Mitmetuumaline kiud (MCF) on optiline kiud, mis kannab ühes jagatud kattes kahte või enamat sõltumatut südamikku. Eesmärk on sirgjooneline, kuid võimas: edastusvõimsuse suurendamine ruumilises mõõtmes ilma kiudu ennast suurendamata. Kuna 5G-, pilve- ja AI-klastritest tulenev liiklus aina kasvab, on MCF kolinud laborist esimestesse tõelistesse allveelaevadesse ja proovikasutusse. Selles juhendis selgitatakse, mis on mitmetuumaline kiud, kuidas see toimib, kuidas see on võrreldav tavalise ühetuumalise-kiuga, kus seda kasutatakse ja mida selle valimisel kaaluda.
Mis on mitmetuumaline kiud?
Tavapäraneühemoodi{0}}optiline kiudsellel on ainult üks südamik, mis jookseb läbi katte. Mitmetuumaline kiud hoiab sama üldkonstruktsiooni, kuid asetab mitu südamikku kõrvuti ühes kattekihis. Südamikud on valmistatud kõrge -puhtusastmega ränidioksiidist ja neid ümbritseb madalama murdumisnäitajaga kattematerjal, nii et iga südamik piirab ja juhib oma valgust täieliku sisemise peegelduse kaudu. Tegelikult käitub iga tuum sõltumatu edastusteena.
Kasulik detail kasutuselevõtuks: paljud MCF-i konstruktsioonid hoiavad katte (välis-) läbimõõdu standardse 125 mikromeetri (0,125 mm) juures, mida kasutatakse tänapäeva ühemoodilise -moodi kiu puhul. Selle standardse välisläbimõõdu säilitamine muudab MCF-i laias laastus ühilduvaks olemasoleva kaabli geomeetriaga, kuigi, nagu me allpool selgitame, ei ole kummaski otsas olevad liidesed identsed ühetuumalise kiuduga.
Kuidas mitmetuumaline kiud töötab: ruumijaotusega multipleksimine
Mitmetuumalise kiu põhimõte on ruumijaotusega multipleksimine (SDM). Ühetuumalised{1}}süsteemid suurendavad võimsust peamiselt lainepikkuskanalite (WDM) lisamisega ja kõrgemat{2}}järku modulatsiooni kasutades ühel füüsilisel teel. SDM lisab uue telje: see korrutab ruumiliste radade arvu. Iga südamik võib samaaegselt kanda oma lainepikkuskanalite komplekti, nii et üks MCF suudab teha mitme kokkupandud tavapärase kiu tööd. See on üks tehnoloogiatestjuhatab sisse uue suure{0}}võimsusega edastusajastu.
See aitab mõelda igale tuumale kui eraldi sõidurajale. Üks-tuumakiud on ruumilises mõttes ühe-rajaline tee, - see võib siiski liigutada palju lainepikkusega kanaleid sellel rajal allapoole, kuid ruumilist rada on ainult üks. Mitmetuumaline kiud asetab samale kõnniteele (kattekihile) mitu paralleelset rada, nii et korraga liigub mitu sõltumatut signaalivoogu. Kompromiss-on see, et lähestikku asetsevad sõidurajad võivad üksteist segada, mis viib meid keskse inseneri väljakutseni.
Mitmetuumaline fiiber vs ühetuumaline{0}}kiud
Need kaks pole mitte niivõrd konkurendid, kuivõrd erinevad tööriistad. Ühetuumaline kiud{1}} jääb enamiku linkide jaoks praktiliseks valikuks. MCF on suunatud marsruutidele, kus läbilaskevõime või füüsiline ruum on siduvaks piiranguks. Allolev tabel võtab kokku peamised erinevused.
