Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

Оптические волокна, одномодовые и многомодовые волокна

Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

Оптические волокна являются проводником электромагнитного излучения световых волн (мод), отражающихся при движении от их стенок и сердцевины (стержня).

Оптические волокна

Этапы совершенствования оптических волокон

Структура и конструкция оптических волокон

Одномодовые волокна. Многомодовые волокна

Особенности материала и правила эксплуатации

Достоинства и преимущества оптических волокон

Применение оптических волокон

Оптические волокна:

Развитие современных технологий и изучение свойств световых волн позволили создать качественно новую среду, транспортирующую оптическое излучение.

Проводниками для нее стали волноводы, имеющие круглое поперечное сечение с необычно малым диаметром, равным лишь нескольким нм (почти как у человеческого волоса).

Эти прозрачные тонкие нити назвали оптическими волокнами, и именно по ним передается теперь большинство информации в современных коммуникационных сетях.

В отличие от стекловолокна, оптические волокна являются проводником электромагнитного излучения световых волн (мод), отражающихся при движении от их стенок и сердцевины (стержня).

Благодаря огромной пропускной способности и скорости перемещения данных, с каждым годом изделия находят все более широкое применение во многих отраслях народного хозяйства.

Их используют для совершенствования линий связи, увеличения вычислительных мощностей, решения задач в энергетической и медицинской отрасли, в военных разработках.

Волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) заменяют традиционную «витую пару» в наиболее ответственных телекоммуникационных сетях различного уровня сложности. Распространение света в них происходит за счет множественных волновых переотражений от внутренней поверхности оболочки.

За счет небольшой разницы в показателях преломления (около 1%) волны, отражаемые сердцевиной под различными углами, не выходят за пределы границ волокна, а движутся в нем, позволяя переносить информацию с огромной скоростью.

Согласно полученным результатам от проведенных японскими специалистами исследований, она может достигать 255 Тбит/с даже при расстояниях более 1000 км.

Движение волн в оптическом волокне изучалось еще в конце XIX века, но необходимые технологии тогда еще отсутствовали. Первая оптическая телефонная система для передачи речевых сигналов была запатентована в Америке в начале 1934 года, но волны затухали в ней уже через несколько метров от входа в волокна.

Изменить ситуацию смогли только в 1970 г., когда отыскали материалы, обеспечивающие достаточно низкое затухание (около 17 дБ/км), а за два последующих года работы его приблизили уже к 4 дБ/км.

Сначала в производстве использовалось лишь кварцевое стекло, но далее его начали дополнять фторцирконатными, фторалюминатными и халькогенидными материалами, показатель преломления в которых приближен к 1,5.

Сейчас идет доработка и оптимизация пластиковых оптических волокон с полиметилметакрилатным сердечником и фторполимеровой оболочкой. Ожидаемое затухание в них еще на порядок ниже существующих.

Также, для улучшения технических показателей, начали борьбу с некруглостью и неконцентричностью волокон, их возможными изгибами и растяжениями, занялись подбором оптимальной структуры профиля.

У различных производителей уже существуют многочисленные модификации оптоволокна, поэтому для правильного выбора важно знать его внутреннее строение и классификацию.

Структура и конструкция оптических волокон:

Несмотря на большое разнообразие существующих технологий, позволяющих создавать оптические волокна, в производстве изделий можно выделить три основных стадии. На первой создается заготовка в виде стержня, имеющего необходимый профиль и показатель преломления.

На второй она вытягивается и приобретает защитную оболочку. На третьей (при необходимости) на полученное волокно наносится упрочняющее и защитное покрытие (буфер).

Для получения целевых показателей преломления в оптоволокно при изготовлении могут добавляться различные присадки: титан, фосфор, германий, бор и т.д.

Учитывая геометрические размеры внутреннего стержня и оболочки, а также расстояние между ними, полученный оптический проводник может быть одномодовым (транспортировать только одну, основную моду) и многомодовым (перемещать также многочисленные пространственные моды). Также оптические волокна, применяемые для телекоммуникаций, разделяют на следующие категории:

  • – кварцевые одномодовые;
  • – кварцевые многомодовые;
  • – пластиковые и полимерные (POF);
  • – кварцевые в оболочке из полимеров (HCS).

