650 nmのような波長は、プラスチック光ファイバーのデータシートでは単なる線のように見えることがあります。しかし実際には、それははるかに大きなエンジニアリング上の決定を表しています。
従来のPMMAプラスチック光ファイバー（POF）は、一般的に650 nm付近の可視赤色光で動作します。これは、ファイバー、光学ソース、送信機パッケージ、受信機、および利用可能な光パワーバジェットがその領域で効果的に連携するためです。 この波長は、ファイバー単独で選択されたわけでも、単に赤色光が可視であるという理由だけでもありません。
これはまた、標準的なPMMA POFが通常850 nmを使用しない理由を説明しています。たとえ850 nmがシリカマルチモードファイバーシステムで広く使用されているとしてもです。2つのファイバー技術は、異なる材料、異なる減衰スペクトル、および異なる光電子エコシステムに基づいています。
したがって、有用な質問は単に「なぜ650 nmなのか？」ではありません。それは次のとおりです。
PMMA POFリンクは、650 nm付近の完全な光学システムとしてなぜうまく機能するのか？
標準的なPMMAプラスチック光ファイバーは、この波長がPMMAの有用な低損失伝送ウィンドウ内にあり、実用的な赤色LED送信機および互換性のある受信機と一致させることができるため、一般的に650 nm付近で動作します。その結果、ファイバー単独で選択された波長ではなく、経済的で堅牢な短距離光学リンクが実現します。
同時に複数の要因が一致する必要があります。
ファイバーは動作波長で許容できる減衰を持っている必要があります。
適切なエミッターはその領域で十分な光パワーを生成する必要があります。
その光は、大きなPOFコアに効率的に結合する必要があります。
受信機は、送信されたスペクトルに対して十分な感度を持っている必要があります。
完全なリンクは、必要な距離と温度範囲で十分な光マージンを維持する必要があります。
これが、650 nmが単なる材料特性ではなく、「システム動作領域」として理解されるべき理由です。
ファイバー減衰のみが考慮される場合、エンジニアは減衰曲線の最低点を見つけて送信機をそこに配置するだけで済みます。
実際の光学リンクはより複雑です。
効率的で信頼性が高く、経済的なエミッターが入手困難な場合、極めて低損失のファイバー波長は実用的な価値がほとんどありません。同様に、ファイバーが出力を強く吸収する場合、優れたLEDは役に立ちません。
リンクの成功には、「ファイバーと光電子部品PMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
従来のPMMA POFの場合、650 nm付近の赤色領域は、これらの要件を同時に満たすことができる動作領域の1つになりました。
ファイバー減衰は波長によって一定ではありません。
光パワーがファイバーを伝送すると、そのパワーの一部は吸収、散乱、欠陥、その他のメカニズムによって失われます。これらのメカニズムの相対的な寄与は波長によって変化します。
したがって、PMMAはすべての色の光に適用される単一の均一な損失値を持っていません。
PMMA光減衰は波長とともに変化します
PMMAは炭素-水素結合を含む分子構造を持つ有機ポリマーです。これらの結合に関連する分子振動は、光学スペクトル全体にわたって吸収帯と倍音に寄与します。
その結果、減衰スペクトルは、滑らかな水平線ではなく、比較的高い損失と比較的低い損失の領域を含みます。
従来のPMMA POFは、可視スペクトル全体にわたっていくつかの比較的低損失領域を持ち、650 nm付近の重要な赤色伝送ウィンドウも含まれます。
通信エンジニアにとって、重要な結果は単純です。
波長を変更すると、ファイバーが光パワーを消費する速度が変わります。
650 nm付近の赤色領域は、標準的な1 mm PMMA POFが一般的に使用される短距離に対して十分に低い減衰を提供します。
この領域付近のPMMA POF減衰は、長距離シリカファイバーに関連する非常に低い毎キロメートル損失レベルではなく、通常は毎メートルあたりで議論されます。
それはPMMAを低損失長距離ガラスファイバーの代替品にするものではありません。それは異なるエンジニアリング目標を反映しています。
産業用PMMA POFリンクは一般的に短いです。それらの距離内では、650 nmはファイバー損失、光学ソースの入手可能性、結合許容誤差、および受信機の性能の実行可能な組み合わせを提供します。
必ずしもそうではありません。
この区別は重要です。なぜなら、PMMAは可視スペクトルに複数の比較的低損失領域を持っているからです。ファイバーの組成と測定条件によっては、他の可視波長も有利な減衰を提供できます。
したがって、POFが650 nmを使用するのは単に「650 nmがPMMAの最低損失波長だから」と言うのは単純すぎます。
