Warum benutzt Plastik-Optikfaser 650 nm rotes Licht statt 850 nm?

Eine Wellenlänge wie 650 nm kann wie eine einfache Linie in einem Datenblatt aus Glasfaser aussehen.

HerkömmlichePMMA-Plastik-Optikfaser (POF)Wird in einem Bereich von etwa 650 nm mit sichtbarem rotem Licht betrieben, weil die Faser, die optische Quelle, das Senderpaket, der Empfänger und das verfügbare optische Leistungsbudget in diesem Bereich effektiv zusammenarbeiten.Die Wellenlänge wurde nicht allein durch die Faser ausgewählt, noch einfach, weil rotes Licht sichtbar ist.

Dies erklärt auch, warum Standard-PMMA-POF normalerweise nicht 850 nm verwendet, obwohl 850 nm in Siliziumfaser-Multimode-Systemen weit verbreitet ist.,Unterschiedliche Dämpfungsspektren und unterschiedliche optoelektronische Ökosysteme.

Die nützliche Frage ist daher nicht einfach: "Warum 650 nm?"

Warum funktioniert eine PMMA POF-Verbindung gut als vollständiges optisches System um 650 nm?

Standard PMMA plastic optical fiber commonly operates around 650 nm because this wavelength falls within a useful low-loss transmission window of PMMA and can be matched with practical red LED transmitters and compatible receiversDas Ergebnis ist eine wirtschaftliche, robuste optische Kurzstreckenverbindung anstelle einer Wellenlänge, die allein durch die Faser ausgewählt wird.

Es müssen mehrere Faktoren gleichzeitig berücksichtigt werden:

• die Faser muss eine annehmbare Dämpfung bei der Betriebswellenlänge aufweisen;

• ein geeigneter Emitter muss in dieser Region ausreichend optische Leistung erzeugen;

• dieses Licht muss sich effizient mit dem großen POF-Kern koppeln;

• Der Empfänger muss eine ausreichende Empfindlichkeit für das übertragene Spektrum aufweisen;

• Die komplette Verbindung muss über die erforderliche Entfernung und den erforderlichen Temperaturbereich einen ausreichenden optischen Abstand aufweisen.

Deshalb sollte 650 nm alsBetriebsregion des Systems, nicht nur ein materielles Eigentum.

Wäre nur die Dämpfung der Fasern zu berücksichtigen, könnten Ingenieure einfach den tiefsten Punkt auf einer Dämpfungskurve ermitteln und den Sender dort platzieren.

Echte optische Verbindungen sind komplizierter.

Eine extrem verlustarme Faserwellenlänge ist von wenig praktischem Wert, wenn effiziente, zuverlässige, wirtschaftliche Emitter dort schwer zu bekommen sind.Eine hervorragende LED ist nicht nützlich, wenn die Faser ihre Leistung stark absorbiert.

Eine erfolgreiche Verbindung erfordert eine Überschneidung zwischen den Spektralmerkmalen derGlasfaser und optoelektronische Komponenten.

Bei herkömmlichen PMMA-POF wurde die rote Region um 650 nm zu einer der Betriebsregionen, in der diese Anforderungen zusammen erfüllt werden konnten.

Die Dämpfung der Fasern ist nicht konstant mit der Wellenlänge.

Wenn optische Energie durch eine Faser fließt, geht ein Teil dieser Energie durch Absorption, Streuung, Unvollkommenheiten und andere Mechanismen verloren.Der relative Beitrag dieser Mechanismen ändert sich mit der Wellenlänge.

PMMA hat daher keinen einheitlichen Verlustwert, der für alle Lichtfarben gilt.

PMMA Optische Dämpfung ändert sich mit der Wellenlänge

PMMA ist ein organisches Polymer, dessen molekulare Struktur Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen enthält.Die mit diesen Bindungen verbundenen molekularen Vibrationen tragen zu Absorptionsbändern und Obertonen im gesamten optischen Spektrum bei..

Das Dämpfungsspektrum enthält daher Regionen mit relativ hohem und relativ geringem Verlust anstelle einer glatten horizontalen Linie.

Konventionelle PMMA-POFs weisen mehrere relativ geringe Verlustregionen im sichtbaren Spektrum auf, darunter ein wichtiges rotes Übertragungsfenster um 650 nm.

Für Kommunikationsingenieure ist die wichtige Konsequenz einfach:

Die Veränderung der Wellenlänge ändert die Geschwindigkeit, mit der die Faser optische Energie verbraucht.