В одномодовых нитях малые потери на изгибах, многомодовые оптимальны для больших расстояний, полимерные более функциональны, кварцевые – существенно дешевле.

Когда профиль волокна характеризуется одинаковым преломлением по всему поперечному сечению центрального стержня, он ступенчатый. Когда преломление постепенно уменьшается от центра сердцевины к оболочке – профиль становится градиентным.

Преломление в градиентном волокне может иметь параболическую, треугольную и ломаную структуру. Существуют и другие разновидности волокон, встречающиеся реже.

В процессе движения световые волны в оптических нитях затухают и рассеиваются.

Данное излучение занимает электромагнитный спектр в диапазоне 100 нм – 1 мм, но в реальности информация передается чаще в ближнем инфракрасном (760-1600 нм) и видимом (380-760 нм) диапазоне. Области, где затухание самое низкое – окна прозрачности.

В ближнем ИК их три: 850, 1310 и 1550 нм. Они могут незначительно отличаться для каждого вида волокна, но именно в них оптимально транслировать информационные сигналы.

В инженерных сетях источниками излучения служат оптические квантовые лазеры, на малых расстояниях – светодиоды. Их узконаправленными монохроматическими лучами с когерентным излучением создаются широкие непрерывные частотные спектры на электромагнитной основе.

В качестве приемников, преобразующих оптический сигнал в электрический, используют p-i-n и лавинные фотодиоды. Параметры оптического волокна строго сертифицированы: сердцевина одномодового имеет диаметр 9±1 мкм, многомодового – 50, 62.

5, 120, 980 мкм, оболочка – 125±1 и 490, 1000 мкм соответственно.

Одномодовые волокна обеспечивают более устойчивые уровни сигналов и большую скорость передачи данных, но им нужны более мощные и дорогие источники излучения, чем для многомодовым аналогам. Также в них очень узкий светопроводящий канал, что существенно увеличивает трудоемкость монтажа, но и исключает межмодовую дисперсию. У одномодовых нитей выделяют три подкатегории:

– ступенчатые, имеющие несмещенную дисперсию (SM, SMF) – самые распространенные;

– стандартные, имеющие смещенную дисперсию (DS, DSF) в сторону третьего окна прозрачности с минимальным затуханием, стремящимся к нулю;

– стандартные, имеющие ненулевую смещенную дисперсию (NZ, NZDS, NZDSF) – оптимизированные передавать несколько длин волн.

Многомодовое волокно:

Многомодовое волокно отличается высочайшей производительностью передачи данных на коротких расстояниях, большими скоростями и широкой полосой пропускания. Оно, в отличие от одномодового, где практически достигнут технологический предел, продолжает постоянно совершенствоваться.

Его сердцевина имеет увеличенный диаметр, что обеспечивает дополнительную рефракцию, снижающую дисперсионные искажения, возникающие при распространении нескольких мод с различными отраженными углами.

В итоге световые импульсы в таких нитях под влиянием вышеописанных факторов превращаются из прямоугольных в колоколоподобные.

Особенности материала и правила эксплуатации:

Пропускная способность оптических волокон зависит от затухания (потерь) и дисперсии. Любое уменьшение этих показателей позволяет увеличивать расстояние между точками вынужденной регенерации сигнала.

Потери могут вызываться как собственными внутренними, так и внешними факторами. К первым относятся неоднородности центрального стержня (сердцевины) самих изделий, отличающиеся своим преломлением, собственное поглощение материалов и входящих в них примесей.

Вторые возникают при скрутке, деформации и изгибе нитей.

Поэтому техусловия строго регламентируют правила применения, группировки и эксплуатации волокон.

Чрезмерные внешние механические воздействия могут привести к появлению микротрещин и нарушению целостности оболочки, а это вызовет неравномерность внутренних отражений в нити.

