Одномодовое и многомодовое оптоволокно: Одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель: отличия и правила выбора

Содержание

Разница между одномодовыми и многомодовыми оптическими волокнами

Дата публикации: .

Удивить кого-то в наше время оптоволокном у себя в доме, на работе или даже в квартире не так уж легко. Технологии передачи данных через волоконно-оптическую линию связи распространяется с огромной скоростью. Постоянно ведется монтаж, как и новых оптических кабелей, так и модернизация по замене существующих медных кабелей (устаревшая технология DSL), на оптические.

Часто приходится слышать вопросы на тему оптоволоконных линий связи. В этой статье хочу ответить на один из часто задаваемых вопросов о разнице между одномодовыми и многомодовыми оптическими кабелями простыми словами, понятными конечному пользователю.

Так что же такое мода и с чем ее едят? Модами называются типы электромагнитных колебаний, которые распространяются в оптоволокне. Каждая мода имеют свою фазовую и групповую скорость.

Под групповой скоростью понимается скорость переноса энергии, а под фазовой скоростью – скорость перемещения фазы волны. Если будем брать пример обычных электромагнитных волн, то там и фазовая и групповая скорости равны скорости света, в оптоволоконном же кабеле скорости разнятся и зависят от частоты колебаний волн, от диаметра волокна, от материалов из которых произведен кабель. Именно из-за этих совокупностей свойств кабеля возникает рассеивание (модовая дисперсия).

Исходя из определения моды, многомодовое (MultiMode MM) оптоволокно позволяет подавать несколько световых сигналов. Одномодовое (SingleMode MM)- позволяет пропустить через себя лишь один сигнал.

Казалось бы многомодовое волокно имеет преимущество перед одномодовым, но это только на первый взгляд. У многомода есть важный недостаток высокая модовая дисперсия.

Диаметр сердечника волокна многомодового кабеля составляет 50 мкм и более. Такая ширина как раз и позволяет подавать несколько мод в одно волокно, но так же и увеличивает вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника, что и вызывает затухание сигнала. Соответственно для подачи сигнала на дальние расстояния использование подобного кабеля возможно, только если увеличивать количество ретрансляторов, что значительно удорожает проект. Скорость передачи данных составляет 2,5 Гб/с

У одномодового кабеля, диаметр сердечника составляет 10 мкм и меньше. В волокне с таким диаметром вероятность дисперсии значительно снижается, что позволяет передавать данные на большие расстояния. Одномодовое оптоволокно позволяет передавать данные со скоростью 10 Гб/с. Но в то же время одномодовый кабель и коммутирующее оборудование к нему дороже. Так же сварные стыки у одномода более чувствительны к качеству сварки.

Где и какое волокно лучше применять? Чаще всего многомодовое оптоволокно используется для организации ЛВС (локально-вычислительной сети) и СКС (структурированной кабельной сети) небольших размеров в рамках одного здания или прилегающих строений (около 500 метров). Волоконно-оптические линии связи с одномодовыми волокнами используют для подключения удаленных зданий, например для организации системы видеонаблюдения в рамках района, города или даже магистрали (1000м и более).

Одномодовое и многомодовое оптическое волокно – в чем разница – ErgoZoom

Такой материал, как оптоволокно, уже давно перестал быть диковинкой. Его можно встретить и в офисе, и в квартире. Современные сетевые технологии посредством волоконно-оптических линий обеспечивают стабильно высокие показатели скорости передачи данных. Этот факт и стал причиной того, что сейчас постоянно ведутся работы как по монтажу новых оптических кабелей, так и по замене ими кабелей медных (технология DSL считается морально устаревшей).

В этой статье мы подробно рассмотрим особенности оптоволоконных линий и обсудим разницу между одно- и многомодовыми оптическими кабелями.

Понятие «мода»

 

Под модами понимают типы электромагнитных колебаний, которые распространяются внутри оптоволокна. Для каждой моды характерны свои показатели скорости:

  • Фазовая – скорость перемещения самой фазы волны.
  • Групповая – скорость переноса энергии.

Если рассматривать скорости в оптоволоконном кабеле в сравнении с электромагнитными волнами, где групповая и фазовые скорости равны скорости света, то следует отметить, что эти скорости разнятся и зависят от таких факторов:

  • Частота волновых колебаний.
  • Диаметр оптоволокна.
  • Материал кабеля.

Следовательно, именно эти свойства кабеля являются определяющими при формировании модовой дисперсии (рассеивания).

 

Виды оптических волокон

 

Основываясь на определении моды, оптоволокно делят на такие виды:

  • SingleMode MM – одномодовое, которое пропускает лишь 1 сигнал.
  • MultiMode MM – многомодовое, которое дает возможность подавать сразу несколько сигналов.

Сравнивая эти два вида, можно сказать, что многомодовое оптоволокно имеет ощутимый недостаток – высокий показатель  модовой дисперсии. В таком кабеле скорость передачи данных – 2,5 Гб/с, а диаметр сердечника более 50мкм. Именно такие размеры делают возможной подачу нескольких мод в одно волокно. Однако при этом возрастает вероятность фактора затухания сигнала за счет отражения света от сердечника (внешней поверхности). Следовательно, применение подобного кабеля для качественной передачи данных на дальние расстояния возможно лишь при увеличении количества ретрансляторов, что значительно удорожает весь проект.

В одномодовом кабеле диаметр сердечника не превышает 10 мкм. Здесь вероятность дисперсии существенно меньше, а это делает возможным передачу сигнала со скоростью 10 Гб/с на очень большие расстояния.  Однако кабель одномодовый и коммутирующее оборудование для его обустройства стоят дороже и требуют проведения особо качественной сварки (в местах сварных стыков).

 

Области применения оптоволокна разных типов

 

Учитывая специфику и особенности каждого из типов оптоволокна, целесообразным считается такое их применение:

  • Волоконно-оптические линии связи с одномодовыми волокнами используют с целью подключения удаленных объектов.
    К примеру, для обустройства видеонаблюдения на расстоянии 1 км и более (в пределах города, района или магистрали).
  • Линии с многомодовыми волокнами применяются для обустройства локально-вычислительных сетей (ЛВС), а также СКС (структурированных кабельных сетей) малого размера (до 0,5 км), которые располагаются в рамках здания и прилегающих к нему объектов.

Разница между Одномодовым и Многомодовым оптоволокном

Основное отличие Одномодового и Многомодового оптического волокна состоит в том, что в Одномодовом оптическом волокне луч света распространяется только по одному пути

, тогда как в Многомодовом оптическом волокне через волновод одновременно распространяются несколько световых лучей. Другим важным отличием Одномодового и Многомодового оптического волокна является то, что Одномодовое волокно имеет меньший диаметр сердцевины световода по сравнению с Многомодовым волокном.

Оптоволокно позволило передавать данные по всему миру за считанные секунды. По сравнению с медным кабелем информация по оптоволокну передается быстрее при меньшем количестве ошибок. Одномодовое и Многомодовое волокно – это два основных типа волоконно-оптического кабеля. В этом обзоре рассматриваются различия одномодового и многомодового оптического волокна.

Содержание
  1. Обзор и основные отличия
  2. Что такое Одномодовое оптоволокно
  3. Что такое Многомодовое оптоволокно
  4. В чем разница между Одномодовым и Многомодовым оптоволокном
  5. Заключение
Что такое Одномодовое оптоволокно

Одномодовое оптическое волокно – это тип оптического волокна, которое позволяет распространять только один луч света вдоль волокна. В этом типе оптического волокна диаметр сердцевины световода по отношению к диаметру оболочки составляет от 9/125 микрометров. Диаметр сердечника очень мал, благодаря чему через него проходит только один луч света, (одна мода). Оптическое волокно состоит из трех основных частей, а именно – сердцевина, оболочка и покрытие (буфер).

 Типичное одномодовое оптическое волокно показано ниже:

Одномодовое волокно – строение

Сердцевина, которая является центральной частью, состоит только из одного волокна. Излучаемый свет от источника проходит через этот конкретный участок. Маленький диаметр сердечника требует острого сфокусированного светового луча в качестве источника. Таким образом, используется лазер в качестве оптического источника.

Благодаря пропусканию только одного светового луча, одномодовое оптическое волокно обладает минимальным искажением сигнала. Таким образом, модальная дисперсия не замечена, что поддерживает передачу сигнала на большие расстояния со значительно повышенной скоростью передачи. Это в результате обеспечивает большую полосу пропускания, что служит преимуществом одномодового оптического волокна.

Другим аспектом одномодового оптического волокна является то, что его небольшой размер сердечника делает его производство несколько затруднительной. Наряду с этим, проецирование света в сердцевину, ​​также становится сложной задачей.  Все преимущества, связанные с одномодовым оптическим волокном, делают их использование более распространённым с развитием оптических технологий.

