Sợi đa chế độ tăng sức hút cho việc sử dụng tốc độ cao đường ngắn

Khi nhu cầu truyền dữ liệu tiếp tục tăng cao, nhu cầu về các giải pháp truyền thông tầm ngắn tiết kiệm và hiệu quả chưa bao giờ lớn đến thế. Sợi quang đa mode (MMF) đã nổi lên như một lựa chọn ưu tiên cho các mạng doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu và môi trường khuôn viên, mang lại những lợi thế độc đáo giúp giảm chi phí thiết bị đồng thời mở rộng ranh giới ứng dụng thông qua đổi mới công nghệ liên tục.

Sợi quang đa mode đóng vai trò là nền tảng cho việc truyền dữ liệu khoảng cách ngắn, hỗ trợ các ứng dụng trong các tòa nhà hoặc mạng khuôn viên. Có khả năng cung cấp tốc độ dữ liệu lên đến 800 Gbit/s, MMF đáp ứng các yêu cầu kết nối mạng hiện đại về băng thông cao. Không giống như sợi quang đơn mode (SMF), MMF có đường kính lõi lớn hơn cho phép nhiều chế độ ánh sáng lan truyền đồng thời. Tuy nhiên, thiết kế này tạo ra sự phân tán chế độ, làm giới hạn khoảng cách truyền.

Bất chấp những hạn chế này, MMF vẫn phổ biến do tính hiệu quả về chi phí của nó. Thiết bị truyền thông MMF thường có chi phí thấp hơn đáng kể so với hệ thống SMF. Về hiệu suất, MMF có thể đạt được:

• 100 Mbit/s trên 2 km (sử dụng tiêu chuẩn 100BASE-FX)
• 1 Gbit/s trên 1.000 mét
• 10 Gbit/s trên 550 mét

Với dung lượng và độ tin cậy cao, MMF thường đóng vai trò là xương sống cho các mạng tòa nhà. Ngày càng có nhiều người dùng mở rộng cáp quang đến máy tính để bàn hoặc khu vực làm việc để tận dụng tối đa các lợi thế quang học. Các kiến trúc tiêu chuẩn hóa như hệ thống cáp tập trung và cáp quang đến tủ viễn thông cho phép thiết bị điện tử được tập trung trong các phòng viễn thông, giảm thiểu các thiết bị điện tử đang hoạt động trên mỗi tầng.

Ngoài mạng, MMF đóng vai trò quan trọng trong:

• Truyền tín hiệu quang cho thiết bị quang phổ kế sợi quang thu nhỏ
• Phát triển máy quang phổ kế di động
• Truyền tín hiệu quang công suất cao cho các ứng dụng như hàn laser

Sự khác biệt cơ bản giữa MMF và SMF nằm ở đường kính lõi. Lõi lớn hơn của MMF (thường là 50–100 µm) cho phép nhiều chế độ ánh sáng lan truyền, đơn giản hóa việc căn chỉnh và cài đặt đồng thời giảm chi phí. Điều này làm cho MMF lý tưởng để truyền dữ liệu tầm ngắn đến trung bình trong các mạng doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu và môi trường khuôn viên, hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên đến 100 Gbps trên khoảng cách thường từ 300 đến 550 mét (tùy thuộc vào loại sợi: OM3, OM4, OM5).

Hệ thống MMF có thể sử dụng các nguồn sáng chi phí thấp hơn như đèn LED và laser phát xạ bề mặt khoang dọc (VCSEL), giúp giảm thêm chi phí hệ thống đồng thời duy trì hiệu suất đáng tin cậy. Chúng hoạt động ở bước sóng 850 nm và 1300 nm, so với bước sóng viễn thông 1310 nm hoặc 1550 nm của SMF. Tuy nhiên, sản phẩm băng thông-khoảng cách của MMF vẫn thấp hơn SMF.

Kích thước lõi lớn hơn làm cho MMF dễ bị phân tán chế độ, trong đó các chế độ ánh sáng khác nhau di chuyển với tốc độ khác nhau. Ngoài ra, các nguồn LED tạo ra nhiều bước sóng lan truyền với tốc độ khác nhau, gây ra sự phân tán sắc sai—một yếu tố khác hạn chế chiều dài cáp MMF. Ngược lại, laser SMF tạo ra ánh sáng đơn sắc kết hợp.

Các tiêu chuẩn công nghiệp phân biệt MMF và SMF thông qua màu áo khoác: vàng cho SMF, cam hoặc xanh ngọc lam cho MMF (tùy thuộc vào loại), đôi khi màu tím cho sợi OM4 hiệu suất cao hơn.

MMF được đặc trưng bởi đường kính lõi và lớp phủ (ví dụ: 62,5/125 µm) và có thể có cấu hình chiết suất chỉ số bước hoặc chỉ số phân cấp, mỗi cấu hình có các đặc tính phân tán riêng biệt ảnh hưởng đến khoảng cách lan truyền. Tiêu chuẩn ISO 11801 phân loại MMF là OM1, OM2, OM3, OM4 hoặc OM5 dựa trên băng thông chế độ.

Sợi 62,5/125 µm (OM1) và 50/125 µm (OM2) truyền thống đã phục vụ nội thất tòa nhà trong nhiều năm, hỗ trợ các ứng dụng từ Ethernet 10 Mbit/s đến Gigabit Ethernet 1 Gbit/s. Các triển khai mới hơn thường sử dụng MMF 50/125 µm được tối ưu hóa bằng laser (OM3), hỗ trợ 10 Gigabit Ethernet lên đến 300 mét. Các nhà sản xuất kể từ đó đã cải thiện quy trình để cho phép hỗ trợ 10 GbE 400 mét.

Việc chuyển đổi sang MMF (LOMMF)/OM3 được tối ưu hóa bằng laser đã tăng tốc khi người dùng nâng cấp lên mạng tốc độ cao hơn. Trong khi đèn LED đạt tốc độ điều chế tối đa là 622 Mbit/s, VCSEL hỗ trợ hơn 10 Gbit/s và cung cấp năng lượng cho nhiều mạng tốc độ cao.

Những phát triển gần đây bao gồm ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) trên MMF cho Ethernet 200/400 Gigabit, dẫn đến việc tiêu chuẩn hóa sợi OM5 năm 2017 hỗ trợ bước sóng 850-953 nm.

Màu áo khoác giúp xác định các loại MMF: cam cho OM1/OM2, xanh ngọc lam cho OM3/OM4, xanh lá chanh cho OM5, với một số nhà cung cấp sử dụng màu tím cho các biến thể "OM4+".

Sự phân tán chế độ—được đo thông qua độ trễ chế độ vi sai (DMD)—vẫn là một thách thức chính. Các kỹ thuật sản xuất LOMMF hiện nay giảm thiểu các biến thể sợi ảnh hưởng đến sự lan truyền xung ánh sáng, tăng cường cấu hình chỉ số khúc xạ để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trên khoảng cách xa hơn.

Bảng dưới đây tóm tắt khoảng cách truyền tối thiểu của các biến thể Ethernet trên các loại MMF khác nhau:

*Cần có dây vá điều kiện chế độ