Der rote Bereich um 650 nm liefert eine ausreichend geringe Dämpfung für die kurzen Entfernungen, für die üblicherweise ein Standard-PMMA-POF von 1 mm verwendet wird.

Die PMMA-POF-Dämpfung in der Nähe dieser Region wird in der Regel auf Meterbasis und nicht auf den sehr niedrigen Verlustspiegeln pro Kilometer in Verbindung mit langen Silikovahlen diskutiert.

Dies macht PMMA nicht zu einem Ersatz für langfristige Glasfasern mit geringem Verlust.

Industrielle PMMA-POF-Verbindungen sind in der Regel kurz. Innerhalb dieser Entfernungen bietet 650 nm eine praktikable Kombination aus Faserverlust, Optikquellenverfügbarkeit, Kopplungstoleranz und Empfängerleistung.

Nicht unbedingt.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da PMMA mehr als eine relativ geringe Verlustregion im sichtbaren Spektrum aufweist.Andere sichtbare Wellenlängen können je nach Faserzusammensetzung und Messbedingungen ebenfalls eine günstige Dämpfung bieten.

Daher ist es zu einfach zu sagen, dass POF 650 nm verwendet, nur weil 650 nm die Wellenlänge mit dem geringsten Verlust von PMMA ist.

Die nützlichere Erklärung ist, dass650 nm bietet eine günstige Kombination von PMMA-Übertragung und reifen roten Optoelektronik auf Systemebene.

Diese Kombination ist wichtiger als die Identifizierung des untersten Punktes der Faserabschwächungskurve isoliert.

Sobald das Faserspektrum berücksichtigt wurde, ist der nächste Teil des Systems die optische Quelle.

Viele industrielle POF-Sender verwenden rote LEDs, deren Emission in der Nähe des roten PMMA-Übertragungsfensters zentriert ist.

Eine LED gibt nicht ihre gesamte optische Leistung mit einer mathematisch genauen Wellenlänge ab.

Diese Verteilung ist wichtig, weil jeder Teil des emittierten Spektrums durch eine Faser fährt, deren Dämpfung auch mit der Wellenlänge variiert.

Anpassung einer 650 nm roten LED an das PMMA-Übertragungsfenster

Ein POF-Sender muss daher nicht nur mit einem Etikett wie ¥650 nm bewertet werden.

Zu den relevanten Parametern gehören:

• Wellenlänge in der Mitte;

• Spektralbreite;

• koppelte optische Ausgangsleistung;

• die Kopplungswirksamkeit in der Faser;

• Wellenlängenverschiebung mit Temperatur;

• Ausgangsleistungsschwankungen mit Temperatur und Alterung.

Bewegt sich das Emitterspektrum in Richtung eines größeren Verlustteils der PMMA-Dämpfungskurve, verbraucht die Faser mehr der verfügbaren optischen Marge.

Die LED und die Glasfaser sind daher spektral gekoppelte Komponenten derselben Verbindung.

Für herkömmliche PMMA-Verbindungen mit kurzer Reichweite bieten LEDs eine praktische Kombination aus optischer Leistung, einfacher Antriebselektronik, mechanischer Robustheit und Kosten.

Der große Kern des Standard-POF ermöglicht auch eine effiziente Kopplung ohne die extrem engen Ausrichtungstoleranzen, die mit vielen optischen Systemen mit kleinem Kern verbunden sind.

Dies bedeutet nicht, dass eine LED universell einem Laser überlegen ist.eine rote LED liefert das erforderliche Leistungsniveau ohne unnötige optische Komplexität.

Hier werden Vergleiche zwischen POF und Glasfaser oft irreführend.

Ein Ingenieur, der mit der Optik von Rechenzentren vertraut ist, mag sehen, daß 850 nm in allen Multimode-Fasersystemen verwendet werden, und vernünftigerweise fragen, warum nicht einfach dieselbe Wellenlänge für POF verwendet wird.

Die Antwort lautet:850 nm gehört zu einer anderen Faser-Emitter-Kombination.

PMMA und Kieselsäure sind chemisch unterschiedliche Materialien, daher sind ihre Absorptionsmechanismen und ihre nützlichen Wellenlängen unterschiedlich.

Eine Wellenlänge, die sehr gut in Siliciumdioxid funktioniert, ist nicht automatisch eine gute Betriebswellenlänge in PMMA.

