ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด

Q: ประเภท

เส้นใยมัลติโหมดอธิบายได้ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและ ปลอกหุ้ม ดังนั้น เส้นใยมัลติโหมด 62.5/125 μm จึงมีขนาดแกน 62.

ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด เป็นใย แก้วนำแสงชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับการสื่อสารในระยะทางสั้นๆ เช่น ภายในอาคารหรือในวิทยาเขต การเชื่อมต่อแบบมัลติโหมดสามารถรองรับอัตราการส่งข้อมูลได้สูงสุดถึง800 กิกะบิตต่อวินาทีใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางค่อนข้างใหญ่ทำให้สามารถส่งผ่านแสงได้หลายโหมดและจำกัดความยาวสูงสุดของการเชื่อมต่อส่งสัญญาณเนื่องจากการกระจายตัวของโหมดมาตรฐานG.651.1กำหนดรูปแบบของใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

แอปพลิเคชัน

อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับการสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีราคาถูกกว่าอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับ ใยแก้วนำแสงแบบ ซิงเกิลโหมด^{[ 1 ]}

เนื่องจากมีความจุและความน่าเชื่อถือสูง ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดจึงมักใช้สำหรับงานโครงข่ายหลักในอาคาร จำนวนผู้ใช้ที่ได้รับประโยชน์จากใยแก้วนำแสงเพิ่มมากขึ้น โดยการเดินสายใยแก้วนำแสงไปยังเดสก์ท็อปหรือไปยังโซนต่างๆ สถาปัตยกรรมที่ได้มาตรฐาน เช่น การเดินสายแบบรวมศูนย์ และการเดิน สายใยแก้วนำ แสงไปยังตู้โทรคมนาคมช่วยให้ผู้ใช้สามารถใช้ประโยชน์จากความสามารถในการส่งสัญญาณระยะไกลของใยแก้วนำแสง โดยการรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไว้ในห้องโทรคมนาคม แทนที่จะกระจายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไว้ในแต่ละชั้น

ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดใช้สำหรับขนส่งสัญญาณแสงไปยังและจากอุปกรณ์สเปกโทรสโกปีใยแก้วนำแสงขนาดเล็ก (สเปกโทรเมตร แหล่งกำเนิดแสง และอุปกรณ์เสริมสำหรับการสุ่มตัวอย่าง) และมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาสเปกโทรเมตรแบบพกพาเครื่องแรก

ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดถูกนำมาใช้ในกรณีที่ต้องการส่งกำลังแสงสูงผ่านใยแก้วนำแสง เช่น ใน การ เชื่อม ด้วยเลเซอร์

การเปรียบเทียบกับใยแก้วนำแสงแบบโหมดเดียว

ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางที่ใหญ่กว่า (โดยทั่วไป 50–100 μm) ทำให้โหมดแสงหลายโหมดสามารถแพร่กระจายพร้อมกันได้^{[ 2 ]}การออกแบบนี้ทำให้การจัดตำแหน่งและการติดตั้งง่ายขึ้น ทำให้ MMF คุ้มค่าและเหมาะสำหรับการส่งข้อมูลระยะสั้นถึงระยะกลางในเครือข่ายองค์กรศูนย์ข้อมูลและสภาพแวดล้อมในวิทยาเขต^{[ 3 ]} MMF รองรับอัตราการส่งข้อมูลสูงถึง 100 Gbps ในระยะทางโดยทั่วไปตั้งแต่ 300 ถึง 550 เมตร ขึ้นอยู่กับชนิดของใยแก้วนำแสง (OM3, OM4, OM5) ^{[ 4 ]}นอกจากนี้ MMF ยังสามารถใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีต้นทุนต่ำกว่า เช่นไดโอดเปล่งแสง (LED) และเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL) ซึ่งช่วยลดต้นทุนระบบโดยรวมในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้^{[ 5 ]}