Что такое Многомодовое оптоволокно

Другим типом оптического волокна является многомодовое оптическое волокно. В многомодовом оптическом волокне несколько световых лучей (моды) распространяются через волокно одновременно, но каждый отражается под определенным углом, отличным от другого во время передачи.

Диаметр сердечника и оболочки в случае многомодового оптического волокна составляет от 50-62,5 и 125 микрометров соответственно. На рисунке ниже показано базовое многомодовое оптическое волокно.

Многомодовое волокно – строение

Здесь диаметр сердечника достаточно большой, что позволяет проходить через него нескольким световым лучам, поэтому в качестве оптического источника используется светодиод. Поскольку несколько мод распространяются через один сердечник, таким образом, существует больше возможностей вмешательства различных мод. Из-за этого в многомодовых волокнах происходит интермодальная дисперсия.

В настоящее время для передачи сигнала на небольшие расстояния используется Многомодовое оптоволокно с градиентным коэффициентом преломления, т.к. у него дисперсия намного меньше чем у волокна со ступенчатым коэффициентом преломления.

Поскольку передача на большие расстояния может увеличить вероятность рассеивания в многомодовом волокне, этот тип оптического волокна обычно используются в приложениях, связанных с передачей на небольшие расстояния. Многомодовое волокно является более дорогим оптическим волокном по сравнению с одномодовым, но передающее оборудование, для многомодового волокна, стоит дешевле. Всякий раз, когда возникает необходимость в прокладке оптического волокна внутри здания, многомодовые волокна являются наилучшим выбором благодаря их надежности.

В чем разница между Одномодовым и Многомодовым оптоволокном
  • Одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердечника примерно от 8 до 10 микрометров, тогда как в многомодовом оптическом волокне диаметр сердечника составляет примерно от 50 до 62,5 микрометров;
  • Одномодовое волокно обычно использует лазер в качестве своего оптического источника, поскольку ему нужен источник света с узкой спектральной шириной. В отличие от этого, когда мы рассматриваем многомодовое оптическое волокно, оно эффективно работает со светодиодом, так как из-за большого диаметра сердечника оно не требует сфокусированный луч;
  • Поскольку размеры одномодовых оптических волокон малы, то их обработка и соединение довольно сложны по сравнению с многомодовыми оптическими волокнами;
  • Распространение только одного светового луча приводит к меньшему затуханию в одномодовом оптическом волокне. Однако из-за многократных отражений световых лучей затухание больше в многомодовом оптическом волокне;
  • Поскольку в одномодовом оптическом волокне меньшее количество потерь, оно может передавать сигнал на большее расстояние по сравнению с многомодовым оптическим волокном. Расстояние передачи одномодовых волокон почти в 50 раз больше по сравнению с многомодовыми волокнами;
  • Одномодовые оптические волокна дешевле по сравнению с многомодовыми оптическими волокнами, но оборудование, для одномодовых оптических волокон является более дорогим по сравнению с оборудованием для многомодовых оптических волокон, что делает использование одномодовых оптических волокон более затратным;
  • Полоса пропускания у одномодового оптического волокна более высокая и составляет около 400 МГц/км, тогда как многомодовое волокно имеет более низкую полосу пропускания, находящаяся в диапазоне 50–60 МГц/км.
Заключение

Как одномодовые, так и многомодовые волокна имеют свои уникальные свойства. Таким образом, их использование зависит от потребностей системы. Главное отличие Одномодового от Многомодового оптического волокна состоит в диаметре световодной жилы, которая в одномодовом оптическом волокне составляет 8-10 мкм, а в многомодовом волокне составляет 50-62,5 мкм. Следует отметить, что длина волны передачи одномодового волокна составляет от 1260 до 1640 нм, а длина волны передачи многомодового волокна – от 850 до 1300 нм.

В чем разница между одномодовым и многомодовым волокном? — Новости

В чем разница между одномодовым и многомодовым волокном?Jun 03, 2019

В чем разница между одномодовым и многомодовым волокном?

В центре обработки данных обычно используется одномодовый и многомодовый оптоволоконный кабель. Однако в чем разница между одномодовым и многомодовым волокном? Сегодня эта статья будет иметь введение для нас.

Краткое введение в одномодовом и многомодовом волокне

Одномодовое оптоволокно используется только с одним каналом передачи, обычно используется при передаче на большие расстояния. В то время как многомодовое оптическое волокно имеет несколько волоконно-оптических каналов передачи, применяется при передаче на короткие расстояния. За исключением этого, разница между одномодовым и многомодовым волокном также показана в этих аспектах.

Одномодовое VS многомодовое волокно

Пропускная способность: из-за различий в типе канала они различаются по пропускной способности. Полоса пропускания одномодового и многомодового оптоволокна составляет, соответственно, 2000 МГц / км и 50 МГц ~ 500 МГц / км.

Длина волны: Волоконно-оптическая длина волны включает в себя 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. 850 млн. Обычно для многомодового оптоволокна; 1550 нм обычно для одномодового оптоволоконного соединения; В то время как 1310мн как для одномодового, так и для многомодового оптоволокна. В некоторой степени затухание в 850 млн. Относительно больше, но экономично для соединения 2 ~ 3MILE (1MILE = 1604 м).

Расстояние передачи: многомодовое волокно обычно используется в сети с относительно более низкой скоростью передачи и относительно более коротким расстоянием передачи, например, в локальной сети. Такой тип сети обычно имеет эти характеристики, например, с несколькими узлами, полилинкерами, обходными путями, большим потреблением соединителей и ответвителей, а также с несколькими источниками оптического света на каждую длину волокна. Использование многомодового волокна выгодно для экономии стоимости сети. В то время как одномодовое оптическое волокно обычно применяется в сети с большим расстоянием и относительно более низкой скоростью передачи, такой как передача по магистральной линии на большие расстояния и конструкция MAN.

Диаметр: диаметр одномодового волокна короткий, около 10 мм. Он доступен только для передачи в одном режиме с малой дисперсией, работает на длине волны 1310 нм и 1550 нм и относительно трудно соединяется с оптическими компонентами. В то время как диаметр многомодового оптического волокна длинный, около 62,5 мм или 50 м. Он доступен для передачи сотен режимов, с большой дисперсией, работает на длине волны 850 нм или 1310 нм, относительно легко соединяется с оптическими компонентами.

Заключение

Однако для оптического трансивера, если говорить серьезно, нет различия в режиме, будь то одномодовый или многомодовый. Так называемый одномодовый и многомодовый модуль оптического приемопередатчика означает, что оптические компоненты, принятые в конце оптики, соответствуют некоторому виду волокна для достижения наилучшего эффекта передачи.

Прежде всего, речь идет о разнице между одномодовым и многомодовым волокном. Если вы хотите узнать больше других деталей, пожалуйста, свяжитесь с нами!

Сравнение оптоволоконных и медных кабелей

С увеличением скоростей интерфейсов чаще используются оптоволоконные кабели. На скоростях свыше 10Gb/s медные кабели и соединения показывают слишком большое затухание сигнала даже на коротких расстояниях, например в пределах одного шкафа.

Одномодовое и многомодовое волокно

Оптические волокна могут быть одномодовыми или многомодовыми. Одномодовое волокно обычно имеет сердцевину диаметром порядка 9 микрон, меньшие дисперсионные искажения, чем мультимодовое и может передавать данные на расстояние 80-100 километров или более, в зависимости от скорости передачи, трансиверов и размеров буферов коммутаторов.

Мультимодовое волокно имеет сердцевину диаметром 50 или 62.5 микрон и поддерживает дистанции до 600 метров. Дистанция также зависит от скорости передачи и используемых трансиверов.

В расчете на один метр, одномодовые и мультимодовые кабели стоят примерно одинаково. Однако, некоторые другие компоненты, требуемые для передачи по одномодовым кабелям стоят дороже, чем их мультимодовые аналоги.

Срок жизни оптических кабелей составляет 15-20 лет, поэтому при планировании сети нужно выбирать кабели, которые бы поддерживали устаревшие, актуальные и будущие скорости передачи данных. Следует также помнить, что прокладка новых кабелей может быть трудоемкой, особенно при монтаже в уже существующих сетях.

Существуют следующие обозначения оптоволоконных кабелей:

Мультимодовые: OM1, OM2, OM3, OM4.
Одномодовые: OS1 — для внутренней прокладки, OS2 — для внешней.

OM3 и OM4 — это новые мультимодовые кабели, которые поддерживают приложения 10GbE. Это единственные мультимодовые кабели, включенные в стандарт IEEE 802.3ba 40G/100G Ethernet, ратифицированный в июне 2010 года. Скорости в 40G и 100G достигаются путем соединения нескольких параллельно работающих каналов вместе. В стандарте определены расстояния в 100 метров для OM3 и в 150 метров для OM4 для 40GbE и 100GbE. Это только приблизительные оценки — настоящие устройства, поддерживающие 40GbE и 100GbE могут работать на меньших расстояниях. Кабель OM4 может работать в сетях 32GFC на расстояниях до 100 метров.

