Kunskap

Smalare än de flesta förklaringar antyder. En fiber som bibehåller-polarisation (PM-fiber eller PMF) fryser inte vilket polarisationstillstånd du än matar in i den. Den bevarar enlinjär polarisering som har lanserats i linje med en av dess två egenaxlar- den långsamma axeln eller den snabba axeln. Få rätt lanseringsinriktning och utgångsläget förblir stabilt över böjning, hantering och temperatur. Missförstås det och fibern bär två komponenter som slår mot varandra, och utgångspolarisationen driver ungefär som den skulle göra i vanlig fiber.

Den begränsningen är exakt varför PM-fiber har blivit en diskussionspunkt inom co-packaged optics (CPO). I CPO-konstruktioner som placerar lasern utanför switchpaketet måste fibern mellan lasermodulen och kiselfotonikmotorn leverera ljus i ett känt, stabilt polarisationstillstånd - eftersom kopplarna och modulatorerna som väntar längst ut bara fungerar korrekt för en av dem.

Vad polarisation-upprätthåller fiber faktiskt

Ljus är en elektromagnetisk våg, och orienteringen av dess elektriska fält är dess polarisering. I en vanlig enkel-fiber färdas två ortogonala polarisationslägen med nästan samma utbredningskonstant. "Nästan" är problemet: kärnans ellipticitet från dragprocessen, restspänning, böjning, vridning, sidotryck och temperatur introducerar alla små, okontrollerade mängder dubbelbrytning. Ström läcker kontinuerligt mellan de två lägena, så utpolariseringen vandrar och beror på hur kabeln råkar dras den dagen. Samma mekanism, vid en annan tidsskala, är vad som dyker upp i långa-länkar somdispersion av polarisationsmod.

PM-fiber angriper problemet genom att göra dubbelbrytningen stor och avsiktlig istället för liten och slumpmässig. Två ortogonala axlar definieras genom design, med en brytningsindexskillnad typiskt inom området några gånger 10^-4för telekom-våglängd PM-fiber. Axeln med det högre indexet är den långsamma axeln; den andra är den snabba axeln. Eftersom de två lägena nu färdas med avsevärt olika fashastigheter, har externa störningar inte längre tillräckligt med fas-matchning för att effektivt överföra kraft mellan dem. Kopplingen är undertryckt, inte eliminerad.

Två konsekvenser följer, och båda har betydelse i praktiken:

• Fibern upprätthåller ett tillstånd endast om det tillståndet varlinjär och inriktad mot en egenaxel vid lanseringen. Mata in cirkulärt eller godtyckligt elliptiskt ljus och PM-fiber ger dig ingen fördel alls.
• Eftersom de två lägena ackumulerar fasskillnad, upprepas den relativa fasen över ett karakteristiskt avstånd som kallasslaglängd (L_B= λ/Δn), vilket är i storleksordningen några millimeter vid 1550 nm för typisk PANDA-fiber. Kort slaglängd betyder stark dubbelbrytning och bättre motstånd mot lägeskoppling.

Hur dubbelbrytningen är inbyggd

Det finns mer än ett sätt att skapa de två axlarna, och PANDA är en design bland flera snarare än ett kategorinamn:

• PANDA- två cirkulära bor-dopade spänningsstavar på vardera sidan av kärnan. Mycket använd, och designen de flesta bilder. Corning, som uppfann och patenterade PANDA-strukturen, erbjuder den över våglängder från ungefär 400 nm till 1550 nm.
• Fluga-- kilformade-spänningsområden, vilket i allmänhet ger högre dubbelbrytning till priset av processkomplexitet.
• Elliptisk spänningsbeklädnad- ett asymmetriskt spänningsskikt som omger kärnan.
• Elliptisk kärna- geometrisk snarare än stress-inducerad dubbelbrytning.
• Fotonisk kristall / mikrostrukturerad- dubbelbrytning från ett asymmetriskt luft-hålsgitter.

Spänningsbaserade-konstruktioner fungerar genom differentiell termisk kontraktion: de dopade områdena krymper mer än den omgivande kiseldioxiden när fibern svalnar efter dragning, och den resulterande anisotropa spänningen producerar indexskillnaden genom den fotoelastiska effekten.

