Оптические волокна. Классификация. / Хабр

Оптические волокно стандарт де-факто при построении магистральных сетей связи. Протяженность волоконно-оптических линий связи в России у крупных операторов связи достигает > 50 тыс.км.
Благодаря волокну мы имеем все те преимущества в связи, которых не было раньше.
Вот и попробуем рассмотреть виновника торжества — оптическое волокно.

В статье попробую написать просто о оптических волокнах, без математических выкладок и с простыми человеческими объяснениями.

Статья чисто ознакомительная, т.е. не содержит уникальных знаний, всё что будет описано может быть найдено в куче книг, однако, это не копипаст, а выжимка из «кучи» информации только лишь сути.

Классификация

Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон
1. Многомодовые волокна
2. Одномодовые

дадим пояснение на «бытовом» уровне что есть одномод и многомод.
Представим гипотетическую систему передачи с волокном воткнутым в нее.
Нам надо передать двоичную информацию. Импульсы электричества в волокне не распространяются, ибо диэлектрик, поэтому мы будим передавать энергию света.

Для этого нам нужен источник световой энергии. Это могут быть светодиоды и лазеры.
Теперь мы знаем что мы используем в качестве передатчика — это свет.

Подумаем как свет вводится в волокно:
1) Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды

2) Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии (о ней ниже).

Это основное отличие многомодового и одномодового волокон.
Спасибо enjoint, tegger, hazanko за замечания.

Многомодовые в свою очередь делятся на волокна со ступенчатым показателем преломления (step index multi mode fiber) и с градиентным (graded index m/mode fiber).

Одномодовые делятся на ступенчатые, стандартные (standard fiber), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted) и ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion-shifted)

Конструкция оптического волокна

Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.
Сердцевина (которая и является основной средой передачи энергии светового сигнала) изготавливается из оптически более плотного материала, оболочка — из менее.

Так, например, запись 50/125 говорит о том, что диаметр сердцевины равен 50 мкм, оболочки — 125мкм.

Диаметры сердцевины равные 50мкм и 62,5мкм являются признаками многомодовых оптических волокон, а 8-10мкм, соответственно, одномодовым.
Оболочка же, как правило, всегда имеет диаметр размером 125мкм.

Как видно диаметр сердцевины одномодового волокна имеет намного меньший размер, нежели диаметр многомодового. Меньший диаметр сердцевины позволяет уменьшить модовую дисперсию (о которой, возможно, будет написано в отдельной статье, а также вопросы распространения света в волокне), а соответственно увеличить дальность передачи. Однако, тогда бы одномодовые волокна вытеснили многомоды, благодаря более лучшим «транспортным» характеристикам, если бы не необходимость использовать дорогие лазеры с узким спектром излучения. В многомодовых волокнах используются светодиоды с более размазанным спектром.

Поэтому для недорогих оптических решений, таких как локальные сети интернет-провайдеров применения многомода случается.

Профиль показателя преломления

Вся пляска с бубном у волокна с целью увеличения скорости передачи была вокруг профиля показателя преломления. Так как основным сдерживающим фактором увеличения скорости является модовая дисперсия.

Кратко суть в следующем:
когда излучение лазера поступает в сердцевину волокна, то сигнал передается по ней в виде отдельных мод (грубо: лучей света. А на самом деле разные спектральные составляющие вводимого сигнала)
Причем входят «лучи» под разными углами, поэтому время распространения энергии отдельно взятых мод различается. Это проиллюстрировано на рисунке ниже.

Здесь отображены 3 профиля преломления:
ступенчатый и градиентный для многомодового волокна и ступенчатый для одномодового.
Видно, что в многомодовых волокнах моды света распространяются по различным путям, но, из-за постоянного коэффициента преломления сердцевины с ОДИНАКОВОЙ скоростью. Те моды, которые вынуждены идти по ломанной линии приходят позже, чем моды, идущие по прямой. Поэтому исходный сигнал растягивается во времени.

Другое дело с градиентным профилем, те моды которые раньше шли по центру — замедляются, а моды, которые шли по ломанному пути, наоборот, ускоряются. Это произошло оттого, что коэффициент преломления сердечника теперь непостоянен. Он увеличивается параболически от краев к центру.
Это позволяет увеличить скорость передачи и получить распознаваемый сигнал на приеме.

Области применения оптических волокон

Многомодовое волокно	Одномодовое волокно
MMF 50(62.5)/125 Градиентное	SF 9/125 ступенчатое	SF 9/125 со смещенной дисперсией (с ненулевой смещенной дисп.)
ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM)	Протяженные ЛВС, магистрали SDH	Сверхпротяженные магистрали SDH

К этому можно добавить, что магистральные кабели теперь все почти идут с ненулевой смещенной дисперсий, что позволяет использовать на этих кабелях спектральное волновое уплотнение (WDM) без нужды замены кабеля.
А при построении пассивных оптических сетей часто используют многомодовое волокно.

Спасибо тем, кто конструктивно критиковал.

PS
если будет интересно, то могут появиться статьи о
— дисперсии
— типах волоконно-оптических кабелей (не волокон)
— системах передачи, используемых для wdm/dwdm уплотнения.
— процедура сварки оптических волокон. и типы сколов.

Отличия многомодового оптоволокна от одномодового

Почему вместо привычного для нас медного кабеля сегодня все чаще используют оптоволокно? Ответ на этот вопрос прост: оптоволоконный кабель имеет множество преимуществ по сравнению с обычным кабелем. В первую очередь, это высокая скорость передачи данных. К тому же, емкость оптического кабеля определяется количеством волокон, которых в одном кабеле может быть 48 и более.

Таким образом, при монтаже ВОЛС в большинстве случаев достаточно проложить 1 оптический кабель нужной емкости. В оптической системе наблюдается хорошая электромагнитная совместимость ЭМС, а пропускная способность имеет потенциал к увеличению и измеряется в Гбит/с.

Так что же такое оптоволокно?

Волокно состоит из сердечника, отражающего покрытия, защитного лака и буфера. Чтобы удержать световой сигнал внутри сердечника используется оболочка, играющая роль отражающего слоя. Оптический кабель устроен так, что внутри него множество оптических волокон. Волокна от повреждения защищает буфер (мягкий защитный материал), который, в свою очередь, имеет жесткое покрытие. Структуру оптического волокна можно увидеть на изображении ниже:

Размер сердечника для одномодового волокна составляет 9 мкм, для многомодового – 50 или 62,5 мкм. Чаще всего для многомодового волокна используют сердечники размером 50 мкм. Внешний диаметр оболочки оптического волокна обычно стандартный – 125 мкм. Оптоволокно маркируется в зависимости от соотношения размера сердечника и оболочки. Например: 9/125, 50/125, 62,5/125.

В чем отличие многомода от одномода?

Главное отличие одномодового оптоволокна от многомодового заключается в способе распространения оптического излучения в волокне. Прежде всего, это зависит от размера сердечника световода.

Многомодовое оптоволокно (многомод) или MultiMode (MM) – способность передачи нескольких независимых световых сигналов (мод), которые различаются фазами или длинами волн. Однако это требует большего диаметра сердечника, а с увеличением диаметра сердечника световода увеличивается вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника. Возникает модовая дисперсия, иначе говоря – рассеивание. В результате уменьшается пропускная способность и расстояние между повторителями (ретрансляторами) сигнала.

В цифрах: пропускная способность многомодового оптоволокна – до 2,5 Гбит/с.

Одномодовое оптоволокно (одномод) или SingleMode (SM) – способность передачи только одной моды (одного светового несущего сигнала). Поскольку такое волокно имеет сердечник диаметром 10 мкм и меньше (очень тонкий), при передаче сигнала наблюдается меньшая модовая дисперсия. Это позволяет передавать сигнал на большие расстояния, не используя повторители. Однако одномодовое оптоволокно и сопутствующие компоненты приема-передачи оптического сигнала стоят дороже.