Кабели OM2, OM3, и OM4 (50 микрон), а также OS1 (9 микрон) обладают очень небольшим радиусом изгиба, при котором начинаются потери сигнала. Для обозначения этой особенности кабелей OM2, OM3 и OM4 используется термин BOMMF (Bend-optimized multi-mode fiber).

Одномодовые кабели OS1 и OS2 используются для передачи на дистанции до 10 000 м со стандартными трансиверами и могут использоваться для передачи на еще большие расстояния с использованием специальных трансиверов и коммутационной инфраструктуры.

Требования к качеству кабеля

Рабочий комитет по телекоммуникационным кабельным системам (TR-42) Ассоциации телекоммуникационной индустрии США (TIA) в 2012 году одобрил публикацию нового стандарта телекоммуникационной инфраструктуры для центров обработки данных TIA-942-A. Изменения были внесены для соответствия спецификации современным пропускным способностям и нормам энергоэффективности, а также согласованием с актуальными международными стандартами.

Самые важные изменения, касающиеся магистральных и горизонтальных соединений:

  • Минимальное требование к медному кабелю — кабель категории 6. Для сетей Ethernet рекомендуется кабель категории 6a.
  • Минимальное требование к оптоволоконному кабелю — OM3, рекомендуется использовать кабели категории OM4.
  • Стандартный разъем для SFP-модулей — LC.

Стандарты, использующие оптоволоконные кабели 10 GbE

10 GBASE-SR — наиболее распространенный стандарт, использующий SFP+ с оптическим трансивером на скорости 10Gb. Считается кабелем «ближнего действия».

10 GBASE-LR — кабели «дальнего действия», используются кабели с одномодовым волокном.

Различие кабелей для внутренней и внешней прокладки

Кабели для внешней прокладки имеют дополнительную защиту от влаги и ультрафиолета. Существуют также универсальные кабели, сочетающие в себе защиту от влаги, ультрафиолета и огня для прокладки кабелей внутри и снаружи здания без дополнительных разрывов кабеля.

Характеристики оптоволоконного кабеля

Кабель Мультимодовость Диаметр сердцевины Длина волны Коэффициент широкополосности Стандартный цвет оболочки кабеля
OM1 многомодовый 62. 5 микрон 850нм, 1300нм 200 MHz Оранжевый
OM2 многомодовый 50 микрон 850нм, 1300нм 500 MHz Оранжевый
OM3 многомодовый 50 микрон 850нм, 1300нм 2000 MHz Цвет морской волны
OM4 многомодовый 50 микрон 850нм, 1300нм 4700 MHz Цвет морской волны
OS1 одномодовый 9 микрон 1310нм, 1550нм нет Желтый

Максимальная дистанция для передачи данных

Скорость OM1 OM2 OM3 OM4
1 Gbps 300м 500м 860м ///
2 Gbps 150м 300м 500м ///
4 Gbps 70м 150м 380м 400м
8 Gbps 21м 50м 150м 190м
10 Gbps 33м 82м до 300м до 400м
16 Gbps 15м 35м 100м 125м

Расстояния в настоящих конфигурациях обычно меньше, чем приведенные в таблице. Значения расстояний приводятся для мультимодовых кабелей с длиной волны 850 нм. Кабели с длиной волны 1300 нм поддерживают большие расстояния.

Активные и пассивные патч-корды

Пассивные патч-корды подходят для большинства интерфейсов. Но с увеличением скорости передачи данных пассивные патч-корды не обеспечивают передачи на достаточное расстояние и занимают слишком много места. Поэтому для высокоскоростных соединений, таких как 6Gbps SAS начинают использоваться активные патч-корды с медными кабелями. Активные патч-корды включают в себя компоненты для усиления сигнала и уменьшения шума. При этом можно использовать меньшие по размеру кабели, но увеличивать дистанцию передачи. Активные медные патч-корды дешевле и потребляют меньше электроэнергии, чем аналогичные с оптоволоконными кабелями.

Стандарты Ethernet, использующие медные кабели

1000BASE-T обычно используется в сетях 1Gb Ethernet и 1Gb iSCSI. Это витая пара с коннектором RJ-45. Для соединений используются кабели категорий Cat5e и Cat6.

10GBASE-T поддерживает траффик сетей 10Gb Ethernet и 10Gb iSCSI. Используется такой же кабель, как и в 1000BASE-T, только категории Cat6a. Максимальная длина кабеля — 100 метров. Кабели категории 6 также могут работать в сетях 10GBASE-T на расстоянии до 55 метров, но требуют предварительного тестирования.

10GBASE-CR — патч-корд Twinaxial кабеля или «Twinax» (также известный как DAC — Direct Attach Copper), самый популярный тип кабеля для сетей 10GbE, обжатый SFP+ трансиверами. Возможно использовать кабели длиной 1м, 3м, 5м, 7м, 8.5м и более. Самые распространенные — 3м и 5м.

10GBASE-CX4 — редко используемый стандарт. Данный тип кабеля и коннектор раньше активно использовались в технологии InfiniBand SDR / DDR.

Выбор типа оптоволокна — одномодовое или многомодовое оптическое волокно

В названии типа волокна ест корень «модовое» и это не случайно. Чтобы понять, что такое «мода», вспомним принцип работы оптического волокна. Сейчас мы не будем рассматривать множество защитных слоев, а рассмотрим только среду передачи. Оптическое волокно состоит из двух частей с различными коэффициентами преломления – сердцевины (б) и оболочки (а) . При nс > nо существует такой угол падения, при котором луч, проходящий через сердцевину волокна испытывает полное отражение от границы раздела с оболочкой. При размерах сердцевины, значительно больших, чем длина волны луча, возможно множество траекторий (мод), а при диаметре сердцевины близких к длине волны – только одна.

При передаче светового импульса через многомодовое оптическое волокно луч проходит по нескольким путям различной длины. Поэтому на приемной стороне импульс «расплывается», и при попытке отправки пакета сигналов на слишком большое расстояние приемная аппаратура может просто не различить один сигнал от другого. Этот эффект называется «расширением задержки» (delay spread), и именно он в наибольшей степени ограничивает дальность и полосу пропускания для многомодовых систем. Этот эффект называется межмодовой дисперсией. При использовании одномодовых волокон, луч движется по одной единственной траектории, поэтому в них этот эффект отсутствует, и дальность связи ограничивается только затуханием сигнала и возможностями протокола связи.

В связи с указанными особенностями, существуют рекомендации по применению различных типов волокон в зависимости от длины сегмента и используемого приложения. Например, для Gigabit Ethernet, при длине сегмента до 550 м можно использовать многомодовый кабель, а до 2 км и выше – одномодовый. Для 10 Gigabit Ethernet 10GBase_SR/SW при длине сегмента до 300 м можно использовать многомодовый кабель категории ОМ3, свыше 300 метров – одномодовый кабель.

Другая сторона выбора между одномодовыми и многомодовыми волокнами – стоимость портов активного оборудования. Несмотря на то, что стоимость одномодовых кабелей несколько ниже, передатчики для одномодового волокна значительно дороже (приемники в обоих случаях используются одинаковые) передатчиков для многомодового волокна.

Теория, закон, принципы оптического волокна

В основе оптоволоконных технологий лежит принцип использования света, как основного источника информации. Отправитель преобразовывает информацию в световую волну, а адресат, получая последнюю, в свою очередь интепретирует свет как информацию.
Свет гораздо проще передать на дальние расстояние с меньшими потерями нежели электрический ток. Кроме того он не подвержен воздействию электромагнитных полей и способен передавать на порядки большее количество информации. С другой стороны оптические технологии во многом являются более тонкими, поэтому качественная реализация оптоволоконного проекта требует детального понимания механизма передачи света и применяемых законов оптики.

Закон оптики

Породить световую волну довольно просто, не так-то просто ее сохранить и управлять ею. Однако это возможно, если использовать оптические законы распространения света. В оптоволоконных технологиях используется волновая теория света. Т.е. свет рассматривается как электромагнитная волна определенной длины. Для ее транспортировки используются изолированные оптически прозрачные среды. В однородной среде электромагнитная волна распространяется прямолинейно, однако на границе изменения плотности среды ее направление и качественный состав меняются. В упрощенном варианте рассмотрим две граничащие среды с разной плотностью. Распространяясь в одной из них луч может достигать поверхности другой под некоторым углом a (к нормали поверхности). При этом волна частично отражается в среду из которой пришла под углом b и частично проникает в новую среду в измененном направлении под углом c.