より有用な説明は、「650 nmはPMMA伝送と成熟した赤色光電子機器の有利なシステムレベルの組み合わせを提供するPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
その組み合わせは、単独でファイバー減衰曲線の最低点を見つけることよりも重要です。
ファイバーのスペクトルを考慮すると、システムの次の部分は光学ソースです。
多くの産業用POF送信機は、PMMA赤色伝送ウィンドウの近くに中心を持つ赤色LEDを使用します。これにより、光学ソースとファイバーは一致したペアとして機能できます。
LEDは、数学的に正確な単一波長ですべての光パワーを放出するわけではありません。
中心波長の周りにスペクトル分布を持っています。その分布は重要です。なぜなら、放出されたスペクトルのすべての部分が、減衰も波長によって変化するファイバーを通過するからです。
650 nm赤色LEDとPMMA伝送ウィンドウのマッチング
したがって、POF送信機は「650 nm」のようなラベル以上の評価が必要です。
関連するパラメータは次のとおりです。
中心波長。
スペクトル幅。
結合された光出力。
ファイバーへの結合効率。
温度による波長シフト。
温度と経年劣化による出力電力変動。
エミッターのスペクトルがPMMA減衰曲線の高損失部分に向かって移動すると、ファイバーは利用可能な光マージンをより多く消費します。
したがって、LEDとファイバーは同じリンクのスペクトル的に結合されたコンポーネントです。
従来の短距離PMMAリンクでは、LEDは光出力、シンプルな駆動電子機器、機械的堅牢性、およびコストの実用的な組み合わせを提供します。
標準POFの大きなコアは、多くの小コア光学システムに関連する非常に厳しい位置合わせ許容誤差なしで効率的な結合を可能にします。
これは、LEDがレーザーよりも普遍的に優れているという意味ではありません。それは、多くの従来の産業用POFリンクでは、赤色LEDが不必要な光学的複雑さを追加することなく必要なパフォーマンスレベルを提供することを意味します。
ここで、POFとガラスファイバーの比較が誤解を招くことがよくあります。
データセンター光学に精通したエンジニアは、マルチモードファイバーシステム全体で850 nmが使用されているのを見て、なぜPOFに同じ波長が使用されないのかと合理的に尋ねるかもしれません。
答えは、「850 nmは異なるファイバーとエミッターの組み合わせに属するPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
PMMAとシリカは化学的に異なる材料です。したがって、それらの吸収メカニズムと有用な波長ウィンドウは異なります。
シリカで非常にうまく機能する波長は、PMMAでは自動的に良い動作波長ではありません。
従来のPMMAでは、動作波長が有用な可視伝送ウィンドウから近赤外領域の大部分に移動すると、減衰が大幅に増加します。その追加のファイバー損失は、利用可能な光パワーバジェットをより速く消費します。
850 nmソースは依然としてPMMAに光を注入できます。問題は光が物理的にファイバーに入るかどうかではありません。
問題は、「リンク損失が意図された距離と受信機の感度に対して許容できるかどうかPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
シリカマルチモードファイバーは異なるエンジニアリングパスをたどりました。
最新のOM3およびOM4マルチモードファイバーは、850 nm付近のレーザー伝送用に特別に最適化されており、一般的に850 nm VCSEL送信機と組み合わされています。
したがって、より広いシステムは異なる組み合わせを中心に構築されています。
シリカマルチモードファイバー+ 850 nm VCSEL +高速受信機+標準化されたトランシーバーインターフェイス
従来の産業用POFは別の組み合わせを中心に進化しました。
PMMAファイバー+約650 nm赤色エミッター+ POF送信機/受信機+大コア光インターフェイス
したがって、違いは次のとおりではありません。
650 nm =旧技術
850 nm =より高度な技術
実際の違いは、各ファイバー材料が独自の送信機および受信機エコシステムとともに最適化されてきたことです。
比較
| 従来のPMMA POF | シリカマルチモードファイバー | 典型的な動作領域 |
|---|---|---|
| 約650 nm | 約850 nm | コア材料 |
| PMMA | シリカ | 光設計の基礎 |
| 可視低損失PMMAウィンドウ | 850 nmレーザー最適化MMF | 一般的なソースアプローチ |
| 赤色LEDまたは関連赤色エミッター | 850 nm VCSEL | 典型的なシステム強調 |
