موضوع مقاله: فیبر نوری چند مد | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # فیبر نوری چند مد | مقدمه: فیبر چندمُد دارای قطر هسته نسبتاً بزرگی است که امکان انتشار چندین مُد نور را فراهم می‌کند و حداکثر طول یک پیوند انتقال را به دلیل پَراکُنش مُدی محدود می‌کند. | ## بخش 1: فیبر نوری چند مد | کاربردها تجهیزات مورد استفاده برای مخابرات روی فیبر نوری چندمُد نسبت به فیبر نوری تک‌مُد ارزان‌تر است. محدودیت سرعت و فاصله انتقال نوعی، ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه برای فواصل تا ۲ کیلومتر (۱۰۰بیس-FX)، ۱ گیگابیت بر ثانیه تا ۱۰۰۰ متر و ۱۰ گیگابیت بر ثانیه تا ۵۵۰ متر است به دلیل ظرفیت و قابلیت اطمینان بالا، فیبر نوری چندمُد به‌طور کلی برای کاربردهای مازه‌ای در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. تعداد فزاینده‌ای از کاربران با اجرای فیبر روی دسکتاپ یا منطقه، مزایای فیبر را به کاربر نزدیک‌تر می‌کنند. معماری‌های منطبق با استانداردها مانند کابل‌کشی متمرکزشده و فیبر به محفظه مخابراتی به کاربران این امکان را می‌دهد که از قابلیت‌های مسافت فیبر با متمرکزسازی الکترونیکی در اتاق‌های مخابراتی به‌جای داشتن وسایل الکترونیکی فعال در هر طبقه استفاده کنند. فیبر چندمُد همچنین زمانی استفاده می‌شود که توان‌های نوری بالا از طریق فیبر نوری منتقل شود، مانند جوشکاری لیزری. تفاوت اصلی بین فیبر نوری تک‌مد و چندمد در این است که اولی دارای قطر هسته بسیار بزرگتر است، معمولاً ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر - بسیار بزرگتر از طول‌موج نوری که در آن حمل می‌شود. به دلیل هسته بزرگ و همچنین امکان روزنه عددی بزرگ، فیبر چندمد ظرفیت «جمع‌آوری نور» بالاتری نسبت به فیبر تک‌مد دارد. در عمل، اندازه هسته بزرگتر اتصالات را ساده می‌کند و همچنین امکان استفاده از تجهیزات الکترونیکی کم هزینه مانند دیودهای گسیل‌کننده نور (LED) و لیزرهای گسیل سطحی با کاواک عمودی (ویکسل) را فراهم می‌کند که در ۸۵۰ نانومتر و ۱۳۰۰ طول‌موج نانومتر (فیبرهای تک‌مد مورد استفاده در مخابرات معمولاً در ۱۳۱۰ یا ۱۵۵۰ نانومتر کار می‌کنند.) کار می‌کنند. با این حال، در مقایسه با فیبرهای تک‌مد، محدودیت حاصل‌ضرب پهنای‌باند-فاصله فیبر چندمد کمتر است. از آنجایی که فیبر چندمد دارای اندازه هسته بزرگتر از فیبر تک‌مد است، از بیش از یک مد انتشار پشتیبانی می‌کند. در مقابل، لیزرهایی که برای راه‌اندازی فیبرهای تک‌مد استفاده می‌شوند ، نور همدوس با یک طول‌موج واحد تولید می‌کنند. به دلیل پاشش مُدی، فیبر چندمد نرخ پخشش پالس بیشتری نسبت به فیبر تک‌مد دارد و ظرفیت انتقال اطلاعات فیبر چندمد را محدود می‌کند. فیبر تک‌مد اغلب در تحقیقات علمی با دقت بالا استفاده می‌شوند، زیرا محدود کردن نور به یک مد انتشار به آن اجازه می‌دهد تا در نقطه‌ای شدید و با پراش محدود متمرکز شود. استاندارد TIA-598C، برای کاربردهای غیرنظامی، استفاده از غلاف زرد را برای فیبر تک‌مد، و نارنجی یا آبی