Více režimové optické vlákno - Multi-mode optical fiber

Odizolované vícerežimové vlákno

Vícerežimové optické vlákno je typ optického vlákna, které se většinou používá pro komunikaci na krátké vzdálenosti, například v budově nebo na akademické půdě. Vícerežimové odkazy lze použít pro přenosové rychlosti až 100 Gbit/s. Vícemódové vlákno má poměrně velký průměr jádra, které umožňuje šíření více světelných režimů a omezuje maximální délku přenosového spoje kvůli modální disperzi . Standard G.651.1 definuje nejpoužívanější formy multimódových optických vláken.

Aplikace

Zařízení používané pro komunikaci přes vícerežimová optická vlákna je levnější než zařízení pro jednovidová optická vlákna . Typické limity rychlosti přenosu a vzdálenosti jsou 100 Mbit/s pro vzdálenosti až 2 km ( 100BASE-FX ), 1 Gbit/s až 1000 m a 10 Gbit/s až 550 m.

Vzhledem ke své vysoké kapacitě a spolehlivosti se vícerežimová optická vlákna obecně používají pro páteřní aplikace v budovách. Stále více uživatelů využívá výhody vlákna blíže k uživateli spuštěním vlákna na plochu nebo do zóny. Architektury vyhovující standardům, jako je centralizovaná kabeláž a vlákno do telekomunikační skříně, nabízejí uživatelům možnost využít schopnosti optických vláken na dálku centralizací elektroniky v telekomunikačních místnostech, a nikoli aktivní elektronikou na každém patře.

Vícerežimové vlákno se používá k přenosu světelných signálů do az miniaturních optických spektroskopických zařízení (spektrometry, zdroje a příslušenství pro odběr vzorků) a pomohlo při vývoji prvního přenosného spektrometru.

Vícerežimové vlákno se také používá, když mají být optickými vlákny přenášeny vysoké optické výkony, například při laserovém svařování .

Porovnání s jednovidovým vláknem

Při pevném poloměru a indexu lomu závisí počet režimů povolených v optickém vlákně na použité vlnové délce (pro jednoduchost ukazuje pouze rozložení energie režimů TE).

Hlavní rozdíl mezi multimódovým a jednovidovým optickým vláknem je ten, že první má mnohem větší průměr jádra, typicky 50–100 mikrometrů; mnohem větší než vlnová délka světla neseného v něm. Vzhledem k velkému jádru a také možnosti velké numerické clony má vícerežimové vlákno vyšší kapacitu „shromažďování světla“ než jednovidové vlákno. Z praktického hlediska větší velikost jádra zjednodušuje připojení a také umožňuje použití levnější elektroniky, jako jsou světelné diody (LED) a lasery s povrchovým vyzařováním s vertikální dutinou (VCSEL), které pracují na vlnové délce 850  nm a 1300 nm (Jednovidová vlákna používaná v telekomunikacích obvykle pracují při 1310 nebo 1550 nm). Ve srovnání s vlákny s jedním režimem je však limit produktu šířka pásma a vzdálenosti více režimů nižší. Protože vícerežimové vlákno má větší velikost jádra než jednovidové vlákno, podporuje více než jeden režim šíření ; proto je omezen modální disperzí , zatímco jeden režim není.

Světelné zdroje LED někdy používané s multimódovým vláknem produkují rozsah vlnových délek a každý z nich se šíří různými rychlostmi. Tato chromatická disperze je dalším limitem užitečné délky pro vícerežimový optický kabel. Naproti tomu lasery používané k pohonu jednovidových vláken produkují koherentní světlo o jedné vlnové délce. Vzhledem k modální disperzi má vícerežimové vlákno vyšší rychlosti pulzního šíření než jednovidové vlákno, což omezuje kapacitu přenosu informací vícerežimového vlákna.

Jednorežimová vlákna se často používají ve vysoce přesném vědeckém výzkumu, protože omezení světla pouze na jeden režim šíření umožňuje soustředit se na intenzivní, difrakčně omezené místo.

Barva kabátu se někdy používá k rozlišení vícerežimových kabelů od jednovidových. Standardní TIA-598C doporučuje pro nevojenské aplikace použití žlutého pláště pro jednovidové vlákno a oranžového nebo aqua pro vícerežimové vlákno, v závislosti na typu. Někteří prodejci používají fialové k rozlišení vyššího výkonu komunikačního vlákna OM4 od jiných typů.

Typy

Vícerežimová vlákna jsou popsána jejich průměrem jádra a pláště . Vlákno s více režimy 62,5/125 μm má tedy velikost jádra 62,5 mikrometrů (μm) a průměr pláště 125 μm. Přechod mezi jádrem a pláštěm může být ostrý, což se nazývá krokový indexový profil , nebo postupný přechod, kterému se říká odstupňovaný indexový profil . Tyto dva typy mají různé disperzní charakteristiky, a tedy i rozdílnou efektivní šířku šíření. Vlákna s více režimy mohou být konstruována s odstupňovaným nebo stupňovitým profilem .