Standard Single-Mode Fiber vs PM Fiber

Den praktiska skillnaden visar sig i monteringsarbetet snarare än i databladet. Att skarva PM-fiber innebär att rotera båda fibrerna så att deras spänningsområden ligger i linje innan ljusbågen avfyras, och en fusionssplicer utan axel-igenkänningsavbildning kan inte göra det på ett tillförlitligt sätt. Utöver de vanliga bidragsgivarna tillskarvförlust, PM-arbete lägger till en vinkelfelsterm som kostar polarisationsrenhet snarare än kraft. Lite bakgrund påstyr polarisationstillståndet i standarden-enkelmodsfiberär ett användbart sammanhang för varför de alternativa tillvägagångssätten är svårare att hålla stabila.

Varför externa-laser-CPO-designer använder PM Fiber

CPO flyttar den optiska motorn från frontpanelen till en position omedelbart bredvid omkopplaren ASIC, vilket förkortar den elektriska-höghastighetsbanan dramatiskt. NVIDIA har publicerat siffror på ungefär 22 dB elektrisk förlust för en konventionell pluggbar väg vid 200 Gb/s per kanal jämfört med cirka 4 dB när fibern ansluts direkt till en-sampaketerad motor, med en motsvarande minskning av effekt per-port.

Den flyttningen skapar ett laserproblem. Lasrar är det minst pålitliga elementet i en optisk länk och de mest temperaturkänsliga-, och att gräva ner dem i ett paket bredvid en ASIC-brytare som försvinner hundratals watt är inte attraktivt. Alternativet är att placera lasern i en frontpanel-modul - den coolaste, mest användbara delen av chassit - och rörljus inåt. OIF standardiserade detta som External Laser Small Form-Factor Pluggable (ELSFP), en frontpanel-pluggbar formfaktor som levererar optisk ström till en eller flera optiska motorer genom en blind-mate multi-fiberkontakt på baksidan av modulen.

Här är poängen med den ursprungliga inramningen: vad som färdas ner för fibern ärkontinuerligt-vågljus, inte en modulerad signal, och dess närvaro betyder inte att systemet använder koherent modulering. NVIDIAs kiselfotonikmotorer använder mikro-ringmodulatorer som körs direkt-upptäcker 200 Gb/s PAM4 per våglängd - en helt annan regim änsammanhängande optik, där lokal-oscillatorfas- och polarisationsspårning är inneboende för mottagaren.

Den verkliga anledningen är nedströms polarisationskänslighet i den fotoniska integrerade kretsen:

• Gallerkopplingar, gynnade för sitt kompakta fotavtryck och testbarhet på wafer-nivå, är starkt polarisationsselektiva-. En enkel -polarisationsgitterkopplare är designad för ett ingångstillstånd och avvisar det ortogonala.
• Kiselvågledarehar starkt asymmetriska- tvärsnitt, så TE- och TM-lägen ser olika effektiva index och olika förluster.
• Mikro-ring och Mach-Zehnder-modulatorerär designade och partiska för en polarisering. Effekt som kommer i fel tillstånd modulerar inte korrekt; det blir förlust och, i vissa geometrier, överhörning.

Så polarisationsdrift i lasermatningen "gör inte informationen värdelös". Den producerar en långsamt varierande optisk effektstraff vid kopplaren, försämrad moduleringseffektivitet, minskad optisk moduleringsamplitud och marginalförlust som en länkbudget måste absorbera - vilket, med hundratals länkar per switch, är exakt den typ av variabilitetssystemdesigners vägrar att acceptera. PM fiber tar bort variabeln.

