Πρόλογος: Η οπτική ίνα επικοινωνίας χωρίζεται σε ίνα απλής λειτουργίας και ίνα πολλαπλών λειτουργιών ανάλογα με τον αριθμό των τρόπων μετάδοσης στο μήκος κύματος εφαρμογής της. Λόγω της μεγάλης διαμέτρου πυρήνα της πολυτροπικής ίνας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με πηγές φωτός χαμηλού κόστους. Ως εκ τούτου, έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε σενάρια μετάδοσης μικρής απόστασης, όπως κέντρα δεδομένων και τοπικά δίκτυα. Με την ταχεία ανάπτυξη της κατασκευής κέντρων δεδομένων τα τελευταία χρόνια, η πολυτροπική ίνα, η οποία είναι η κύρια τάση του κέντρου δεδομένων και της τοπικής περιοχής εφαρμογές δικτύου, έχει επίσης εγκαινιάσει την άνοιξη, προκαλώντας εκτεταμένη ανησυχία.Σήμερα, ας μιλήσουμε για την ανάπτυξη της πολυτροπικής ίνας.
Σύμφωνα με το πρότυπο ISO/IEC 11801 προδιαγραφή, η πολύτροπη ίνα χωρίζεται σε πέντε μεγάλες κατηγορίες: OM1, OM2, OM3, OM4 και OM5. Η αντιστοιχία της με το IEC 60792-2-10 φαίνεται στον Πίνακα 1. Μεταξύ αυτών OM1, OM2 αναφέρεται στην παραδοσιακή πολύτροπη ίνα 62,5/125mm και 50/125mm. Τα OM3, OM4 και OM5 αναφέρονται στη νέα πολύτροπη ίνα 50/125mm 10 Gigabit.
Πρώτα:την παραδοσιακή πολύτροπη ίνα
Η ανάπτυξη της πολυτροπικής ίνας ξεκίνησε τη δεκαετία του 1970 και του 1980. Οι πρώιμες πολύτροπες ίνες περιλάμβαναν πολλά μεγέθη και τέσσερις τύποι μεγεθών που περιλαμβάνονται στα πρότυπα της Διεθνούς Ηλεκτροτεχνικής Επιτροπής (IEC) περιλάμβαναν τέσσερα. Η διάμετρος της επένδυσης του πυρήνα χωρίζεται σε 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm και 100/ 140 μm. Λόγω του μεγάλου μεγέθους της επένδυσης του πυρήνα, το κόστος κατασκευής είναι υψηλό, η αντίσταση κάμψης είναι κακή, ο αριθμός των τρόπων μετάδοσης αυξάνεται και το εύρος ζώνης μειώνεται. Επομένως, ο τύπος του μεγάλου μεγέθους επένδυσης πυρήνα εξαλείφεται σταδιακά και σταδιακά σχηματίζονται δύο κύρια μεγέθη επένδυσης πυρήνα. Είναι 50/125 μm και 62,5/125 μm, αντίστοιχα.
Στο πρώιμο τοπικό δίκτυο, προκειμένου να μειωθεί όσο το δυνατόν περισσότερο το κόστος του συστήματος του τοπικού δικτύου, χρησιμοποιήθηκε γενικά ένα χαμηλού κόστους LED ως πηγή φωτός. Λόγω της χαμηλής ισχύος εξόδου LED, η γωνία απόκλισης είναι σχετικά μεγάλη . Ωστόσο, η διάμετρος του πυρήνα και το αριθμητικό άνοιγμα της ίνας πολλαπλών λειτουργιών 50/125 mm είναι σχετικά μικρά, γεγονός που δεν ευνοεί την αποτελεσματική σύζευξη με LED. Όσον αφορά την ίνα πολλαπλών λειτουργιών 62,5/125 mm με μεγάλη διάμετρο πυρήνα και αριθμητικό διάφραγμα, μπορεί να συνδεθεί περισσότερη οπτική ισχύς με τον οπτικό σύνδεσμο. Ως εκ τούτου, η πολύτροπη ίνα 50/125 mm δεν χρησιμοποιήθηκε τόσο ευρέως όσο η πολύτροπη ίνα 62,5/125 mm πριν από την μέσα της δεκαετίας του 1990.
Με τη συνεχή αύξηση του ρυθμού μετάδοσης LAN, από τα τέλη του 20ου αιώνα, το LAN έχει αναπτυχθεί πάνω από το ρυθμό lGb/s. Το εύρος ζώνης της πολύτροπης ίνας 62,5/125μm με LED ως πηγή φωτός μόνο σταδιακά αδυνατεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις. Αντίθετα, η πολύτροπη ίνα 50/125 mm έχει μικρότερο αριθμητικό διάφραγμα και διάμετρο πυρήνα και λιγότερες λειτουργίες αγωγιμότητας. Ως εκ τούτου, η λειτουργία Η διασπορά της πολλαπλής ίνας μειώνεται αποτελεσματικά και το εύρος ζώνης αυξάνεται σημαντικά. Λόγω της μικρής διαμέτρου του πυρήνα, το κόστος παραγωγής της ίνας πολλαπλών λειτουργιών 50/125 mm είναι επίσης χαμηλότερο, επομένως χρησιμοποιείται ξανά ευρέως.
