1966年,光纤之父高琨首次提出光纤通信的想法,发展到今天已经有50余年。
根据传输点模数的不同,光纤分为多模光纤和单模光纤。光纤与光缆略有不同,光纤是指裸露的玻璃纤维,光缆是指在玻璃纤维外层增加护套的成缆。IEC标准通常指裸露的光纤,而ISO及TIA标准通常指带护套的光缆。
01 多模光纤应用
在给定的工作波长上传输多种模式的光纤,叫多模光纤。不同的传播模式具有不同的传播速度和相位,导致长距离的传输之后会产生时延、光脉冲变宽等现象。这种现象叫光纤的模间色散。模间色散会使多模光纤的带宽变窄,降低其传输容量,因此多模光纤一般用于较小容量的光纤通信。
多模光纤自上世纪80年代进入市场,从OM1、OM2、OM3、OM4发展到今天的OM5。从应用角度来看,OM1多模光纤主要针对100M以太网设计,OM2多模光纤主要针对1G以太网设计,而OM3多模光纤侧重点是10G以太网。
其中,OM3光纤的发展有了质的飞跃。OM1和OM2采用LED作为光源,测量满注入时多模光纤的带宽,而OM3光纤采用的是垂直腔体表面发射激光(VCSEL)光源,评估的是有效模式带宽。
OM4多模光纤优化了OM3多模光纤在高速传输时产生的差模延迟(DMD),因此大幅度提升了传输距离。OM3光纤的模式带宽为2000 MHz·km,相比之下,OM4光纤具有较高的模式带宽——4700 MHz·km,这意味着OM4光纤在相同的距离内可传输更多的信息。并且,OM4光纤最近几年也适用于40/100G Base-SR4以太网,可以采用MPO连接器并行多芯传输以提高网络速率,传输距离分别可以达到150米和100米,满足数据中心绝大部分长距离的连接需求。
在最新ISO和TIA标准中,移除了传统的OM1和OM2多模光缆,增加了OM5宽带多模光缆。ISO将OM5光缆的衰减从以前的OM3/OM4光缆的3.5dB/km降低到3.0dB/km,并增加了953nm波长的带宽要求。
OM5多模光纤利用短波分复用技术,从传统的多模光纤所用的850nm扩展至850nm~950nm,利用性价比高的短波垂直腔体表面发射激光光源(VCSEL)和优化的带宽多模光纤(WBMMF),在一根光纤上支持四个波长传输数据,支持更多的波长通道,比传统光纤技术提升了4倍容量。
例如:对于更高速的400G Base-SR4.2,采用8芯MPO连接器,OM5多模光缆4对光纤,2个工作波长,每个波长通道50G PAM4,是第一代400G Base-SR16(16对光纤,每个通道传输25Gbps)所需光纤数量的四分之一,能够实现更高密度。
02 单模光纤应用
只允许一种模式在其中传播,并且截止其余全部高次模的光纤,这样的光纤称为单模光纤。由于只有一种模式传播,避免了模间色散的问题,故单模光纤具有极高的带宽,传输距离很远,特别适用于大容量的光纤通信。
在2000年初,ISO发布了第一版本OS1单模光缆,在1310nm和1550nm两个波长上的最大衰减是1.0dB/km。OS1单模光缆主要针对办公环境的应用而设计,传输距离在2km以内。
到了2010年,为了支持超过2km并且一般10km以内的园区长距离传输,ISO发布了第二版本标准,增加了OS2单模光缆。OS2单模光缆在1550nm工作波长上的最大衰减降低到0.4dB/km;另外,还增加了在1383nm波长上的衰减要求低于0.4dB/km,将工作波长扩展到1360~1460nm。因此,OS2单模光缆又被成为“全波段”光缆,或“低水峰”光缆,或“零水峰”光缆。
为了适应更高速的网络需求,2017年ISO发布了第三版本标准,移除了传统的OS1单模光缆,取而代之的是OS1a单模光缆。OS1a区别于OS1单模的是,OS1a光缆采用了“低水峰”光缆,支持1360~1460nm之间的波长通道。
OS1a单模光缆和OS2单模光缆均符合“低水峰”光缆,区别在于两者的护套结构不同。
OS1a单模光缆采用紧缓冲护套,紧缓冲护套直径为900um。OS1a单模光缆的缓冲护套紧紧包裹在光纤外面,最大衰减不超过1.0dB/km,通常用于室内环境传输。
OS2单模光缆采用松护套设计,缓冲护套直径为250um。OS2单模光缆里面的光纤悬浮在一个大的套管中,最大衰减不超过0.4dB/km,通常用于室外环境,也可用于室内传输。
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