LED และ VCSEL ทำงานที่ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรและ 1300 นาโนเมตร ในขณะที่ใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดที่ใช้ในการสื่อสารโทรคมนาคมโดยทั่วไปทำงานที่ 1310 หรือ 1550 นาโนเมตร^{[ 6 ]}อย่างไรก็ตาม เมื่อเปรียบเทียบกับใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมด ขีดจำกัดของผลิตภัณฑ์แบนด์วิดท์-ระยะทางของใยแก้วนำแสงแบบ มัลติโหมดจะต่ำกว่า เนื่องจากใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดมีขนาดแกนกลางใหญ่กว่าใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมด จึงรองรับ โหมดการแพร่กระจายได้มากกว่าหนึ่งโหมดดังนั้นจึงถูกจำกัดด้วยการกระจายตัวของโหมดในขณะที่แบบซิงเกิลโหมดไม่ถูกจำกัด

แหล่งกำเนิดแสง LED ที่ใช้กับใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดบางครั้งนั้นสร้างคลื่นแสงที่มีความยาวคลื่นหลากหลาย และแต่ละความยาวคลื่นจะแพร่กระจายด้วยความเร็วที่แตกต่างกันการกระจายตัวของความยาวคลื่น นี้ เป็นข้อจำกัดอีกประการหนึ่งของความยาวที่ใช้งานได้ของสายเคเบิลใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด ในทางตรงกันข้าม เลเซอร์ที่ใช้ในการขับเคลื่อนใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดจะสร้างแสงที่สอดคล้องกันที่มีความยาวคลื่นเดียว เนื่องจากการกระจายตัวของโหมด ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดจึงมีอัตราการแพร่กระจายของพัลส์สูงกว่าใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมด ซึ่งจำกัดความสามารถในการส่งข้อมูลของใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด

เส้นใยนำแสงแบบโหมดเดี่ยว มักถูกใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากจำกัดการแพร่กระจายของแสงให้อยู่ในโหมดเดียว ทำให้สามารถโฟกัสแสงไปยังจุด ที่มีความเข้มสูง ซึ่งมีขอบเขตจำกัดโดยการเลี้ยวเบนของแสงได้

บางครั้งมีการใช้สีของปลอกหุ้มเพื่อแยก สายเคเบิลมัลติโหมดออกจากสายเคเบิลซิงเกิลโหมด มาตรฐาน TIA-598C แนะนำสำหรับการใช้งานที่ไม่ใช่ทางการทหาร ให้ใช้ปลอกหุ้มสีเหลืองสำหรับไฟเบอร์ซิงเกิลโหมด และสีส้มหรือสีฟ้าสำหรับไฟเบอร์มัลติโหมด ขึ้นอยู่กับประเภท^{[ 7 ]}ผู้จำหน่ายบางรายใช้สีม่วงเพื่อแยกไฟเบอร์สื่อสาร OM4 ประสิทธิภาพสูงออกจากไฟเบอร์ประเภทอื่น^{[ 8 ]}

ประเภท

เส้นใยมัลติโหมดอธิบายได้ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของแกนและปลอกหุ้มดังนั้น เส้นใยมัลติโหมด 62.5/125 μm จึงมีขนาดแกน 62.5 ไมโครเมตร (μm) และเส้นผ่านศูนย์กลางของปลอกหุ้ม 125 μm การเปลี่ยนผ่านระหว่างแกนและปลอกหุ้มอาจเป็นแบบคมชัด ซึ่งเรียกว่าโปรไฟล์ดัชนีขั้นบันไดหรือการเปลี่ยนผ่านแบบค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งเรียกว่าโปรไฟล์ดัชนีแบบไล่ระดับทั้งสองประเภทมีลักษณะการกระจายตัวที่แตกต่างกัน ดังนั้นระยะการแพร่กระจายที่มีประสิทธิภาพจึงแตกต่างกัน^{[ 9 ]}เส้นใยมัลติโหมดอาจสร้างขึ้นด้วยโปรไฟล์ ดัชนี แบบไล่ระดับหรือแบบขั้นบันได ก็ได้ ^{[ 10 ]}