برای فیبر چندمد، بسته به نوع، توصیه می‌کند. برخی از فروشندگان از بنفش برای تشخیص فیبر مخابراتی اواِم۴ با عملکرد بالاتر از انواع دیگر استفاده می‌کنند. | ## بخش 2: فیبر نوری چند مد | انواع فیبر چندمد با قطر هسته و پوشش آنها توصیف می‌شوند؛ بنابراین، فیبر چندمد ۶۲٫۵/۱۲۵ میکرومتر دارای اندازه هسته ۶۲٫۵ میکرومتر (μm) و قطر پوشش ۱۲۵ میکرومتر است. انتقال بین هسته و پوشش می‌تواند تیز باشد که به آن نمایه شاخص پله‌ای می‌گویند، یا گذار تدریجی که به آن نمایه شاخص تدریجی می‌گویند. این دو نوع ویژگی‌های پراکش متفاوتی دارند و بنابراین فواصل انتشار مؤثر متفاوتی دارند. علاوه بر این، فیبرهای چندمد با استفاده از یک سامانه طبقه‌بندی تعیین شده توسط استاندارد ایزو ۱۱۸۰۱ - اواِم۱، اواِم۲، و اواِم۳ - که بر اساس پهنای‌باند مدی فیبر چندمد است، توصیف می‌شوند. اواِم۴ (تعریف شده در TIA-492-AAAD) در اوت ۲۰۰۹ نهایی شد، و در پایان سال ۲۰۰۹ توسط تی‌آی‌ای منتشر شد. برای چندین سال ۶۲٫۵/۱۲۵ میکرومتر (اواِم۱) و فیبر چندمد ۵۰/۱۲۵ میکرومتر (اواِم۲) مرسوم به‌طور گسترده در کاربردهای محوطه ساختمان پیاده‌سازی شد. این فیبرها به راحتی از کاربردهای مختلف از اترنت (۱۰ مگابیت بر ثانیه) به اترنت گیگابیتی (۱ گیگابیت بر ثانیه) و به دلیل اندازه هسته نسبتاً بزرگ آنها برای استفاده با فرستنده‌های LED، ایده‌آل بودند. پیاده‌سازی‌های جدیدتر اغلب از فیبر چندمد ۵۰/۱۲۵ میکرومتر (اواِم۳) بهینه‌شده لیزری استفاده می‌کنند. فیبرهایی که این نام را دارند، پهنای‌باند کافی برای پشتیبانی از اترنت ۱۰ گیگابیت تا ۳۰۰ متر را فراهم می‌کنند. تولیدکنندگان فیبر نوری از زمان صدور آن استاندارد، فرایند تولید خود را تا حد زیادی اصلاح کرده‌اند و می‌توان کابل‌هایی ساخت که از ۱۰ جیی‌بی‌ئی تا ۴۰۰ متر پشتیبانی می‌کنند. فیبر چندمد لیزری (ال‌اواِم‌اِم‌اف) برای استفاده با ویکسل ۸۵۰ نانومتر طراحی شده است. فیبرهای قدیمی‌تر اف‌دی‌دی‌آی، اواِم۱ و اواِم۲ را می‌توان برای اترنت ۱۰ گیگابیتی تا ۱۰جی‌بیس-ال‌آرام استفاده کرد. این نیاز به رابط اس‌اف‌پی+ برای پشتیبانی از جبران پاشش الکترونیکی (ئی‌دی‌سی) دارد، بنابراین همه سوئیچ‌ها، روترها و سایر تجهیزات نمی‌توانند از این ماژول‌های اس‌اف‌پی+ استفاده کنند. مهاجرت به ال‌اواِم‌اِم‌اف/اواِم۳ با ارتقاء کاربران به شبکه‌هایی با سرعت بالاتر رخ داده است. LEDها دارای حداکثر نرخ مدولاسیون ۶۲۲ مگابیت بر ثانیه هستند زیرا نمی‌توان آن‌ها را به اندازه کافی سریع روشن/خاموش کرد تا از کاربردهایی با پهنای‌باند بالاتر پشتیبانی کنند. | ## بخش 3: فیبر نوری چند مد | ویکسل‌ها قادر به مدولاسیون بیش از ۱۰ گیگابیت بر ثانیه هستند و در بسیاری از شبکه‌های پرسرعت استفاده می‌شود. برخی از سرعت‌های اترنت ۲۰۰ و ۴۰۰ گیگابیتی (مانند ۴۰۰جی‌بیس-اس‌آر۴٫۲) از مالتی‌پلکس تقسیم طول‌موج (دبلیودی‌ام) حتی برای فیبر چندمدIEEE 802.3 Clause 150 استفاده می‌کنند که خارج از مشخصات اواِم۴ و پایین‌تر است. در سال ۲۰۱۷، اواِم۵ توسط تی‌آی‌اِی