage nach Anwendungen weiter steigt, tendieren Multimode-Fasern zu geringem Biegeverlust, hoher Bandbreite und Multiwellenlängen-Multiplexing. Unter diesen ist die potenziellste Anwendung die OM5-Faser, die die optimale Leistung aktueller Multimode-Fasern aufweist. und bietet in Zukunft eine leistungsstarke Glasfaserlösung für Mehrwellenlängensysteme mit 100 Gbit/s und 400 Gbit/s. Darüber hinaus wurde ein neuer Multimode-Modus entwickelt, um den Anforderungen einer schnellen, breiten und kostengünstigen Rechenzentrumskommunikation gerecht zu werden Es werden auch Fasern wie Single-Multimode-Allzweckfasern entwickelt. In Zukunft wird Changfei gemeinsam mit Branchenkollegen weitere neue Multimode-Faserlösungen auf den Markt bringen, was zu neuen Durchbrüchen und niedrigeren Kosten für Rechenzentren und Glasfaserverbindungen führt.