| 堅牢な短距離産業用リンク | 高速短距離データリンク | 波長を単純に交換できますか？ |
| いいえ、パワーバジェットが変わります | いいえ、エコシステムはその独自のファイバー/ソースの組み合わせを中心に設計されています | どちらの波長も本質的に優れているわけではありません。それぞれが開発された光学システムで意味をなします。 |
システムで考える：ファイバー+ LED +送信機+受信機
産業用POFを理解する最も簡単な方法は、波長を独立した仕様として扱うのをやめることです。
ファイバー+ LED +送信機+受信機：完全なPOFリンク
電気信号→送信機→LED→POF→受信機→電気信号
各段階が、十分なマージンで受信機に十分な光パワーが到達するかどうかを影響します。
送信機は公称波長以上のものを定義します
送信機は、ファイバーに投入される光パワーと、そのパワーが分布するスペクトルを決定します。
赤色LEDの中心波長は完全に固定されていません。動作温度によってシフトし、光出力パワーも指定された温度範囲で変動する可能性があります。
これは、「650 nm」とラベル付けされた送信機は、あらゆる条件下で正確に650 nmで動作する完全に単色光源として扱われるべきではないことを意味します。
実用的な懸念は、送信機のスペクトルが必要な動作範囲全体でPMMA伝送ウィンドウと有利に重複し続けるかどうかです。
ファイバーが光パワーバジェットを消費する
ファイバー減衰は次のように近似できます。
しかし、ファイバー損失は実際のシステムの1つの部分にすぎません。
コネクタ、結合インターフェイス、コンポーネント許容誤差、温度効果、送信機の経年劣化、および設計上の予備もマージンを消費する可能性があります。
したがって、単純化された光学リンクの関係は次のようになります。
利用可能な送信機から受信機へのパワーバジェット-結合および接続損失-ファイバー損失-必要なマージン=残りのリンクマージン
実際には、最大リンク長は、送信機出力、受信機感度、ファイバー減衰、接続損失、温度変動、および信頼性の高い動作のために予約されたマージンの組み合わせ効果によって決定されます。
受信機は十分な光パワーの量を定義します
ケーブルの反対側では、受信機は最小の光入力要件を持っています。
これが、送信機電子機器とケーブルジオメトリが変更されないままでも、波長が伝送距離に影響する理由です。
減衰係数が高いほど、メートルあたりの損失が大きくなります。システムの他のすべての部分が同じままであれば、利用可能な光マージンはより短い距離で使い果たされます。
POF波長が650 nmから離れるとどうなりますか？
答えは、波長がどれだけ移動し、ファイバー減衰スペクトルのどこに移動するかによって異なります。
BroadcomのHFBRアプリケーションガイダンスは有用なエンジニアリング例を提供します。
660 nmよりも0.05 dB/m低い
」と報告しています。以前のPOFシステムでは660 nmクラスのGaAsPエミッターも使用されていましたが、後のAlInGaPデバイスは動作領域を650 nmに近づけました。0.05 dB/mの違いは小さく見えるかもしれません。しかし、50 mのファイバー全体では、その違いは約2.5 dBの光損失に相当します。
これは、パワーバジェット制限に近いリンクで動作する場合、重要です。
この例は重要な原則を示しています。赤色領域内であっても、波長選択は使用可能な距離に影響を与える可能性があります。
850 nmに向かうのははるかに大きな変化です
650 nmから660 nmに移動しても、エミッターは従来の赤色動作領域の近くに留まります。
標準PMMAの減衰特性は、この近赤外領域の大部分ではるかに好ましくありません。したがって、ファイバーでより多くの光パワーが失われ、受信機でのマージンが少なくなります。
実用的な教訓は簡単です。
650 nm POF送信機を850 nmソースに交換しても、両方のソースがファイバーに光を投入できるという理由だけで、元のリンクバジェットは維持されません。
完全な減衰スペクトルを考慮する必要があります。
温度も光リンクを変更します
産業機器は常に室温で動作するわけではありません。
したがって、堅牢なPOFリンクは、公称室温条件だけでなく、必要な動作温度範囲全体で機能する必要があります。
これは、送信機とファイバーの仕様を一緒に評価する必要があるもう1つの理由です。
Broadcom/Avago HFBRシステムが650 nmを中心に構築されている理由
Broadcom/Avago HFBRエコシステムは、動作波長がシステムレベルで確立される方法の実用的な例を提供します。
