دليل مقارنة كابلات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع OM1 و OM4

في عالم نقل البيانات، تعمل كابلات الألياف الضوئية كطرق سريعة للمعلومات التي تمكن من التدفق السريع للبيانات. ومع ذلك، فإن مجموعة أنواع الألياف المتاحة - وخاصة متغيرات الألياف المتعددة الشائعة OM1 و OM2 و OM3 و OM4 - يمكن أن تسبب الارتباك. ما الذي يميز أنواع الألياف هذه، وكيف يجب على المرء أن يختار الحل المناسب للاحتياجات المحددة؟ يدرس هذا التحليل الشامل خصائصها وتطبيقاتها للمساعدة في التنقل في عملية الاختيار.

الفيزياء وراء الألياف متعددة الأوضاع: التشتت النموذجي وعرض النطاق الترددي

لفهم الاختلافات بين ألياف OM1 إلى OM4، يجب علينا أولاً فحص خاصية أساسية للألياف متعددة الأوضاع: التشتت النموذجي. عندما ينتقل الضوء عبر الألياف، توجد أوضاع انتشار متعددة لأن قطر قلب الألياف يتجاوز بشكل كبير طول موجة الضوء. تنتقل هذه الأوضاع بسرعات ومراحل مختلفة، مما يتسبب في انتشار زمني للنبضات الضوئية عبر المسافة - وهي ظاهرة تُعرف باسم التشتت النموذجي أو البيني.

يعمل عرض النطاق الترددي، المقاس بالميغاهرتز·كم، كمقياس حاسم للألياف متعددة الأوضاع. العلاقة بين قدرة إرسال الألياف وطولها عكسية: مع زيادة المسافة، ينخفض عرض النطاق الترددي. هذا يفسر سبب التعبير عن عرض النطاق الترددي كحاصل ضرب التردد والمسافة. على سبيل المثال، ستوفر الألياف المصنفة عند 600 ميجاهرتز·كم عرض نطاق ترددي يبلغ 300 ميجاهرتز على مسافة 2 كم.

تظهر الأبحاث أن ألياف متعددة الأوضاع ذات الفهرس المتدرج عادة ما توفر منتجات عرض النطاق الترددي والطول تقتصر على 20 ميجاهرتز·كم، في حين أن ألياف الفهرس المتدرج يمكن أن تحقق ما يصل إلى 2.5 جيجاهرتز·كم. توفر الألياف أحادية الوضع، مع الحد الأدنى من التشتت والخط الطيفي الضيق، عرض نطاق ترددي للإرسال غير محدود بشكل فعال.

أساسيات سرعة الإرسال: نايكويست وشانون

تتعلق معدل نقل البيانات في الألياف متعددة الأوضاع مباشرة بعرض النطاق الترددي. تحدد نظرية نايكويست أنه بالنسبة للبيانات الثنائية، فإن الحد الأقصى لمعدل البيانات يساوي ضعف عرض النطاق الترددي للقناة (على سبيل المثال، تدعم قناة 200 ميجاهرتز 400 ميجابت في الثانية). يصف قانون شانون كذلك العلاقة بين الحد الأقصى لمعدل الإرسال وعرض النطاق الترددي ونسبة الإشارة إلى الضوضاء في القنوات الصاخبة.

تصنيفات OM: تحليل مقارن

يشير تعيين "OM" (متعدد الأوضاع البصرية) إلى درجة الألياف، حيث يوفر كل إصدار إمكانات عرض النطاق الترددي والمسافة المميزة:

الاختلافات في التصميم والتطبيق

تم تصميم ألياف OM1 و OM2 في الأصل لمصادر ضوء LED، بينما تدمج OM3 و OM4 تحسينات لعملية إرسال الصمام الثنائي بالليزر (LD). توفر المعايير الأحدث أداءً محسّنًا بشكل كبير:

• OM1: يتميز بقطر قلب كبير وفتحة عددية، مما يوفر قدرة قوية على تجميع الضوء ومقاومة الانحناء
• OM2: يقلل قطر النواة والفتحة العددية من التشتت النموذجي مع خفض تكاليف الإنتاج
• OM3: يشتمل على سترات مقاومة للحريق ويدعم إرسال 10 جيجابت / ثانية
• OM4: تم تطويره خصيصًا لإرسال ليزر VCSEL مع أكثر من ضعف عرض النطاق الترددي الفعال لـ OM3

في التطبيقات العملية، تم نشر OM1 و OM2 على نطاق واسع في البنى التحتية للمباني التي تدعم ما يصل إلى 1 جيجابت إيثرنت. يتم تنفيذ كابلات OM3 و OM4 عادةً في بيئات مراكز البيانات حيث تدعم إرسال 10 جيجابت و 40 جيجابت وحتى 100 جيجابت إيثرنت.

إرشادات التنفيذ

تطبيقات OM3: تدعم هذه الألياف المحسنة بالليزر تكوينات مختلفة من 4 إلى 48 نواة. تشمل سيناريوهات التنفيذ الرئيسية ما يلي:

• توسيع إرسال جيجابت إيثرنت إلى مسافات 900 متر
• توفير حلول فعالة من حيث التكلفة للروابط التي تقل عن 300 متر في أنظمة 10 جيجابت
• تمكين اتصالات من مبنى إلى مبنى دون معدات ليزر باهظة الثمن

تطبيقات OM4: في حين أن تكاليف الألياف أحادية الوضع أقل، فإن توافق OM4 مع بصريات 850 نانومتر ذات الأسعار المعقولة يجعلها مفيدة اقتصاديًا لـ:

• أنظمة 10 جيجابت تتطلب إرسال 300-600 متر
• أنظمة 40 جيجابت / 100 جيجابت تحتاج إلى وصول 100-125 متر
• شبكات الحرم الجامعي التي تدعم روابط 4 جيجابت (400 متر) أو 8 جيجابت (200 متر) أو 16 جيجابت (130 متر)

أدى التطور من تقنية الألياف متعددة الأوضاع OM1 إلى OM4 إلى إنشاء حلول تزيد من العائد على الاستثمار في البنية التحتية مع توفير الأداء الأمثل لكابلات العمود الفقري وتطبيقات الألياف إلى سطح المكتب.