و ایزو برای دبلیودی‌ام ام‌ام‌اف استاندارد شده است و نه تنها حداقل پهنای‌باند مُدی را برای ۸۵۰ نانومتر بلکه منحنی از ۸۵۰ تا ۹۵۳ نانومتر را مشخص می‌کند. کابل‌ها را گاهی می‌توان با رنگ غلاف متمایز کرد: برای ۶۲٫۵/۱۲۵ میکرومتر (اواِم۱) و ۵۰/۱۲۵ میکرومتر (اواِم۲)، غلاف‌های نارنجی توصیه می‌شود، در حالی که آبی‌دریایی برای ۵۰/۱۲۵ میکرومتر فیبر اواِم۳ و اواِم۴ «بهینه‌سازی‌شده با لیزر» توصیه می‌شود. نمایه‌های توان ویکسل، همراه با تغییرات در یکنواختی فیبر، می‌تواند باعث پراکُنش مُدی شود که با تأخیر مُدی تفاضلی (دی‌ام‌دی) اندازه‌گیری می‌شود. اثر برآیندی باعث می‌شود که پالس نور در مسافتی پخش شود و تداخل بین‌نمادی ایجاد کند. برای مبارزه با پراکُنش مُدی، ال‌اواِم‌اِم‌اف به گونه‌ای ساخته شده است که تغییرات در فیبر که می‌تواند بر سرعتی که یک پالس نور می‌تواند حرکت کند را تحت تأثیر قرار دهد، حذف می‌کند. نمایه با ضریب شکست برای انتقال با ویکسل و جلوگیری از پَخشِش پالس افزایش یافته است. در نتیجه، فیبرها یکپارچگی سیگنال را در فواصل طولانی‌تر حفظ می‌کنند و در نتیجه پهنای‌باند را به حداکثر می‌رسانند. مقایسه +حداقل دسترسی از انواع اترنت با فیبر چندمُدرنگ غلاف و طبقه‌بندیپهنای‌باند مُدی کمینه۸۵۰ / ۹۵۳ / ۱۳۰۰ نانومتراترنت سریع ۱۰۰بیس- اف‌ایکس۱ گیگابیت (۱۰۰۰ مگابیت) اترنت ۱۰۰۰بیس- اس‌ایکس۱ گیگابیت (۱۰۰۰ مگابیت) اترنت ۱۰۰۰بیس- ال‌ایکساترنت ۱۰ گیگابایت ۱۰جی‌بیس-اس‌آراترنت ۱۰ گیگابایت ۱۰جی‌بیس-ال‌آرام (نیازمند ئی‌دی‌سی)اترنت ۲۵ گیگابایت ۲۵جی‌بیس-اس‌آراترنت ۴۰ گیگابایت ۴۰جی‌بیس-اس‌دبلیودی‌ام۴اترنت ۴۰ گیگابایت ۴۰جی‌بیس-اس‌آر۴اترنت ۱۰۰ گیگابایت ۱۰۰جی‌بیس-اس‌آر۱۰اف‌دی‌دی‌آی (۶۲٫۵/۱۲۵)۱۶۰ / – / ۵۰۰ مگاهرتز. کیلومتر۲۷۵ مترIEEE 802.3-2012 Clause 38.3۳۳ متر۲۲۰ مترپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شوداواِم۲ (۵۰/۱۲۵)۵۰۰ / – / ۵۰۰ مگاهرتز. کیلومتر۵۵۰ متر۸۲ متر۲۲۰ مترپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شودپشتیبانی نمی‌شوداواِم۳ (۵۰/۱۲۵) *بهینه‌شده برای لیزر*۱۵۰۰ / – / ۵۰۰ مگاهرتز. کیلومتر ۵۵۰ متر (نباید از وصله با آماده‌سازی-مُد استفاده کرد)۳۰۰ متر۲۲۰ متر۷۰ متر۲۴۰ متر دوطرفه ال‌سی۱۰۰ متر (۳۳۰ متر کیواس‌اف‌پی+ ئی‌اس‌آر4)۱۰۰ متراواِم۴ (۵۰/۱۲۵) *بهینه‌شده برای لیزر*۳۵۰۰ / – / ۵۰۰ مگاهرتز. کیلومتر۴۰۰ متر>۲۲۰ متر۱۰۰ متر۳۵۰متر دوطرفه ال‌سی۱۵۰ متر (۵۵۰ متر کیواس‌اف‌پی+ ئی‌اس‌آر4)۱۵۰ متراواِم۵ (۵۰/۱۲۵) «چندمُد پهن‌باند» برای دبلیودی‌ام موج کوتاه۳۵۰۰ / ۱۸۵۰ / ۵۰۰ مگاهرتز. | ## جمع‌بندی | کیلومتر>۲۲۰ متر۱۰۰ متر شار احاطه‌شده استاندارد IEC 61280-4-1 (در حال حاضر TIA-526-14-B) شار محصور شده را تعریف می‌کند که اندازه‌های تزریق نور آزمایشی (برای قُطرهای مختلف فیبر) را مشخص می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هسته فیبر فرا-پُر یا زیر-پر نشده است تا امکان تکرارپذیری بیشتر (و تغییرپذیری کمتر) اندازه‌گیری تلفات-پیوند را فراهم کند.