นอกจากนี้ เส้นใยมัลติโหมดจะถูกอธิบายโดยใช้ระบบการจำแนกประเภทที่กำหนดโดย มาตรฐาน ISO 11801 — OM1, OM2 และ OM3 — ซึ่งอิงตามแบนด์วิดท์โหมดของเส้นใยมัลติโหมด OM4 (กำหนดไว้ใน TIA-492-AAAD) ได้รับการสรุปในเดือนสิงหาคม 2552 ^{[ 11 ]}และได้รับการเผยแพร่ภายในสิ้นปี 2552 โดยTIA [ ^{12 ] สาย}เคเบิล OM4 รองรับลิงก์ 125 เมตรที่ 40 และ100 Gbit/sตัวอักษรOMย่อมาจาก 'optical multi-mode'

เป็นเวลาหลายปีที่ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด 62.5/125 μm (OM1) และแบบทั่วไป 50/125 μm (OM2) ถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายในอาคาร ใยแก้วนำแสงเหล่านี้รองรับการใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่Ethernet ( 10 Mbit/s ) ไปจนถึงGigabit Ethernet ( 1 Gbit/s ) และเนื่องจากขนาดแกนกลางที่ค่อนข้างใหญ่ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานร่วมกับตัวส่งสัญญาณ LED การใช้งานในปัจจุบันมักใช้ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด 50/125 μm ที่ปรับให้เหมาะสมกับเลเซอร์ (OM3) ใยแก้วนำแสงที่ตรงตามมาตรฐานนี้มีแบนด์วิดท์เพียงพอที่จะรองรับ10 Gigabit Ethernetได้ไกลถึง 300 เมตร ผู้ผลิตใยแก้วนำแสงได้ปรับปรุงกระบวนการผลิตของตนอย่างมากนับตั้งแต่มีการออกมาตรฐานดังกล่าว และสามารถผลิตสายเคเบิลที่รองรับ 10 GbE ได้ไกลถึง 400 เมตร ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมดที่ปรับให้เหมาะสมกับเลเซอร์ (LOMMF) ถูกออกแบบมาเพื่อใช้กับ VCSEL 850 nm

สายไฟเบอร์แบบเก่าเกรด FDDI, OM1 และ OM2 สามารถใช้สำหรับอีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิตผ่าน 10GBASE-LRM ได้ แต่ต้องใช้พอร์ต SFP+ ที่รองรับการชดเชยการกระจายสัญญาณทางอิเล็กทรอนิกส์ (EDC) ซึ่งไม่ใช่สวิตช์ เราเตอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ ทุกตัวที่รองรับโมดูล SFP+ เหล่านี้

การเปลี่ยนไปใช้ LOMMF/OM3 เกิดขึ้นเนื่องจากผู้ใช้กำลังอัปเกรดไปใช้เครือข่ายความเร็วสูงขึ้น LED มีอัตราการมอดูเลชั่นสูงสุดที่622 เมกะบิต/วินาที เนื่องจากไม่สามารถเปิด/ปิดได้เร็วพอที่จะรองรับแอปพลิเคชันที่มีแบนด์วิดท์สูงกว่า ในขณะที่ VCSEL สามารถมอดูเลชั่นได้มากกว่า10 กิกะบิต/วินาทีและถูกนำไปใช้ในเครือข่ายความเร็วสูงหลายแห่ง

ความเร็วอีเธอร์เน็ตกิกะบิต 200 และ 400 กิกะบิตบางความเร็ว (เช่น400GBASE-SR4.2 ) ใช้การมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) แม้แต่สำหรับไฟเบอร์มัลติโหมด^{[ 13 ]}ซึ่งอยู่นอกเหนือข้อกำหนดสำหรับ OM4 และต่ำกว่า ในปี 2017 TIA และ ISO ได้กำหนดมาตรฐาน OM5 สำหรับ WDM MMF โดยระบุไม่เพียงแต่แบนด์วิดท์โมดอลขั้นต่ำสำหรับ 850 นาโนเมตร แต่ยังรวมถึงเส้นโค้งที่ครอบคลุมตั้งแต่ 850 ถึง 953 นาโนเมตรด้วย

