Przedmowa: Światłowód komunikacyjny dzieli się na światłowód jednomodowy i wielomodowy ze względu na liczbę modów transmisji w ramach długości fali jego zastosowania. Ze względu na dużą średnicę rdzenia światłowodu wielomodowego może być stosowany z tanimi źródłami światła. Dlatego ma szeroki zakres zastosowań w scenariuszach transmisji na małe odległości, takich jak centra danych i sieci lokalne. Wraz z szybkim rozwojem budowy centrów danych w ostatnich latach, światłowód wielomodowy, który jest głównym nurtem centrów danych i obszarów lokalnych aplikacji sieciowych, również zapoczątkowała wiosnę, budząc powszechne zaniepokojenie. Porozmawiajmy dziś o rozwoju światłowodów wielomodowych.
Zgodnie ze specyfikacją normy ISO/IEC 11801 światłowód wielomodowy dzieli się na pięć głównych kategorii: OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5. Jego zgodność z normą IEC 60792-2-10 przedstawiono w tabeli 1. Wśród nich OM1, OM2 odnosi się do tradycyjnego światłowodu wielomodowego 62,5/125 mm i 50/125 mm. OM3, OM4 i OM5 odnoszą się do nowego 10-gigabitowego światłowodu wielomodowego 50/125 mm.
Pierwszy:tradycyjne światłowód wielomodowy
Rozwój światłowodów wielomodowych rozpoczął się w latach 70. i 80. XX wieku. Wczesne włókna wielomodowe obejmowały wiele rozmiarów, a cztery typy rozmiarów uwzględnione w normach Międzynarodowej Komisji Elektrotechnicznej (IEC) obejmowały cztery. Średnica płaszcza rdzenia jest podzielona na 50/125 μm, 62,5/125 μm, 85/125 μm i 100/ 140 μm. Ze względu na duży rozmiar płaszcza rdzenia koszt produkcji jest wysoki, odporność na zginanie jest niska, liczba trybów transmisji jest zwiększona, a szerokość pasma jest zmniejszona. Dlatego stopniowo eliminowany jest rodzaj dużego rozmiaru płaszcza rdzenia i stopniowo powstają dwa główne rozmiary płaszcza rdzenia. Są to odpowiednio 50/125 µm i 62,5/125 µm.
We wczesnych sieciach lokalnych, aby maksymalnie obniżyć koszty systemu sieci lokalnej, jako źródło światła powszechnie stosowano tanią diodę LED. Ze względu na małą moc wyjściową diody LED kąt rozbieżności jest stosunkowo duży . Jednakże średnica rdzenia i apertura numeryczna światłowodu wielomodowego 50/125mm są stosunkowo małe, co nie sprzyja efektywnemu sprzężeniu z diodami LED. Jeśli chodzi o światłowód wielomodowy 62,5/125 mm z dużą średnicą rdzenia i aperturą numeryczną, do łącza optycznego można podłączyć większą moc optyczną. Dlatego światłowód wielomodowy 50/125 mm nie był tak szeroko stosowany jak światłowód wielomodowy 62,5/125 mm przed wprowadzeniem na rynek połowa lat 90-tych.
Wraz ze stałym wzrostem szybkości transmisji sieci LAN od końca XX wieku, sieć LAN rozwija się powyżej szybkości transmisji 1Gb/s. Szerokość pasma światłowodu wielomodowego 62,5/125 μm z diodą LED jako źródłem światła stopniowo nie jest w stanie spełnić wymagań. Natomiast światłowód wielomodowy 50/125 mm ma mniejszą aperturę numeryczną i średnicę rdzenia oraz mniej trybów przewodzenia. Dlatego też tryb dyspersja światłowodu wielomodowego jest skutecznie zmniejszona, a przepustowość znacznie zwiększona. Ze względu na małą średnicę rdzenia koszt produkcji światłowodu wielomodowego 50/125 mm jest również niższy, dlatego jest on ponownie szeroko stosowany.
Standard IEEE 802.3z Gigabit Ethernet określa, że światłowody wielomodowe 50/125 mm i wielomodowe 62,5/125 mm mogą być używane jako media transmisyjne w Gigabit Ethernet. Jednak w przypadku nowych sieci ogólnie preferowany jest światłowód wielomodowy 50/125 mm.
Drugi:światłowód wielomodowy zoptymalizowany laserowo
Wraz z rozwojem technologii pojawił się laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) o długości fali 850 nm. Lasery VCSEL są szeroko stosowane, ponieważ są tańsze niż lasery długofalowe i mogą zwiększać prędkość sieci. Lasery VCSEL są szeroko stosowane, ponieważ są tańsze niż lasery długofalowe. lasery o długości fali i mogą zwiększać prędkość sieci. Ze względu na różnicę między tymi dwoma typami urządzeń emitujących światło samo włókno musi zostać zmodyfikowane, aby uwzględnić zmiany w źródle światła.
Na potrzeby laserów VCSEL Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna/Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (ISO/IEC) oraz Stowarzyszenie Przemysłu Telekomunikacyjnego (TIA) wspólnie opracowały nową normę dla światłowodu wielomodowego z rdzeniem 50mm. ISO/IEC klasyfikuje nową generację światłowodu wielomodowego do kategorii OM3 (norma IEC A1a.2) w nowym gatunku światłowodu wielomodowego, który jest światłowodem wielomodowym zoptymalizowanym laserowo.