| Atribuut | Ühetuumaline{0}}kiud | Mitmetuumaline kiud (MCF) |
|---|---|---|
| Südamikud kiu kohta | Üks südamik voodri sees | Kaks või enam südamikku jagatud kattekihis (uuringute demonstratsioonid ulatuvad 19-ni ja rohkem) |
| Kate / välisläbimõõt | Standardne 125 mikromeetrit | Sageli sama standardne 125 mikromeetrit, nii et kaabli geomeetria jääb tuttavaks |
| Kuidas mahutavus kaalub | Rohkem lainepikkusi (WDM) ja kõrgemat{0}}järku modulatsiooni ühel ruumilisel teel | Lisab WDM-ile ruumilised rajad, skaleerides võimsust ruumilises mõõtmes |
| Kiud / ruumiline tihedus | Üks ruumiline tee kiu kohta | Palju ruumilisi teid kiu kohta, suurendades tihedust kaabli ja kanali kohta |
| Tuumadevaheline-ülekõne | Ei kohaldata | Peamine disainiparameeter, mida hallatakse südamiku vahekauguse, indeksprofiili ja kaeviku kujunduse kaudu |
| Lõpetamine ja liides | Tavalised pistikud ja liitmik | Vajab ventilaatori-sisse-/välja{1}}seadmeid ja spetsiaalseid pistikuid mitme-tuuma joondusega |
| Ökosüsteemi küpsus | Täiskasvanud ja massiliselt{0}}kasutatud kogu maailmas | Tekkiv, varaste välikatsetuste ja veealuste kaablite prototüüpidega |
| Parim{0}}stsenaariumid | Enamik juurdepääsu-, metroo- ja{0}}kaugemaaühendusi täna | Mahutavus- või ruumi{1}}piiratud marsruudid, nagu allveelaev, tihe selgroog ja tehisintellekti andmekeskus |
Mitmetuumalise kiu peamised eelised
MCF-i klastri eelised keskenduvad tiheduse ja võimsuse skaleerimisele, mitte töötlemata kiirusele ühel teel. Peamised eelised on järgmised:
- Suurem võimsus samas ristlõikes{0}}.Tuumade lisamine mitmekordistab kasutatavaid ruumikanaleid ilma katte läbimõõtu suurendamata, nii et marsruut võib läbida rohkem liiklust kiu kohta.
- Suurem kiudude tihedus kaabli ja kanali kohta.Kui kanali ruum, kaabli läbimõõt või kiudude arv on piiratud, koondab MCF samale füüsilisele jalajäljele rohkem ülekandeteid.
- Selge tee võimsuse skaleerimiseni.Kombineerides SDM-i ja WDM-i, pakub MCF ruumi kõige pingelisemate - merealuste süsteemide, suure-tihedusega magistraalide ja tehisintellektiklastrite vastastikuste ühenduste jaoks. Praktika kohta saate lähemalt lugedamitmetuumalise kiu eelised ja kasutusjuhtumid tulevikusnende töökoormuste jaoks.
- Infrastruktuuri tundmine.Tavalistes-kattekonstruktsioonides kasutatakse uuesti suurt osa olemasolevast kaablistruktuurist ja käsitsemisviisidest, mis vähendab kasutuselevõttu.
Tehnilised väljakutsed ja piirangud
MCF ei tähenda lihtsalt rohkemate tuumade lisamist. Selle disaini ja praegust kaubanduslikku valmisolekut mõjutavad mitmed probleemid:
- Tuumadevaheline-ülekõne.Kuna südamikud asuvad üksteisest vaid kümnete mikromeetrite kaugusel, võib ühes tuumas olev valgus ühenduda naabersüdamikuga, halvendades signaali kvaliteeti. Disainerid summutavad ülekõla, häälestades tuumade vahekaugust, murdumisnäitaja profiili, kaeviku{1}}toega südamiku struktuure ja töölainepikkust. Ristkõne juhtimine on MCF-i määrav inseneriprobleem.
- Seadmeid-tuulutage/tuulutage-.MCF-i südamike ühendamiseks tavaliste ühetuumaliste{0}}seadmetega on mõlemas otsas vaja ventilaatori-sisendi/ventilaatori-seadmeid (FIFO). Need lisavad komponente, sisestuskadu ja kulusid, mida üksikud{4}}tuumalinkid ei puutu.
- Ühenduse ja splaissimise keerukus.MCF-i lõpetamine tähendab mitme tuuma korraga joondamist, mis on raskem kui ühe tuuma lõpetamine. Suure-tihedusega ühe-tuuma paralleelsete linkide puhul toetuvad paljud võrgud tänapäeval endiseltsuure{0}}tihedusega MPO/MTP komplektidMCF-i asemel, sest see ökosüsteem on küps ja{0}}põhjustatud.
-
- Testimine ja jälgimine.Tuuma{0}}kao, ülekõla ja tõrke asukoha iseloomustamine paljudes tuumades on olulisem kui ühe-tuumakiu testimine, mis mõjutab kasutuselevõttu ja hooldust.
- Kaubanduslik küpsus.MCF on endiselt tekkimas. Enamik praeguseid tulemusi on laboridemonstratsioonid ja varased katsetused, kusjuures allveelaevade süsteemid on teinud esimesi reaalseid{1}}tappe.
