קדמה: סיב תקשורת מחולק לסיב מצב יחיד וסיבים מולטי-מודים בהתאם למספר מצבי השידור מתחת לאורך הגל של היישום שלו. בשל קוטר הליבה הגדול של סיב המולטי-מוד, ניתן להשתמש בו עם מקורות אור בעלות נמוכה. לכן, יש לה מגוון רחב של יישומים בתרחישי שידור למרחקים קצרים, כגון מרכזי נתונים ורשתות מקומיות. עם ההתפתחות המהירה של בניית מרכזי נתונים בשנים האחרונות, סיבים מולטימודים, המהווים את הזרם המרכזי של מרכז הנתונים והאזור המקומי יישומי רשת, גם הוביל את האביב, גורם לדאגה נרחבת.היום, בואו נדבר על הפיתוח של סיבים מולטי-מודים.
על פי מפרט התקן ISO/IEC 11801, סיבים מולטי-מודים מחולקים לחמש קטגוריות עיקריות: OM1, OM2, OM3, OM4 ו-OM5. ההתכתבות שלו עם IEC 60792-2-10 מוצגת בטבלה 1. ביניהן OM1, OM2 מתייחס לסיבים המסורתיים של 62.5/125 מ"מ ו-50/125 מ"מ. OM3, OM4 ו-OM5 מתייחסים לסיב המולטי-מוד החדש 50/125 מ"מ 10 גיגה-ביט.
רֵאשִׁית:הסיב הרב-מוד המסורתי
הפיתוח של סיבים מולטי-מודים החל בשנות ה-70 וה-80. סיבים מולטי-מודים מוקדמים כללו גדלים רבים, וארבעה סוגי גדלים הכלולים בתקני הנציבות האלקטרוטכנית הבינלאומית (IEC) כללו ארבעה. קוטר חיפוי הליבה מחולק ל-50/125 מיקרומטר, 62.5/125 מיקרומטר, 85/125 מיקרומטר ו-100/ 140 מיקרומטר. בשל הגודל הגדול של חיפוי הליבה, עלות הייצור גבוהה, התנגדות הכיפוף ירודה, מספר מצבי השידור גדל, ורוחב הפס מצטמצם. לכן, סוג גודל חיפוי הליבה הגדול מתבטל בהדרגה, ובהדרגה נוצרים שני גדלים עיקריים של חיפוי הליבה. הם 50/125 מיקרומטר ו-62.5/125 מיקרומטר, בהתאמה.
ברשת המקומית המוקדמת, על מנת להפחית ככל האפשר את עלות המערכת של הרשת המקומית, בדרך כלל נעשה שימוש ב-LED בעלות נמוכה כמקור אור. עקב הספק פלט של LED נמוך, זווית הפער היא גדולה יחסית . עם זאת, קוטר הליבה והצמצם המספרי של סיב רב-מצבי 50/125 מ"מ קטנים יחסית, מה שלא תורם לחיבור יעיל עם LED. באשר לסיב רב-מצבי 62.5/125 מ"מ עם קוטר ליבה גדול וצמצם מספרי, ניתן לחבר כוח אופטי רב יותר לקישור האופטי. לכן, סיב רב-מצבי 50/125 מ"מ לא היה בשימוש נרחב כמו סיב רב-מצבי 62.5/125 מ"מ לפני אמצע שנות ה-90.
עם העלייה המתמשכת של קצב שידור ה-LAN, מאז סוף המאה ה-20, ה-LAN פותח מעל קצב lGb/s. רוחב הפס של סיב רב-מצבי 62.5/125 מיקרומטר עם LED כמקור האור אינו מסוגל לעמוד בדרישות רק בהדרגה. לעומת זאת, לסיב רב-מצבי 50/125 מ"מ יש צמצם מספרי וקוטר ליבה קטנים יותר, ופחות מצבי הולכה. לכן, המצב פיזור סיבים רב-מצבים מופחת ביעילות, ורוחב הפס גדל באופן משמעותי. בשל קוטר הליבה הקטן, עלות הייצור של סיבים מרובי מצבים 50/125 מ"מ גם היא נמוכה יותר, ולכן נעשה בו שימוש נרחב שוב.