В цифрах: пропускная способность одномодового оптоволокна – 10 Гбит/с и более.

Как правило многомодовый кабель используют при монтаже ВОЛС небольших длин, например, для соединения серверных или офисов, при расстояниях, не превышающих 500-1000 м. При больших расстояниях предпочтительно использовать одномодовый оптический кабель. Сварка оптоволокна этих двух типов принципиально не отличается, небольшие отличия есть только в результатах: одномодовый кабель более критичен к качеству сварки, потери на стыках у одномодового волокна, как правило, выше чем у многомодового.

Передача данных осуществляется посредством излучения и приема оптического сигнала специальным оборудованием, установленным на обоих концах кабеля, которое называется оконечным оборудованием. С его помощью возможно преобразование оптических сигналов в электрические и наоборот. Отсюда и пошло название – медиаконвертеры (конвертеры среды, преобразователи среды). Если заменить оконечное оборудование на двух концах волоконно-оптической линии связи, то можно существенно увеличить пропускную способность сети. Например, вместо конвертеров со скоростью 100 Мбит/с поставить оборудование со скоростью в 1 Гбит

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.

кварцевые и не только / Блог компании ЭФО / Хабр

Время от времени на Хабре появляются различные статьи на тему волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), что неудивительно, поскольку оптическая связь сегодня является одним из основных способов передачи информации. Оптические линии связи успешно конкурируют с традиционными медными линиями и беспроводными технологиями. Именно оптическому волокну мы во многом обязаны резким увеличением объема и скорости передаваемой по всему миру информации за последние годы и, в частности, развитием Интернета. Более того, с каждым годом оптическое волокно становится все ближе к потребителю и осваивает все новые сферы применения.

Мы уверены, что каждый уважающий себя IT-специалист должен иметь хотя бы общее представление о ВОЛС, независимо от того, чем конкретно он занимается. Предлагаемая вашему вниманию статья посвящена разновидностям и классификации оптических волокон. Конечно, сейчас можно легко найти очень много разной информации на эту тему. Но, как вы увидите дальше, и нам есть что рассказать. Тем более что на Хабре пока тема оптического волокна освещена, как нам кажется, в недостаточной степени.

Компания «ЭФО» занимается поставками импортных электронных компонентов на российский рынок с 1991 года. Последние 15 лет (с 2001 г.) наша программа поставок включает волоконно-оптические и оптоэлектронные компоненты. Исторически сложилось, что основными нашими клиентами являются представители разных отраслей промышленности.

«ЭФО» имеет несколько специализированных сайтов под разные группы продукции. Оптической связи посвящен сайт infiber.ru, которым занимаются сотрудники Отдела волоконно-оптических компонентов. Сайт содержит каталог волоконно-оптической продукции, которую мы поставляем. Также здесь публикуются новости производителей и статьи, написанные сотрудниками отдела. Наш сайт создан недавно, но активно развивается.

Как уже упоминалось, в этой статье мы хотели рассказать не столько о самом оптическом волокне, сколько о его разновидностях и классификации. Большинство читателей, скорее всего, знает разницу между одномодом и многомодом, но мы хотим дать более детальную информацию, чтобы Вы могли легко ориентироваться в многообразии современных волокон и их свойствах и не испытывали затруднений с вопросами, которые возникают в практической работе, например:

• Что означает OM4 в спецификации к оптическому волокну и чем оно отличается от OM1, OM2 и OM3?
• Какие материалы используются при производстве волокон и кабелей? Что такое пластиковое оптическое волокно?
• Где следует использовать волокно со смещенной дисперсией и в каких случаях дисперсия должна быть нулевой?
• Что означают аббревиатуры POF и HCS (PCS)?

Опыт общения с заказчиками показывает, что эти и другие вещи, связанные с классификацией волокон, известны далеко не всем (напомним, наши клиенты в основном работают в промышленности и чаще всего являются специалистами каждый в своей области). Поэтому считаем, что подобная информация будет крайне полезной. Очень надеемся, что одной статьей наше совместное обсуждение темы ВОЛС на Хабре не закончится.

Немного забегая вперед, отметим, что одной из главных особенностей этой статьи мы считаем знакомство читателей с волокнами POF и HCS, поскольку 1) эти волокна набирают все большую популярность в промышленности и других сферах и 2) в отличие от традиционных кварцевых волокон они не так хорошо освещены в русскоязычном интернете.

И последнее. Недавно мы разместили на нашем сайте пять статей, в которых более подробно рассказывается об оптическом волокне и его основных типах. Кому информации, изложенной ниже, окажется недостаточно, добро пожаловать к нам на сайт!

Исходя из поставленной задачи (представить классификацию оптических волокон), мы не хотели бы сильно углубляться в теоретические основы волоконно-оптической связи. Но для того чтобы информация была понятна широкому кругу читателей, начнем все-таки с того, что представляет собой оптическое волокно, каким образом по нему передается сигнал и каковы его некоторые основные характеристики.

Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением, по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона (обычно ближний ИК и видимый свет). Оптическое волокно состоит из двух основных частей: сердцевины и оптической оболочки. Диаметр этой структуры сравним с толщиной человеческого волоса. Сверху на оптоволокно наносится защитное акриловое покрытие. Для дальнейшей защиты используются различные упрочняющие и защитные элементы. Конструкция, содержащая одно или несколько оптических волокон и различные защитные элементы, покрытые общей оболочкой, называется волоконно-оптическим кабелем.

Информационный сигнал передается по оптическому волокну в виде модулированного светового излучения. Благодаря явлению полного внутреннего отражения (вспомните школьный курс геометрической оптики), свет, попавший в оптоволокно, распространяется по нему на большие расстояния. Сердцевина и оптическая оболочка волокна изготавливаются из материалов с незначительно отличающимися показателями преломления (показатель преломления сердцевины больше). Поэтому световые волны, попавшие в сердцевину под углами, меньшими некоторого критического значения, многократно переотражаются от оболочки. Если при этом выполняются условия для распространения в волноводе (свет – это не только поток частиц, но и электромагнитная волна), то такие световые волны, называемые модами, распространяются на значительные расстояния.

Помимо разницы между показателями преломления сердцевины и оболочки важную роль играет профиль показателя преломления сердцевины, то есть зависимость величины показателя преломления от радиуса поперечного сечения оптоволокна. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым, если плавно уменьшается от центральной оси к оболочке, – градиентным. Встречаются и более сложные профили. Профиль показателя преломления оказывает большое влияние на характеристики оптического волокна как среды передачи информации.

Среди большого числа характеристик и параметров, описывающих оптическое волокно как среду передачи данных, отметим наиболее важные – затухание (потери) и дисперсию.

Затухание – это постепенное ослабление мощности оптического сигнала по мере распространения по оптоволокну, вызванное разными физическими процессами. Величина затухания имеет сложную зависимость от длины волны излучения и измеряется в дБ/км. Затухание служит одним из главных факторов, ограничивающих дальность передачи сигнала по оптическому волокну (без ретрансляции).

Дисперсия – это уширение оптического импульса, передаваемого по оптоволокну, во времени. При высокой частоте следования импульсов такое уширение на некотором расстоянии от передатчика приводит к перекрыванию соседних импульсов и ошибочному приему данных. Дисперсия ограничивает как дальность, так и скорость передачи информации.

Рассказав (или напомнив) читателю об этих базовых понятиях, перейдем к тому, ради чего все это излагалось, – к классификации оптических волокон. Существует огромное количество различных оптических волокон, поэтому сразу сделаем оговорку, что мы не будем касаться так называемых специальных волокон, используемых в научных исследованиях и разных специфических применениях, а также волокон, которые пока являются скорее технологиями будущего. Мы сосредоточимся на тех типах оптических волокон, которые уже сегодня широко используются в телекоммуникациях. А таких типа четыре.