Согласно физическим законам распространения света угол падения луча равен углу отражения, т.е. a=b. Также если обозначить величину плотности сред как n1 и n2, то угол преломления c, находится из соотношения n1*sin a = n2*sin c (1). Эффект преломления света может отсутствовать, т.е. возможна ситуация полного отражения света. Для этого достаточно, чтобы угол c был хотя бы нулевым. Трансформируя выражение (1) получаем достаточное условие полного отражения света: sin a = n2/n1. Именно за счет данного эффекта в современных оптоволоконных технологиях удается управлять распространением света в требуемой среде.


Принцип оптического волокна

Для того, чтобы передать свет на большие расстояния необходимо сохранить его мощность. Снизить потери при его передаче можно во-первых обеспечив достаточно оптически прозрачную среду распространения, тем самым сведя к минимуму поглощение волны, и во-вторых обеспечить правильную траекторию движения луча. Первая задача в настоящее время решается с помощью применения высокотехнологичных материалов, таких как чистое кварцевое стекло. Вторая задача решается с помощью закона оптики, описанного выше. За счет эффекта полного отражения света, можно заставить луч «гулять» внутри ограниченной замкнутой среды, проделывая путь от источника сигнала до его приемника. Однако для этого необходимо две среды с разной плотностью. Чаще всего в их качестве применяются кварцевые стекла различной плотности. Волну впускают в более плотную среду, ограниченную менее плотной. Среды вытягивают в так называемое оптическое волокно, сердцевину которого составляет более плотное стекло, в разрезе представляющее окружность и часто называемого световодом. Данный сердечник покрывают оболочкой из менее плотного стекла, при достижении которого транспортируемый сигнал будет полностью отражаться. Для предотвращения механических повреждений конструкция также снабжается защитной оболочкой, именуемой первичным покрытием.

Для достижения сигналом адресата, необходимо впускать в сердцевину лучи под углом к боковой поверхности не менее критического. В этом случае реализуется эффект полного отражения, и теоретически луч никогда не покинет сердечника кроме как через окончание волокна. Однако на практике все же существует некоторый процент преломляемых лучей. Это связанно во-первых со сложностью реализации подобного источника света, во-вторых с невозможностью изготовления идеально ровного волокна, и в-третьих с неидеальной инсталяцией оптического кабеля.

Межмодовая дисперсия

Поскольку источники излучения не идеальны, испускаемые ими волны не совсем идентичны и могут различаться по направлению распространения. Единичная независимая траектория распространения волны именуется модой. Очевидно, что луч, направленный параллельно оси световода проходит меньшее расстояние, нежели луч распространяющийся по траектории ломаной за счет эффекта отражения. Как следствие, лучи достигнут конца сердечника в разные моменты времени.

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество волн, входящих в световод под разными углами. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разные моменты. Именно этот разброс времени и называется межмодовой дисперсией.


Межчастотная дисперсия

Погрешность источников излучения еще состоит и в некотором разбросе генерируемых частот. Испускаемые волны не совсем идентичны и могут различаться по длине. Согласно законам физики более короткие волны распространяются быстрее, а следовательно волны достигают конца световода в разные моменты времени.

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество входящих в световод волн с разной частотой. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разное время. Именно этот разброс времени и называется межчастотной дисперсией.


Материальная дисперсия

Скорость преодоления расстояний волной зависит не только от частоты, но и от плотности среды распространения. В применяемых в настоящее время световодах распределение плотности сердечника может быть неравномерным, как в случае с градиентными волокнами (об этом позже). Вследствие этого волны, проходящие путь по разным траекториям обладают разными скоростями распространения и оказываются в приемнике в разное время.  

При учете неидеальных свойств применяемых источников светового сигнала возможна ситуация, когда изначальный световой импульс содержит некоторое множество волн, проходящих световод по разным траекториям, каждая из которых пересекает участки среды с разными плотностями. В итоге импульс раскладывается на множество отдельных волн, достигающих приемник в разное время. Именно этот разброс времени и называется материальной дисперсией.


Влияние дисперсии на пропускную способность канала

Дисперсия, будь то материальная, межчастотная или межмодовая, отрицательно влияет на пропускную способность канала. Дело в том, что современные оптоволоконные технологии используют цифровой способ передачи информации. Световой сигнал поступает импульсами. Чем сильнее размыт по времени импульс на выходе (эффект дисперсии), тем большие требуются интервалы между передаваемым сигналами, что и ограничивает в свою очередь пропускную способность канала. Поэтому необходимо снижать величины дисперсий, тем самым увеличивая возможное количество информационных сигналов за единицу времени. Вообще из-за эффекта дисперсии необходимо пытаться сократить количество проникающих одновременно мод (лучей) в световод.

Многомодовое ступенчатое волокно

Основное различие между вариантами оптического волокна состоит в свойствах применяемого в них сердечника. Самый простой вариант сердечника — это кварцевое стекло с равномерной плотностью. Если отобразить плотности распределения слоев волокна, то получится ступенчатая картина, что и отображено в названии этого типа волокна. При достаточно большом радиусе равномерно плотного световода наблюдается эффект межмодовой дисперсии. Ее влияние на производительность оптического канала оказывается много больше межчастотной и материальной. Поэтому при расчете пропускной способности канала пользуются именно ее показателями.
 

В настоящее время используют три стандартных диаметра сердечника многомодового волокна: 100 микрон, 62. 5 микрон и 50 микрон. Наиболее распространены световоды диаметром 62.5 микрон, однако постепенно все более прочные позиции завоевывает сердечник 50 микрон. Вследствие простых геометрических законов распространения света несложно убедиться в его большей пропускной способности, поскольку он пропускает меньшее количество мод, тем самым уменьшая дисперсию импульса на выходе. Размер световодов выбран не случайно. Он непосредственно связан с используемой частотой световой волны. На данный момент выделяют три основных длины волны: 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Почему выбраны именно эти длины волн, мы поясним позже.
Многомодовые ступенчатые волокна обладают малой пропускной способностью относительно действительных возможностей света, в связи с этим чаще в многомодовой технологии используют градиентные волокна.


Многомодовое градиентное волокно

Название волокна говорит само за себя. Основное отличие градиентного волокна от ступенчатого заключается в неравномерной плотности материала световода. Если отобразить плотности распределение на графике, то получится параболическая картина. Эффект межмодовой дисперсии как и в случае ступенчатой схемы все же проявляется, однако намного меньше. Это легко объяснимо с точки зрении геометрии. На рисунке видно, что длины пути лучей сильно сокращены за счет сглаживания. Более того интересен тот факт, что лучи проходящие дальше от оси световода хотя и преодолевают большие расстояния, но при этом имеют большие скорости, так как плотность материала от центра к внешнему радиусу уменьшается. А световая волна распространяется тем быстрее, чем меньше плотность среды.
 

В итоге более длинные траектории компенсируются большей скоростью. При удачно сбалансированном распределении плотности стекла возможно свести к минимуму разницу во времени распространения, за счет этого межмодовая дисперсия градиентного волокна намного меньше. Как и в случае со ступенчатым волокном, в настоящее время используют три стандартных диаметра градиентного сердечника: 100 микрон, 62. 5 микрон и 50 микрон, работающих также на частотах 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Однако насколько не были бы сбалансированны градиентные многомодовые волокна, их пропускная способность не сравниться с одномодовыми технологиями.


Одномодовое волокно

Согласно законам физики, при достаточно малом диаметре волокна и соответствующей длине волны через световод будет распространяться единственный луч. Вообще сам факт подбора диаметра сердечника под одномодовый режим распространения сигнала говорит о частности каждого отдельного варианта конструкции световода. Т.е. при употреблении понятий много- и одномодовости следует понимать характеристики волокна относительно конкретной частоты используемой волны.

Распространение лишь одного луча позволяет избавиться от межмодовой дисперсии. Как уже отмечалась именно эта дисперсия имеет наибольшее влияние на пропускную способность канала. Величины материальной и межчастотной дисперсии на порядки меньше межмодовой. Однако одномодовое волокно исключает возможность распространения нескольких лучей, поэтому межмодовая дисперсия отсутствует, в связи с чем одномодовые световоды на порядки производительнее. На данный момент применяется сердечник с внешним диаметром около 8 микрон. Как и в случае с многомодовыми световодами, используется и ступенчатая и градиентная плотность распределения материала. Второй вариант более производительный. Одномодовая технология более тонкая, дорогая и применяется в настоящее время в телекоммуникациях, многомодовые же кабели завоевали свою нишу в локальных компьютерных сетях.