」を使用し、「1 mm POF」に結合するように設計されています。対応するHFBRリンクアーキテクチャでは、この組み合わせは、最大50 mの距離で指定された構成を含む、定義された短距離産業用POFリンクをサポートします。同じ650 nmアーキテクチャは、650 nm送信機と1 mm POFを組み合わせて短距離125-Mbaudリンクを実現するHFBR-0507ETZのようなより高速なHFBRファミリーにも見られます。650 nm産業用HFBR POFエコシステム
重要なのは個々の部品番号ではありません。
それはアーキテクチャです。
送信機、受信機、ファイバージオメトリ、コネクタファミリー、光パワーレベル、およびアプリケーション回路は、連携するように設計されました。
このようなエコシステムが確立されると、波長はLED自体以上のものに埋め込まれます。それは以下に影響します。
送信機の構造。
受信機のスペクトル応答。
ファイバー仕様。
コネクタと結合設計。
アプリケーション回路。
リンクバジェット計算。
認定データ。
設置済み機器。
交換部品の互換性。
650 nmから850 nmへの変更は、単純なLED交換にはならないでしょう。完全な光学リンクを再検討する必要があります。
これが、Broadcom/Avago HFBR製品および同様の産業用POFプラットフォームが、可視赤色動作に密接に関連している理由の1つです。
すべてのプラスチック光ファイバーが650 nmを必要としますか？
いいえ。
プラスチック光ファイバー
」という用語は、単一の普遍的な材料と波長ではなく、広範な技術カテゴリを説明しています。650 nmの議論は、主に短距離産業用およびコンシューマー通信リンクで広く使用されている従来のPMMA POFに適用されます。他のポリマー組成とファイバー構造は、非常に異なる減衰特性を持ち、従来のPMMA 650 nmウィンドウをはるかに超える波長領域をサポートできます。
この境界は重要です。
したがって、次のように言うのは間違いです。
すべてのPOFは650 nmを使用する必要があります。
より正確な声明は次のとおりです。
約650 nmは、PMMAの光学特性と成熟した赤色エミッターおよび受信機エコシステムを一致させるため、従来のPMMA POFシステムの確立された動作領域です。
エンジニアリングの要点：波長だけでなく、光学リンクを選択する
PMMA POFでの650 nm赤色光の使用は、歴史的な偶然ではなく、単に可視色を選択する問題でもありません。
ファイバー材料→減衰スペクトル→実用的な伝送ウィンドウ→光学ソース→受信機→パワーバジェット→許容リンク距離
PMMAは可視領域に有用な伝送ウィンドウを提供します。赤色半導体エミッターは、実用的な光パワー、コスト、および駆動要件で約650 nmのウィンドウ付近で動作できます。その後、受信機と産業用送信機ファミリーはその組み合わせを中心に設計されました。
シリカマルチモードファイバーは別のパスをたどり、850 nm VCSELとレーザー最適化されたOM3/OM4ファイバーを使用しました。
したがって、正しい比較は単に「
650 nm対850 nm
」ではありません。それは次のとおりです。PMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
光学リンク設計では、システム全体を考慮した場合にのみ波長が意味をなします。
FAQ
プラスチック光ファイバーはなぜ650 nmを使用するのですか？
必ずしもそうではありません。PMMAは可視スペクトルに複数の比較的低損失領域を持っています。650 nmの重要性は、許容できるファイバー減衰と成熟した赤色光電子部品の組み合わせから来ており、唯一または普遍的に最低減衰点であるからではありません。
はい、850 nmの光は物理的にPMMA POFを伝播できます。しかし、従来のPMMAは、その領域では、有用な可視伝送ウィンドウ付近よりも減衰がはるかに好ましくありません。その結果生じる光損失は、使用可能な伝送距離を大幅に短縮する可能性があります。
シリカマルチモードファイバーはPMMAとは異なる材料特性を持ち、850 nm付近での高速伝送用に最適化されています。最新のOM3およびOM4システムは、850 nm VCSEL送信機とレーザー最適化されたシリカマルチモードファイバーを組み合わせて、PMMA POFとは異なる光学エコシステムを形成しています。
Broadcom/Avago HFBR POFシステムは、赤色送信機、互換性のある受信機、1 mm POF、コネクタ、および定義された光パワーバジェットを統合された短距離光学リンクとして組み合わせています。したがって、約650 nmの使用は、孤立した送信機の選択ではなく、より広いPMMA POFシステムアーキテクチャを反映しています。
はい。ファイバー減衰は波長とともに変化します。別の波長に移動して減衰が増加した場合、ファイバーはメートルあたりの光パワーをより多く消費します。送信機出力、受信機感度、またはシステムの他の部分がその追加損失を補償しない限り、最大信頼性伝送距離は短くなります。