บางครั้งสายเคเบิลสามารถแยกแยะได้จากสีของปลอกหุ้ม: สำหรับ 62.5/125 μm (OM1) และ 50/125 μm (OM2) แนะนำให้ใช้ปลอกหุ้มสีส้ม ในขณะที่ แนะนำให้ใช้ สีฟ้าสำหรับไฟเบอร์ OM3 และ OM4 ขนาด 50/125 μm ที่ "ปรับให้เหมาะสมกับเลเซอร์" ^{[ 7 ]}ผู้จำหน่ายไฟเบอร์บางรายใช้สีม่วงสำหรับ "OM4+" OM5 มีสีเขียว มะนาว อย่างเป็นทางการ

โปรไฟล์กำลังของ VCSEL พร้อมกับความแปรปรวนของความสม่ำเสมอของเส้นใย สามารถทำให้เกิดการกระจายตัวของโหมด ซึ่งวัดได้ด้วยค่าความล่าช้าของโหมดที่แตกต่างกัน (DMD) การกระจายตัวของโหมดเกิดจากความเร็วที่แตกต่างกันของแต่ละโหมดในพัลส์แสง ผลสุทธิทำให้พัลส์แสงกระจายตัวออกไปตามระยะทาง ทำให้เกิดการรบกวนระหว่างสัญลักษณ์ยิ่งความยาวมากเท่าใด การกระจายตัวของโหมดก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เพื่อต่อต้านการกระจายตัวของโหมด เส้นใย LOMMF จึงถูกผลิตขึ้นในลักษณะที่ขจัดความแปรปรวนในเส้นใย ซึ่งอาจส่งผลต่อความเร็วในการเดินทางของพัลส์แสงโปรไฟล์ดัชนีหักเหได้รับการปรับปรุงเพื่อการส่งสัญญาณ VCSEL และเพื่อป้องกันการกระจายตัวของพัลส์ ส่งผลให้เส้นใยรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณได้ในระยะทางที่ไกลขึ้น จึงเพิ่มแบนด์วิดท์ให้สูงสุด