Το πρότυπο IEEE 802.3z Gigabit Ethernet προσδιορίζει ότι οι ίνες πολλαπλών λειτουργιών 50/125 mm και πολύτροπες ίνες 62,5/125 mm μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μέσα μετάδοσης για το Gigabit Ethernet. Ωστόσο, για νέα δίκτυα, προτιμάται γενικά η πολύτροπη ίνα 50/125 mm.
Δεύτερος:πολυτροπική ίνα βελτιστοποιημένη με λέιζερ
Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, εμφανίστηκε το VCSEL 850 nm (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Τα λέιζερ VCSEL χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή είναι φθηνότερα από τα λέιζερ μεγάλου μήκους κύματος και μπορούν να αυξήσουν τις ταχύτητες δικτύου. Τα λέιζερ VCSEL χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή είναι φθηνότερα από τα μακροχρόνια λέιζερ μήκους κύματος και μπορεί να αυξήσει τις ταχύτητες δικτύου. Λόγω της διαφοράς μεταξύ των δύο τύπων συσκευών εκπομπής φωτός, η ίδια η ίνα πρέπει να τροποποιηθεί ώστε να δέχεται αλλαγές στην πηγή φωτός.
Για τις ανάγκες των λέιζερ VCSEL, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης/Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή (ISO/IEC) και η Συμμαχία Βιομηχανίας Τηλεπικοινωνιών (TIA) συνέταξαν από κοινού ένα νέο πρότυπο για πολυτροπικές ίνες με πυρήνα 50 mm. Το ISO/IEC ταξινομεί μια νέα γενιά πολυτροπικής ίνας στην κατηγορία OM3 (Πρότυπο IEC A1a.2) στη νέα της κατηγορία πολυτροπικών ινών, η οποία είναι μια πολυτροπική ίνα βελτιστοποιημένη με λέιζερ.
Η επόμενη ίνα OM4 είναι στην πραγματικότητα μια αναβαθμισμένη έκδοση της ίνας πολλαπλών λειτουργιών OM3. Σε σύγκριση με την ίνα OM3, το πρότυπο OM4 βελτιώνει μόνο τον δείκτη εύρους ζώνης ινών. Δηλαδή, το πρότυπο ίνας OM4 έχει βελτιώσει το εύρος ζώνης ενεργού τρόπου λειτουργίας (EMB) και το πλήρες εύρος ζώνης έγχυσης (OFL) στα 850 nm σε σύγκριση με την ίνα OM3. Όπως φαίνεται στον Πίνακα 2 παρακάτω.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι μετάδοσης στην πολύτροπη ίνα, και το πρόβλημα της αντίστασης κάμψης της ίνας δημιουργείται επίσης. Όταν η ίνα είναι λυγισμένη, η λειτουργία υψηλής τάξης διαρρέει εύκολα, με αποτέλεσμα απώλεια σήματος, δηλαδή απώλεια κάμψης της ίνας. προωθήσει υψηλότερες απαιτήσεις για την αντοχή του στην κάμψη.
Σε αντίθεση με το απλό προφίλ δείκτη διάθλασης μιας ίνας μονής λειτουργίας, το προφίλ δείκτη διάθλασης μιας πολύτροπης ίνας είναι πολύ περίπλοκο, απαιτώντας μια εξαιρετικά λεπτή διαδικασία σχεδίασης και κατασκευής προφίλ δείκτη διάθλασης. Η πιο ακριβής προετοιμασία της πολύτροπης ίνας είναι η διαδικασία εναπόθεσης χημικών καιρικών συνθηκών πλάσματος (PCVD), που αντιπροσωπεύεται από την Changfei Company. Αυτή η διαδικασία διαφέρει από άλλες διαδικασίες στο ότι έχει ένα στρώμα εναπόθεσης πολλών χιλιάδων στρωμάτων και ένα πάχος μόνο περίπου 1 micron ανά στρώμα κατά τη διάρκεια απόθεση, επιτρέποντας τον εξαιρετικά λεπτό έλεγχο της καμπύλης του δείκτη διάθλασης για την επίτευξη υψηλού εύρους ζώνης.
Με τη βελτιστοποίηση του προφίλ δείκτη διάθλασης της πολύτροπης ίνας, η πολύτροπη ίνα που δεν είναι ευαίσθητη σε κάμψη έχει σημαντική βελτίωση στην αντίσταση κάμψης, όπως φαίνεται στο σχήμα 1 παρακάτω.