Mitmetuumalise kiu areng
Mitmetuumaliste-- ja sidestatud{1}}tuumakiudude uurimine pärineb 1980. aastatest, kui varases töös uuriti sidestatud-režiimi käitumist ja kiudude tuvastamist. Huvi suurenes 2010. aastatel, kui ühemoodi{6}}edastus jõudis oma praktilise võimsuse ülemmäära ja tööstus hakkas kasutama ruumijaotusega multipleksimist.
Verstapost saabus 2011. aastal, kuiesimene edastuse demonstratsioon ületab 100 Tbit/ssaavutati homogeense seitsme{0}}tuumakiudu - abil, sealhulgas laialdaselt tsiteeritud 109 Tbit/s tulemus 16,8 km jooksul. 2012. aasta lõpuks olid laboridemonstratsioonid 12-tuumalist kiudu kasutades juba ületanud 1 Pbit/s.
Mahutavusrekordid on jätkuvalt tõusnud. 2023. aastal tegi Hiina uurimisrühm CICT-s (grupp, kuhu kuulub ka FiberHome)tõstis ühe{0}}režiimi mitmetuumalise rekordi 3,61 Pbit/s-niüle 19-tuumalise kiu, mis hõlmab S-, C- ja L-ribasid, tuginedes eelmise aasta 3,03 Pbit/s tulemusele. 2025. aastal teatasid NICT ja Sumitomo Electric1,02 petabitti sekundis 1808 km kauguselkasutades 19-tuumalist kiudu standardse katte läbimõõduga 0,125 mm, rõhutades keskendumist olemasoleva infrastruktuuriga ühilduvatele disainidele.
Kõige konkreetsem märk praktilisest arengust on allveelaevasüsteemides. 2024. aasta märtsis kuulutasid NEC ja NTT välja esimese-sellelaadse-ookeaniülene{0}}klassi 7280 km edastus sidestatud 12-tuumalise kiu kauduehitatud standardse 0,125 mm välisläbimõõduga, mis on suunatud täpselt tulevastele merealuste kaablitele. NEC oli varem 2022. aastal loonud maailma esimese neljatuumalise merekaabli prototüübi. Need tulemused koos tähistavad MCF-i üleminekut puhtalt uurimistöölt juurutatavatele süsteemidele.
Mitmetuumalised kiudrakendused
Suure-võimsusega magistraal- ja merekaablid.Pikamaa-magistraalid ja merealused süsteemid on võimsuse- ja ruumi-omaduse tõttu piiratud, mistõttu on need MCF-i juhtivad kandidaadid. Rohkemate ruumiliste radade koondamine igasse kiudainesse tõstab süsteemi koguvõimsust ilma kaablit proportsionaalselt suurendamata - suur eelisveealune ja veealune fiiberoptiline kaabelmarsruute, kus iga kaabli{0}}ristlõike millimeeter on oluline.
Andmekeskuste ühendamine ja AI klastrid.Andmekeskustes kasvab järsult serverite, kommutaatorite ja salvestusruumi vaheline linkide tihedus ning samuti suureneb seadmetevaheline liiklus. Tehisintellekti töökoormuse kasv intensiivistab mõlemat. MCF on üks võimalus rohkemate ruumiliste kanalite pakkimiseks piiratud radadeks koos suure-tihedusega konnektori lähenemisviisidega, mida käsitletakse meie ülevaatesMPO ja mitmetuumaline fiiber AI andmekeskuste jaoks.
Optiline andur.Kuna iga südamik reageerib paindumisele, pingele või temperatuurile erinevalt, toetab mitmetuumaline kiud ülitäpset, mitmepunktilist ja hajutatud andurit. Rakendused hõlmavad kuju tuvastamist, sildade ja torustike struktuuride seisundi jälgimist ning nafta- ja gaasiuuringuid.
Kuidas valida mitmetuumalisi fiiberoptilisi kaableid
Enamiku võrkude jaoks jäävad tänapäeval praktiliseks valikuks suure-kiud-arvuga ühe-režiimiga kaablid ja suure-tihedusega pistikukomplektid, samas kui MCF-i hinnatakse kõige paremini võimsuse- või ruumi{5}}piirangute järgi. Kui MCF on laual, hinnake seda parameetrite järgi, mis tegelikult juhivad juurutamist, mitte ainult tuumade arvu järgi:
- Tuumade arv ja paigutussobitada teie sihtvõimsusega, mitte maksimeerida selle enda pärast.
- Nõutav võimsus ja edastuskaugus, kuna pikamaa{0}}- ja allveelaevade marsruudid seavad erinevad disainipiirangud kui lühikesed lingid.