Основными критериями, по которым проводится классификация, можно считать следующие два:

• Материал, из которого изготавливается сердцевина и оптическая оболочка. Оптоволокно может изготавливаться не только из кварцевого стекла, но и из других материалов, в частности из полимеров.
• Количество распространяющихся мод. В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые.

Таким образом, можно выделить четыре больших класса оптических волокон (ссылки ведут к соответствующим статьям на infiber.ru):

1. Кварцевое многомодовое волокно.
2. Кварцевое одномодовое волокно.
3. Пластиковое, или полимерное, оптическое волокно (POF).
4. Кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS).

На рисунке ниже изображены поперечные сечения этих четырех типов волокон (соотношение размеров сохранено).

Поговорим подробнее о каждом из этих типов.

1. Кварцевое многомодовое волокно

Кварцевые волокна являются самым известным и распространенным типом оптических волокон. Поскольку многомодовые и одномодовые кварцевые волокна сильно отличаются по своим характеристикам и применению, удобнее рассмотреть их по отдельности.

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оптическую оболочку из кварцевого стекла. Как правило, такое оптоволокно имеет градиентный профиль показателя преломления. Это необходимо, чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. Как было показано выше, моды распространяются в оптическом волокне по разным траекториям, а значит, время распространения каждой моды также отличается. Это приводит к уширению передаваемого импульса. Градиентный профиль уменьшает разницу во времени распространения мод. За счет плавного изменения показателя преломления моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины. Полностью устранить влияние межмодовой дисперсии невозможно, поэтому многомодовое волокно уступает одномодовому по дальности и скорости передачи информации.

Рабочими для многомодового волокна обычно являются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичное затухание на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Классификация. Кварцевое многомодовое волокно было первым типом волокна, которое стало широко применяться на практике. Распространение получили два стандартных размера многомодовых волокон (диаметр сердцевины/оболочки): 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.

Общепринятая классификация многомодовых кварцевых волокон приводится в стандарте ISO/IEC 11801. Этот стандарт выделяет четыре класса многомодовых волокон (OM – Optical Multimode), отличающиеся шириной полосы пропускания (параметр, характеризующий межмодовую дисперсию и определяющий скорость передачи информации):

• OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
• OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
• OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
• OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Фраза «оптимизированное для работы с лазером» напоминает о том, что изначальна для передачи сигнала по многомодовому волокну использовались светодиоды (LED). С появлением полупроводниковых лазеров стали разрабатываться волокна более совершенной структуры, названные оптимизированными для работы с лазерами.

Применение. Многомодовое волокно применяется в непротяженных линиях связи (обычно сотни метров), причем волокно 50/125 мкм (OM2, OM3, OM4) используется в основном в локальных сетях и дата-центрах, а волокно 62,5/125 мкм часто применяется в индустриальных сетях. В гигабитных приложениях рекомендуется применять волокна классов OM3 и OM4. Причина, по которой многомодовое волокно до сих пор не вытеснено одномодовым волокном, обладающим лучшими характеристиками, заключается в меньшей стоимости компонентов линии (активное оборудование, соединительные изделия). Цена снижается из-за большего диаметра сердцевины многомодового волокна, и, соответственно, меньших требований к точности изготовления и монтажа компонентов.

2. Кварцевое одномодовое волокно

В одномодовом волокне, как следует из названия, распространяется только одна (основная) мода излучения. Это достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 8-10 мкм). Диаметр оптической оболочки такой же, как и у многомодового волокна – 125 мкм. Отсутствие других мод положительно сказывается на характеристиках оптоволокна (нет межмодовой дисперсии), увеличивая дальность передачи без ретрансляции до сотен километров и скорость до десятков Гбит/с (приводим стандартные значения, а не те «рекордные», которые достигаются в исследовательских лабораториях). Затухание в одномодовом волокне также крайне низкое (менее 0,4 дБ/км).

Диапазон длин волн для одномодового волокна достаточно широк. Обычно передача осуществляется на длинах волн 1310 и 1550 нм. При использовании технологии спектрального уплотнения каналов используются и другие длины волн (об этом чуть ниже).

Классификация. Ассортимент кварцевых одномодовых волокон весьма разнообразен. Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский EN 50173 по аналогии с многомодовым волокном выделяют два больших класса одномодовых волокон: OS1 и OS2 (OS – Optical Single-mode). Однако в связи с существующей путаницей, связанной с этим делением, не рекомендуем ориентироваться на эту классификацию. Гораздо более информативными являются рекомендации ITU-T G.652-657, выделяющие больше типов одномодовых волокон.

В таблице ниже представлена краткая характеристика этих волокон и их применение. Но прежде – пара комментариев. Межмодовая дисперсия, отсутствующая в одномодовом волокне, является не единственным механизмом уширения оптического импульса. В одномодовом волокне на первый план выходят другие механизмы, прежде всего, хроматическая дисперсия, связанная с тем, что ни один источник излучения (даже лазер) не испускает строго монохроматичное излучение. При этом существует длина волны, при которой коэффициент хроматической дисперсии равен нулю. В большинстве случае работа на этой длине волны оказывается предпочтительной, но не всегда.

Тип волокна	Описание	Применение
G.652. Одномодовое волокно с несмещенной дисперсией	Наиболее распространенный тип одномодового волокна с точкой нулевой дисперсии на длине волны 1300 нм. Различают 4 подкласса (A, B, C и D). Волокна G.652.C и G.652.D отличаются низким затуханием вблизи «водного пика» («водным пиком» называют область большого затухания в стандартном волокне около длины волны 1383 нм).	Стандартные области применения.
G.653. Одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией	Точка нулевой дисперсии смещена на длину волны 1550 нм.	Передача на длине волны 1550 нм.
G.654. Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки	Длина отсечки (минимальная длина волны, при которой волокно распространяет одну моду) смещена в область длин волн около 1550 нм.	Передача на длине волны 1550 нм на очень большие расстояния. Магистральные подводные кабели.
G.655. Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией	Это волокно имеет небольшое, но не нулевое, значение дисперсии в диапазоне 1530-1565 нм (ненулевая дисперсия уменьшает нелинейные эффекты при одновременном распространении нескольких сигналов на разных длинах волн).	Линии передачи со спектральным уплотнением каналов (DWDM).
G.656. Одномодовое волокно c ненулевой смещенной дисперсией для широкополосной передачи	Ненулевая дисперсия в диапазоне длин волн 1460-1625 нм.	Линии передачи со спектральным уплотнением каналов (CWDM/DWDM).
G.657. Одномодовое волокно, не чувствительное к потерям на макроизгибе	Волокно с уменьшенным минимальным радиусом изгиба и с меньшими потерями на изгибе. Выделяют несколько подклассов.	Для прокладывания в ограниченном пространстве.

Применение. Одномодовое кварцевое волокно, безусловно, является самым распространенным типом оптоволокна. С его помощью можно организовать передачу высокоскоростного сигнала на очень большие расстояния, а применение технологии спектрального уплотнения каналов (CWDM/DWDM) позволяет в разы увеличить пропускную способность линии связи. Одномодовое волокно часто применяется и на коротких дистанциях, например, в локальных сетях.

3. Пластиковое оптическое волокно (POF)

О кварцевом оптическом волокне знают практически все. Но помимо него существует еще два типа оптических волокон, заслуживающие внимания. Прежде всего, речь идет о пластиковом, или полимерном, оптическом волокне (POF – Plastic/Polymer Optical Fiber). Это многомодовое волокно большого диаметра со ступенчатым показателем преломления, сердцевина и оболочка которого изготовлены из полимерных материалов, прежде всего, из полиметилметакрилата (по-простому, оргстекла). Чаще всего можно встретить POF с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 980/1000 мкм.