Εικ. 1 Σύγκριση απόδοσης μακροκάμψης μεταξύ ανθεκτικής σε κάμψη πολυτροπικής ίνας και συμβατικής πολύτροπης ίνας
Τρίτος:η νέα πολυτροπική ίνα (OM5)
Η ίνα OM3 και η ίνα OM4 είναι πολυτροπικές ίνες που χρησιμοποιούνται κυρίως στη ζώνη 850 nm. Καθώς ο ρυθμός μετάδοσης συνεχίζει να αυξάνεται, μόνο ένας σχεδιασμός ζώνης ενός καναλιού θα έχει ως αποτέλεσμα όλο και πιο εντατικό κόστος καλωδίωσης και το σχετικό κόστος διαχείρισης και συντήρησης θα αυξηθεί ανάλογα Ως εκ τούτου, οι τεχνικοί προσπαθούν να εισαγάγουν την έννοια της πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος στο πολύτροπο σύστημα μετάδοσης. Εάν μπορούν να μεταδοθούν πολλαπλά μήκη κύματος σε μία ίνα, ο αντίστοιχος αριθμός παράλληλων ινών και το κόστος τοποθέτησης και συντήρησης μπορούν να μειωθούν σημαντικά. Σε αυτό το πλαίσιο, δημιουργήθηκε η ίνα OM5.
Η πολύτροπη ίνα OM5 βασίζεται στην ίνα OM4, η οποία διευρύνει το κανάλι υψηλού εύρους ζώνης και υποστηρίζει εφαρμογές μετάδοσης από 850 nm σε 950 nm. Οι τρέχουσες κύριες εφαρμογές είναι σχέδια SWDM4 και SR4.2. Το SWDM4 είναι μια πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος τεσσάρων βραχέων κυμάτων, τα οποία είναι 850 nm, 880 nm, 910 nm και 940 nm, αντίστοιχα. Με αυτόν τον τρόπο, μια οπτική ίνα μπορεί να υποστηρίξει τις υπηρεσίες των προηγούμενων τεσσάρων παράλληλων οπτικών ινών. Το SR4.2 είναι μια πολυπλεξία διαίρεσης δύο μήκους κύματος, που χρησιμοποιείται κυρίως για αμφίδρομη τεχνολογία μονής ίνας. Το OM5 μπορεί να συνδυαστεί με λέιζερ VCSEL με χαμηλή απόδοση και χαμηλό κόστος για την καλύτερη κάλυψη της επικοινωνίας σε μικρή απόσταση, όπως τα κέντρα δεδομένων. Ο παρακάτω πίνακας 3 είναι μια σύγκριση των κύριων προδιαγραφών εύρους ζώνης για τις ίνες OM4 και OM5.
Επί του παρόντος, η ίνα OM5 έχει χρησιμοποιηθεί ως ένας νέος τύπος πολυτροπικής ίνας υψηλής τεχνολογίας. Μία από τις μεγαλύτερες επιχειρηματικές περιπτώσεις είναι η εμπορική περίπτωση OM5 του κύριου κέντρου δεδομένων της Changfei και της China Railways Corporation. Το κέντρο δεδομένων στοχεύει στα πλεονεκτήματα εφαρμογής του ίνα OM5 στο σύστημα διαίρεσης μήκους κύματος του SR4.2. Επιτυγχάνει τη μέγιστη χωρητικότητα επικοινωνίας με το χαμηλότερο κόστος και προετοιμάζεται για περαιτέρω ρυθμό αναβάθμισης στο μέλλον. Ο μελλοντικός ρυθμός θα αυξηθεί στα 100Gb/s ή ακόμα και στα 400Gb. /s, ή εφαρμογές ευρείας ζώνης, δεν μπορούν πλέον να αντικαταστήσουν τις οπτικές ίνες, μειώνοντας σημαντικά το μελλοντικό κόστος αναβάθμισης.
Περίληψη: Καθώς η ζήτηση για εφαρμογές συνεχίζει να αυξάνεται, η πολυτροπική ίνα κινείται προς χαμηλή απώλεια κάμψης, υψηλό εύρος ζώνης και πολυπλεξία πολλαπλών μηκών κύματος. Μεταξύ αυτών, η πιο πιθανή εφαρμογή είναι η ίνα OM5, η οποία έχει τη βέλτιστη απόδοση της τρέχουσας πολύτροπης ίνας. και παρέχει μια ισχυρή λύση οπτικών ινών για συστήματα πολλαπλών μηκών κύματος 100Gb/s και 400Gb/s στο μέλλον.Επιπλέον, προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις επικοινωνίας με κέντρο δεδομένων υψηλής ταχύτητας, υψηλού εύρους ζώνης, χαμηλού κόστους, νέας λειτουργίας πολλαπλών λειτουργιών αναπτύσσονται επίσης ίνες, όπως απλές πολύτροπες ίνες γενικής χρήσης. Στο μέλλον, η Changfei θα λανσάρει περισσότερες νέες λύσεις πολυτροπικών ινών με ομολόγους της βιομηχανίας, φέρνοντας νέες ανακαλύψεις και χαμηλότερο κόστος στα κέντρα δεδομένων και τις διασυνδέσεις οπτικών ινών.