Där PM Fiber sitter i ett CPO-system

Inte varje fiber i en CPO-switch är PM-fiber. Den typiska externa-laservägen körs:

1. Extern lasermodul (ELSFP eller motsvarande) på frontpanelen, genererar CW-ljus
2. PM-fibersele eller PM-band som bär ljuset inåt, med axelorientering bevarad genom varje kontakt
3. PM-kontakt eller PM-sektion av enfiber array unit (FAU), anpassa varje fiberkärna och dess axel till motsvarande vågledare på den fotoniska integrerade kretsen
4. Kiselfotonikmotor, där CW-ljuset moduleras
5. Modulerad utgång lämnar påstandard enkel-mode fiber, genom FAU och ut till frontpanelens kontakter

Cornings publicerade CPO-material beskriver exakt detta arrangemang: FAU-enheter som innehåller blandade enkel-mode och polarisations--upprätthållande fibrer, med pluggbara laserkällmoduler på frontplattan anslutna till PIC:erna med PM-fibrer. Företaget noterar också varför dessa sammansättningar är svåra - höga fiberantal, blandade SM/PM-populationer, mikro-optisk integration och mycket snäva inriktningstoleranser, allt i en komponent. Någon som angerkiselfotonik fiberkablarhar att göra med två olika fibertyper med två olika jobb i samma sele.

Ett ofta upprepat påstående är värt att korrigera. Cornings CPO FlexConnect-fiber, som lanserades vid OFC 2025, beskrivs av Corning som enkel-läge och böj-fjädrande, optimerad för korta CPO-körningar inom--boxen. Det beskrivs inte som en PM-fiber, och det beskrivs inte som en produkt utvecklad specifikt för en kund. Corning har en CPO-ekosystemrelation med NVIDIA, och Corning levererar PANDA PM-fiber - men det är tre separata fakta och att kombinera dem till ett producerar ett påstående som ingen av dem stöder.

Krävs PM-fiber i varje CPO-arkitektur?

Nej. OIF-sam-förpackningsarbetet skiljer mellan optiska motorer med integrerade lasrar och design som förlitar sig på en extern ljuskälla. Där lasern är bunden eller vänd-på den fotoniska formen, finns det ingen extern lasermatning och därför ingen PM-kabel - fixeras polarisationen av-chipsgeometrin. PM-fiber blir nödvändigt speciellt när ljus måste färdas en bit, genom kontakter, innan det når en polarisationskänslig -kopplare.

Båda metoderna är under utveckling inom branschen. Att behandla PM-fiber som ett absolut krav för CPO överdriver fallet; behandla det som ett krav påextern-laserCPO är korrekt.

Specifikationer som avgör om en PM-fiber passar CPO

"PM-fiber" är inte en enda produkt. En fiber av gyroskop-kvalitet och en fiber av CPO-kvalitet kan båda använda en PANDA-struktur och fortfarande vara olämpliga substitut för varandra. Parametrarna som skiljer dem åt:

• Driftsvåglängd- PM-fiber är optimerad per band (850, 980, 1310, 1550 nm och andra); att använda den långt från dess designvåglängd försämrar både dämpnings- och polarisationsprestanda.
• Polarisationsutsläckningsförhållande (PER)- förhållandet mellan effekt i den avsedda axeln och effekt i den ortogonala, i dB. Detta är ett monterings-nivånummer: fiber, skarvar, kopplingar och montering bidrar alla.
• h-parameter- polarisationsöverhörning per längdenhet, fiberns inneboende värde, oberoende av monteringskvalitet.
• Beatlängd- kortare är bättre för att motstå störningar.
• Axelinriktningstolerans- det dominerande felet i praktiken. Kraft kopplad till fel axelskalor som synd²θ, så PER från enbart felinställning är ungefär −20 log₁₀(tan θ): ca 35 dB vid 1 grad, ca 26 dB vid 3 grader, ca 21 dB vid 5 grader. Detta förhållande är anledningen till att kopplingsnyckelorientering och skarvaxeligenkänning inte är valfria.
• Beklädnad och beläggningsdiameter- inside-the-box CPO-selar använder ofta reducerad-beläggningsfiber för att nå den densitet som krävs.
• Minsta böjradie- routing inuti ett switchchassi är tätt, och böj-inducerad stress påverkar PER såväl som förlust.
• Temperaturstabilitet- stress-baserad dubbelbrytning är temperaturberoende-, och ett switchpaket är en varm, termiskt cyklisk miljö.
• Arraydelning och FAU-kopplingstolerans- för fiberuppsättningar istället för diskreta fibrer.