В сравнении с кварцевым волокном POF имеет очень большие потери (100-200 дБ/км). С другой стороны, минимум потерь находится в видимом диапазоне (520, 560 и 650 нм). Это, а также очень большой размер поперечного сечения, позволяет использовать в качестве источников излучения дешевые светодиоды. Большой диаметр также значительно упрощает процесс работы с пластиковым волокном. Процесс изготовления патч-корда (оптического шнура) требует меньших навыков и времени, а все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость. На рисунке ниже представлены пластиковые патч-корды с коннекторами семейства Versatile Link (VL) от компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).

Таким образом, главные преимущества пластикового волокна – это низкая стоимость компонентов и простота работы с ним. При этом POF присущи все те особенности оптического волокна, которые дают ему преимущества перед другими видами связи. В их числе невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.

Классификация. Хотя выпускаемые пластиковые волокна отличаются по размеру, используемым полимерам, профилю показателя преломления и другим параметрам, подавляющую часть всех пластиковых волокон составляет POF 980/1000 мкм из полиметилметакрилата.

Применение. Область применения POF – короткие низкоскоростные линии связи (до 200 Мбит/с на несколько десятков метров). Преимущества POF проявляются в тех случаях, когда простота эксплуатации и низкая стоимость линии связи важнее, чем характеристики самой передачи. POF часто используется в промышленных линиях связи, автомобильной электронике, медицине и разного рода датчиках. Кроме того, пластиковое волокно может с успехов применяться и в различных специальных/корпоративных сетях передачи данных, например, для связи в пределах квартиры или офиса (к слову, эта область применения в России пока только начинает развиваться).

4. Кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS)

И, наконец, последний тип оптического волокна, с которым мы бы хотели познакомить читателей, представляет собой нечто среднее (во всех отношениях) между кварцевым и пластиковым волокном. У этого типа волокна много названий, но мы привыкли называть его кварцевым волокном с полимерной (жесткой) оболочкой и обозначать HCS (Hard Clad Silica). Также распространена аббревиатура PCS (Polymer Clad Silica).

HCS-волокно – это многомодовое оптическое волокно большого диаметра с сердцевиной из кварцевого стекла и оболочкой из полимерного материала. Наибольшее распространение в телекоммуникациях получило HCS-волокно с диаметром сердцевины и оболочки 200/230 мкм и ступенчатым показателем преломления. В других областях, таких как медицина и научные исследования, могут использоваться HCS-волокна с бо́льшим диаметром сердцевины (300, 400, 500 мкм…).

По своим оптическим характеристикам HCS-волокно также занимает промежуточное положение между кварцевым оптоволокном и POF. Минимум затухания стандартного HCS-волокна приходится на длину волны 850 нм и составляет единицы-десятки дБ/км. Для работы с HCS-волокном часто можно использовать те же активные компоненты, что и для POF (с длиной волны 650 нм) или для многомодового кварцевого волокна (светодиоды с длиной волны 850 нм).

Достаточно большой размер HCS-волокна, как и в случае POF, упрощает и удешевляет процесс работы с ним.

Классификация. Как уже упоминалось, в телекоммуникациях в основном используется HCS-волокно 200/230 мкм.

Применение. В целом, области применения HCS схожи с областями применения POF, с той лишь только разницей, что расстояние передачи при использовании HCS-волокна увеличивается до нескольких километров (благодаря меньшему затуханию).

Подведем итоги. Как видим, зачастую выбор оптического волокна для создания линии связи не ограничивается выбором одномод VS многомод. Ассортимент оптических волокон достаточно разнообразен, и в зависимости от ситуации наилучшим решением может оказаться использование того или иного типа волокна из тех, что были описаны в данной статье.

Напоследок благодарим всех читателей за внимание. Надеемся, что статья оказалась не только познавательной, но и полезной (или окажется таковой в будущем). С нетерпением ждем комментариев и вопросов.

Классификация многомодового волокна

Волоконно-оптическая сеть уже не кажется нам чем-то сверхъестественным. Сети связи на основе оптического волокна на сегодня являются основным средством передачи данных. Благодаря оптическому волокну и использованию современных технологий цифровой связи удалось на порядок увеличить объем передаваемой информации. Между тем, наука не стоит на месте, и волоконная оптика продолжает развиваться, совершенствоваться, незримо присутствуя рядом с нами и делая жизнь более комфортной.

Ассортимент оптических волокон становится все больше, отдельные виды подвергаются модификации, а также расширяется и область применения оптики. В данной статье мы рассмотрим классификацию многомодовой оптики.

Кабель NIKOMAX SM 9/125 универсальный, плоский («бабочка»), со стеклопластиковыми прутками и тросом

Одномодовое и многомодовое волокно

В настоящее время довольно часто мы слышим такие понятия как одномодовый, многомодовый – отсюда возникает вопрос: а что же, собственно, представляет собой понятие «мода»? Оптическая мода – траектория, по которой распространяется свет в сердцевине волокна.

В зависимости от количества распространяемых мод оптические волокна делятся на одномодовые и многомодовые. По своей конструкции оптические волокна, применяемые для передачи данных, имеют схожее строение.

Тип волокон

Часть волокна, отвечающая непосредственно за светопередачу, так называемое ядро, находится в центре, вокруг него располагается демпфер, или, как его обычно называют, оболочка. Именно демпфер создает границу разделения сред, тем самым не дает излучению покинуть пределы ядра. Существенным отличием одномодового волокна от многомодового является диаметр ядра, так как во втором он существенно больше, что и позволяет распространять больше одной моды излучения.

Не будем углубляться в изучение отличительных особенностей того или иного волокна, а перейдем к более подробному изучению конкретно многомодового волокна: в чем его особенности, какие классы существуют и в каких областях применяется.

Ступенчатый профиль показателя преломления

В настоящее время наибольшее распространение получили волокна с диаметром сердцевины 50 мкм и 62.5 мкм.

Первые многомодовые волокна изготавливались с сердцевиной в 50 мкм, а в качестве источника излучения использовались светодиоды. Но с ростом передаваемого трафика возникла необходимость в создании волокна с большей пропускной способностью, в результате чего и было разработано волокно с диаметром 62.5 мкм.

Показатели преломления

Градиентный профиль показателя преломления

Как уже упоминалось выше, в многомодовой оптике начали использовать градиентный профиль показателя преломления. Давайте более подробно рассмотрим, что это и как он связан с многомодовой оптикой.

Категории многомодовых волокон

На данный момент существует несколько профилей показателей преломления. Два самых распространенных – это ступенчатый и градиентный. Ступенчатый профиль считается наиболее простым для изготовления световодов и в большинстве случаев применяется именно в одномодовой оптике.

Данный профиль не получил существенного распространения в многомодовой оптике по одной причине: из-за большого количества передаваемых мод в волокне возникает дисперсия, что приводит к рассеиванию сигнала, и что в конечном итоге не позволяет передавать трафик на большие расстояния.

Для решения данной проблемы был разработан второй вид показателя преломления – градиентный. В отличие от ступенчатого профиля (в котором показатель преломления одинаковый), в градиентном профиле показатель преломления постепенно уменьшается от сердцевины к оболочке, что позволяет минимизировать влияние дисперсии между распространяемыми модами.

Но на этом совершенствование характеристик передачи не остановилось. Как уже говорилось ранее, в качестве излучателя использовали светодиоды, а многомодовые волокна, используемые с данным типом излучателя, имели некоторые дефекты, что существенно сказывалось на таком параметре как коэффициент широкополосности. Указанный параметр является основным и характеризует способность волокна обеспечивать эффективную работу на определенных расстояниях. Технология производства совершенствовалась, и в результате проблему удалось решить, – создали многомодовое волокно, оптимизированное для работы с лазерными излучателями. Переход на новый вид источника излучения и привел в свою очередь к разработке новых классов многомодового волокна. Учитывая все требования технологий передачи данных, Международная организация по стандартизации (ISO) разработала классификацию оптических многомодовых волокон: OM1, OM2, OM3 и OM4.

