Wiedza, umiejętności

Światłowód wielo-wielordzeniowy (MCF) to typ światłowodu, który integruje wiele niezależnych rdzeni-przekazujących światło w jednej nici płaszcza, wykorzystując zasadę zwaną multipleksowaniem z podziałem przestrzeni (SDM) do jednoczesnego przesyłania równoległych strumieni danych. W dzisiejszej epoce wybuchowej mocy obliczeniowej sztucznej inteligencji i przyspieszonej ewolucji technologii 6G komunikacja optyczna - „tętnica informacyjna” gospodarki cyfrowej - stoi przed bezprecedensowymi wyzwaniami w zakresie przepustowości. W tym artykule omówiono, czym jest włókno wielo-wielordzeniowe, stojące za nim zaplecze badawczo-rozwojowe, jego podstawowe zalety i scenariusze zastosowań, obecne wyzwania techniczne, a także układ firmy Hengtong i perspektywy na przyszłość w tej dziedzinie, pomagając zrozumieć tę kluczową technologię, która otwiera drogę do komunikacji optycznej nowej-generacji.
 

Co to jest-światłowód wielordzeniowy i dlaczego ma to teraz znaczenie?

Światłowód wielo-wielordzeniowy oznacza światłowód zawierający dwa lub więcej oddzielnych rdzeni w pojedynczej osłonie szklanej -, zazwyczaj o tej samej standardowej średnicy zewnętrznej 125 µm, co w konwencjonalnychświatłowód jednomodowy-. Każdy rdzeń działa jako niezależny kanał transmisyjny, umożliwiając jednoczesne przesyłanie wielu sygnałów optycznych przez jedno włókno. Na przykład czterordzeniowy MCF może przesyłać mniej więcej czterokrotnie więcej danych niż jedno-włókno jednordzeniowe przy tej samej powierzchni fizycznej.

Wraz z-głęboką popularyzacją sztucznej inteligencji, dużych zbiorów danych i przetwarzania w chmurze, a także przyspieszonymi-badaniami wstępnymi nad technologią 6G, zapotrzebowanie na transmisję danych rośnie wykładniczo, a wady tradycyjnego światłowodu jednomodowego stają się coraz bardziej widoczne. Tradycyjny światłowód jedno-modowy jest ograniczony przez nieliniową granicę Shannona, a jego przepustowość zbliżyła się do fizycznej górnej granicy, co utrudnia obsługę transmisji danych na poziomie EB-i potrzeb w zakresie połączeń urządzeń na poziomie bilionów- w epoce 6G, ani też nie jest w stanie sprostać sztywnemu zapotrzebowaniu na połączenia wzajemne o-dużej gęstości w ultra{10}}wielkiej-skalicentra danych. Jak potwierdzili naukowcy z takich instytucji, jak NICT i Politechnika w Eindhoven, oczekuje się, że szybkości transmisji danych w sieciach optycznych wzrosną poza podstawowe ograniczenia obecnych standardowych-sieci światłowodowych jednomodowych (Komunikacja przyrodnicza, 2025).

W tym kontekście światłowód wielordzeniowy- okazał się podstawowym rozwiązaniem pozwalającym pokonać wąskie gardło w zakresie przepustowości. Dodając nowy wymiar - przestrzeni - MCF tworzy równoległe ścieżki optyczne w jednym włóknie, co często określa się jako przejście z „jednej-torowej” na „wielo-torową”.

Zalety i funkcje: Więcej niż pojemność, wszechstronna konkurencyjność

W porównaniu z tradycyjnym światłowodem-jednomodowym podstawowe zalety MCF firmy Hengtong odzwierciedlają się w trzech aspektach.

Po pierwsze, pojemność osiąga wykładniczy wzrost.Dzięki integracji wielu niezależnych rdzeni w jednym włóknie MCF jest równoznaczne z modernizacją „jednej-torowej” do „wielo-torowej”. Bez zwiększania liczby włókien i układania dodatkowych rurociągów przepustowość można zwiększyć kilkukrotnie, a nawet kilkadziesiąt razy, a prędkość transmisji pojedynczego-włókna może osiągnąć poziom Tbps, doskonale przełamując wąskie gardło przepustowości tradycyjnego światłowodu. Niedawne badania dodatkowo potwierdziły ten potencjał. - Zespół międzynarodowych badaczy wykazał transmisję danych klasy petabit-na-sekundę-przy użyciu 19-rdzeniowego MCF o standardowej średnicy płaszcza.