Затухание сигнала, окна прозрачности

Кроме сложностей, связанных с уменьшением дисперсии волны, существует и проблема сохранения мощности передаваемого сигнала. Хотя световую волну сохранить легче, чем электрический ток, она испытывает эффект поглощения и рассеивания. Первый связан с преобразованием одного вида энергии в другой. Так волна определенной длины порождает в некоторых химических элементах изменение орбит электронов, в других происходит резонанс. Это в свою очередь и порождает преобразование энергии. Известно, что поглощение волны тем меньше, чем меньше ее длина. В связи с этим применять чрезмерно длинные волны невозможно, так как резко возрастают потери при нагреве световодов. Однако с другой стороны безгранично снижать длины волн тоже нецелесообразно, так как в этом случае возрастают потери на рассеивании сигнала. Именно баланс рассеивания и поглощения волны определяет диапазон применяемых волн в оптоволоконных технологиях.

Теоретически лучшие показатели достигаются на пересечении кривых поглощения и рассеивания. На практике зависимость затухания несколько сложнее и связана с химическим составом среды, в которой распространяется волна. В световодах основными химическими элементами являются кремний и кислород, каждый из которых проявляет активность на определенной частоте волны, с чем связано ухудшение теоретической прозрачности материала световода в двух окрестностях. В итоге образуются три окна в диапазоне длин волн. В рамках этих окон затухание волны имеет наименьшее значение. Сам параметр оптических потерь измеряется в децибелах на километр.


Используемые длины волн

Именно «окна прозрачности» определили длины волн, которые используются в современных оптоволоконных технологиях. Чаще всего это три длины — 850 нм, 1300 нм и 1500 нм. Наиболее качественной и высокоскоростной связью обладают каналы на основе волн длиной 1500 нм. Однако оконечное оборудование, способное работать на данной длине волны значительно дороже и предполагает применение только лазерных источников света. Поэтому зачастую возникает проблема оценки экономической целесообразности применения подобных сетей.
Рабочая длина волны 850 нм наиболее характерна для многомодовых волокон, тогда как одномодовые волокна применяются для волн длиной на 1500 нм.

Материалы предоставлены компаний AESP, известным производителем сетевого и коммуникационного оборудования, разработчиком кабельной системы SygnaMax.  

Одномодовое волокно

и многомодовое оптоволокно: реальные различия

Прежде чем вы решите наверняка, что волокно — это правильный путь для вашего проекта, нужно принять еще одно решение: вам нужно одномодовое или многомодовое волокно?

Одно не превосходит другое — каждому отводится свое место в нужных приложениях. Но знание различий может помешать вам приобрести кабель неправильного типа или использовать кабель, несовместимый с вашими оптоволоконными устройствами, что может негативно повлиять на сигнал.

Здесь мы рассмотрим различия при сравнении одномодового и многомодового волокна, чтобы помочь вам сделать лучший выбор.

Одномодовое и многомодовое оптоволокно: конструктивные различия

При сравнении производства одномодового и многомодового волокна есть одно большое отличие: размер сердцевины одномодового волокна меньше, и свет переносится непосредственно по волокну (это позволяет только основной моде света проходить по волокну). В результате отражение света, создаваемое во время передачи света, уменьшается, уменьшая затухание и позволяя сигналу успешно преодолевать большие расстояния.

Размер сердечника многомодового

в пять-шесть раз больше диаметра, чем у одномодового, что обеспечивает гораздо большую светосилу и облегчает использование более дешевых электрооптических устройств. Множественные моды или световые пути проходят по волокну одновременно, что традиционно ограничивало расстояние передачи и полосу пропускания — но это рассматривается как формат модуляции для «маломодового» волокна, которое мы здесь не обсуждаем.

Одномодовое и многомодовое оптоволокно: различия в применении

Поскольку по многомодовому оптоволоконному кабелю проходят несколько режимов / световых путей, он обеспечивает широкую полосу пропускания только на небольшом расстоянии.

При беге на большие расстояния модальная дисперсия (искажение) становится проблемой. Обычно это выражается в характеристике «эффективной модальной полосы пропускания» волокна, которая является обратной зависимостью между полосой пропускания волокна и дальностью действия.По мере увеличения полосы пропускания сигнала расстояние досягаемости уменьшается — и наоборот — из-за эффекта модальной дисперсии.

В одномодовом волокне весь свет от импульса распространяется примерно с одинаковой скоростью и прибывает примерно в одно и то же время, что устраняет эффекты модовой дисперсии, присущие многомодовому волокну. Это поддерживает более высокие уровни полосы пропускания с меньшими потерями сигнала на больших расстояниях. Он идеально подходит для передачи сигналов на большие расстояния, например, между кампусами или между кампусами, под водой или в удаленных офисах.Ограничений по расстоянию практически нет.

Одномодовое и многомодовое оптоволокно: разница в стоимости

В настоящее время одномодовое волокно обычно дешевле многомодового, но важно учитывать и другие ценовые факторы.

В большинстве оптоволоконных систем используются трансиверы, которые объединяют передатчик и приемник в один модуль с использованием оптоволоконной технологии для отправки и приема данных по оптической сети. Сейчас цена на многомодовые трансиверы в два-три раза ниже, чем на одномодовые трансиверы.

Однако по мере того, как цены на трансиверы снижаются, одномодовые устройства начинают все чаще использоваться в приложениях на короткие расстояния в качестве экономичного выбора.

Одномодовое волокно

и многомодовое оптоволокно: типы кабелей

Когда вы видите упоминания OM1, OM2, OM3, OM4 и OM5, вы знаете, что говорите о многомодовом оптоволокне. Но с одномодовым волокном все не так просто. Сегодняшние типы одномодового волокна включают:

  • Стандартное одномодовое волокно (G.652
  • Волокно со смещением отсечки (G.654)
  • Волокно с низким пиком воды (G.652)
  • Волокно со смещенной дисперсией (G. 653)
  • Волокно со смещенной ненулевой дисперсией (G.655)
  • Волокно нечувствительное к изгибу (G.657)

Каждый тип одномодового волокна имеет свои особенности. В зависимости от рабочих длин волн, расстояния и архитектуры линии передачи (которая может включать в себя различные методы усиления) перед выбором необходимо учесть различные соображения.

Подготовка к следующему проекту

По мере того, как технология волоконной электроники меняется и совершенствуется, включая модуляторы, лазеры, PHY, трансиверы и т. Д., Которые составляют полную систему волоконно-оптических кабелей, должны также улучшаться одномодовые и многомодовые волоконно-оптические кабели.

Чтобы получить именно то, что вам нужно, мы рекомендуем работать с системным архитектором, который поможет вам спроектировать волоконно-оптическую систему с учетом бюджета длины, количества сетевых клиентов и места размещения ваших источников данных.

Есть вопросы о вашем следующем проекте оптоволокна? Отправьте нам сообщение. Мы ответим на все ваши вопросы!

Одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели

Тонкие, как волос, нити из стеклянного или пластикового волокна используются для передачи световых сигналов. Свет проходит к сердцевине, центру оптоволокна. Сердечник он окружен оболочкой из оптического материала, который удерживается в сердечнике с использованием метода «полного внутреннего отражения».Первичное буферное покрытие защищает волокно от влаги и других повреждений. Уровень защиты усиливается кабелем, который удерживает внутри волокно и силовые элементы и покрыт оболочкой.

Обычно используются два типа кабелей : одномодовый и многомодовый .

В чем разница между многомодовыми и одномодовыми оптоволоконными кабелями?

Одномодовый

Одномодовые кабели предназначены для передачи света непосредственно по оптоволокну. Он представляет собой одинарную нить из стекловолокна и имеет диаметр 8,5-10 микрон. Поскольку он имеет один режим передачи, он будет распространяться на 1310 или 1550 нм.

По сравнению с многомодовым волокном, одномодовые патч-корды имеют более широкую полосу пропускания, но для этого требуется источник света с узкой спектральной шириной. Одиночный режим обеспечивает более высокую передачу и расстояние до 50 раз больше, чем многомодовое. Жила одномодового кабеля меньше жилы многомодового.

Одиночный режим — жизненно важная часть широкополосных сетей.Он предназначен для передачи данных на большие расстояния, что делает его идеальным для сетей кабельного телевидения или университетских городков.

PeakOptical специализируется на одномодовых кабелях OS1 . Они пригодятся в помещениях, где расстояние не превышает 2000 метров и позволяет использовать от 1 до 10 Gigabit Ethernet.

многомодовый

Многомодовые патч-корды имеют больший диаметр, обычно 50–100 микрон для светонесущего компонента. На средних расстояниях многомодовые волокна обеспечивают широкую полосу пропускания на высоких скоростях. Световые волны рассеиваются по многочисленным путям или видам, когда они проходят через сердечник кабеля, как правило, 850 или 1300 нм.

Если длина кабеля превышает 914,4 метра, несколько участков кабеля могут вызвать искажение на принимающей стороне, что приведет к нечеткой и частичной передаче данных.