Классификация многомодовой оптики

Разделение многомодовой оптики на классы происходит по двум основным параметрам: затухание и коэффициент широкополосности. На данный момент международный стандарт ISO/IEC 11801 утвердил 4 класса многомодового оптического волокна. Обозначение классов приобрело следующий характер: OM (сокращение от Optical Multimode) и цифра, которая обозначает класс волокна. Рассмотрим более подробно каждый класс.

Применение

OM1 – стандартное многомодовое волокно 62.5/125 мкм

В волокне используется сердцевина диаметром 62.5 мкм, диаметр оболочки составляет 125 мкм. В сочетании со светодиодом в качестве источника излучения позволяет реализовывать качественные каналы передачи данных на небольшие расстояния. Пропускная способность составляет 100 Мбит/с, максимальное расстояние около 300 метров. Используется для расширения уже существующих сетей, не рекомендуется использовать в новых сетях с высокой пропускной способностью.

OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм

Волокно изготавливается с сердцевиной 50 мкм, диаметр оболочки 125 мкм. В отличии от вышеуказанного класса, работает в совокупности с узкона- правленным лазером, и в результате обеспечивает более высокую пропускную способность 1 Гбит/с, а также позволяет передавать больший объем данных на расстояние в пределах 550 метров.

OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером

Так как использование волокон OM1 и OM2 не обеспечивало необходимой дальности передачи данных и пропускной способности для работы высокоскоростного оборудования, было разработано многомодовое волокно OM3. Волокно оптимизировали для работы с лазерными излучателями, тем самым повысив пропускную способность до 10 Гбит/с на расстояние до 300 метров.

Кабель NIKOMAX MM 50/125 внутренний, распределительный, OM2

OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками

ОМ4 – оптимизированная версия OM3, в настоящее время является самым современным и соответствует всем требованиям стандартов оптических волокон. Многомодовое волокно OM4 разработано для использования в более протяженных каналах передачи данных и обеспечивает высокую пропускную способность. ОМ4 дает возможность передачи данных на скорости 10 Гбит/с на расстояние до 500 метров.

Применение многомодовых оптических волокон

Что касается области применения, то многомодовые оптические волокна значительно уступают одномодовым, вследствие своих оптических характеристик. Но если учесть тот факт, что реализация проектов с использованием одномодовых волокон обходится намного дороже, то в большинстве случаев, если позволяют технические условия, необходимо использовать именно многомодовую оптику.

Многомодовое оптическое волокно в большинстве случаев применяется:

• для построения локально-вычислительных сетей в пределах одного здания;
• в магистралях между зданиями, если расстояние не превышает 300-550 м;
• в горизонтальных сегментах СКС и системах FTTD, где рабочие станции оснащены многомодовыми оптическими сетевыми картами;
• в центрах обработки данных в дополнение к одномодовому волокну.

В заключение отметим, несмотря на тот факт, что одномодовая оптика во многом превосходит многодовую как по характеристикам, так и по максимальному расстоянию, на которое возможна передача данных, реализация проектов с использованием многомодовой оптики актуальна. В основном за счет меньшей стоимости оконечного оборудования, а также более простой и дешевой технологии изготовления многомодовых волокон.

Одномодовые и многомодовые волокна, сравнительная характеристика — Студопедия

Несмотря на огромное разнообразие оптоволоконных кабелей, волокна в них практически одинаковые. Более того, производителей самих волокон намного меньше (наиболее известны Corning, Lucent и Fujikura), чем производителей кабелей.

По типу конструкции, вернее по размеру серцевины, оптические волокна делятся на одномодовые (ОМ) и многомодовые (ММ). Строго говоря, употреблять эти понятия следует относительно конкретной используемой длины волны, но после рассмотрения Рисунка 8.2, становится понятно, что на сегодняшнем этапе развития технологий можно это не учитывать.

В случае многомодового волокна диаметр сердечника (обычно 50 или 62,5 мкм) почти на два порядка больше, чем длина световой волны. Это означает, что свет может распространяться в волокне по нескольким независимым путям (модам). При этом очевидно, что разные моды имеют разную длину, и сигнал на приемнике будет заметно «размазан» по времени.

Из-за этого хрестоматийный тип ступенчатых волокон (вариант 1), с постоянным коэффициентом преломления (постоянной плотностью) по всему сечению сердечника, уже давно не используется из-за большой модовой дисперсии.

На смену ему пришло градиентное волокно (вариант 2), которое имеет неравномерную плотность материала сердечника. На рисунке хорошо видно, что длины пути лучей сильно сокращены за счет сглаживания. Хотя лучи, проходящие дальше от оси световода, преодолевают большие расстояния, они при этом имеют большую скорость распространения. Происходит это из-за того, что плотность материала от центра к внешнему радиусу уменьшается по параболическому закону. А световая волна распространяется тем быстрее, чем меньше плотность среды.

В результате более длинные траектории компенсируются большей скоростью. При удачном подборе параметров, можно свести к минимуму разницу во времени распространения. Соответственно, межмодовая дисперсия градиентного волокна будет намного меньше, чем у волокна с постоянной плотностью сердечника.

Однако, как бы не были сбалансированы градиентные многомодовые волокна, полностью устранить эту проблему можно только при использовании волокон, имеющих достаточно малый диаметр сердечника. В которых, при соответствующей длине волны, будет распространяться один единственный луч.

Реально распространено волокно с диаметром сердечника 8 микрон, что достаточно близко к обычно используемой длине волны 1,3 мкм. Межчастотная дисперсия при неидеальном источнике излучения остается, но ее влияние на передачу сигнала в сотни раз меньше, чем межмодовой или материальной. Соответственно, и пропускная способность одномодового кабеля намного больше, чем многомодового.

Как это часто бывает, у более производительного типа волокна есть свои недостатки. В первую очередь, конечно, это более высокая стоимость, обусловленная стоимостью комплектующих, и требованиями к качеству монтажа.

Таб. 8.1. Сравнение одномодовых и многомодовых технологий.

Параметры	Одномодовые	Многомодовые
Используемые длины волн	1,3 и 1,5 мкм	0,85 мкм, реже 1,3 мкм
Затухание, дБ/км.	0,4 — 0,5	1,0 — 3,0
Тип передатчика	лазер, реже светодиод	светодиод
Толщина сердечника.	8 мкм	50 или 62,5 мкм
Стоимость волокон и кабелей.	Около 70% от многомодового	-
Средняя стоимость конвертера в витую пару Fast Ethernet.	$300	$100
Дальность передачи Fast Ethernet.	около 20 км	до 2 км
Дальность передачи специально разработанных устройств Fast Ethernet.	более 100 км.	до 5 км
Возможная скорость передачи.	10 Гб, и более.	до 1 Гб. на ограниченной длине
Область применения.	телекоммуникации	локальные сети

Что такое OM1, OM2, OM3 и OM4?

Имеются разные типы оптических патч-кордов. Некоторые из них одномодовые, а некоторые многомодовые. Многомодовые патч-корды описываются по их сердечнику и диаметрам оболочки. Обычно диаметр многомодового патч-корда составляет 50/125 µm или 62.5/125 µm. В настоящее время имеются четыре типа многомодовых патч-кордов: OM1, OM2, OM3 и OM4. Буквы «ОМ» означают оптический многомодовый. Каждый тип патч-кордов имеет свои разные характеристики. Стандарт Каждые «ОМ» имеют требование на минимальную Модовую Широкополосность(MBW). OM1, OM2 и OM3 определяются стандартом ISO 11801, который основан на модовой широкополосноти многомодового патч-корда. В августе 2009 года, TIA/EIA утвердил и выпустил 492AAAD, который определяет критерий эффективности для OM4. Хотя они разработали оригинальные обозначения «ОМ», IEC еще не выпустил утвержденный эквивалентный стандарт, который в конце концов будет документирован как тип патч-корда A1a. 3 в IEC 60793-2-10. Спецификации

 · OM1 кабель типично имеет оранжевую оболочку и его размер сердечника составляет 62.5 микрометров (µm). Он может поддержать 10 Gigabit Ethernet на расстоянии макс. до 33 метра. Он наиболее широко используется для приложений 100 Megabit Ethernet. 