Также важно отслеживать однородность материала в процессе изготовления нити и равномерность распределения в ней примесей, способных резонировать на различных частотах.

Работы с оптическими волокнами предъявляют повышенные требования к обслуживающему персоналу. В первую очередь это чистота коннекторов и качество выполнения необходимых соединений. Вопреки бытующим заблуждениям, большой проблемой для оптических нитей часто становится водородная коррозия.

Попадание в оптические муфты воды приводит к отсроченным во времени, но уже необратимым последствиям, в результате которых нить теряет свои свойства и становится полностью испорченной.

Плохо выполненные соединения волокон могут пропускать влагу и одновременно становятся участками, способствующими дополнительному затуханию и потерям передаваемого сигнала.

Достоинства и преимущества оптических волокон:

Сегодня все проекты с использованием оптоволокна получают интенсивное развитие. Прежде всего, это ВОЛС (ВОЛП), вычислительные сети, видеонаблюдение и контроль доступа, где «оптика» стала доминировать по всем позициям.

В них практически исключено несанкционированное вмешательство, линии не горят, не окисляются, не разрушаются, обеспечивают большую скорость и пропускную способность при передаче данных.

Они не боятся помех и электромагнитных полей, не подвержены коротким замыканиям, не излучают ничего в окружающую среду.

Применение оптических волокон:

Оптические волокна применяют в качестве датчиков, измеряющих напряжение, температуру, давление и другие параметры.

Они компактны и не требуют дополнительной подпитки, переносят высокие температуры (в сравнении с полупроводниковыми прототипами). Их устанавливают на устройства, выполняющие дуговую защиту.

Также на их основе создаются гидрофоны, сейсмические и гидролокационные приборы, лазерные гироскопы для автомобилей и космических аппаратов.

Благодаря оптическим волокнам работают интерферометрические датчики, контролирующие магнитное и электрическое поле, лабораторные эндоскопы.

Также с их помощью организуют освещение в труднодоступных зонах, направляя солнечный и искусственный свет в необходимое место. Наконец, волокна помогают формировать изображение в различных областях спектра.

На этом принципе разработано современное оружие, помогающее создавать цели-обманки даже размером с авианосец и дезориентировать радиолокационное наблюдение.

Примечание: © Фото //www.pexels.com, //pixabay.com

карта сайта

by HyperComments

Источник: https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/opticheskie-volokna/

Оптические волокна. Классификация

Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

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.

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 волокноОдномодовое волокно
MMF 50(62.5)/125 ГрадиентноеSF 9/125 ступенчатоеSF 9/125 со смещенной дисперсией(с ненулевой смещенной дисп.)
ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM)Протяженные ЛВС, магистрали SDHСверхпротяженные 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.

  • optical fiber
  • оптическое волокно
  • волокно
  • дисперсия

Источник: https://habr.com/post/46818/

Одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель: отличия и правила выбора

Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

Волоконно-оптические системы связи ведут свою историю с 1960 года, когда был изобретен первый лазер. При этом само оптическое волокно появилось только 10 лет спустя, и сегодня именно оно является физической основой современного интернета.

Оптические волокна, применяемые для передачи данных, имеют принципиально схожее строение. Светопередающая часть волокна (ядро, сердечник или сердцевина) находится в центре, вокруг него располагается демпфер (который иногда называют оболочкой). Задача демпфера – создать границу раздела сред и не дать излучению покинуть пределы ядра.

И ядро, и демпфер изготавливаются из кварцевого стекла, при этом показатель преломления ядра несколько выше, чем показатель преломления демпфера, чтобы реализовать явление полного внутреннего отражения. Для этого достаточно разницы в сотые доли – например, ядро может иметь показатель преломления n1=1.468, а демпфер – значение n2=1.453.

Диаметр ядра одномодовых волокон составляет 9 мкм, многомодовых – 50 или 62.5 мкм, при этом диаметр демпфера у всех волокон одинаков и составляет 125 мкм. Строение световодов в масштабе показано на иллюстрации:

Ступенчатый профиль показателя преломления (step-index fiber)– самый простой для изготовления световодов. Он приемлем для одномодовых волокон, где условно считается, что «мода» (маршрут распространения света в ядре) одна.