Kromě toho jsou multimódová vlákna popsána pomocí systému klasifikace stanoveného normou ISO 11801 -OM1, OM2 a OM3-který je založen na modální šířce pásma multimódového vlákna. OM4 (definovaný v TIA-492-AAAD) byl dokončen v srpnu 2009 a byl vydán do konce roku 2009 TIA . Kabel OM4 bude podporovat 125m propojení rychlostí 40 a 100 Gbit/s. Písmena „OM“ znamenají optický více režimů .

Po mnoho let bylo 62,5/125 μm (OM1) a konvenční 50/125 μm multimódové vlákno (OM2) široce používáno v místních aplikacích. Tato vlákna snadno podporují aplikace od ethernetu (10 Mbit/s) po gigabitový ethernet (1 Gbit/s) a vzhledem ke své relativně velké velikosti jádra byly ideální pro použití s ​​LED vysílači. Novější nasazení často využívá laserem optimalizované vícerežimové vlákno 50/125 μm (OM3). Vlákna, která splňují toto označení, poskytují dostatečnou šířku pásma pro podporu 10 Gigabitového ethernetu až do 300 metrů. Výrobci optických vláken výrazně zdokonalili svůj výrobní proces od vydání této normy a lze vyrobit kabely, které podporují 10 GbE až do 400 metrů. Laserem optimalizované vícerežimové vlákno (LOMMF) je navrženo pro použití s ​​850 nm VCSEL.

Pro 10 Gigabit ethernet prostřednictvím 10 GBASE-LRM lze použít starší vlákna FDDI, OM1 a OM2. To však vyžaduje rozhraní SFP+ k podpoře kompenzace elektronické disperze (EDC), takže tyto moduly SFP+ nemohou používat všechny přepínače, směrovače a další zařízení.

K migraci na LOMMF/OM3 došlo, když uživatelé upgradují na vysokorychlostní sítě. LED diody mají maximální modulační rychlost 622 Mbit/s, protože je nelze zapnout/vypnout dostatečně rychle, aby podporovaly aplikace s větší šířkou pásma. VCSEL jsou schopné modulace přes 10 Gbit/s a používají se v mnoha vysokorychlostních sítích.

Asi 200 a 400 Gigabitových ethernetových rychlostí (např. 400 GBASE-SR4.2 ) používá multiplexování s dělením vlnových délek (WDM), a to i pro vícerežimové vlákno, které je mimo specifikaci pro OM4 a nižší. V roce 2017 byl OM5 standardizován TIA a ISO pro MMF WDM a specifikoval nejen minimální modální šířku pásma pro 850 nm, ale i křivku od 850 do 953 nm.

Kabely lze někdy rozlišit podle barvy pláště: pro 62,5/125 μm (OM1) a 50/125 μm (OM2) se doporučují oranžové pláště, zatímco aqua se doporučuje pro 50/125 μm „laserově optimalizovaná“ vlákna OM3 a OM4. Někteří prodejci vláken používají pro „OM4+“ fialovou barvu. OM5 je oficiálně zbarvený do limetkově zelené .

Výkonové profily VCSEL spolu se změnami uniformity vláken mohou způsobit modální rozptyl, který se měří pomocí diferenciálního modálního zpoždění (DMD). Rozptyl modů je způsoben rozdílnými rychlostmi jednotlivých režimů ve světelném impulsu. Čistý efekt způsobí, že se světelný puls rozšíří na vzdálenost, což způsobí intersymbolové rušení . Čím větší je délka, tím větší je modální disperze. Pro boj s modální disperzí je LOMMF vyráběn způsobem, který eliminuje variace vlákna, které by mohly ovlivnit rychlost, kterou může světelný puls cestovat. Profil indexu lomu je vylepšen pro přenos VCSEL a pro zabránění šíření pulsu. Výsledkem je, že vlákna udržují integritu signálu na delší vzdálenosti, čímž maximalizují šířku pásma.

Srovnání

Minimální dosah ethernetových variant přes multimódové vlákno
Kategorie Minimální modální šířka pásma
850/953/1300 nm 		Fast Ethernet 100BASE-FX 1 Gb (1000 Mb) Ethernet 1000BASE-SX 1 Gb (1000 Mb) Ethernet 1000BASE-LX 10 Gb Ethernet 10 GBASE-SR 10 Gb Ethernet 10GBASE-LRM (vyžaduje EDC) 25 Gb Ethernet 25 GBASE-SR 40 Gb ethernet