· OM2 также имеет оранжевую оболочку. Его размер сердечника составляет 50µm, а не 62.5µm. Он поддерживает 10 Gigabit Ethernet на расстоянии макс. до 82 метра, но наиболее широко используется для приложений 1 Gigabit Ethernet. 

· OM3 имеет предлагаемую оболочку зелено-голубого цвета. Как OM2, его размер сердечника составляет 50µm. OM3 поддерживает 10 Gigabit Ethernet на расстоянии макс. до 300 метров. Кроме этого, OM3 может поддержать 40 Gigabit и 100 Gigabit Ethernet макс. до 100 метров. Но он наиболее широко используется для 10 Gigabit Ethernet.

 · OM4 также имеет предлагаемую оболочку зелено-голубого цвета. Он имеет дальнейшее улучшение по сравнению с OM3. Он также использует 50µm сердечник, но поддерживает 10 Gigabit Ethernet на расстоянии макс. до 550 метров и 100 Gigabit Ethernet на расстоянии макс. до 150 метров.

Различия Имеется несколько различий между четырьмя типами многомодовых патч-кордов. Мы можем чётко узнать на следующей табличке:

· Диаметр: Диаметр сердечника OM1 составляет 62.5 µm, а диаметр сердечника OM2, OM3 и OM4 составляет 50 µm. · Цвет Оболочки: OM1 и OM2 MMF обычно имеют оранжевую оболочку. OM3 и OM4 часто имеют зелено-голубую оболочку. · Оптический Источник: OM1 и OM2 обычно применяют источник света LED. Но OM3 и OM4 обычно применяют 850 nm VCSELs. · Полоса Пропускания: при 850 nm минимальная модовая широкополосность OM1 составляет 200Hz*km, OM2 — 500Hz*km, OM3 — 2000Hz*km, OM4 — 4700Hz*km. OM3&OM4 Превосходят OM1&OM2  

Оба OM1 и OM2 работают с основным устройством LED, которое может передавать сотни режимов света по кабелю, а в то время OM3 и OM4 оптимизированы для основного устройства лазера(например VCSEL), которое применяет меньше режимов света. LEDs не могут достаточно быстро включаться/выключаться для поддерживания приложений с более высокой пропускной способностью, а в то время VCSELs способны модулировать миграцию на более 10 Gbit/s и используются во многих высокоскоростных сетях. По этой причине OM3 и OM4 являются единственными многомодовыми патч-кордами, входящие в стандарт 40G и 100G Ethernet. Теперь OM1 и OM2 обычно используются для 1G миграции, поэтому они не подходят для современных высокоскоростных сетей. В настоящее время OM3 и OM4 используются для 10G миграции. Но в будущем, OM3 и OM4 могут поддерживать миграцию на 40G и 100G, поэтому они могли бы стать тенденцией.

Выбор между одномодовым и многомодовым волокнами

Одномодовые и многомодовые волокна

Узнайте о различиях и о том, когда использовать одномодовые или многомодовые волокна.

Облачные вычисления и веб-сервисы продолжают стимулировать рост спроса на полосу пропускания, повышая скорость передачи данных с 1 и 10 Гбит / с до 40 и 100 Гбит / с и выше в сетях предприятий и центров обработки данных.

 Эти более высокие скорости могут заставить разработчиков систем поверить в то, что одномодовое оптическое волокно имеет все большее преимущество по сравнению с многомодовым оптическим волокном в помещениях.Однако более высокие скорости Ethernet не означают автоматически, что одномодовое оптоволокно является правильным выбором.
 
 Хотя одномодовое оптическое волокно обладает преимуществами с точки зрения полосы пропускания и дальности действия, многомодовое оптическое волокно легко поддерживает большинство расстояний, необходимых для сетей предприятий и центров обработки данных, по цене, значительно меньшей, чем одномодовое.
 
>  Скачать  статью полностью
 Сравнение общей стоимости одномодовых и многомодовых волокон 
 
 Многомодовое оптическое волокно по-прежнему является более экономичным выбором по сравнению с одномодовым оптическим волокном для применений с меньшим радиусом действия.Хотя фактическая стоимость многомодового кабеля выше, чем стоимость одномодового оптоволоконного кабеля, именно оптика преобладает в общей стоимости сетевой системы, затмевая разницу в стоимости кабеля.
 
 В среднем одномодовые трансиверы продолжают стоить от 1,5 до 4-5 раз дороже, чем многомодовые трансиверы, в зависимости от скорости передачи данных. По мере того, как оптоэлектронные технологии развиваются быстрее и объемы увеличиваются, цены на них снижаются, а разница в стоимости между многомодовыми и одномодовыми уменьшается.Однако одномодовая оптика всегда была дороже, чем их эквивалентные многомодовые аналоги. Этот факт подтверждается разницей в многомодовой и одномодовой оптике 10G - обычной скорости Ethernet, используемой сегодня.
 
  Многомодовые трансиверы также потребляют меньше энергии, чем одномодовые трансиверы, что является важным фактором, особенно при оценке стоимости питания и охлаждения центра обработки данных. В большом центре обработки данных с тысячами каналов многомодовое решение может обеспечить значительную экономию затрат как на приемопередатчик, так и на питание / охлаждение.
 
 Наконец, тот факт, что многомодовое оптоволокно легче устанавливать и подключать в полевых условиях, является важным фактором для корпоративных сред с их частыми перемещениями, добавлениями и изменениями.
 Разница между многомодовыми и одномодовыми волокнами 
 Способ, которым эти два типа волокон передают свет, в конечном итоге привел к их отдельным названиям. Одномодовые оптические волокна, обычно предназначенные для систем на умеренных и больших расстояниях (например, метро, ​​сети доступа и магистральные сети), имеют небольшой размер сердцевины (<10 мкм), что позволяет передавать только один режим или луч света.Это крошечное ядро ​​требует точной юстировки, чтобы излучать свет от трансивера в ядро, что значительно увеличивает стоимость трансивера.
 Для сравнения, многомодовые оптические волокна имеют более крупные сердечники, которые направляют множество мод одновременно. Ядро большего размера значительно упрощает улавливание света от трансивера, позволяя контролировать стоимость источника. Точно так же многомодовые соединители стоят меньше, чем одномодовые соединители, в результате более строгих требований к выравниванию одномодового оптического волокна.Одномодовые соединения требуют большей осторожности и навыков для прерывания, поэтому компоненты часто прерываются на заводе. С другой стороны, многомодовые соединения могут быть легко выполнены в полевых условиях, что обеспечивает гибкость установки, экономию затрат и душевное спокойствие.
 
 По этим причинам многомодовые волоконно-оптические системы продолжают оставаться наиболее экономически эффективным выбором волокон для приложений предприятий и центров обработки данных в диапазоне до 500–600 метров.
 
  За пределами досягаемости многомодовых оптических волокон становится необходимым использование одномодовых оптических волокон.Однако, оценивая одномодовые оптические волокна, обязательно рассмотрите более новые варианты. Устойчивое к изгибам одномодовое оптоволокно с полным спектром спектра обеспечивает больше возможностей приемопередатчика, большую полосу пропускания и менее чувствительно к манипуляциям с кабелями и коммутационными шнурами, чем обычное одномодовое оптическое волокно.
 