Bei herkömmlicher PMMA steigt die Dämpfung erheblich, wenn sich die Betriebswellenlänge von ihren nützlichen sichtbaren Übertragungsfenstern in einen Großteil der nahen Infrarotregion bewegt.Dieser zusätzliche Glasfaserverlust verbraucht das verfügbare optische Energiebudget schneller.

Eine 850-nm-Quelle kann immer noch Licht in PMMA injizieren.

Die Frage ist, ob dieVerbindungsverlust ist für die beabsichtigte Entfernung und Empfängerempfindlichkeit akzeptabel.

Silizium-Multimode-Fasern folgten einem anderen Engineering-Pfad.

Moderne OM3- und OM4-Multimodefasern sind speziell für die Laserübertragung um 850 nm optimiert und werden üblicherweise mit 850 nm VCSEL-Sendern gekoppelt.

Das breitere System basiert daher auf einer anderen Kombination:

Silikon-Multimodefaser + 850 nm VCSEL + Hochgeschwindigkeitsempfänger + standardisierte Empfängeroberfläche

Die herkömmlichen industriellen POF entwickelten sich um eine andere Kombination herum:

650 nm PMMA POF gegen 850 nm Siliciummultimodefaser

PMMA-Faser + etwa 650 nm roter Emitter + POF-Sender/Empfänger + optische Schnittstelle mit großem Kern

Der Unterschied besteht daher nicht darin:

650 nm = ältere Technologie
850 nm = fortschrittlichere Technologie

Der eigentliche Unterschied besteht darin, dass jedes Fasermaterial mit seinem eigenen Emitter- und Empfänger-Ökosystem optimiert wurde.

Keine der Wellenlängen ist von Natur aus besser.

Jeder ist in dem optischen System, für das er entwickelt wurde, sinnvoll.

Der einfachste Weg, POF in der Industrie zu verstehen, besteht darin, die Wellenlänge nicht mehr als eigenständige Spezifikation zu behandeln.

Eine Arbeitsverbindung kann wie folgt dargestellt werden:

Glasfaser + LED + Sender + Empfänger: Die vollständige POF-Verbindung

Elektrisches Signal → Sender → LED → POF → Empfänger → elektrisches Signal

Jede Stufe beeinflusst, ob genügend optische Leistung den Empfänger mit ausreichendem Spielraum erreicht.

Der Sender bestimmt die optische Leistung in die Faser und das Spektrum, über das diese Leistung verteilt wird.

Sein wahres Verhalten ändert sich auch mit den Betriebsbedingungen.

Die Mittelwellenlänge einer roten LED ist nicht vollständig festgelegt. Sie verschiebt sich mit der Betriebstemperatur, während ihre optische Ausgangsleistung auch im angegebenen Temperaturbereich variieren kann.

Dies bedeutet, dass ein Sender mit der Kennzeichnung 650 nm nicht unter allen Bedingungen als vollkommen monochromatische Quelle behandelt werden sollte, die bei genau 650 nm arbeitet.

Die praktische Frage ist, ob sich das Senderspektrum weiterhin günstig mit dem PMMA-Übertragungsfenster über den erforderlichen Betriebsbereich hinweg überschneidet.

Die Dämpfung der Faser kann wie folgt geschätzt werden:

Faserverlust = Dämpfung bei der Betriebswellenlänge × Faserlänge

Aber Ballaststoffverlust ist nur ein Teil eines echten Systems.

Verbindungen, Kupplungsoberflächen, Komponententoleranzen, Temperaturwirkungen, Alterung des Senders und Designreserve können ebenfalls Marge verbrauchen.

Eine vereinfachte optische Verbindung ist daher:

Verfügbare Strombudget von Sender zu Empfänger − Kupplungs- und Verbindungsverluste − Glasfaserverluste − erforderliche Marge = verbleibende Verbindungsmarge

In der Praxis wird die maximale Verbindungslänge durch die kombinierte Wirkung von Sendeausgang, Empfängerempfindlichkeit, Faserabschwäche, Verbindungsverlusten, Temperaturänderungen,und die für einen zuverlässigen Betrieb vorgesehene Marge.

Am anderen Ende des Kabels hat der Empfänger eine minimale optische Eingabe.

Wird zu viel Strom verloren, bevor das Signal diesen Punkt erreicht, kann ein zuverlässiger Betrieb nicht mehr gewährleistet werden.

Deshalb beeinflusst die Wellenlänge die Übertragungsdistanz, auch wenn die Transmitterelektronik und die Kabelgeometrie unverändert bleiben.