650 nmのような波長は、プラスチック光ファイバーのデータシートでは単なる線のように見えることがあります。しかし実際には、それははるかに大きなエンジニアリング上の決定を表しています。
従来のPMMAプラスチック光ファイバー（POF）は、一般的に650 nm付近の可視赤色光で動作します。これは、ファイバー、光学ソース、送信機パッケージ、受信機、および利用可能な光パワーバジェットがその領域で効果的に連携するためです。 この波長は、ファイバー単独で選択されたわけでも、単に赤色光が可視であるという理由だけでもありません。
これはまた、標準的なPMMA POFが通常850 nmを使用しない理由を説明しています。たとえ850 nmがシリカマルチモードファイバーシステムで広く使用されているとしてもです。2つのファイバー技術は、異なる材料、異なる減衰スペクトル、および異なる光電子エコシステムに基づいています。
したがって、有用な質問は単に「なぜ650 nmなのか？」ではありません。それは次のとおりです。
PMMA POFリンクは、650 nm付近の完全な光学システムとしてなぜうまく機能するのか？
標準的なPMMAプラスチック光ファイバーは、この波長がPMMAの有用な低損失伝送ウィンドウ内にあり、実用的な赤色LED送信機および互換性のある受信機と一致させることができるため、一般的に650 nm付近で動作します。その結果、ファイバー単独で選択された波長ではなく、経済的で堅牢な短距離光学リンクが実現します。
同時に複数の要因が一致する必要があります。
ファイバーは動作波長で許容できる減衰を持っている必要があります。
適切なエミッターはその領域で十分な光パワーを生成する必要があります。
その光は、大きなPOFコアに効率的に結合する必要があります。
受信機は、送信されたスペクトルに対して十分な感度を持っている必要があります。
完全なリンクは、必要な距離と温度範囲で十分な光マージンを維持する必要があります。
これが、650 nmが単なる材料特性ではなく、「システム動作領域」として理解されるべき理由です。
ファイバー減衰のみが考慮される場合、エンジニアは減衰曲線の最低点を見つけて送信機をそこに配置するだけで済みます。
実際の光学リンクはより複雑です。
効率的で信頼性が高く、経済的なエミッターが入手困難な場合、極めて低損失のファイバー波長は実用的な価値がほとんどありません。同様に、ファイバーが出力を強く吸収する場合、優れたLEDは役に立ちません。
リンクの成功には、「ファイバーと光電子部品PMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
従来のPMMA POFの場合、650 nm付近の赤色領域は、これらの要件を同時に満たすことができる動作領域の1つになりました。
ファイバー減衰は波長によって一定ではありません。
光パワーがファイバーを伝送すると、そのパワーの一部は吸収、散乱、欠陥、その他のメカニズムによって失われます。これらのメカニズムの相対的な寄与は波長によって変化します。
したがって、PMMAはすべての色の光に適用される単一の均一な損失値を持っていません。
PMMA光減衰は波長とともに変化します
PMMAは炭素-水素結合を含む分子構造を持つ有機ポリマーです。これらの結合に関連する分子振動は、光学スペクトル全体にわたって吸収帯と倍音に寄与します。
その結果、減衰スペクトルは、滑らかな水平線ではなく、比較的高い損失と比較的低い損失の領域を含みます。
従来のPMMA POFは、可視スペクトル全体にわたっていくつかの比較的低損失領域を持ち、650 nm付近の重要な赤色伝送ウィンドウも含まれます。
通信エンジニアにとって、重要な結果は単純です。
波長を変更すると、ファイバーが光パワーを消費する速度が変わります。
650 nm付近の赤色領域は、標準的な1 mm PMMA POFが一般的に使用される短距離に対して十分に低い減衰を提供します。
この領域付近のPMMA POF減衰は、長距離シリカファイバーに関連する非常に低い毎キロメートル損失レベルではなく、通常は毎メートルあたりで議論されます。
それはPMMAを低損失長距離ガラスファイバーの代替品にするものではありません。それは異なるエンジニアリング目標を反映しています。
産業用PMMA POFリンクは一般的に短いです。それらの距離内では、650 nmはファイバー損失、光学ソースの入手可能性、結合許容誤差、および受信機の性能の実行可能な組み合わせを提供します。
必ずしもそうではありません。
この区別は重要です。なぜなら、PMMAは可視スペクトルに複数の比較的低損失領域を持っているからです。ファイバーの組成と測定条件によっては、他の可視波長も有利な減衰を提供できます。
したがって、POFが650 nmを使用するのは単に「650 nmがPMMAの最低損失波長だから」と言うのは単純すぎます。