Многомодовые кабели

считаются «домашним» волокном, поскольку они используются для локальной сети , например, их можно использовать в FTTH.Многомодовый может достигать скорости Ethernet до 100 Гбит / с.

Модельный ряд оптических волокон PeakOptical Multimode включает OM1 , OM2 , OM3 и OM4

PeakOptical производит внутренние и внешние оптоволоконные кабели и патч-корды. Наши кабели доступны со всеми обычно используемыми разъемами и любой длины, независимо от количества заказа.
Кроме того, в нашем портфолио имеется широкий ассортимент запасных разъемов, адаптеров, переходников и аттенюаторов.

Патч-корды PeakOptical предлагают простой и экономичный способ установить необходимые соединения. Свяжитесь с нами, чтобы запросить типы кабелей или комбинации разъемов.

Одномодовое волокно

и многомодовое волокно — в чем разница?

В чем разница между одномодовым и многомодовым волокном?

Волоконно-оптический кабель, представляющий собой сетевой кабель, созданный из стекловолоконных жил, используется для телекоммуникаций и высокопроизводительных сетей передачи данных на большие расстояния.Правительства, предприятия и частные лица во всем мире используют оптоволокно для управления телефонными системами, кабельным телевидением и, конечно же, Интернетом. Волоконно-оптические кабели бывают двух типов: одномодовые и многомодовые. Между ними есть несколько ключевых различий.

Пропускная способность оптоволоконного кабеля

Пропускная способность является важным фактором при выборе типа кабеля, который лучше всего подходит для ваших нужд. Для большинства людей одномодовые кабели — лучший вариант. Они поддерживают более мощные и яркие источники света с меньшим затуханием.Вдобавок теоретически полоса пропускания одномодового волокна не ограничена. Использование нескольких режимов освещения в многомодовом означает более высокое затухание, но не такое яркое. Существует пять различных классов многомодовых волоконно-оптических кабелей, но ни один из них не предлагает неограниченную полосу пропускания, которую можно получить в одномодовом режиме.

Расстояние между оптоволоконным кабелем

Хотя передача по оптоволокну технически зависит от используемой электроники и их индивидуальной светоотдачи, большинство пользователей согласны с тем, что одномодовый режим является лучшим выбором.Одиночный режим работает для передачи как на большие, так и на короткие расстояния и делает это независимо от разрешения устройства. Одномодовый оптоволоконный кабель позволяет большинству устройств передавать данные на расстояние более шести миль. Максимальное расстояние многомодового волокна составляет всего около 1800 футов.

Если вы работаете с приложениями на малых расстояниях, все же может быть полезно выбрать многомодовые кабели. Главное — выбрать правильные. Многомодовые волоконно-оптические кабели доступны пяти различных классов: OM1, OM2, OM3, OM4 и OM5.OM1 работает на самых коротких расстояниях и имеет самую низкую пропускную способность, тогда как OM5 предлагает максимальную пропускную способность на самых больших расстояниях. Обычно проект, который работает с многомодовой опцией, будет использовать OM3. Имейте в виду, что OM1 имеет другую жилу (62,5 мкм) и не может использоваться для подключения каких-либо других многомодовых кабельных систем.

Конструкция волоконно-оптического кабеля

Одномодовый оптоволоконный кабель имеет оптическую жилу 9 мкм, в то время как современные многомодовые кабели используют 50 мкм. Меньший размер сердечника в одномодовом режиме означает, что он имеет меньшее затухание и передает в более широкой полосе пропускания и на большие расстояния. Проще говоря, одномодовый режим распространяет одиночный световой режим, в то время как многомодовый может поддерживать одновременные световые режимы.

Несмотря на их резкую разницу в размерах, вы не сможете сказать, просто взглянув на кабели, так как они оба меньше ширины человеческого волоса. Если бы вы могли видеть кабель, вы в основном видите защитное покрытие и оболочку, а не сам кабель. Кроме того, термины «одиночный» и «множественный» не описывают, сколько кабелей на самом деле находится внутри покрытия.Одно покрытие может содержать более 100 волокон любого типа.

Стоимость волоконно-оптического кабеля

Обычно, когда что-то более эффективно, оно также и дороже. Это не тот случай, когда речь идет о битве между одномодовым и многомодовым волокном. Поскольку одномодовое волокно проще в производстве, оно также имеет тенденцию быть более доступным. Использование одномодового кабеля обычно позволяет сэкономить около 30 процентов по сравнению с многомодовым. Однако есть один недостаток. Поскольку одномодовая электроника имеет более сложные оптические процессоры для создания сильных источников света, они часто примерно на 30 процентов дороже, чем другая электроника.Это означает, что на самом деле затраты примерно одинаковы.

Когда дело доходит до выбора правильной полосы пропускания оптоволокна для вашего проекта, это зависит от того, что это за проект. Учитывайте потребность в высоких скоростях и то, будет ли ваша сеть передачи данных находиться на коротких или больших расстояниях. Если вы не знаете, с чего начать, не волнуйтесь. Свяжитесь с V1 Fiber, чтобы опытные инженеры по оптоволокну помогли вам сделать правильный выбор и запустить ваш проект.

Одномодовый против Многорежимного | ViaLite Communications

RF по оптоволокну использует одномодовое, а не многомодовое оптоволокно, поскольку последнее не поддерживает полосу пропускания и расстояния, необходимые для типичных приложений, таких как удаленная спутниковая связь, GPS и антенны беспроводных камер.

Структура оптоволоконного кабеля

Волоконно-оптический кабель состоит из четырех частей:

  • Ядро
  • Облицовка
  • Покрытие (буфер)
  • Куртка.

Свет соответствующей длины волны, обычно от 850 до 1610 нм, проходит по сердцевине волокна, сделанного из кварцевого стекла высокой чистоты. Оболочка вокруг сердцевины сделана из стекла с более низким показателем преломления, чем сердцевина, для обеспечения полного внутреннего отражения.Разница в показателе преломления достигается за счет легирования сердцевины или оболочки — обычно германием, бором или фтором. Затем стекло покрывается защитным пластиковым «буферным» покрытием и внешней «оболочкой» для защиты от влаги и повреждений.

одномодовый

Одномодовое волокно обычно имеет узкую сердцевину диаметром 8–9 мкм, которая позволяет распространять только одномодовый свет — отсюда и название «одномодовое». Меньший диаметр приводит к меньшему количеству внутренних отражений, что приводит к более быстрому распространению сигнала и меньшим потерям, что приводит к большему потенциальному расстоянию между линиями связи. Узкая сердцевина также сводит к минимуму оптическую дисперсию. Низкая оптическая дисперсия обеспечивает широкую полосу пропускания сигнала.

Узкую сердцевину сложнее изготовить и, следовательно, дороже, чем многомодовое волокно. Однако это относительно несущественно по сравнению со стоимостью светоизлучающих лазеров. Одномодовые лазеры необходимы для генерации узкой спектральной ширины. Они значительно дороже, чем их многорежимные аналоги с более низкими характеристиками.

Многорежимный

Многомодовое волокно используется в основном для узкополосных приложений на короткие расстояния, таких как Ethernet и кабельное телевидение.Многомодовое волокно имеет сердцевину большего диаметра, обычно 50 или 62,5 мкм. Это более крупное ядро ​​позволяет распространять несколько режимов света и, следовательно, обеспечивает более высокую пропускную способность для передачи данных. Однако больший диаметр сердцевины означает, что свет испытывает больше внутренних отражений, и поэтому сигнал распространяется медленнее и может проходить только небольшое расстояние по сравнению с одномодовым. Более того, более высокая оптическая дисперсия ограничивает полосу пропускания сигнала.

Более длинная линия связи означает большую дисперсию, которая, в свою очередь, приводит к более узкой полосе пропускания.В приложении центра обработки данных, где для узкополосных сигналов требуется передача всего нескольких сотен метров, многорежимный режим подходит для работы. Однако более высокие потери и пониженная скорость распространения означают расстояния в несколько км и выше — например, передача по магистрали сети или по темному (арендованному) оптоволокну — невозможна при использовании многомодового режима.

Сравнение одномодового и многомодового

Преимущества Недостатки Типичное применение
Одномодовый Низкие потери / большое расстояние
Широкая полоса пропускания
Дорогой кабель и лазеры Спутниковая связь
Удаленная связь антенны
Многомодовый Более дешевый кабель и лазеры Высокие потери = малый радиус действия
Только узкополосный
Центры обработки данных

Сравнение одномодового и многомодового

Короче говоря, одномодовый режим обеспечивает более высокую производительность и большее расстояние, но его дороже покупать и использовать. Наиболее подходящий выбор зависит от приложения. Приложения, требующие относительно коротких линий связи и узкой полосы пропускания, могут поддерживаться с использованием многомодового волокна, которое можно получить по более низкой цене. Однако более широкая полоса пропускания и / или расстояние до нескольких сотен метров требуют производительности, обеспечиваемой одномодовым волокном. Например. сигнал L-диапазона шириной 36 МГц должен будет использовать одномодовый.