תקן IEEE 802.3z Gigabit Ethernet מציין כי ניתן להשתמש בסיבים 50/125 מ"מ מולטי-מודים ו-62.5/125 מ"מ כאמצעי שידור עבור Gigabit Ethernet. עם זאת, עבור רשתות חדשות, בדרך כלל מועדף סיב רב-מצבי של 50/125 מ"מ.
שְׁנִיָה:סיב רב-מצבי מותאם לייזר
עם התפתחות הטכנולוגיה, הופיע 850 ננומטר VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). לייזרים VCSEL נמצאים בשימוש נרחב מכיוון שהם זולים יותר מלייזרים באורך גל ארוך ויכולים להגביר את מהירויות הרשת. לייזרים VCSEL נמצאים בשימוש נרחב מכיוון שהם זולים יותר מאשר ארוכים- לייזרים באורך גל ויכולים להגביר את מהירויות הרשת. בשל ההבדל בין שני סוגי המכשירים פולטי האור, יש לשנות את הסיב עצמו כדי להתאים לשינויים במקור האור.
עבור הצרכים של לייזרים VCSEL, הארגון הבינלאומי לתקינה/נציבות אלקטרוטכנית בינלאומית (ISO/IEC) והברית לתעשיית הטלקומוניקציה (TIA) ניסחו ביחד תקן חדש לסיבים מולטי-מודים עם ליבה של 50 מ"מ. ISO/IEC מסווגת דור חדש של סיבים מולטי-מודים לקטגוריית OM3 (תקן IEC A1a.2) בדרגת הסיבים המולטי-מודים החדשה שלו, שהיא סיב רב-מצבי מותאם לייזר.
סיב ה-OM4 העוקב הוא למעשה גרסה משודרגת של סיבי OM3 multimode. בהשוואה לסיב OM3, תקן OM4 רק משפר את מדד רוחב הפס של הסיבים. כלומר, תקן הסיבים OM4 שיפר את רוחב הפס האפקטיבי של המצב (EMB) ואת רוחב הפס ההזרקה המלא (OFL) ב-850 ננומטר בהשוואה לסיב OM3. כפי שמוצג בטבלה 2 להלן.
ישנם אופני שידור רבים בסיבים מולטי-מודים, ונובעת גם בעיית ההתנגדות לכיפוף של הסיב. כאשר הסיב מכופף, מצב הסדר הגבוה דולף בקלות, וכתוצאה מכך אובדן האות, כלומר, אובדן כיפוף של הסיב. עם המספר ההולך וגדל של תרחישי יישומים פנימיים, החיווט של סיבים מולטי-מודים בסביבה צרה גרם קדימה דרישות גבוהות יותר להתנגדות הכיפוף שלו.
שלא כמו פרופיל מקדם השבירה הפשוט של סיב חד-מודד, פרופיל מקדם השבירה של סיב רב-מודים הוא מורכב מאוד, הדורש עיצוב ותהליך ייצור של פרופיל מקדם שבירה עדין במיוחד. בארבעת תהליך הייצור הטרומי העיקרי הנוכחי של הזרם המרכזי הבינלאומי, ההכנה המדויקת ביותר של סיבים מולטי-מודים היא תהליך הפלזמה כימית מזג אוויר (PCVD), המיוצג על ידי חברת Changfei. תהליך זה נבדל מתהליכים אחרים בכך שיש לו שכבת שקיעה של כמה אלפי שכבות ועובי של כ-1 מיקרון בלבד לשכבה במהלך תצהיר, המאפשר בקרת עקומת אינדקס השבירה עדין במיוחד להשגת רוחב פס גבוה.
על ידי אופטימיזציה של פרופיל מקדם השבירה של סיבים מולטי-מודים, לסיב המולטי-מוד שאינו רגיש לכיפוף יש שיפור משמעותי בהתנגדות לכיפוף, כפי שמוצג באיור 1 להלן.