Ein höherer Dämpfungskoeffizient bedeutet mehr Verlust pro Meter. Wenn alle anderen Teile des Systems gleich bleiben, ist die verfügbare optische Marge über eine kürzere Strecke erschöpft.

Die Antwort hängt davon ab, wie weit sich die Wellenlänge bewegt und wo sie sich im Faserausfallspektrum bewegt.

Broadcoms Anwendungsleitfaden für HFBR bietet ein nützliches Ingenieurbeispiel.

In der genannten POF-Verbindung berichtet Broadcom, dass die Faserabschaffung bei 650 nm etwa00,05 dB/m niedriger als bei 660 nmFrühere POF-Systeme verwendeten auch GaAsP-Emitter der Klasse 660 nm, während spätere AlInGaP-Geräte den Betriebsbereich näher an 650 nm brachten.

Ein Unterschied von 0,05 dB/m mag gering erscheinen.

Auf 50 m Glasfaser entspricht dieser Unterschied jedoch etwa 2,5 dB optischem Verlust.

Das genügt, um in einer Verbindung, die in der Nähe der Grenze ihres Strombudgets arbeitet, eine Rolle zu spielen.

Das Beispiel veranschaulicht ein wichtiges Prinzip: Selbst innerhalb des roten Bereichs kann die Wellenlängenwahl die nutzbare Entfernung beeinflussen.

Die Bewegung von 650 auf 660 nm hält den Emitter immer noch in der Nähe der konventionellen roten Betriebsregion.

Von 650 auf 850 nm zu wechseln ist eine grundlegend andere Veränderung.

Die Dämpfungseigenschaften des Standard-PMMA sind in weiten Teilen dieser nahen Infrarot-Region viel weniger günstig.

Die praktische Lektion ist einfach:

Der Ersatz eines 650-nm-POF-Senders durch eine 850-nm-Quelle bewahrt nicht das ursprüngliche Verbindungsbudget, nur weil beide Quellen Licht in die Faser abgeben können.

Das gesamte Dämpfungsspektrum muss berücksichtigt werden.

Industrieanlagen arbeiten nicht immer bei Raumtemperatur.

Die Temperatur kann das LED-Spektrum verschieben und seine optische Leistung verändern.

Eine robuste POF-Verbindung muss daher nicht nur bei Nennraumtemperatur, sondern auch im erforderlichen Betriebstemperaturbereich funktionieren.

Dies ist ein weiterer Grund, warum die Spezifikationen für Sender und Faser zusammen bewertet werden müssen.

Das Broadcom/Avago HFBR-Ökosystem ist ein praktisches Beispiel dafür, wie eine Betriebswellenlänge auf Systemebene hergestellt wird.

Der HFBR-1528Z-Klasse-Sender von Broadcom verwendet einen nominalen650 nm LEDmit einer Leistung von mehr als 50 W und1 mm POFIn der entsprechenden HFBR-Verbindungsarchitektur unterstützt diese Kombination definierte kurzstreckige industrielle POF-Verbindungen, einschließlich Konfigurationen für Entfernungen bis zu 50 m.

Die gleiche 650 nm-Architektur erscheint auch in schnelleren HFBR-Familien wie dem HFBR-0507ETZ, der einen 650 nm-Sender mit 1 mm POF für Kurzstrecken-125-Mbaud-Verbindungen kombiniert.

Das 650 nm Industrie HFBR POF Ökosystem

Der wichtige Punkt ist nicht die einzelne Teilnummer.

Es ist die Architektur.

Der Sender, der Empfänger, die Fasergeometrie, die Verbindungsfamilie, die optischen Leistungsstufen und die Anwendungsschaltungen wurden so konzipiert, dass sie zusammenarbeiten.

Sobald ein solches Ökosystem geschaffen ist, wird die Wellenlänge nicht nur in die LED selbst eingebettet.

• Aufbau des Senders;

• Spektralergebnis des Empfängers;

• Faserspezifikationen;

• Konstruktion der Steckverbinder und Kupplungen;

• Anwendungskreisläufe;

• Berechnungen des Verknüpfungsbudgets;

• Qualifikationsdaten;

• installierte Ausrüstung;

• Kompatibilität mit Ersatzteilen.

Eine Umstellung von 650 auf 850 nm wäre daher kein einfacher LED-Ersatz, sondern eine Neubewertung der gesamten optischen Verbindung.

Dies ist einer der Gründe, warum Broadcom/Avago HFBR-Produkte und ähnliche industrielle POF-Plattformen weiterhin eng mit sichtbarem rotem Betrieb verbunden sind.