- Tuumadevaheline-ülekõnede jõudlusüle teie töölainepikkuste, mis on sageli olulisem kui tuumade arv.
- Ventilaatori-sisend/ventilaator-ja konnektori ühilduvuslõppseadmetega, mida kavatsete kasutada.
- Katte läbimõõt ja infrastruktuuri ühilduvus, eelistades standardseid 0,125 mm konstruktsioone, kus olemasolevate tavade taaskasutamine on väärtuslik.
- Nõuded splaissimiseks ja joondamiseks, sealhulgas tööriistad ja teadmised, mida teie meeskond või paigaldaja vajab.
- Kaabli struktuur ja juurutuskeskkond- allveelaev, kanal, otse-maetud või õhust -, millel on oma mehaanilised nõuded.
- Testimise ja jälgimise tugi-põhiise iseloomustuse ja vea asukoha jaoks.
- Tarnija tehniline tugi ja kohandamine, kuna MCF-projektid vajavad sageli kohandatud kujundust ja{0}}praktilist tehnilist sisendit.
KKK
K: Mis on mitmetuumaline kiud?
V: Mitmetuumaline kiud on optiline kiud, millel on kaks või enam sõltumatut südamikku ühes kattekihis. Iga tuum juhib oma valgust ja töötab eraldi ülekandeteena, suurendades võimsust ruumilises mõõtmes.
K: Mitu südamikku võib mitmetuumalisel kiul olla?
V: See erineb olenevalt eesmärgist. Varasemad kommerts- ja allveelaevade konstruktsioonid kasutavad kahte või nelja südamikku, samas kui uuringute demonstratsioonis on kasutatud seitset, kahteteist ja üheksateist tuuma. Suurem tuumade arv suurendab võimsust, kuid raskendab ka ülekõnede juhtimist ja ühendamist.
K: Kas mitmetuumaline kiud ühildub olemasolevate kiudsüsteemidega?
V: Osaliselt. Disainid, mis säilitavad standardse 125 mikromeetrise katte, jagavad suure osa olemasolevast kaabli geomeetriast ja käsitsemisest. MCF-i ühendamiseks ühetuumalise-tuumaseadmega on aga vaja ventilaatori-sisendi/fänni-seadmeid ning pistikud, splaissimine ja testimine erinevad ühetuumaliste kiudude omadest.
K: Mis on Crosstalk mitmetuumalises kius?
V: Crosstalk on valguse soovimatu sidumine ühest tuumast külgnevasse tuuma, mis häirib signaali. See on MCF-i keskne disainiväljakutse ja seda juhitakse südamiku vahekauguse, murdumisnäitaja profiili, kraavistruktuuride ja töölainepikkuse valiku kaudu.
K: Kus kasutatakse mitmetuumalist kiudu?
V: Peamised kasutusalad on suure-võimsusega magistraal- ja merekaablid, andmekeskuste omavahelised ühendused ja tehisintellektiklastri võrkude loomine ning optilised andurrakendused, nagu struktuurilise seisundi jälgimine.
K: Kas mitmetuumaline kiud on juba kaubanduslikult saadaval?
V: See on pigem esilekerkiv kui peavool. Enamik saavutusi on labori- või katsetulemused, kusjuures allveelaevade süsteemid -, sealhulgas 2024. aasta ookeaniülene-12. klassi-tuumikkatse ja varasemad neli-tuumaprototüüpi -, mis viivad esimesi reaalseid samme.
Mitmetuumalise Fiberi partneri valimine
Mitmetuumaline kiud pakub hoolikat valikut ja tugevat insenertehnilist tuge, sest ülekõnede juhtimine, ventilaatori-sisse/fan-ühilduvus, splaissimise täpsus ja juurutuskeskkond on tavaliselt olulisemad kui pealkirja tuumade arv. Hengtong, mille juured ulatuvad optiliste kiudude ja kaablite tootmisesse aastast 1991, toetab kliente täpselt nendes mõõtmetes - kohandatud tuumade arvu ja kaablistruktuuri, sihtvõimsuse ja kauguse, ülekõla jõudluse, pistiku ja ventilaatori-sisene/fänni-väljundi ühilduvuse ning allveelaevade ja andmekeskuste keskkonnate juurutamise toe -, mida toetavad majakatsetused. Oma vajaduste arutamiseks või laiemaks uurimiseksoptiliste kiudude ja kaablite portfell, võtke ühendust meie insenerimeeskonnaga.