Однако для многомодовых волокон со ступенчатым показателем преломления характерна высокая дисперсия, вызванная наличием большого количества мод, что приводит к рассеиванию, «расползанию» сигнала, и в итоге ограничивает расстояние, на котором возможна работа приложений. Минимизировать дисперсию мод позволяет градиентный показатель преломления.

Для многомодовых систем настоятельно рекомендуется использовать именно волокна с градиентным показателем преломления (graded-index fiber), в которых переход от ядра к демпферу не имеет «ступеньки», а происходит постепенно.

Основной параметр, характеризующий дисперсию и, соответственно, способность волокна поддерживать работу приложений на определенные расстояния – коэффициент широкополосности. В настоящее время многомодовые волокна делятся по этому показателю на четыре класса, от OM1 (которые не рекомендуется применять в новых системах) до наиболее производительного класса OM4.

Класс волокнаРазмер ядра/демпфера, мкмКоэффициент широкополосности, режим OFL, МГц·кмПримечание
850 нм1300 нм
OM162.5/125200500Применяется для расширения ранее установленных систем. Использовать в новых системах не рекомендуется.
OM250/125500500Применяется для поддержки приложений с производительностью до 1 Гбит/с на расстоянии до 550 м.
OM350/1251500500Волокно оптимизировано для применения лазерных источников. В режиме RML коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм составляет 2000 МГц·км. Волокно применяется для поддержки приложений с производительностью до 10 Гбит/с на расстоянии до 300 м.
OM450/1253500500Волокно оптимизировано для применения лазерных источников. В режиме RML коэффициент широкополосности на длине волны 850 нм составляет 4700 МГц·км. Волокно применяется для поддержки приложений с производительностью до 10 Гбит/с на расстоянии до 550 м.

Одномодовые волокна делятся на классы OS1 (обычные световоды, используемые для передачи на длинах волн либо 1310 нм, либо 1550 нм) и OS2, которые можно применять для широкополосной передачи во всем диапазоне от 1310 нм до 1550 нм, поделенном на каналы передачи, или в даже более широком спектре, например, от 1280 до 1625 нм. На начальном этапе выпуска волокна OS2 маркировались обозначением LWP (Low Water Peak), чтобы подчеркнуть, что в них минимизированы пики поглощения между окнами прозрачности. Широкополосная передача в наиболее производительных одномодовых волокнах обеспечивает скорости передачи свыше 10 Гбит/с.
 

Одномодовый и многомодовый волоконно-оптический кабель: правила выбора

Учитывая описанные характеристики многомодовых и одномодовых волокон, можно привести рекомендации по выбору типа волокна в зависимости от производительности приложения и расстояния, на котором оно должно работать:

  • для скоростей свыше 10 Гбит/с выбор в пользу одномодового волокна независимо от расстояния
  • для 10-гигабитных приложений и расстояний свыше 550 м выбор также в пользу одномодового волокна
  • для 10-гигабитных приложений и расстояний до 550 м также возможно применение многомодового волокна OM4
  • для 10-гигабитных приложений и расстояний до 300 м также возможно применение многомодового волокна OM3
  • для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-1100 м возможно применение многомодового волокна OM4
  • для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-900 м возможно применение многомодового волокна OM3
  • для 1-гигабитных приложений и расстояний до 550 м возможно применение многомодового волокна OM2

Стоимость оптического световода во многом определяется диаметром ядра, поэтому многомодовый кабель при прочих равных обходится дороже одномодового.

При этом активное оборудование для одномодовых систем из-за использования в них мощных лазерных источников (например, лазер Фабри-Перо) стоит существенно дороже активки для многомода, где используются либо относительно недорогие лазеры поверхностного излучения VCSEL либо еще более дешевые светодиодные источники.

При оценке стоимости системы необходимо учитывать затраты как на кабельную инфраструктуру, так и на активное оборудование, причем последние могут оказаться существенно больше.