Po drugie, niskie straty, wysoka stabilność i dostosowanie do złożonych scenariuszy.Niezależnie opracowany przez firmę Hengtong moduł MCF wykorzystuje strukturę rdzenia z czystej krzemionki i dużą powierzchnię efektywną. Tłumienie przy 1550 nm można kontrolować w zakresie 0,17 dB/km, a przesłuch jest mniejszy lub równy -50 dB. Straty są mniejsze o ponad 20% w porównaniu z tradycyjnymi MCF. Jednocześnie ma doskonałą odporność na wysokie i niskie temperatury oraz odporność na wibracje i może dostosować się do różnych złożonych środowisk zastosowań, takich jak warunki zewnętrzne, dno morskie i centra danych.

Po trzecie, wysoka integracja, wysoka zdolność adaptacji i obniżone koszty wdrożenia.Objętość MCF jest porównywalna z objętością tradycyjnego światłowodu jednomodowego-, ale umożliwia osiągnięcie większej gęstości transmisji, co może znacznie zmniejszyć przestrzeń i kosztukładanie włókieni rozmieszczanie sprzętu, szczególnie odpowiednie w scenariuszach o dużych wymaganiach przestrzennych, takich jak centra danych i sieci szkieletowe. Jednocześnie jest kompatybilny z istniejącymi systemami komunikacji optycznej, realizując technologię „plug-and-play” oraz redukując koszty, próg operacyjny i konserwacyjny w przypadku modernizacji sieci klienta. Aby połączyć MCF ze standardowym sprzętem-z jednym rdzeniem, stosuje się wyspecjalizowane urządzenia typu fan{5}}in/fan-rozszerzające (FIFO), które sprzęgają światło z poszczególnych-włókien jednordzeniowych do każdego rdzenia MCF i odwrotnie.

Światłowód wielo-rdzeniowy a światłowód jednomodowy-: kluczowe różnice

Zalety opisane powyżej stają się wyraźniejsze, gdy porównuje się bezpośrednio MCF z konwencjonalnym światłowodem jedno-modowym pod względem kluczowych parametrów:

Należy zauważyć, że MCF nie zastępuje światłowodu jednomodowego-we wszystkich scenariuszach. W przypadku wielu istniejących sieci dostępowych i metra, konwencjonalnieświatłowódpozostaje całkowicie wystarczający. MCF jest najbardziej przekonujący tam, gdzie głównym ograniczeniem jest gęstość pojemności - ilość danych na jednostkę przestrzeni fizycznej -.
 

Kluczowe scenariusze zastosowań światłowodów wielordzeniowych-

Zalety rozwiązania MCF - wykładniczego wzrostu pojemności, niskich strat, możliwości dostosowania do środowiska i obniżonych kosztów wdrożenia - sprawiają, że rozwiązanie MCF szczególnie dobrze-nadaje się do scenariuszy, w których spotyka się duża gęstość mocy i ograniczona przestrzeń fizyczna.

Podmorskie systemy kablowereprezentują najbardziej zaawansowany przypadek zastosowania komercyjnego, w którym szczególnie cenne są właściwości MCF związane z niskimi-stratami i możliwością adaptacji dna morskiego-. W 2023 r. firmy Google i NEC ogłosiły pierwsze komercyjne wdrożenie technologii MCF w systemie kabli podmorskich na Tajwanie-Filipinach-USA (TPU), wykorzystując dwu-włókno światłowodowe w celu podwojenia przepustowości na żyłę światłowodu (Blog Google w chmurze). Równolegle NEC i NTT zademonstrowały w marcu 2024 r. eksperyment dotyczący transmisji transoceanicznej-klasy 7280 km przy użyciu 12-rdzeniowego MCF, zaprezentowany na konferencji OFC 2024 (Komunikat prasowy NEC). Te kamienie milowe potwierdzają praktyczną wykonalność MCF w przypadku-transportów długodystansowych i-o dużej przepustowościpodwodny kabel światłowodowyaplikacje.

Połączenia między centrami danychto kolejna aplikacja o wysokim-priorytecie, w której wysoka integracja i-oszczędność miejsca, jakie zapewnia MCF, bezpośrednio rozwiązują-ograniczenia świata rzeczywistego. W miarę skalowania klastrów szkoleniowych AI i wzrostu ruchu-ze wschodu na zachód między szafami, operatorzy muszą dopasować większą przepustowość do istniejącej przestrzeni na przewody i tace. Ponieważ MCF zapewnia transmisję o większej gęstości w tej samej objętości światłowodu co tradycyjne światłowód jedno-modowy, może znacznie zmniejszyć przestrzeń i koszty rozmieszczenia sprzętu w środowiskach o ograniczonej przestrzeni-. Firma NTT opracowała technologie budowy i konserwacji specjalnie dla-czterech rdzeni MCF w połączeniach między-centrami danych (NTT, listopad 2024 r).