>  Скачать  статью полностью
 Какой тип многомодового волокна и почему? 
 В свое время разработчик сети или конечный пользователь, который определил многомодовое оптическое волокно для систем с малой досягаемостью, должен был выбрать один из двух типов волокна, определяемых размером их сердцевины, а именно 50 микрон (мкм) или 62.5 мкм. Теперь этот выбор немного отличается: выберите из многомодовых оптических волокон 50 мкм OM3, OM4 или нового класса OM5. Сегодня многомодовое оптическое волокно OM1 62,5 мкм практически устарело и предназначено для использования при расширении или ремонте устаревших систем с низкой пропускной способностью. Фактически, волокно OM1 62,5 мкм поддерживает только 33 метра на 10G и даже не рассматривается как вариант для более высоких скоростей.
 
  Многомодовые оптические волокна 50 мкм были впервые применены в 1970-х годах для применений как с малым, так и с большим радиусом действия.Но по мере увеличения скорости передачи данных диапазон 50 мкм волокна стал ограничиваться светодиодными источниками света, которые использовались в то время. Чтобы решить эту проблему, в 1980-х годах было разработано и внедрено многомодовое оптическое волокно 62,5 мкм. Оптическое волокно 62,5 мкм с его большей сердцевиной обеспечивает передачу сигнала большей мощности, чем оптическое волокно 50 мкм, что обеспечивает большую дальность действия (2 км) на скорости 10 Мбит / с для поддержки приложений в кампусе. Это был единственный раз, когда волокно 62,5 мкм давало преимущество перед оптическим волокном 50 мкм.
 
 С появлением гигабитных (1 Гбит / с) скоростей и появлением в середине 1990-х годов лазерного источника света VCSEL с длиной волны 850 нм, мы увидели возврат к оптическому волокну 50 мкм с изначально более высокой полосой пропускания.Сегодня многомодовые (OM3, OM4 и OM5) оптические волокна 50 мкм, оптимизированные для лазера, обеспечивают значительную полосу пропускания и достигают преимуществ для приложений с малой досягаемостью, сохраняя при этом преимущества многомодового оптического волокна в отношении низкой стоимости системы.
 Планирование на будущее 
  Группы отраслевых стандартов, включая IEEE (Ethernet), INCITS (Fibre Channel), TIA, ISO / IEC и другие, продолжают включать многомодовое оптическое волокно в качестве решения для малых досягаемости для скоростей следующего поколения. Это обозначение усиливает постоянное экономическое преимущество многомодового оптического волокна для этих приложений.
 
 IEEE включает многомодовое оптическое волокно в свои стандарты 40G и 100G Ethernet, а также в ожидаемые стандарты 50G, 200G и 400G. Кроме того, TIA выпустила новый стандарт для многомодового оптического волокна следующего поколения, который называется широкополосным многомодовым оптическим волокном (OM5). Эта новая версия оптического волокна 50 мкм может передавать несколько длин волн с использованием технологии мультиплексирования с коротковолновым разделением (SWDM), сохраняя при этом обратную совместимость с OM4. Таким образом, конечные пользователи могут получить большую полосу пропускания и более высокие скорости от одного волокна, просто добавив длины волн.Версия этого волокна OFS называется LaserWave® WideBand Optical Fiber. Это новое волокно обеспечивает постоянную экономическую выгоду при развертывании оптики с малой досягаемостью с использованием многомодового оптического волокна в отличие от более дорогой одномодовой оптики.
 В заключение 
 В целом, многомодовое оптоволокно по-прежнему остается наиболее экономичным выбором для приложений предприятий и центров обработки данных в диапазоне до 500–600 метров. Кроме того, необходимо одномодовое оптическое волокно.
 
 >>  Загрузите  полную статью, чтобы узнать больше о разнице между многомодовыми и одномодовыми оптическими волокнами
 ,Одномодовый
 и многомодовый оптоволоконный кабель 
 
 
 Давайте ускоримся… 
 Волоконная оптика отправляет сигналы по тонким, как волос, прядям из стекла или пластика. Свет «направляется» вниз по центру волокна, называемому «сердцевиной». Сердечник окружен оптическим материалом, называемым «оболочкой», который улавливает свет в сердцевине с использованием оптического метода, называемого «полное внутреннее отражение».”
 Сердцевина и оболочка обычно изготавливаются из сверхчистого стекла. Волокно покрыто защитным пластиковым покрытием, называемым «первичным буферным покрытием», которое защищает его от влаги и других повреждений. Большую защиту обеспечивает «кабель», который имеет волокна и прочностные элементы внутри внешнего покрытия, называемого «оболочкой».
 Линия волоконно-оптических продуктов и услуг Multicom также включает складирование и отгрузку в тот же день большого количества и разнообразия специально вырезанных оптоволоконных кабелей (включая свободную трубку, ADSS, армированные и т. Д.), Продуктов Corning на основе волоконной оптики и широкий выбор волоконно-оптические передатчики, EDFA, приемники, узлы, аксессуары, разветвители, перемычки, косички и медиаконвертеры, разработанные для удовлетворения жестких требований сетей передачи данных, видео и голоса.
 Одномодовый оптоволоконный кабель 
  Одномодовый оптоволоконный кабель имеет сердцевину небольшого диаметра, которая позволяет распространяться только одной моде света. Из-за этого количество отражений света, возникающих при прохождении света через сердечник, уменьшается, что снижает затухание и создает возможность для сигнала распространяться дальше. Это приложение обычно используется телекоммуникационными компаниями, компаниями кабельного телевидения, колледжами и университетами на больших расстояниях с более высокой пропускной способностью.
 
 Слева: одномодовое волокно обычно имеет конструкцию 9/125.Это означает, что отношение диаметра сердцевины к диаметру оболочки составляет от 9 микрон до 125 микрон. 
 Многомодовый оптоволоконный кабель 
  Многомодовый оптоволоконный кабель имеет сердцевину большого диаметра, которая позволяет распространять несколько видов света. Из-за этого количество световых отражений, возникающих при прохождении света через ядро, увеличивается, создавая возможность для большего количества данных, проходящих через заданный момент времени. Из-за высокой дисперсии и коэффициента затухания в этом типе волокна качество сигнала снижается на больших расстояниях.Это приложение обычно используется для работы на малых расстояниях, передачи данных и аудио / видео в локальных сетях. Широкополосные радиочастотные сигналы, которые обычно используют кабельные компании, не могут передаваться по многомодовому волокну.
 
 Вверху: многомодовое волокно обычно имеет конструкцию 50/125 и 62,5 / 125. Это означает, что отношение диаметра сердцевины к диаметру оболочки составляет от 50 микрон до 125 микрон и от 62,5 микрона до 125 микрон. 
 
 
 Что происходит внутри многомодового волокна 
 Многомодовое волокно Step-Index 
 Из-за большого сердечника некоторые световые лучи, составляющие цифровой импульс, могут проходить по прямому маршруту, тогда как другие зигзагообразно отражаются от оболочки.Эти альтернативные пути приводят к тому, что разные группы световых лучей, называемые модами, по отдельности достигают точки приема. Импульс, совокупность различных мод, начинает распространяться, теряя четко выраженную форму. Необходимость оставлять интервалы между импульсами для предотвращения перекрытия ограничивает объем информации, которая может быть отправлена. Этот тип волокна лучше всего подходит для передачи на короткие расстояния.
 Многомодовое волокно с градиентным индексом 
 Содержит сердцевину, в которой показатель преломления постепенно уменьшается от центральной оси к оболочке.Более высокий показатель преломления в центре заставляет световые лучи, движущиеся вниз по оси, двигаться медленнее, чем лучи вблизи оболочки. Благодаря градиентному показателю свет в сердечнике изгибается по спирали, а не зигзагообразно от оболочки, что сокращает расстояние его прохождения. Укороченный путь и более высокая скорость позволяют свету на периферии достигать приемника примерно в то же время, что и медленные, но прямые лучи на оси ядра. Результат: цифровой импульс имеет меньшую дисперсию. Этот тип волокна лучше всего подходит для локальных сетей.
 ,
 Понимание разницы между одномодовым и многомодовым волокном 
 Решения
 Моделирование сети и соединения
 Оптические временные задержки
 Мониторинг и тестирование оптоволокна
 Пассивные оптические отводы
 Продукты
 Оптоволоконные платформы
 Катушки для установки в стойку
 Переносные катушки
 Катушки MPO (мульти-волокна)
 Обучающие катушки OTDR
 OTDR Launch волокна
 Компенсация дисперсии
 Сверхпрочный / Поле
 Справочник покупателя
 Системы мониторинга оптоволокна
 Устройства OMI
 FOS 1200A
 FOS 1000A
 Преимущества устройства OMI
 Определение OMI
 Важность OMI
.Сравнение многомодового
 и одномодового волокна 
 