RF по оптоволокну и одномодовый

В приложениях

RF по оптоволокну почти всегда используется удаленное подключение антенн.Антенна может быть большой спутниковой тарелкой, антенной GPS на крыше или приемной антенной беспроводной камеры. Обычно многомодовое волокно не поддерживает полосы пропускания и расстояния между линиями связи, используемые в таких приложениях, и поэтому используется одномодовое волокно.

Одномодовое волокно

и многомодовое оптоволокно: в чем разница?

Оптическое волокно — это гибкое прозрачное волокно из экструдированного стекла или пластика, немного толще человеческого волоса. Оптические волокна чаще всего используются как средство передачи света между двумя концами волокна и находят широкое применение в оптоволоконной связи, где они позволяют передавать на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью, чем проводные кабели.Оптические волокна обычно включают прозрачную сердцевину, окруженную прозрачным материалом оболочки с более низким показателем преломления. Свет удерживается в сердцевине за счет явления полного внутреннего отражения, которое заставляет волокно действовать как волновод. Как правило, существует два типа оптических волокон: волокна, поддерживающие множество путей распространения или поперечные моды, называются многомодовыми волокнами (MMF), а волокна, поддерживающие одномодовый режим, называются одномодовыми волокнами (SMF). Одномодовое и многомодовое волокно: в чем разница между ними? Прочтение этого текста поможет вам получить ответ.

Одномодовое волокно

и многомодовое оптоволокно: что такое одномодовое оптическое волокно?

В оптоволоконной связи одномодовое оптическое волокно (SMF) — это оптическое волокно, предназначенное для передачи света только непосредственно по волокну — поперечная мода. Для одномодового оптического волокна, независимо от того, работает ли оно со скоростью передачи данных 100 Мбит / с или 1 Гбит / с, расстояние передачи может достигать не менее 5 км. Обычно он используется для передачи сигнала на большие расстояния.

Одномодовое волокно

и многомодовое оптоволокно: что такое многомодовое оптическое волокно?

Многомодовое оптическое волокно (MMF) — это тип оптического волокна, которое в основном используется для связи на небольших расстояниях, например, внутри здания или в университетском городке.Типичные ограничения скорости передачи и расстояния составляют 100 Мбит / с для расстояний до 2 км (100BASE-FX), 1 Гбит / с до 1000 м и 10 Гбит / с до 550 м. Есть два вида многомодовых индексов: ступенчатый индекс и градуированный индекс.

Основное различие между многомодовым и одномодовым волокном состоит в том, что первое имеет гораздо больший диаметр сердцевины, обычно диаметр сердцевины составляет 50 или 62,5 мкм, а диаметр оболочки — 125 мкм. В то время как типичное одномодовое волокно имеет диаметр сердцевины от 8 до 10 мкм и диаметр оболочки 125 мкм.

  • Оптический источник
    В качестве источников света используются как лазеры, так и светодиоды. Лазерные источники света значительно дороже светодиодных источников света, однако они излучают свет, которым можно точно управлять, и который имеет высокую мощность. Поскольку светодиодные источники света создают более рассеянный источник света (много режимов света), эти источники света используются с многомодовым кабелем
    . В то время как используется лазерный источник (который излучает почти одномодовый свет) с одномодовым кабелем.

  • Полоса пропускания
    Поскольку многомодовое волокно имеет больший размер сердцевины, чем одномодовое волокно, оно поддерживает более одного режима распространения. Кроме того, как и многомодовые волокна, одномодовые волокна действительно демонстрируют модальную дисперсию, возникающую из-за множества пространственных мод, но модальная дисперсия одномодового волокна меньше, чем у многомодового волокна. По этим причинам одномодовые волокна могут иметь более широкую полосу пропускания, чем многомодовые.
  • Цвет оболочки
    Цвет оболочки иногда используется для отличия многомодовых кабелей от одномодовых.Стандарт TIA-598C рекомендует для невоенного применения использовать желтую оболочку для одномодового волокна и оранжевую или желтую оболочку для многомодового волокна, в зависимости от типа. Некоторые производители используют фиолетовый цвет, чтобы отличить более производительное коммуникационное волокно OM4 от других типов.

  • Модальная дисперсия
    Светодиодные источники света, иногда используемые с многомодовым волокном, создают волны разных длин, и каждая из них распространяется с разной скоростью. Это приведет к значительной модовой дисперсии, которая является ограничением полезной длины многомодового оптоволоконного кабеля.Напротив, лазеры, используемые для возбуждения одномодовых волокон, производят когерентный свет с одной длиной волны. Следовательно, его модальная дисперсия намного меньше, чем у многомодового волокна. Из-за модовой дисперсии многомодовое волокно имеет более высокую скорость расширения импульсов, чем одномодовое волокно, что ограничивает пропускную способность многомодового волокна по передаче информации.

  • Цена
    Для многомодового волокна может поддерживаться несколько световых режимов, цена на него выше, чем на одномодовое волокно.Но с точки зрения оборудования, поскольку в одномодовом волокне обычно используются твердотельные лазерные диоды, оборудование для одномодового волокна дороже, чем оборудование для многомодового волокна. По этой причине стоимость использования многомодового волокна намного ниже, чем стоимость использования вместо него одномодового волокна.

Одномодовое или многомодовое волокно: какое оптическое волокно мне выбрать?

Это основано на покрываемой дальности передачи, а также на общем разрешенном бюджете. Если расстояние меньше пары миль, многомодовое волокно будет работать хорошо, а стоимость системы передачи (передатчик и приемник) будет в диапазоне от 500 до 800 долларов. Если расстояние, которое необходимо преодолеть, превышает 3-5 миль, лучшим выбором будет одномодовое волокно. Системы передачи, предназначенные для использования с этим волокном, обычно будут стоить более 1000 долларов из-за повышенной стоимости лазерного диода. Одномодовое и многомодовое волокно: теперь вы знаете различия?

Статья по теме: Одномодовое волокно: сколько вы знаете?

Одномодовое волокно

vs.Многомодовое волокно: что выбрать?

Когда вы планируете построить оптоволоконную сеть, первое, что вы часто встречаетесь, — это одномодовое волокно или многомодовое волокно. Надеюсь, я смогу облегчить вам это решение, объяснив различия между ними и почему вы должны выбрать одно из них.

Сравнение одномодового волокна и многомодового волокна

Чтобы сделать лучший выбор, нам лучше иметь общее представление об одномодовом и многомодовом волокнах соответственно.

Одномодовое волокно

Обычно одномодовые волокна имеют небольшой размер сердцевины (менее 10 мкм), что позволяет передавать только одну моду или луч света, как правило, 1310 или 1550 нм. По этой причине при прохождении света через сердцевину одномодового волокна возникает небольшое отражение света. Это снизит затухание в волокне и создаст возможность распространения сигнала дальше. Таким образом, одномодовые волокна обычно используются на больших расстояниях и в приложениях с большей полосой пропускания.

Многомодовое волокно

Многомодовое волокно имеет сердцевину большего размера (62,5 мкм или 50 мкм), которая направляет множество мод одновременно, что означает, что больше данных может пройти через сердцевину многомодового волокна в данный момент времени. Это создаст больше световых отражений и более высокую скорость рассеивания и затухания, что снизит качество сигнала на больших расстояниях. Как правило, многомодовые волокна используются в локальных сетях для передачи данных и аудио / видео на короткие расстояния.

Одномодовое волокно vs.Многомодовое волокно: в чем разница?

Как было сказано выше, внутренняя структура одномодовых и многомодовых волокон различна, что закономерно приводит к следующим отличиям:

Разница в распространении света

Распространение света между одномодовым и многомодовым волокном совершенно разное. Многомодовое волокно имеет два типа распространения света — ступенчатый и ступенчатый, тогда как одномодовое волокно имеет только один ступенчатый показатель. И распространение света уменьшается в меньшей степени при передаче одномодовых волокон, чем в многомодовых волокнах.

Разница оптики

Одномодовое волокно

необходимо использовать с оптоволоконным передающим оборудованием на основе лазерных диодов для точной калибровки, необходимой для подачи света в оптоволоконный кабель. В то время как многомодовое волокно обычно используется с оптоволоконным оборудованием на основе светодиодов для передачи на короткие расстояния. Вдобавок к одномодовым разъемам, используемым для одномодового волокна, предъявляются более строгие требования к выравниванию, чем к разъемам для многомодового волокна.