40 GBASE-SWDM4

40 Gb Ethernet 40 GBASE-SR4 100 Gb Ethernet 100 GBASE-SR10
FDDI (62,5/125) 160 / - / 500 MHz · km 2000 m 220 m 550 m (je vyžadován propojovací kabel pro úpravu režimu ) 26 m 220 m Není podporováno Není podporováno Není podporováno Není podporováno
OM1 (62,5/125) 200 / - / 500 MHz · km 275 m 33 m 220 m Není podporováno Není podporováno Není podporováno Není podporováno
OM2 (50/125) 500 / - / 500 MHz · km 550 m 82 m 220 m Není podporováno Není podporováno Není podporováno Není podporováno
OM3 (50/125) *Optimalizováno laserem * 1500 / - / 500 MHz · km 550 m (neměl by být použit propojovací kabel pro úpravu režimu) 300 m 220 m 70 m 240 m

Duplexní LC

100 m

(330 m QSFP+ eSR4)

100 m
OM4 (50/125) *Optimalizováno laserem * 3500 / - / 500 MHz · km 400 m > 220 m 100 m 350 m

Duplexní LC

150 m

(550 m QSFP+ eSR4)

150 m
OM5 (50/125) „Wideband multi-mode“ pro krátkovlnný WDM 3500 /1850 /500 MHz · km > 220 m 100 m

Obepnutý tok

Norma IEC 61280-4-1 (nyní TIA-526-14-B) definuje obklopený tok, který udává velikosti vstřikování testovacího světla (pro různé průměry vláken), aby se zajistilo, že jádro vlákna není přeplněno nebo podplněno, což umožňuje reprodukovatelnější (a méně variabilní) měření ztráty spojení.

Viz také

Reference

  1. ^ Sdružení telekomunikačního průmyslu. „Multimode Fiber for Enterprise Networks“ . Archivovány od originálu 4. června 2009 . Citováno 4. června 2008 .
  2. ^ a b c d e f g Furukawa Electric Severní Amerika. „OM4 - příští generace multimode vláken“ (PDF) . Archivováno z originálu (pdf) 22. dubna 2014 . Citováno 16. května 2012 . Citační deník vyžaduje |journal=( nápověda )
  3. ^ ARC Electronics (1. října 2007). „Výukový program pro kabely z optických vláken“ . Archivováno od originálu 23. října 2018 . Získaný 4. března 2015 .
  4. ^ a b „Barevné kódy kabelů z optických vláken“ . Technická témata . Asociace optických vláken . Citováno 17. září 2009 .
  5. ^ Crawford, Dwayne (11. září 2013). „Kdo je Erika Violet a co dělá v mém datovém centru?“ . Technická témata . Belden . Citováno 12. února 2014 .
  6. ^ British FibreOptic Industry Association. „Vysvětlení optických vláken“ (PDF) . Získaný 9. dubna 2011 .
  7. ^ "Přehled optických vláken" . Citováno 23. listopadu 2012 .
  8. ^ "Reportáž ze schůzky č. 14" (PDF) . Asociace telekomunikačního průmyslu.
  9. ^ Kish, Paul (1. ledna 2010). „Vlákno nové generace přichází“ . # Kabelové síťové systémy . Obchodní informační skupina.
  10. ^ IEEE 802.3, článek 150
  11. ^ a b c Hewlett-Packard Development Company, LP (2007). „Technický přehled 100BASE-FX“ (PDF) . Archivováno z originálu (pdf) 9. října 2012 . Citováno 20. listopadu 2012 .
  12. ^ a b IEEE 802.3-2012, článek 38.3
  13. ^ Optické specifikace IEEE 802.3 38,4 PMD na MDI pro 1000BASE-LX
  14. ^ a b Cisco Systems, Inc (2009). „Poznámka k instalaci patch kabelu upravujícího režim Cisco“ . Citováno 20. února 2015 .
  15. ^ Stejně jako u všech vícerežimových připojení vláken by segment MMF propojovacího kabelu měl odpovídat typu vlákna v kabelovém závodě (článek 38.11.4).
  16. ^ „Datový list modulů Cisco 10GBASE X2“ . Cisco . Citováno 23. června 2015 .
  17. ^ "Co je transceiver 10GBASE-LRM a proč ho potřebuji?" . CBO GmbH . Citováno 3. prosince 2019 .
  18. ^ a b "Optický transceiver 40GE SWDM4 QSFP+ | Finisar Corporation" . www.finisar.com . Citováno 6. února 2018 .
  19. ^ a b „40G Extended Reach with Corning Cable Systems OM3/OM4 Connectivity with the Avago 40G QSFP+ eSR4 Transceiver“ (pdf) . Corning. 2013 . Citováno 14. srpna 2013 .
  20. ^ "IEEE 802.3" . Citováno 31. října 2014 .
  21. ^ „TIA aktualizuje standard kabeláže datového centra, aby udržel tempo s rychlým technologickým pokrokem“ . TIA. 9. srpna 2017 . Citováno 27. srpna 2018 .
  22. ^ Goldstein, Seymour. „Obepnutý tok zlepšuje měření ztrát testovacího zařízení“ . Instalace a údržba kabeláže . Citováno 1. června 2017 .

externí odkazy