 В чем разница между многомодовым и одномодовым оптоволоконным кабелем? 
 Многомодовый оптоволоконный кабель 
 Многорежимный кабель
 имеет сердечник большого диаметра, который пропускает через него свет различных режимов. Это означает, что можно передавать больше типов данных.
 Multimode выпускается с двумя размерами сердечников и пятью разновидностями: 62,5-микронный OM1, 50-микронный OM2, 50-микронный OM3, 50-микронный OM4 и 50-микронный OM5. (OM означает «оптический режим».) Все имеют одинаковый диаметр оболочки 125 микрон, но 50-микронный волоконно-оптический кабель имеет меньшую сердцевину (светопроводящая часть волокна).
 Хотя все они могут использоваться одинаково, 50-микронные кабели, особенно OM5 и оптимизированные для лазера OM3 и OM4, обеспечивают более длинные линии связи и / или более высокие скорости и рекомендуются для использования в помещениях (магистральные, горизонтальные и внутри зданий). ссылки) и должны учитываться при новых установках. OM3, OM4 и OM5 также могут использоваться со светодиодами и лазерными источниками света.
 Многомодовые кабели бывают разных цветов, поэтому их легко распознать. OM3 обычно является водным; OM4 иногда называют Эрикой Вайолет (также известной как Хизер Вайолет в Соединенном Королевстве), чтобы помочь отличить его от OM3; последнее поколение многомодового волокна OM5 имеет салатовый цвет.
 Одномодовый оптоволоконный кабель
 В отличие от многомодового, одномодовый волоконно-оптический кабель имеет только один способ распространения: одну длину волны света в сердцевине волокна. Это означает, что нет интерференции или перекрытия между разными длинами волн света, которые могут искажать ваши данные на больших расстояниях, как это происходит с многомодовым кабелем.
 Одномодовый кабель (OS2) имеет небольшую (8–10 микрон) стеклянную сердцевину, которая намного меньше многомодового, и имеет только один путь света или способ распространения. (OS означает оптический одномодовый). Благодаря тому, что через его сердцевину проходит только одна длина волны света, одномодовое волокно перестраивает свет в направлении центра сердцевины, а не просто отражается от края сердцевины, как это происходит в многомодовом. OS1 применяется для кабелей с плотной буферизацией внутри предприятия, тогда как OS2 применяется для кабелей со свободными трубками.
 Одномодовый кабель почти всегда желтого цвета, поэтому его легко идентифицировать.
 Сравнение многомодовых и одномодовых волоконно-оптических линий 
 Многомодовое волокно имеет гораздо меньшее максимальное расстояние, чем одномодовое волокно, что делает его хорошим выбором для использования в помещениях. Одномодовое оптоволокно может простираться на расстояние до 40 км и более без ущерба для сигнала, что делает его идеальным для приложений дальнего действия.
 Многомодовое и одномодовое волокно Пропускная способность 
 Одномодовое волокно имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем многомодовое волокно.Вы можете использовать пару полнодуплексных прядей одномодового волокна для увеличения пропускной способности в два раза по сравнению с многомодовым волоконным кабелем. Длина и скорость одномодового кабеля достижимы, потому что посылка света в одномодовом режиме сводит на нет дифференциальную задержку режима (DMD), которая является основным ограничивающим фактором полосы пропускания многомодового режима.
 Стоимость многомодового волокна
 и одномодового волокна 
 Многомодовые и одномодовые кабели стоят примерно одинаково. Но системы с многомодовым волокном намного дешевле, чем системы с одномодовым волокном, и считаются более рентабельными в правильном применении.Это связано с более низкой стоимостью многомодовых трансиверов и компонентов. Многомодовые трансиверы обычно в два-три раза дешевле одномодовых трансиверов. Кроме того, светодиодные компоненты, используемые в качестве оптики передатчика в многомодовых устройствах, дешевле покупать и калибровать.
 
 С легкостью выберите правильный тип оптоволоконного кабеля для вашего конкретного применения. 
 Заключение: многомодовый и одномодовый оптоволоконный кабель 
 Выбор подходящего оптоволоконного кабеля зависит от того, что вам нужно для конкретного применения.
 Многомодовое волокно
 идеально подходит для приложений с меньшей пропускной способностью и меньших расстояний, таких как общие данные и голосовые приложения, например, добавление сегментов в существующую сеть. Это связано с более низкой пропускной способностью и меньшим максимальным расстоянием.
 Одномодовое волокно идеально подходит для магистральных сетей с высокой пропускной способностью, распределенных по обширным территориям, включая кабельное телевидение, магистральную сеть кампуса, телекоммуникации и приложения для крупных предприятий. Это связано с его высокой пропускной способностью и максимальным расстоянием 40 км и более.
 Параметры передачи по оптоволоконному кабелю:
 МНОГОРЕЖИМНОЕ ВОЛОКНО
 Тип кабеля
 Длина волны
 Максимальное затухание
 Минимальная длина переполненной модальной полосы пропускания
 Минимальная эффективная длина модальной полосы пропускания
 OM1 Многомодовое волокно 62,5 / 125 мкм
 850 нм
 3.5 дБ / км
 200 МГц-км
 Не требуется
 1300 нм
 1,5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 Многомодовое волокно OM2 50/125 микрон
 850 нм
 3,5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 1300 нм
 1.5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 Многомодовое волокно OM3 50/125 мкм
 850 нм
 3,0 дБ / км
 1500 МГц-км
 2000 МГц-км
 1300 нм
 1,5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 OM4 многомодовое волокно 50/125 мкм
 850 нм
 3.0 дБ / км
 3500 МГц-км
 4700 МГц-км
 1300 нм
 1,5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 OM5 многомодовое волокно 50/125 мкм
 850 нм
 3,0 дБ / км
 3500 МГц-км
 4700 МГц-км
 953 нм
 2.3 дБ / км
 1850 МГц-км
 2470 МГц-км
 1300 нм
 1,5 дБ / км
 500 МГц-км
 Не требуется
 ОДНОМОДНОЕ ВОЛОКНО
 Тип кабеля
 Длина волны
 Максимальное затухание
 Минимальная длина переполненной модальной полосы пропускания
 Минимальная эффективная длина модальной полосы пропускания
 одномодовый 
 внутренний-наружный
 1310 нм
 0.5 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1383 нм
 0,5 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1550 нм
 0,5 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 Одномодовое 
 Комнатное растение
 1310 нм
 1,0 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1383 нм
 1.0 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1550 нм
 1,0 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 Одномодовый 
 вне завода
 1310 нм
 0,4 ​​дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1383 нм
 0,4 ​​дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 1550 нм
 0.4 дБ / км
 НЕТ
 НЕТ
 Загрузите нашу техническую документацию «Волоконно-оптические технологии» и узнайте больше:
 Конструкция оптоволоконного кабеля
 Принципы и характеристики волоконной оптики
 Стандарты Ethernet
 Различные типы оптоволоконных кабелей
 Преимущества использования оптоволокна над медью
 ,
Leave a comment Cancel reply