より有用な説明は、「650 nmはPMMA伝送と成熟した赤色光電子機器の有利なシステムレベルの組み合わせを提供するPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
その組み合わせは、単独でファイバー減衰曲線の最低点を見つけることよりも重要です。
ファイバーのスペクトルを考慮すると、システムの次の部分は光学ソースです。
多くの産業用POF送信機は、PMMA赤色伝送ウィンドウの近くに中心を持つ赤色LEDを使用します。これにより、光学ソースとファイバーは一致したペアとして機能できます。
LEDは、数学的に正確な単一波長ですべての光パワーを放出するわけではありません。
中心波長の周りにスペクトル分布を持っています。その分布は重要です。なぜなら、放出されたスペクトルのすべての部分が、減衰も波長によって変化するファイバーを通過するからです。
650 nm赤色LEDとPMMA伝送ウィンドウのマッチング
したがって、POF送信機は「650 nm」のようなラベル以上の評価が必要です。
関連するパラメータは次のとおりです。
中心波長。
スペクトル幅。
結合された光出力。
ファイバーへの結合効率。
温度による波長シフト。
温度と経年劣化による出力電力変動。
エミッターのスペクトルがPMMA減衰曲線の高損失部分に向かって移動すると、ファイバーは利用可能な光マージンをより多く消費します。
したがって、LEDとファイバーは同じリンクのスペクトル的に結合されたコンポーネントです。
従来の短距離PMMAリンクでは、LEDは光出力、シンプルな駆動電子機器、機械的堅牢性、およびコストの実用的な組み合わせを提供します。
標準POFの大きなコアは、多くの小コア光学システムに関連する非常に厳しい位置合わせ許容誤差なしで効率的な結合を可能にします。
これは、LEDがレーザーよりも普遍的に優れているという意味ではありません。それは、多くの従来の産業用POFリンクでは、赤色LEDが不必要な光学的複雑さを追加することなく必要なパフォーマンスレベルを提供することを意味します。
ここで、POFとガラスファイバーの比較が誤解を招くことがよくあります。
データセンター光学に精通したエンジニアは、マルチモードファイバーシステム全体で850 nmが使用されているのを見て、なぜPOFに同じ波長が使用されないのかと合理的に尋ねるかもしれません。
答えは、「850 nmは異なるファイバーとエミッターの組み合わせに属するPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
PMMAとシリカは化学的に異なる材料です。したがって、それらの吸収メカニズムと有用な波長ウィンドウは異なります。
シリカで非常にうまく機能する波長は、PMMAでは自動的に良い動作波長ではありません。
従来のPMMAでは、動作波長が有用な可視伝送ウィンドウから近赤外領域の大部分に移動すると、減衰が大幅に増加します。その追加のファイバー損失は、利用可能な光パワーバジェットをより速く消費します。
850 nmソースは依然としてPMMAに光を注入できます。問題は光が物理的にファイバーに入るかどうかではありません。
問題は、「リンク損失が意図された距離と受信機の感度に対して許容できるかどうかPMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
シリカマルチモードファイバーは異なるエンジニアリングパスをたどりました。
最新のOM3およびOM4マルチモードファイバーは、850 nm付近のレーザー伝送用に特別に最適化されており、一般的に850 nm VCSEL送信機と組み合わされています。
したがって、より広いシステムは異なる組み合わせを中心に構築されています。
シリカマルチモードファイバー+ 850 nm VCSEL +高速受信機+標準化されたトランシーバーインターフェイス
従来の産業用POFは別の組み合わせを中心に進化しました。
PMMAファイバー+約650 nm赤色エミッター+ POF送信機/受信機+大コア光インターフェイス
したがって、違いは次のとおりではありません。
650 nm =旧技術
850 nm =より高度な技術
実際の違いは、各ファイバー材料が独自の送信機および受信機エコシステムとともに最適化されてきたことです。
比較
| 従来のPMMA POF | シリカマルチモードファイバー | 典型的な動作領域 |
|---|---|---|
| 約650 nm | 約850 nm | コア材料 |
| PMMA | シリカ | 光設計の基礎 |
| 可視低損失PMMAウィンドウ | 850 nmレーザー最適化MMF | 一般的なソースアプローチ |
| 赤色LEDまたは関連赤色エミッター | 850 nm VCSEL | 典型的なシステム強調 |