Sieci szkieletowe i naziemne-na długich dystansachreprezentują następną granicę. Gdy zapotrzebowanie na ruch zbliża się do pułapu przepustowości wdrożonego światłowodu jednomodowego, operatorzy będą potrzebować aktualizacji opartych na SDM-dlatransmisja szkieletowainfrastruktura. Zdolność MCF do zwiększania przepustowości bez układania dodatkowych rurociągów sprawia, że ​​jest to skuteczna ścieżka modernizacji istniejących korytarzy szkieletowych.
 

Aktualne wyzwania techniczne związane ze światłowodami wielordzeniowymi-

Pomimo wyraźnych korzyści w zakresie wydajności i kosztów, MCF nie stanowi jeszcze powszechnego spadku-w zastępstwie konwencjonalnego światłowodu. Aby zapewnić szersze zastosowanie, należy stawić czoła kilku wyzwaniom inżynieryjnym.

Przesłuchy między-rdzeniowymijest najbardziej podstawową kwestią projektową. Ponieważ wiele rdzeni ma ten sam płaszcz, światło może łączyć się między sąsiednimi rdzeniami, szczególnie na duże odległości. Projektanci światłowodów radzą sobie z tym poprzez rozstaw rdzeni,-profile współczynnika załamania wspomaganego rowkiem i zoptymalizowaną geometrię płaszcza. Jak zauważono powyżej, MCF firmy Hengtong osiąga przesłuch mniejszy lub równy -50 dB dzięki strukturze rdzenia z czystej krzemionki i konstrukcji o dużej powierzchni efektywnej - na poziomie wystarczającym do wielu praktycznych zastosowań. Jednakże utrzymanie tak niskiego poziomu przesłuchów w stałej skali i na dystansie tysięcy kilometrów pozostaje aktywnym obszarem badań w całej branży.

Urządzenia typu „wentyluj/rozwijaj”-(FIFO).są wymagane do połączenia MCF ze standardowym-sprzętem jednordzeniowym. Chociaż poczyniono znaczne postępy, dostępne są - urządzenia z tłumiennością wtrąceniową poniżej 1 dB na kanał i przesłuchem poniżej -40 dB, - osiągnięcie stałej, niedrogiej-kosztowej wydajności FIFO przy dużej liczbie rdzeni jest wciąż udoskonalane. Jest to kluczowy element zapewniający kompatybilność typu „plug-i-play”, dzięki której rozwiązanie MCF jest praktyczne w przypadku modernizacji sieci.

Łączenie i łączeniedodaj złożoność. W przeciwieństwie do światłowodu jedno-żyłowego, łączenie MCF wymaga precyzyjnego ustawienia obrotowego wszystkich rdzeni jednocześnie. Opracowano specjalistyczne spawarki termojądrowe, ale proces jest bardziej złożony niż w przypadku konwencjonalnychłączenie i testowanie włókien.

Wzmocnieniestanowi kolejne wyzwanie. Wielo-rdzeniowe-wzmacniacze światłowodowe domieszkowane erbem (MC-EDFA) muszą równomiernie wzmacniać wszystkie rdzenie, co jest bardziej złożone niż wzmacnianie pojedynczego rdzenia. Dostarczanie pomp i wyrównywanie wzmocnienia w rdzeniach to aktywne tematy badawcze.

Normalizacjajest w toku, lecz nie jest jeszcze ukończony. Grupa badawcza ITU-T Study Group 15 opublikowała dodatki techniczne na temat światłowodów SDM, w tym ITU-T G.Sup.87 (marzec 2025 r.), które opisują klasyfikację włókien SDM, metody testowania i rozważania dotyczące wdrażania. Jednak ujednolicone standardy dotyczące złączy MCF, kabli i procedur instalacyjnych są wciąż w fazie opracowywania.
 

Badania i rozwój MCF firmy Hengtong oraz perspektywy na przyszłość

Firma Hengtong Optoelectronics dokładnie uchwyciła trendy branżowe i z wyprzedzeniem opracowała plan badań i rozwoju MCF. Opierając się na głębokiej akumulacji technicznej firmy wmateriały światłowodowe i kablowew tej dziedzinie przezwyciężył podstawowe problemy techniczne, takie jak niskie straty i niski przesłuch, i pomyślnie osiągnął kluczowy przełom w dziedzinie czterordzeniowych włókien światłowodowych o ultra-niskich stratach-o dużej powierzchni efektywnej, kładąc solidny fundament pod industrializację MCF.

Patrząc w przyszłość, Hengtong planuje w dalszym ciągu skupiać się na technologii multipleksowania podziału przestrzeni 6G oraz badaniach i rozwoju materiałów o ultra-niskostratnych materiałach, dalszej optymalizacji wskaźników wydajności MCF, przełamywaniu technicznych wąskich gardeł związanych z większą liczbą rdzeni powyżej czterech i promowaniu modernizacji produktu w kierunku większej pojemności, niższych strat i szerszych możliwości adaptacyjnych. Celem firmy jest także wzmocnienie współpracy z globalnymi producentami sprzętu komunikacyjnego, dostawcami usług w chmurze i operatorami w celu promowania-zastosowania MCF na dużą skalę na całym świecie.