תמונה
שְׁלִישִׁי:הסיב הרב-מוד החדש (OM5)
סיבי OM3 וסיבי OM4 הם סיבים מולטי-מודים המשמשים בעיקר בפס 850nm. ככל שקצב השידור ממשיך לעלות, רק עיצוב פס חד-ערוץ יביא לעלויות חיווט אינטנסיביות יותר ויותר, ועלויות הניהול והתחזוקה הנלוות יגדלו בהתאם .לכן, הטכנאים מנסים להכניס את תפיסת ריבוי חלוקת אורך הגל למערכת השידור הרב-מודית. אם ניתן לשדר מספר אורכי גל על סיב אחד, ניתן להפחית מאוד את המספר המקביל של סיבים מקבילים ואת עלות הנחת ותחזוקה. בהקשר זה נוצר סיב OM5.
סיב OM5 multimode מבוסס על סיב OM4, המרחיב את ערוץ רוחב הפס הגבוה ותומך ביישומי שידור מ-850nm ל-950nm. היישומים המיינסטרים הנוכחיים הם עיצובי SWDM4 ו-SR4.2. SWDM4 הוא ריבוי חלוקת אורך גל של ארבעה גלים קצרים, שהם 850 ננומטר, 880 ננומטר, 910 ננומטר ו-940 ננומטר, בהתאמה. בדרך זו, סיב אופטי יכול לתמוך בשירותים של ארבעת הסיבים האופטיים המקבילים הקודמים. SR4.2 הוא ריבוי חלוקה לשני אורכי גל, המשמש בעיקר לטכנולוגיה דו-כיוונית של סיבים בודדים. ניתן להתאים את ה-OM5 ללייזרי VCSEL בעלי ביצועים נמוכים ובעלות נמוכה כדי לעמוד טוב יותר בתקשורת למרחקים קצרים כגון מרכזי נתונים. טבלה 3 להלן. השוואה של מפרטי רוחב הפס העיקריים עבור סיבי OM4 ו-OM5.
כיום, סיב OM5 שימש כסוג חדש של סיבים מולטי-מודים מתקדמים. אחד המקרים העסקיים הגדולים ביותר הוא המקרה המסחרי OM5 של מרכז הנתונים הראשי של Changfei ו-China Railways Corporation. מרכז הנתונים מכוון ליתרונות היישום של סיב OM5 במערכת חלוקת אורך הגל של SR4.2. הוא משיג את תקשורת הקיבולת המקסימלית בעלות הנמוכה ביותר, ומתכונן לקצב שדרוג נוסף בעתיד. הקצב העתידי יוגדל ל-100Gb/s או אפילו 400Gb. /s, או יישומי פס רחב, אינם יכולים עוד להחליף סיבים, מה שמפחית משמעותית את עלויות השדרוג העתידיות.
תקציר: ככל שהביקוש ליישומים ממשיך לעלות, סיבים מולטי-מודים נעים לעבר אובדן כיפוף נמוך, רוחב פס גבוה וריבוי אורכי גל. ביניהם, היישום הפוטנציאלי ביותר הוא סיב OM5, בעל הביצועים האופטימליים של סיבים מולטי-מודים נוכחיים, ומספקת פתרון סיבים עוצמתי למערכות מרובות אורכי גל של 100Gb/s ו-400Gb/s בעתיד. בנוסף, על מנת לעמוד בדרישות של תקשורת מהירה, רוחב פס גבוה, בעלות נמוכה, מולטימוד חדש סיבים, כמו סיבים יחידים למטרות כלליות רב-מצבים, מפותחים גם הם. בעתיד, Changfei תשיק עוד פתרונות סיבים מולטי-מודים חדשים עם עמיתים בתעשייה, ויביאו פריצות דרך חדשות ועלויות נמוכות יותר למרכזי נתונים ולחיבורי סיבים אופטיים.