На сегодняшний день сложилась практика выбора оптического кабеля в зависимости от сферы использования. Одномодовое волокно используется:

  • в морских и трансокеанских кабельных линиях связи;
  • в наземных магистральных линиях дальней связи;
  • в провайдерских линиях, линиях связи между городскими узлами, в выделенных оптических каналах большой протяженности, в магистралях к оборудованию операторов мобильной связи;
  • в системах кабельного телевидения (в первую очередь OS2, широкополосная передача);
  • в системах GPON с доведением волокна до оптического модема, размещаемого у конечного пользователя;
  • в СКС в магистралях длиной более 550 м (как правило, между зданиями);
  • в СКС, обслуживающих центры обработки данных, независимо от расстояния.

Многомодовое волокно в основном используется:

  • в СКС в магистралях внутри здания (где, как правило, расстояния укладываются в 300 м) и в магистралях между зданиями, если расстояние не превышает 300-550 м;
  • в горизонтальных сегментах СКС и в системах FTTD (fiber-to-the-desk), где пользователям устанавливаются рабочие станции с многомодовыми оптическими сетевыми картами;
  • в центрах обработки данных в дополнение к одномодовому волокну;
  • во всех случаях, где расстояние позволяет применять многомодовые кабели. Хотя сами кабели обходятся дороже, экономия на активном оборудовании покрывает эти затраты.

Можно ожидать, что в ближайшие годы волокно OS2 постепенно вытеснит OS1 (его снимают с производства), а в многомодовых системах исчезнут волокна 62.5/125 мкм, поскольку их полностью вытеснят световоды 50 мкм, вероятно, классов OM3-OM4.

Тестирование одномодовых и многомодовых оптических кабелей

После монтажа все установленные оптические сегменты подлежат тестированию. Только измерения, проведенные специальным оборудованием, позволяют гарантировать характеристики установленных линий и каналов. Для сертификации СКС применяются приборы с квалифицированными источниками излучения на одном конце линии и измерителями на другом.

Такое оборудование производят компании Fluke Networks, VIAVI, Psiber; все подобные устройства имеют предустановленные базы допустимых оптических потерь в соответствии с телекоммуникационными стандартами TIA/EIA, ISO/IEC и другими.

Более протяженные оптические линии проверяют с помощью оптических рефлектометров, имеющих соответствующий динамический диапазон и разрешающую способность.

На этапе эксплуатации все установленные оптические сегменты требуют бережного обращения и регулярного использования специальных чистящих салфеток, палочек и других средств очистки.

Нередки случаи, когда проложенные кабели повреждают, например, при копке траншей или при выполнении ремонтных работ внутри зданий.

В этом случае для поиска места сбоя необходим рефлектометр или другой диагностический прибор, основанный на принципах рефлектометрии и показывающий расстояние до точки сбоя (подобные модели есть у производителей Fluke Networks, EXFO, VIAVI, NOYES (FOD), Greenlee Communication и других).

Встречающиеся на рынке бюджетные модели предназначены в основном для локализации повреждений (плохих сварок, обрывов, макроизгибов и т д). Зачастую они не в состоянии провести детальную диагностику оптической линии, выявить все её неоднородности и профессионально создать отчет. Кроме этого, они менее надежны и долговечны.

Качественное оборудование – напротив надежно, способно диагностировать ВОЛС в мельчайших деталях, составить корректную таблицу событий, сгенерировать редактируемый отчет.

Последнее крайне важно для паспортизации оптических линий, потому как иногда встречаются сварные соединения с настолько низкими потерями, что рефлектометр не в состоянии определить такое соединение. Но сварка ведь всё равно есть, и ее необходимо отобразить в отчёте.

В этом случае программное обеспечение позволяет принудительно установить на рефлектограмме событие и в ручном режиме измерить потери на нем.

Многие профессиональные приборы также имеют возможность расширения функциональных возможностей за счет добавления опций: видеомикроскопа для инспектирования торцов волокон, источника лазерного излучения и измерителя мощности, оптического телефона и др.