การเปรียบเทียบ

ระยะการใช้งานขั้นต่ำ^{[ a ]}ของอีเธอร์เน็ตแบบต่างๆ ผ่านใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด
	แบนด์วิดท์โมดอลขั้นต่ำ850 / 953 / 1300 นาโนเมตร^{[ b ]}	อีเธอร์เน็ตความเร็วสูง 100BASE-FX	อีเธอร์เน็ต 1 กิกะบิต (1000 เมกะบิต) 1000BASE-SX	อีเธอร์เน็ต 1 กิกะบิต (1000 เมกะบิต) 1000BASE-LX	อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิต 10GBASE-SR	อีเธอร์เน็ต 10 กิกะบิต 10GBASE-LRM (ต้องใช้ EDC)	อีเธอร์เน็ต 25 กิกะบิต 25GBASE-SR	อีเธอร์เน็ต 40 กิกะบิต 40GBASE-SWDM4	อีเธอร์เน็ต 40Gb 40GBASE-SR4	อีเธอร์เน็ต 100 กิกะบิต 100GBASE-SR10
FDDI (62.5/125)	160 / – / 500 MHz·km	2000 ม. ^{[ 14 ]}	220 ม. ^{[ 15 ]}	550 ม. ^{[ 16 ]} ( ต้องใช้ สายแพทช์ปรับสภาพโหมด ) ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}	26 ม. ^{[ 19 ]}	220 ม. ^{[ 20 ]}	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน
OM1 (62.5/125)	200 / – / 500 MHz·km		275 ม. ^{[ 15 ]}		33 ม. ^{[ 14 ]}	220 เมตร	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน
OM2 (50/125)	500 / – / 500 MHz·km		550 ม. ^{[ 21 ]}		82 ม. ^{[ 21 ]}	220 เมตร	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน	ไม่ได้รับการสนับสนุน
OM3 (50/125) ปรับแต่งด้วยเลเซอร์	1500 / – / 500 MHz·km			550 ม. (ไม่ควรใช้สายแพทช์ปรับสภาพโหมด) ^{[ 17 ]}	300 ม. ^{[ 14 ]}	220 เมตร	70 ม.	240ม. ^{[ 22 ]} ดูเพล็กซ์ แอลซี	100 ม. ^{[ 21 ]} (330 ม. QSFP+ eSR4 ^{[ 23 ]} )	100 ม. ^{[ 21 ]}
OM4 (50/125) ปรับแต่งด้วยเลเซอร์	3500 / – / 500 MHz·km				400 ม. ^{[ 24 ]}	>220 ม.	100 เมตร	350ม. ^{[ 22 ]} ดูเพล็กซ์ แอลซี	150 ม. ^{[ 21 ]} (550 ม. QSFP+ eSR4 ^{[ 23 ]} )	150 ม. ^{[ 21 ]}
OM5 (50/125) "มัลติโหมดไวด์แบนด์" สำหรับ WDMคลื่นสั้น^{[ 25 ]}	3500 / 1850 / 500 เมกะเฮิร์ตซ์·กม.				400 ม. ^{[ 24 ]}	>220 ม.	100 เมตร	350ม. ^{[ 22 ]} ดูเพล็กซ์ แอลซี	150 ม. ^{[ 21 ]} (550 ม. QSFP+ eSR4 ^{[ 23 ]} )	150 ม. ^{[ 21 ]}

^ระยะเอื้อมหมายถึงความยาวสูงสุด ระยะเอื้อม ขั้นต่ำคือความยาวที่รับประกันว่าจะใช้งานได้เมื่ออยู่ในขอบเขตข้อกำหนด
^ OFL การปล่อยแสงที่เต็มเกินสำหรับ 850/953 นาโนเมตร / EMB แบนด์วิดท์โมดอลที่มีประสิทธิภาพสำหรับ 1310 นาโนเมตร

ฟลักซ์ที่ถูกล้อมรอบ

มาตรฐาน IEC 61280-4-1 (ปัจจุบันคือ TIA-526-14-B) กำหนดฟลักซ์ล้อมรอบซึ่งระบุขนาดการฉีดแสงทดสอบ (สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางไฟเบอร์ต่างๆ) เพื่อให้แน่ใจว่าแกนไฟเบอร์จะไม่ถูกเติมมากเกินไปหรือน้อยเกินไป เพื่อให้สามารถวัดการสูญเสียลิงก์ได้อย่างแม่นยำมากขึ้น (และมีความแปรปรวนน้อยลง) ^{[ 26 ]}

ดูเพิ่มเติม

ลิงก์ภายนอก

ทัศนศาสตร์: เส้นใยนำแสงแบบโหมดเดี่ยว | การสาธิตวิดีโอของ MIT ในด้านเลเซอร์และทัศนศาสตร์
ทัศนศาสตร์: ใยแก้วนำแสงแบบมัลติโหมด | การสาธิตวิดีโอด้านเลเซอร์และทัศนศาสตร์จาก MIT

[14] ระยะเอื้อมหมายถึงความยาวสูงสุด ระยะเอื้อม ขั้นต่ำคือความยาวที่รับประกันว่าจะใช้งานได้เมื่ออยู่ในขอบเขตข้อกำหนด

[15] OFL การปล่อยแสงที่เต็มเกินสำหรับ 850/953 นาโนเมตร / EMB แบนด์วิดท์โมดอลที่มีประสิทธิภาพสำหรับ 1310 นาโนเมตร

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

12 ] สาย

[ 13 ]

[ a ]

[ b ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]