Oczekuje się, że rynek MCF znacząco wzrośnie w nadchodzących latach. Według badań rynkowych przeprowadzonych w ramach Market Growth Reports w 2025 r. globalny rynek MCF wyceniono na około 16,9 mln USD i przewiduje się, że przez następną dekadę będzie rósł ze złożoną roczną stopą wzrostu wynoszącą ponad 34%, napędzaną rosnącym popytem na-transmisję optyczną o dużej przepustowości w kablach podmorskich, centrach danych i sieciach nowej-generacji. Dzięki ciągłym inwestycjom w badania i rozwój oraz industrializację Hengtong pragnie wnieść kluczowy wkład w tę szybko rozwijającą się dziedzinę. Czytelnicy zainteresowani szerszymi możliwościami Hengtong mogą zapoznać się z możliwościami firmyasortyment produktów z zakresu kabli optycznychIprzypadki udanych projektów.

Często zadawane pytania dotyczące światłowodu wielo-rdzeniowego

Co to jest włókno wielo-wielordzeniowe?

Światłowód-wielordzeniowy to światłowód zawierający dwa lub więcej niezależnych rdzeni-przekazujących światło w jednej szklanej osłonie. Każdy rdzeń może przenosić oddzielny strumień danych, umożliwiając włóknu równoległe przesyłanie wielu sygnałów przy użyciu multipleksowania z podziałem przestrzeni (SDM). Umożliwia to transmisję-w jednym włóknie na poziomie Tb/s.

Czym MCF różni się od światłowodu wielomodowego?

To są różne koncepcje. Światłowód wielomodowy ma pojedynczy rdzeń o większej średnicy, który obsługuje wiele modów propagacji światła. Światłowód wielo-wielordzeniowy ma wiele oddzielnych rdzeni, z których każdy zazwyczaj działa w trybie pojedynczym-. MCF zwielokrotnia pojemność poprzez dodanie kanałów przestrzennych (rdzeniowych), natomiast światłowód wielomodowy wykorzystuje różne tryby światła w ramach jednego rdzenia. Szczegółowe porównanie typów włókien można znaleźć w tym artykuleprzewodnik po światłowodzie-jednomodowym i wielomodowym.

Czy światłowód-wielordzeniowy jest kompatybilny z istniejącymi sieciami optycznymi?

MCF może łączyć się z istniejącym sprzętem światłowodowym-jednomodowym za pośrednictwem urządzeń typu fan-in/fan-out (FIFO). MCF firmy Hengtong zaprojektowano tak, aby był kompatybilny z istniejącymi systemami komunikacji optycznej, redukując próg modernizacji sieci klienta. Jednak pełna integracja może również wymagać specjalistycznego sprzętu do łączenia i modyfikowanych systemów wzmacniających w zależności od konkretnej architektury sieci.

Gdzie MCF jest wdrażane komercyjnie?

Najbardziej godnym uwagi wdrożeniem komercyjnym jest system kabli podmorskich Google/NEC na Tajwanie-Filipiny-w USA, który wykorzystuje dwu-żyłowe MCF. Oczekuje się, że w przyszłości nastąpią połączenia między centrami danych i modernizacja sieci szkieletowej. Zdolność MCF do osiągnięcia transmisji o większej gęstości w tej samej objętości światłowodu czyni go szczególnie atrakcyjnym dla-ograniczonych przestrzennie centrów danych i środowisk łodzi podwodnych.

Jakie są główne bariery na drodze do powszechnego przyjęcia wielostronnych ramek finansowych?

Do głównych barier zalicza się złożoność i koszt spawania i łączenia, potrzeba stosowania specjalistycznych wzmacniaczy, niepełna standaryzacja oraz obecna wyższa cena komponentów MCF w porównaniu z konwencjonalnymi włóknami. Oczekuje się, że bariery te będą się zmniejszać w miarę umacniania się skali i standardów produkcji.

Ile rdzeni może mieć-wielordzeniowe włókno światłowodowe?

Naukowcy zademonstrowali włókna składające się z maksymalnie 19 rdzeni w standardowej średnicy płaszcza 125 µm, a istnieją projekty eksperymentalne z jeszcze większą liczbą rdzeni. Dostępne na rynku rozwiązania MCF zazwyczaj wykorzystują od dwóch do czterech rdzeni, a siedem-rdzeniowych i nowszych projektów jest w fazie aktywnego rozwoju. Obecny plan działania firmy Hengtong obejmuje przejście od czterech-projektów rdzeniowych w stronę jeszcze większej liczby rdzeni.