Приборы и инструменты для работы с оптическим кабелем

Источник: https://skomplekt.com/odnomodovyi-i-mnogomodovyi-opticheskii-kabel/

Многомодовое кварцевое оптическое волокно (MM)

Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

10.05.2016

Оптические волокна, у которых и сердцевина, и оболочка изготовлены из кварцевого стекла, являются самым распространенным типом оптических волокон. Кварцевые оптические волокна способны передавать информационный сигнал в виде световой волны на значительные расстояния, благодаря чему уже несколько десятилетий широко применяются в телекоммуникациях.

Как известно, все кварцевые волокна делятся на одномодовые (SM – single-mode) и многомодовые (MM – multimode), в зависимости от количества распространяемых мод оптического излучения.

Одномодовые волокна используются для высокоскоростной передачи данных на большие расстояния, а многомодовые хорошо подходят для менее протяженных линий. В этой статье речь пойдет о многомодовом волокне, его особенностях, разновидностях и областях применения. Одномодовому волокну посвящена отдельная статья.

Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье «Оптическое волокно».

Стоит отметить, что многомодовыми бывают не только кварцевые волокна, но и волокна, изготавливаемые из других материалов, например, пластиковое оптическое волокно (POF) и кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS). В этой статье будет говориться только о кварцевых многомодовых волокнах.

Структура кварцевого многомодового волокна

В оптическом волноводе может одновременно распространяться несколько пространственных мод оптического излучения. Количество распространяющихся мод зависит, в частности, от геометрических размеров оптоволокна.

Волокно, в котором распространяется больше одной моды оптического излучения, называется многомодовым.

В телекоммуникациях в основном применяются кварцевые многомодовые волокна с диаметром сердцевины и оболочки 50/125 и 62,5/125 мкм (также встречается устаревшее волокно 100/140 мкм).

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оболочку из кварцевого стекла. В процессе производства путем легирования исходного материала определенными примесями достигается нужный профиль показателя преломления.

Если стандартное одномодовое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления (показатель преломления одинаков во всех точках поперечного сечения сердцевины), то в случае многомодового волокна чаще всего формируется градиентный профиль (показатель преломления плавно уменьшается от центральной оси сердцевины к оболочке). Это делается, для того чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. При градиентном профиле 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 (рис. 1). Встречаются также многомодовые волокна с другим профилем показателя преломления.

Рис. 1. Градиентное многомодовое волокно

Кварцевое волокно имеет спектральную характеристику затухания с тремя окнами прозрачности (наименьшего затухания) – около длин волн 850, 1300 и 1550 нм. Для работы с многомодовым волокном в основном используются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичные значения затухания на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Для защиты волокна на оптическую оболочку наносится первичное покрытие из полимерного материала (чаще всего акрила), которое окрашивается в один из двенадцати стандартных цветов. Диаметр оптоволокна с покрытием обычно составляет около 250 мкм.

Волоконно-оптический кабель состоит из одного или нескольких волокон с первичным покрытием, а также различных упрочняющих и защитных элементов.

В простейшем случае многомодовый оптический кабель представляет собой оптическое волокно, окруженное кевларовыми нитями и помещенное во внешнюю защитную оболочку оранжевого цвета (рис. 2).

Рис. 2. Симплексный многомодовый кабель

Сравнение с одномодовым волокном

Из-за влияния межмодовой дисперсии (рис. 3) многомодовое волокно имеет ограничения в скорости и дальности распространения информации по сравнению с одномодовым. Влияние хроматической и поляризационной модовой дисперсии значительно меньше. Длину многомодовых линий связи ограничивает также большое по сравнению с одномодовым волокном затухание.

Рис. 3. Уширение импульса в многомодовом волокне в результате межмодовой дисперсии

В то же время благодаря большому диаметру снижаются требования к расходимости излучения источника сигнала, а также к юстировке активных (передатчики, приемники…) и пассивных (коннекторы, адаптеры…) компонентов. Поэтому оборудование для многомодового волокна дешевле, чем для одномодового (хотя само многомодовое волокно несколько дороже).