| 堅牢な短距離産業用リンク | 高速短距離データリンク | 波長を単純に交換できますか？ |
| いいえ、パワーバジェットが変わります | いいえ、エコシステムはその独自のファイバー/ソースの組み合わせを中心に設計されています | どちらの波長も本質的に優れているわけではありません。それぞれが開発された光学システムで意味をなします。 |
システムで考える：ファイバー+ LED +送信機+受信機
産業用POFを理解する最も簡単な方法は、波長を独立した仕様として扱うのをやめることです。
ファイバー+ LED +送信機+受信機：完全なPOFリンク
電気信号→送信機→LED→POF→受信機→電気信号
各段階が、十分なマージンで受信機に十分な光パワーが到達するかどうかを影響します。
送信機は公称波長以上のものを定義します
送信機は、ファイバーに投入される光パワーと、そのパワーが分布するスペクトルを決定します。
赤色LEDの中心波長は完全に固定されていません。動作温度によってシフトし、光出力パワーも指定された温度範囲で変動する可能性があります。
これは、「650 nm」とラベル付けされた送信機は、あらゆる条件下で正確に650 nmで動作する完全に単色光源として扱われるべきではないことを意味します。
実用的な懸念は、送信機のスペクトルが必要な動作範囲全体でPMMA伝送ウィンドウと有利に重複し続けるかどうかです。
ファイバーが光パワーバジェットを消費する
ファイバー減衰は次のように近似できます。
しかし、ファイバー損失は実際のシステムの1つの部分にすぎません。
コネクタ、結合インターフェイス、コンポーネント許容誤差、温度効果、送信機の経年劣化、および設計上の予備もマージンを消費する可能性があります。
したがって、単純化された光学リンクの関係は次のようになります。
利用可能な送信機から受信機へのパワーバジェット-結合および接続損失-ファイバー損失-必要なマージン=残りのリンクマージン
実際には、最大リンク長は、送信機出力、受信機感度、ファイバー減衰、接続損失、温度変動、および信頼性の高い動作のために予約されたマージンの組み合わせ効果によって決定されます。
受信機は十分な光パワーの量を定義します
ケーブルの反対側では、受信機は最小の光入力要件を持っています。
これが、送信機電子機器とケーブルジオメトリが変更されないままでも、波長が伝送距離に影響する理由です。
減衰係数が高いほど、メートルあたりの損失が大きくなります。システムの他のすべての部分が同じままであれば、利用可能な光マージンはより短い距離で使い果たされます。
POF波長が650 nmから離れるとどうなりますか？
答えは、波長がどれだけ移動し、ファイバー減衰スペクトルのどこに移動するかによって異なります。
BroadcomのHFBRアプリケーションガイダンスは有用なエンジニアリング例を提供します。
660 nmよりも0.05 dB/m低い
」と報告しています。以前のPOFシステムでは660 nmクラスのGaAsPエミッターも使用されていましたが、後のAlInGaPデバイスは動作領域を650 nmに近づけました。0.05 dB/mの違いは小さく見えるかもしれません。しかし、50 mのファイバー全体では、その違いは約2.5 dBの光損失に相当します。
これは、パワーバジェット制限に近いリンクで動作する場合、重要です。
この例は重要な原則を示しています。赤色領域内であっても、波長選択は使用可能な距離に影響を与える可能性があります。
850 nmに向かうのははるかに大きな変化です
650 nmから660 nmに移動しても、エミッターは従来の赤色動作領域の近くに留まります。
標準PMMAの減衰特性は、この近赤外領域の大部分ではるかに好ましくありません。したがって、ファイバーでより多くの光パワーが失われ、受信機でのマージンが少なくなります。
実用的な教訓は簡単です。
650 nm POF送信機を850 nmソースに交換しても、両方のソースがファイバーに光を投入できるという理由だけで、元のリンクバジェットは維持されません。
完全な減衰スペクトルを考慮する必要があります。
温度も光リンクを変更します
産業機器は常に室温で動作するわけではありません。
したがって、堅牢なPOFリンクは、公称室温条件だけでなく、必要な動作温度範囲全体で機能する必要があります。
これは、送信機とファイバーの仕様を一緒に評価する必要があるもう1つの理由です。
Broadcom/Avago HFBRシステムが650 nmを中心に構築されている理由
Broadcom/Avago HFBRエコシステムは、動作波長がシステムレベルで確立される方法の実用的な例を提供します。