Den praktiska takeaway för alla som jämför offerter över enoptisk fiberportfölj: fråga vilka av dessa som anges och med vilken säkerhet, och om siffran hänvisar till bar fiber, en pigtail, ett band eller en helt ansluten enhet. Dessa fyra saker har väldigt olika priser och väldigt olika prestanda.

PM Fiber före CPO

Berättelsen där PM-fiber var ett-endast militärt material tills AI upptäckte det är för snyggt. Fiberoptiska gyroskop är en lång- och viktig applikation - de är beroende av polarisationsstabilitet för att lösa rotation via Sagnac-effekten - men tillverkarkataloger har listat telekom-, laser- och avkänningsapplikationer i årtionden. PM-fiber har använts i fiberlasrar och förstärkares pigtails, i polarisationskänsliga-modulatorer, i koherenta transceiverkomponenter som avstämbara lasrar och integrerade koherenta mottagare, i fiberoptiska ström- och hydrofonsensorer och i kvant- och laboratorieoptik.

Vad CPO förändrat är volym och produktform, inte fysik. Efterfrågan skiftade från korta diskreta pigtails till hög-antal, exakt orienterade selar och arrayer producerade i data-centerskala, vilket är en tillverkningsutmaning snarare än en materialupptäckt.

Vad är bekräftat och vad som inte är det

Bekräftat från primära källor:

• OIF har publicerat ett ELSFP-implementeringsavtal som definierar en extern-frontpanel pluggbar extern laserkälla formfaktor för sam-paketerade optiska system, tillsammans med ett 3,2 Tb/s sam-paketerat modul IA och ett sam-paketeringsramdokument.
• NVIDIA har tillkännagivit Quantum-X InfiniBand Photonics och Spectrum{1}}X Ethernet Photonics CPO-switchar, med kommersiell tillgänglighet angiven för 2026, med hänvisning till ungefär 3,5x energieffektivitet och 10x elasticitetsförbättringar.
• Corning har offentligt beskrivit CPO FAU-enheter som innehåller blandade SM- och PM-fiber, med frontpanellasermoduler anslutna till PIC:er med PM-fiber.

Kan inte verifieras från offentliga primära källor och hävdas därför inte här:de ofta cirkulerade siffrorna för andelen av den globala konsumtionen av PM-fiber som går till försvarsgyroskop, per-meterpriser för gyroskop-kvalitet kontra CPO-kvalitets PM-fiber, och påståenden att specifika PM FAU-leverantörer har sålt slut kapacitet för följande år. Dessa visas i försörjnings-kommentarer utan namngivna rapporter, datum, regioner eller en angiven bas - bar fiberlängd, intäkter eller sammansatta komponenter. En PM-enhet av CPO-kvalitet kräver en stor premie över råvarufiber i enkel-mode, men premien reflekterar axel-orienterad montering, koppling och utbyte, inte bara glaset, och en enstaka siffra per-meter är inte ett meningsfullt sätt att uttrycka det.

Om du behöver dessa siffror för ett affärscase, hämta dem från en namngiven marknadsrapport eller en leverantörsoffert med specifikationen, kvantiteten och produktformuläret bifogat. Allt annat är ett rykte med en decimalkomma.

Sammanfattning

• PM-fiber bevarar en linjär polarisation inriktad mot en egenaxel; det stabiliserar inte godtyckliga tillstånd.
• Det fungerar genom att göra dubbelbrytningen stor och kontrollerad, undertrycka snarare än att eliminera kopplingen mellan de två polarisationslägena.
• PANDA är den vanligaste designen, inte den enda.
• Extern-laser-CPO använder PM-fiber eftersom kiselfotoniska gitterkopplare och modulatorer är polarisationskänsliga-, inte för att systemen är koherenta - nuvarande NVIDIA-motorer använder direkt-detektion av PAM4.
• PM-fiber bär CW-ljus inkommande; modulerade datamängder på vanlig enkel-modfiber. Båda bor i samma FAU-sele.
• PER, slaglängd, axelinriktningstolerans, våglängd och temperaturstabilitet avgör om en given PM-fiber är lämplig för CPO. Enbart struktur gör det inte.
• Cirkulerande pris- och marknadsandelssiffror för PM-fiber saknar spårbara källor och bör inte användas i ett affärscase utan en sådan.