ما هي الألياف الضوئية متعددة الأوضاع؟

الألياف الضوئية المتعددة الأوضاع

الألياف متعددة الأوضاع (الألياف متعددة الأوضاع أو الألياف MM أو الألياف الضوئية) هي نوع من الألياف الضوئية المستخدمة بشكل أساسي للاتصالات قصيرة المدى، مثل داخل المباني أو في الحرم الجامعي. تحتوي الروابط النموذجية متعددة الأوضاع على معدلات بيانات تتراوح من 10 ميجابت/ثانية إلى 10 جيجابت/ثانية على أطوال وصلات تصل إلى 600 متر، وهو أكثر من كافٍ لمعظم تطبيقات أماكن العمل.

مجالات التطبيق

المعدات المستخدمة لاتصالات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع أرخص من المعدات المستخدمة لاتصالات الألياف الضوئية أحادية الوضع. تبلغ حدود سرعة النقل والمسافة النموذجية 100 ميجابت/ثانية حتى 2 كيلومتر (100BASE-FX)، و1 جيجابت/ثانية حتى 220-550 م (1000BASE-SX)، و10 جيجابت/ثانية حتى 300 متر (10GBASE) -SR )) ، مثل الوحدة الضوئية SR 10G SFP + والوحدة الضوئية 10G XFP والوحدة الضوئية 10G X2 وغيرها من 10G وحدات.

تُستخدم الألياف متعددة الأوضاع بشكل شائع في بناء التطبيقات الأساسية نظرًا لقدرتها العالية وموثوقيتها. يستفيد المزيد والمزيد من المستخدمين من الألياف الضوئية الأقرب إلى المستخدم من خلال توصيلها بسطح المكتب أو المنطقة الخاصة بهم. تسمح التصميمات المتوافقة مع المعايير مثل الكابلات المركزية وخزائن الألياف إلى الاتصالات السلكية واللاسلكية للمستخدمين بالاستفادة من إمكانات مسافة الألياف من خلال مركزية الإلكترونيات في غرفة الاتصالات، بدلاً من وجود إلكترونيات نشطة في كل طابق.

مقارنة مع الألياف أحادية الوضع

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الألياف متعددة الأوضاع والألياف أحادية الوضع في أن القطر الأساسي للأول أكبر بكثير، عادةً 50-100 ميكرون؛ أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء الذي يحمله بداخله. تتمتع الألياف متعددة الأوضاع بقدرة أعلى على "تجميع الضوء" مقارنة بالألياف أحادية الوضع. من الناحية العملية، يعمل الحجم الأساسي الأكبر على تبسيط الاتصال ويسمح أيضًا باستخدام إلكترونيات منخفضة التكلفة مثل الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs) وأشعة الليزر الباعثة لسطح التجويف الرأسي (VCSELs) التي تعمل عند أطوال موجية 850 نانومتر و1300 نانومتر (في الاتصالات السلكية واللاسلكية). تعمل الألياف أحادية الوضع المستخدمة بسرعة 1310 أو 1550 نانومتر وتتطلب مصدر ليزر أكثر تكلفة (الألياف أحادية الوضع مناسبة بالنسبة لجميع الأطوال الموجية للضوء المرئي تقريبًا). ومع ذلك، فإن الألياف متعددة الأوضاع لها قيود على مسافة عرض النطاق الترددي أقل من الألياف أحادية الوضع، نظرًا لأن الألياف متعددة الأوضاع لها حجم أساسي أكبر من الألياف أحادية الوضع، فهي تدعم أوضاع انتشار متعددة؛ بواسطة التشتت المشروط، في حين أن مصادر الضوء LED، التي تستخدم أحيانًا مع الألياف متعددة الأوضاع، لا تنتج نطاقًا من الأطوال الموجية، كل منها يتحرك بسرعة مختلفة تنتج الألياف ضوءًا متماسكًا عند طول موجي واحد، ويعد هذا التشتت قيدًا آخر على الطول المفيد لكابلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع. نظرًا لحجمها الأساسي الأكبر، تتمتع الألياف متعددة الأوضاع بفتحة عددية أعلى، مما يعني أنها يمكنها جمع ضوء أكثر من الألياف أحادية الوضع. نظرًا للتشتت المشروط في الألياف، تتمتع الألياف متعددة الأوضاع بمعدل تمدد نبضي أعلى من الألياف أحادية الوضع، مما يحد من قدرة نقل المعلومات للألياف متعددة الأوضاع. يتم استخدام الألياف أحادية الوضع بشكل شائع في البحث العلمي عالي الدقة لأن السماح بوضع واحد فقط لانتشار الضوء يجعل من السهل على الضوء التركيز بشكل صحيح. يُستخدم لون الغلاف أحيانًا للتمييز بين أسلاك/كابلات تصحيح الألياف الضوئية متعددة الأوضاع والوضع الفردي، ولكن لا يمكن الاعتماد عليه دائمًا للتمييز بين أنواع الكابلات. بالنسبة للتطبيقات المدنية، يوصي معيار TIA -598C بالسترة الصفراء للألياف أحادية الوضع والغلاف البرتقالي للألياف متعددة الأوضاع 50/125 ميكرومتر (OM2) و62.5/125 ميكرومتر (OM1). يوصى باستخدام Aqua مع ألياف OM3 "المُحسَّنة بالليزر" بقدرة 50/125 ميكرومتر.