Разница в стоимости развертывания

Одномодовые волоконно-оптические кабельные системы обычно дороже, даже несмотря на то, что фактическая стоимость одномодовых волоконно-оптических кабелей ниже, чем у имеющихся на рынке многомодовых волоконных кабелей. Это связано с тем, что в общей стоимости сетевой системы преобладает оптика. Например, одномодовые трансиверы стоят в 1,5–4–5 раз больше, чем многомодовые трансиверы, в зависимости от скорости передачи данных. Чтобы узнать больше о разнице в стоимости развертывания одномодового и многомодового волокна, вы можете прочитать эту статью: Стоимость одномодового кабеля vs.Стоимость многомодового кабеля.

Более того, многомодовые трансиверы также потребляют меньше энергии, чем одномодовые трансиверы. В большом центре обработки данных с тысячами каналов решение с многомодовым оптоволоконным кабелем может обеспечить значительную экономию затрат как с точки зрения оптоволоконного трансивера, так и с точки зрения питания / охлаждения.

Одномодовое волокно или многомодовое волокно: что выбрать?

При выборе одномодового или многомодового волокна важно учитывать требования к расстоянию.В центре обработки данных обычно используются многомодовые волокна, длина которых составляет 300-400 метров. Если у вас очень большие пробеги или вы подключаетесь на большие расстояния, одномодовое волокно может доставить вам 10 км, 40 км, 80 км и даже дальше. Вам просто нужно использовать подходящую оптику для требуемого расстояния, и снова цены соответственно растут. По оценкам, стоимость передачи многомодового волокна, включая стороны передатчика и приемника, будет в диапазоне от 500 до 800 долларов США. А системы передачи, разработанные для использования с одномодовым волокном, обычно будут стоить более 1000 долларов.

Примечание: одномодовое волокно и многомодовое волокно несовместимы. Вы не можете смешивать многомодовое и одномодовое волокно между двумя конечными точками. Оптика тоже не совместима.

Заключение

Как правило, многомодовое волокно является более экономичным выбором для приложений центров обработки данных до 550 метров. Одномодовое волокно лучше всего использовать на расстояниях, превышающих 550 метров. Помимо расстояния передачи, следует также учитывать общую стоимость.Будь то одномодовое волокно или многомодовое волокно, выбор того, который лучше всего подходит для вашей сети, является самым разумным выбором. В настоящее время наблюдается тенденция к использованию одномодовых кабелей. Многие центры обработки данных и провайдеры будут прокладывать только одномодовые кабели для новых установок. Итак, одномодовое волокно или многомодовое волокно, что вам нравится?

Статья по теме: Одномодовое волокно: сколько вы знаете?

Понимание методов полярности MTP / MPO для параллельных сигналов

Разница между одномодовым и многомодовым оптическим волокном (со сравнительной таблицей)

Основное различие одномодового и многомодового оптического волокна заключается в том, что в одномодовом оптоволокне световой луч распространяется только по единственному пути. Напротив, в многомодовом оптическом волокне по волноводу одновременно проходят несколько световых лучей.

Еще одно важное различие между одномодовым и многомодовым оптическим волокном состоит в том, что одномодовое волокно имеет меньший диаметр сердцевины по сравнению с многомодовым волокном.

Мы обсудим некоторые другие важные различия между одномодовым и многомодовым оптическим волокном, но перед этим ознакомимся с содержанием, которое будет обсуждаться в этой статье.

Содержание: одномодовое оптоволокно по сравнению с многомодовым

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Параметр Одномодовое оптическое волокно Многомодовое оптоволокно
Количество распространяемых мод Только один Более одного
Диаметр сердечника Маленький Большой
Источник оптического излучения ЛАЗЕР Светодиод
Пропускная способность Больше Меньше
Управление и сцепление Сложный Легкий
Начальная стоимость волокна Низкая Высокая
Затухание Меньше Больше
Скорость передачи Высокая Низкая
Расстояние передачи сигнала Длинное Короткое
Общая цветовая кодировка Желтый Оранжевый или Бирюзовый
Модальная дисперсия Отсутствует Присутствует
Числовая апертура Низкая Высокая
Предпочтительные поля В сетях связи и кабельного телевидения В системах безопасности и локальных сетях

Определение одномодового оптического волокна

Одномодовое оптическое волокно — это тип оптического волокна, которое позволяет распространять только один луч света по оптоволокну. Здесь диаметр сердцевины и оболочки составляет от 9 до 125 мкм.

Он также известен как одномодовое оптическое волокно или одномодовое оптическое волокно .

Диаметр ядра очень мал, из-за чего через него проходит только один световой луч.

Как мы уже знаем, оптическое волокно состоит из трех основных частей: сердцевины, оболочки и покрытия (буфера).

Типичное одномодовое оптическое волокно показано ниже:

Сердечник, являющийся центральной частью, состоит только из одной жилы волокна.Излучаемый источником свет проходит через этот конкретный участок. Малый диаметр сердечника требует в качестве источника острого сфокусированного светового луча. Таким образом, использует ЛАЗЕР в качестве оптического источника .

Благодаря пропусканию только одного светового луча, одномодовое оптическое волокно имеет минимальные искажения сигнала. Таким образом, не замечена модальная дисперсия, которая поддерживает передачу сигнала на большие расстояния с заметно увеличенной скоростью передачи. В результате обеспечивается более широкая полоса пропускания, что является преимуществом одномодового оптического волокна.

Еще одним аспектом одномодового оптического волокна является то, что его небольшой размер сердцевины несколько затрудняет обращение с ним. Наряду с этим, проецирование света в ядро ​​также становится сложной задачей.

Все преимущества, связанные с одномодовым оптическим волокном, делают его пригодным для использования с развивающимися оптическими технологиями.

Определение многомодового оптического волокна

Другой тип оптического волокна — многомодовое оптическое волокно. В многомодовом оптическом волокне несколько световых лучей проходят через волокно одновременно, но каждый из них отражается под определенным углом, чем другой, во время передачи.

Диаметр сердцевины и оболочки в случае многомодового оптического волокна составляет от 50-62,5 до 125 мкм. На рисунке ниже показано базовое многомодовое оптическое волокно.

Здесь диаметр сердечника большой, что позволяет нескольким световым лучам проходить через него, поэтому использует светодиод в качестве своего оптического источника . Поскольку несколько мод распространяются через сердцевину, существует больше возможностей интерференции различных мод. Из-за этого в многомодовых волокнах возникает интермодальная дисперсия.

Поскольку передача на большие расстояния может увеличить вероятность рассеивания в волокне, они в основном используются в приложениях, связанных с короткими расстояниями. Многомодовое волокно — дорогое оптическое волокно, но оборудование передачи, связанное с многомодовым волокном, стоит меньше.

Когда возникает необходимость в подключении внутри здания, многомодовые волокна в настоящее время являются лучшим выбором из-за их надежной природы.

Ключевые различия между одномодовым и многомодовым оптоволокном

  1. Одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины около от 8 до 10 микрометров , в то время как в многомодовом оптическом волокне диаметр сердцевины составляет около от 50 до 62.5 мкм .
  2. Одномодовое волокно обычно использует LASER в качестве оптического источника, так как ему нужен источник света с узкой спектральной шириной. В отличие от многомодового оптического волокна, оно эффективно работает с LED , потому что из-за большой сердцевины диаметр не требует сфокусированного луча.
  3. Поскольку размеры одномодовых оптических волокон малы, обращение с ними и соединение с ними довольно затруднены по сравнению с многомодовыми оптическими волокнами.
  4. Распространение только одного светового луча приводит к меньшему затуханию в одномодовом оптическом волокне. Однако из-за многократного отражения световых лучей затухание больше в многомодовом оптическом волокне.
  5. Поскольку меньшие потери связаны с одномодовым оптическим волокном, они могут передавать конкретный сигнал на большее расстояние по сравнению с многомодовым оптическим волокном. Дальность передачи одномодового волокна почти в 50 раз больше по сравнению с многомодовым волокном .
  6. Одномодовые оптические волокна менее дороги по сравнению с многомодовыми оптическими волокнами, но приборы, связанные с одномодовыми оптическими волокнами, делают их дорогими по сравнению с многомодовыми оптическими волокнами.
  7. Когда мы говорим об использовании полосы пропускания, то одномодовое оптическое волокно имеет более высокую полосу пропускания, около 400 МГц / км , тогда как многомодовое волокно имеет более низкую полосу пропускания в диапазоне 50-60 МГц / км .

Заключение

Итак, из приведенного выше обсуждения мы можем сделать вывод, что как одномодовые, так и многомодовые волокна имеют свои уникальные свойства.Таким образом, их использование зависит от потребности системы. Примечательно, что длина волны передачи одномодового волокна составляет от 1260 до 1640 нм, а длина волны многомодового волокна — от 850 до 1300 нм.

.

Leave a comment