Kolejne włókno OM4 jest w rzeczywistości ulepszoną wersją światłowodu wielomodowego OM3. W porównaniu ze włóknem OM3, standard OM4 poprawia jedynie wskaźnik przepustowości światłowodu. Oznacza to, że standard światłowodu OM4 poprawił przepustowość trybu efektywnego (EMB) i pełną przepustowość wtrysku (OFL) przy 850 nm w porównaniu z włóknem OM3. Jak pokazano w tabeli 2 poniżej.
W włóknie wielomodowym istnieje wiele trybów transmisji, pojawia się także problem oporów zginania światłowodu. Kiedy światłowód jest zgięty, tryb wyższego rzędu łatwo ulega wyciekowi, co powoduje utratę sygnału, czyli utratę światłowodu zginającą. Wraz ze wzrostem liczby scenariuszy zastosowań wewnętrznych, okablowanie światłowodu wielomodowego w wąskim środowisku spowodowało, że stawiać wyższe wymagania dotyczące odporności na zginanie.
W przeciwieństwie do prostego profilu współczynnika załamania światła światłowodu jednomodowego, profil współczynnika załamania światła światłowodu wielomodowego jest bardzo złożony i wymaga bardzo dokładnego projektowania i procesu wytwarzania profilu współczynnika załamania światła. W obecnych czterech głównych procesach prefabrykacji głównego nurtu międzynarodowego, najbardziej precyzyjnym przygotowaniem światłowodu wielomodowego jest proces plazmowego chemicznego osadzania atmosferycznego (PCVD), reprezentowany przez firmę Changfei. Proces ten różni się od innych procesów tym, że warstwa osadzana składa się z kilku tysięcy warstw i ma grubość tylko około 1 mikrona na warstwę podczas osadzanie, umożliwiające bardzo precyzyjną kontrolę krzywej współczynnika załamania światła w celu uzyskania dużej szerokości pasma.
Optymalizując profil współczynnika załamania światła światłowodu wielomodowego, niewrażliwe na zginanie włókno wielomodowe charakteryzuje się znaczną poprawą odporności na zginanie, jak pokazano na rysunku 1 poniżej.
Rys.1 Porównanie wydajności makrozgięć między odpornym na zginanie włóknem wielomodowym a konwencjonalnym włóknem wielomodowym
Trzeci:nowy światłowód wielomodowy (OM5)
Światłowód OM3 i OM4 to światłowód wielomodowy używany głównie w paśmie 850 nm. W miarę ciągłego wzrostu szybkości transmisji, jedynie konstrukcja pasma jednokanałowego będzie skutkować coraz większymi kosztami okablowania, a związane z tym koszty zarządzania i konserwacji odpowiednio wzrosną Dlatego technicy starają się wprowadzić koncepcję multipleksowania z podziałem długości fali do wielomodowego systemu transmisji. Jeśli jednym włóknem można przesyłać wiele długości fali, odpowiednią liczbę równoległych włókien oraz koszty układania i konserwacji można znacznie zmniejszyć. W tym kontekście powstało włókno OM5.
Światłowód wielomodowy OM5 oparty jest na światłowodzie OM4, który poszerza kanał o dużej przepustowości i obsługuje aplikacje transmisyjne od 850 nm do 950 nm. Obecne główne zastosowania to konstrukcje SWDM4 i SR4.2. SWDM4 to multipleksacja z podziałem długości fali czterech fal krótkich, odpowiednio 850 nm, 880 nm, 910 nm i 940 nm. W ten sposób światłowód może obsługiwać usługi poprzednich czterech równoległych włókien optycznych. SR4.2 to multipleksowanie z podziałem dwóch długości fali, stosowane głównie w technologii dwukierunkowej z jednym włóknem. OM5 można dopasować do laserów VCSEL o niskiej wydajności i niskim koszcie, aby lepiej sprostać komunikacji na krótkie odległości, np. w centrach danych. Tabela 3 poniżej zawiera porównanie głównych specyfikacji przepustowości dla włókien OM4 i OM5.
Obecnie światłowód OM5 jest używany jako nowy typ wysokiej klasy światłowodu wielomodowego. Jednym z największych przypadków biznesowych jest komercyjny przypadek OM5 głównego centrum danych Changfei and China Railways Corporation. Centrum danych ma na celu wykorzystanie zalet aplikacji Włókno OM5 w systemie podziału długości fali SR4.2. Osiąga maksymalną przepustowość komunikacji przy najniższych kosztach i przygotowuje się do dalszej modernizacji w przyszłości. W przyszłości szybkość zostanie zwiększona do 100 Gb/s, a nawet 400 Gb. /s, czyli aplikacje szerokopasmowe, nie mogą już zastąpić światłowodów, znacznie zmniejszając przyszłe koszty modernizacji.
Podsumowanie: W miarę ciągłego wzrostu zapotrzebowania na aplikacje, światłowód wielomodowy zmierza w kierunku niskich strat na zgięciach, dużej przepustowości i multipleksowania na wielu długościach fali. Wśród nich najbardziej potencjalnym zastosowaniem jest światłowód OM5, który ma optymalną wydajność obecnego światłowodu wielomodowego, i zapewnia wydajne rozwiązanie światłowodowe dla systemów o wielu długościach fal 100 Gb/s i 400 Gb/s w przyszłości. Ponadto, aby spełnić wymagania szybkiej, szerokopasmowej i taniej komunikacji w centrach danych, nowy wielomodowy opracowywane są również światłowody, takie jak pojedyncze światłowody wielomodowe ogólnego przeznaczenia. W przyszłości Changfei wprowadzi na rynek więcej nowych rozwiązań światłowodów wielomodowych wraz z partnerami z branży, wprowadzając nowe przełomowe rozwiązania i obniżając koszty centrów danych i połączeń światłowodowych.