」を使用し、「1 mm POF」に結合するように設計されています。対応するHFBRリンクアーキテクチャでは、この組み合わせは、最大50 mの距離で指定された構成を含む、定義された短距離産業用POFリンクをサポートします。同じ650 nmアーキテクチャは、650 nm送信機と1 mm POFを組み合わせて短距離125-Mbaudリンクを実現するHFBR-0507ETZのようなより高速なHFBRファミリーにも見られます。650 nm産業用HFBR POFエコシステム
重要なのは個々の部品番号ではありません。
それはアーキテクチャです。
送信機、受信機、ファイバージオメトリ、コネクタファミリー、光パワーレベル、およびアプリケーション回路は、連携するように設計されました。
このようなエコシステムが確立されると、波長はLED自体以上のものに埋め込まれます。それは以下に影響します。
送信機の構造。
受信機のスペクトル応答。
ファイバー仕様。
コネクタと結合設計。
アプリケーション回路。
リンクバジェット計算。
認定データ。
設置済み機器。
交換部品の互換性。
650 nmから850 nmへの変更は、単純なLED交換にはならないでしょう。完全な光学リンクを再検討する必要があります。
これが、Broadcom/Avago HFBR製品および同様の産業用POFプラットフォームが、可視赤色動作に密接に関連している理由の1つです。
すべてのプラスチック光ファイバーが650 nmを必要としますか？
いいえ。
プラスチック光ファイバー
」という用語は、単一の普遍的な材料と波長ではなく、広範な技術カテゴリを説明しています。650 nmの議論は、主に短距離産業用およびコンシューマー通信リンクで広く使用されている従来のPMMA POFに適用されます。他のポリマー組成とファイバー構造は、非常に異なる減衰特性を持ち、従来のPMMA 650 nmウィンドウをはるかに超える波長領域をサポートできます。
この境界は重要です。
したがって、次のように言うのは間違いです。
すべてのPOFは650 nmを使用する必要があります。
より正確な声明は次のとおりです。
約650 nmは、PMMAの光学特性と成熟した赤色エミッターおよび受信機エコシステムを一致させるため、従来のPMMA POFシステムの確立された動作領域です。
エンジニアリングの要点：波長だけでなく、光学リンクを選択する
PMMA POFでの650 nm赤色光の使用は、歴史的な偶然ではなく、単に可視色を選択する問題でもありません。
ファイバー材料→減衰スペクトル→実用的な伝送ウィンドウ→光学ソース→受信機→パワーバジェット→許容リンク距離
PMMAは可視領域に有用な伝送ウィンドウを提供します。赤色半導体エミッターは、実用的な光パワー、コスト、および駆動要件で約650 nmのウィンドウ付近で動作できます。その後、受信機と産業用送信機ファミリーはその組み合わせを中心に設計されました。
シリカマルチモードファイバーは別のパスをたどり、850 nm VCSELとレーザー最適化されたOM3/OM4ファイバーを使用しました。
したがって、正しい比較は単に「
650 nm対850 nm
」ではありません。それは次のとおりです。PMMA + 650 nm光電子機器対シリカMMF + 850 nm光電子機器。
光学リンク設計では、システム全体を考慮した場合にのみ波長が意味をなします。
FAQ
プラスチック光ファイバーはなぜ650 nmを使用するのですか？
必ずしもそうではありません。PMMAは可視スペクトルに複数の比較的低損失領域を持っています。650 nmの重要性は、許容できるファイバー減衰と成熟した赤色光電子部品の組み合わせから来ており、唯一または普遍的に最低減衰点であるからではありません。
はい、850 nmの光は物理的にPMMA POFを伝播できます。しかし、従来のPMMAは、その領域では、有用な可視伝送ウィンドウ付近よりも減衰がはるかに好ましくありません。その結果生じる光損失は、使用可能な伝送距離を大幅に短縮する可能性があります。
シリカマルチモードファイバーはPMMAとは異なる材料特性を持ち、850 nm付近での高速伝送用に最適化されています。最新のOM3およびOM4システムは、850 nm VCSEL送信機とレーザー最適化されたシリカマルチモードファイバーを組み合わせて、PMMA POFとは異なる光学エコシステムを形成しています。
Broadcom/Avago HFBR POFシステムは、赤色送信機、互換性のある受信機、1 mm POF、コネクタ、および定義された光パワーバジェットを統合された短距離光学リンクとして組み合わせています。したがって、約650 nmの使用は、孤立した送信機の選択ではなく、より広いPMMA POFシステムアーキテクチャを反映しています。
はい。ファイバー減衰は波長とともに変化します。別の波長に移動して減衰が増加した場合、ファイバーはメートルあたりの光パワーをより多く消費します。送信機出力、受信機感度、またはシステムの他の部分がその追加損失を補償しない限り、最大信頼性伝送距離は短くなります。