- Nein. Ich weiß nicht.

Der BegriffGlasfaser aus Kunststoffbeschreibt eine breite Technologie-Kategorie, nicht ein universelles Material und eine Wellenlänge.

Die Diskussion über 650 nm bezieht sich hauptsächlich auf herkömmliche PMMA-POF, die häufig in Kurzstrecken-Industrie- und Verbraucherkommunikationsverbindungen eingesetzt werden.

Andere Polymerzusammensetzungen und Faserstrukturen können sehr unterschiedliche Dämpfungsmerkmale aufweisen und Wellenlängenregionen weit über das herkömmliche PMMA-650-nm-Fenster hinaus unterstützen.

Diese Grenze ist wichtig.

Es wäre daher falsch zu sagen:

Alle POF müssen 650 nm verwenden.

Eine genauere Aussage lautet:

Um 650 nm ist die etablierte Betriebsregion für herkömmliche PMMA-POF-Systeme, da sie die optischen Eigenschaften von PMMA mit einem ausgereiften Rot-Emitter- und Empfänger-Ökosystem entspricht.

Die Verwendung von 650 nm rotem Licht in PMMA POF ist kein historischer Zufall und nicht einfach eine Frage der Wahl einer sichtbaren Farbe.

Es entsteht aus einer Kette von technischen Beziehungen:

Fasermaterial → Dämpfungsspektrum → praktisches Übertragungsfenster → optische Quelle → Empfänger → Stromverbrauch → zulässige Verbindungsdistanz

PMMA bietet nützliche Übertragungsfenster im sichtbaren Bereich.und AntriebsanforderungenAnfänger und industrielle Senderfamilien wurden anschließend um diese Kombination herum konzipiert.

Silizium-Multimode-Fasern folgten einem anderen Weg mit 850 nm VCSELs und laseroptimierten OM3/OM4-Fasern.

Deshalb ist der richtige Vergleich nicht einfach650 nm gegenüber 850 nm.

Es ist:

PMMA + 650 nm Optoelektronik im Vergleich zu Silicium-MMF + 850 nm Optoelektronik.

Bei der Konstruktion optischer Verbindungen ist die Wellenlänge nur sinnvoll, wenn das gesamte System betrachtet wird.

Herkömmliche PMMA POF verwendet üblicherweise etwa 650 nm, da diese Region ein nützliches Glasfaserfenster mit geringem Verlust bietet, das mit praktischen roten LED-Sendern und kompatiblen Empfängern abgestimmt werden kann.Die Wellenlänge ist daher das Ergebnis einer vollständigen Linkoptimierung und nicht nur eine Faser-Eigenschaft.

PMMA hat mehr als eine relativ geringe Verlustregion im sichtbaren Spektrum.Die Bedeutung von 650 nm kommt aus der Kombination von akzeptabler Faserabdämpfung und reifen roten optoelektronischen Komponenten, nicht weil es der einzige oder allgemein niedrigste Dämpfungspunkt ist.

Ja, Licht bei 850 nm kann sich physikalisch durch PMMA POF verbreiten.die herkömmliche PMMA hat in der Regel in dieser Region eine viel weniger günstige Dämpfung als in der Nähe ihrer nützlichen sichtbaren ÜbertragungsfensterDer daraus resultierende optische Verlust kann daher die nutzbare Übertragungsstrecke erheblich verringern.

Silizium-Multimode-Fasern weisen unterschiedliche Materialeigenschaften als PMMA auf und sind für eine Hochgeschwindigkeitsübertragung um 850 nm optimiert.Moderne OM3- und OM4-Systeme kombinieren 850 nm VCSEL-Sender mit laseroptimierter Silizium-Multimode-Faser, das ein anderes optisches Ökosystem als das PMMA POF bildet.

Broadcom/Avago HFBR POF-Systeme kombinieren rote Sender, kompatible Empfänger, 1 mm POF, Steckverbinder und definierte optische Leistungsbudgets als integrierte optische Kurzstreckenverbindung.Die Verwendung von etwa 650 nm spiegelt daher eher die breitere PMMA-POF-Systemarchitektur als eine isolierte Senderwahl wider.

Wenn man auf eine andere Wellenlänge wechselt, verbraucht die Faser mehr optische Leistung pro Meter.,oder ein anderer Teil des Systems diesen zusätzlichen Verlust ausgleicht, verringert sich die maximale zuverlässige Übertragungsstrecke.