يكتب

يتم وصف الألياف متعددة الأوضاع من خلال أقطارها الأساسية والكسوة. ولذلك، فإن الألياف متعددة الأوضاع مقاس 62.5/125 ميكرومتر لها حجم أساسي يبلغ 62.5 ميكرومتر (ميكرومتر) وقطر كسوة يبلغ 125 ميكرومتر. يمكن أن يكون الانتقال بين النواة والكسوة حادًا، وهو ما يسمى ملف تعريف فهرس الخطوة، أو يمكن أن يكون انتقالًا تدريجيًا، وهو ما يسمى ملف تعريف الفهرس المتدرج. ولكلا النوعين خصائص تشتت مختلفة وبالتالي مسافات انتشار فعالة مختلفة. علاوة على ذلك، يتم وصف الألياف متعددة الأوضاع باستخدام نظام التصنيف (OM1، وOM2، وOM3) الذي أنشأه معيار ISO 11801، والذي يعتمد على الألياف متعددة الأوضاع ذات النطاق الترددي المشروط. تم الانتهاء من OM4 (المحدد في TIA-492-AAAD) في أغسطس 2009 ونشرته TIA في أواخر عام 2009. ستدعم كابلات OM4 وصلات بطول 125 مترًا بسرعة 40 و100 جيجابت/ثانية.

لسنوات عديدة، تم نشر 62.5/125 ميكرومتر (OM1) والألياف التقليدية متعددة الأوضاع 50/125 ميكرومتر (OM2) على نطاق واسع في تطبيقات المباني. يمكن لهذه الألياف أن تدعم بسهولة التطبيقات التي تتراوح من Ethernet (10 ميجابت/ثانية) إلى Gigabit Ethernet (1 جيجابت/ثانية) وهي مثالية للاستخدام مع بواعث LED نظرًا لحجمها الأساسي الكبير نسبيًا. تستخدم عمليات النشر الأحدث عادةً أليافًا متعددة الأوضاع محسنة بالليزر مقاس 50/125 ميكرومتر (OM3). توفر الألياف الضوئية التي تلبي هذا التصنيف نطاقًا تردديًا كافيًا لدعم 10 جيجابت إيثرنت حتى 300 متر. منذ إصدار المعيار، قامت الشركات المصنعة للألياف الضوئية بتحسين عمليات التصنيع بشكل كبير ويمكنها إنشاء كابلات تدعم 10 جيجابت حتى 550 مترًا. تم تصميم الألياف متعددة الأوضاع المحسنة بالليزر (LOMMF) للاستخدام مع 850 نانومتر VCSELs وتستخدم على نطاق واسع في أجهزة الإرسال والاستقبال MM SFP بما في ذلك SPT-P851G-S5D وSPT-P854G-S3xD وغيرها.

لقد حدث الترحيل إلى LOMMF/OM3 بالفعل أثناء قيام المستخدمين بالترقية إلى شبكات عالية السرعة. تتمتع مصابيح LED بمعدل تعديل أقصى يبلغ 622 ميجابت/ثانية لأنها لا تستطيع التشغيل/الإيقاف بسرعة كافية لدعم تطبيقات النطاق الترددي الأعلى. VCSELs قادرة على تعديل ما يزيد عن 10 جيجابت/ثانية وتستخدم في العديد من الشبكات عالية السرعة.

يمكن أن تؤدي الاختلافات في توزيع طاقة VCSEL وكذلك تجانس الألياف إلى تشتت مشروط، والذي يمكن قياسه عن طريق تأخير مشروط تفاضلي (DMD). التشتت المشروط هو تأثير ناتج عن السرعات المختلفة للأنماط الفردية في نبضة الضوء. التأثير الصافي هو التسبب في فصل نبضات الضوء أو انتقالها لمسافة تجعل من الصعب على جهاز الاستقبال التعرف على 1s و0 الفردية (وهذا ما يسمى التداخل بين الرموز). كلما زاد الطول، زاد التشتت المشروط. لمكافحة التشتت النموذجي، تم تصنيع LOMMF بطريقة تقضي على التغييرات في الألياف التي يمكن أن تؤثر على السرعة التي تنتقل بها نبضات الضوء. تم تحسين ملف تعريف معامل الانكسار لتمكين نقل VCSEL ومنع انتشار النبض. ونتيجة لذلك، يمكن للألياف الحفاظ على سلامة الإشارة عبر مسافات أطول، مما يزيد من عرض النطاق الترددي.

أنواع موصلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع

تشمل أنواع موصلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع المتداولة في السوق ST وSC وFC وLC وMU وE2000 وMTRJ وSMA وDIN وMTP&MPO. أكثر أنواع موصلات الألياف الضوئية استخدامًا هي ST وSC وFC وLC. ولكل منها نقاط القوة والضعف والقدرات الخاصة بها. إذن ما هي الاختلافات وماذا تعني بالنسبة للتنفيذ؟ يوضح هذا الجدول الخاص بموصلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع الشائعة الإيجابيات والسلبيات.