История и классификация

Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили многомодовые волокна 50/125 и 62,5/125 мкм. Первые коммерческие многомодовые волокна, производство которых началось в 1970-х годах, имели диаметр сердцевины 50 мкм и ступенчатый профиль показателя преломления.

В качестве источников оптического излучения использовались светодиоды (LED). Увеличение передаваемого трафика привело к появлению волокон с сердцевиной 62,5 мкм. Бо́льший диаметр позволял более эффективно использовать излучение светодиода, которое отличается большой расходимостью.

Однако при этом увеличивалось число распространяемых мод, что, как известно, отрицательно сказывается на характеристиках передачи. Поэтому, когда вместо светодиодов стали использоваться узконаправленные лазеры, популярность снова стало обретать волокно 50/125 мкм.

Дальнейшему росту скорости и дальности передачи информации способствовало появление волокон с градиентным профилем показателя преломления.

Волокна, используемые со светодиодами, имели различные дефекты и неоднородности возле оси сердцевины, то есть в той области, где сосредоточена бо́льшая часть излучения лазера (рис. 4). Поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии производства, что привело к появлению волокон, которые стали называть «оптимизированными для работы с лазерами» (laser-optimized fiber).

Рис. 4. Различие в распространении излучения LED и лазера в оптическом волокне

Так появилась классификация многомодовых кварцевых волокон, которая затем была подробно описана в различных стандартах. Стандарт ISO/IEC 11801 выделяет 4 категории многомодовых волокон, названия которых прочно вошли в обиход. Они обозначаются латинскими буквами OM (Optical Multimode) и цифрой, обозначающей класс волокна:

  • 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.

Для каждого класса в стандарте указаны значения затухания и ширины полосы пропускания (параметр, определяющий скорость передачи сигнала). Данные представлены в таблице 1. Обозначения OFL (overfilled launch) и EMB (effective modal bandwidth) указывают на разные методы определения ширины полосы пропускания при использовании светодиодов и лазеров соответственно.

Таблица 1. Параметры многомодовых оптических волокон разных классов

Класс волокнаЗатухание, дБ/кмМинимальная ширина полосы пропускания (OFL), МГц*кмМинимальная ширина полосы пропускания (EMB), МГц*км
850 нм1300 нм850 нм1300 нм850 нм
OM13,51,5200500
OM2500500
OM315005002000
OM435005004700

Сегодня производители волокон также выпускают волокна классов OM1 и OM2, оптимизированные для работы с лазером. К примеру, волокна компании Corning – ClearCurve OM2 и InfiniCor 300 (OM1) – подходят для использования с лазерными источниками излучения.

Другие отраслевые стандарты (IEC 60793-2-10, TIA-492AA, ITU G651.1) проводят похожую классификацию многомодовых кварцевых волокон.

Помимо этих основных классов, выпускается большое разнообразие других разновидностей многомодовых волокон, отличающихся теми или иными параметрами.

Среди них отдельно стоит выделить многомодовые волокна с малыми потерями на изгибах для прокладывания в ограниченном пространстве и волокна с уменьшенным радиусом защитного покрытия (200 мкм) для более компактного размещения в многоволоконных кабелях.

Применение кварцевого многомодового волокна

Одномодовое волокно, бесспорно, превосходит многомодовое по своим оптическим характеристикам. Однако поскольку системы связи на основе одномодового волокна обходятся дороже, во многих случаях, прежде всего в непротяженных линиях, целесообразно применять многомодовое волокно.

Область применения многомодового волокна во многом определяется типом используемого излучателя и рабочей длиной волны. Для передачи по многомодовому волокну чаще всего используются излучатели трех типов:

  • Светодиоды (850/1300 нм). Из-за большой расходимости излучения и ширины спектра светодиоды могут использоваться для передачи на короткие дистанции и на маленькой скорости. При этом линии на основе светодиодов отличаются невысокой стоимостью по причине низкой цены самих светодиодов и возможности использовании более дешевых волокон OM1 и OM2.
  • Лазеры с резонатором Фабри-Перо (1310 нм, реже 1550 нм). Поскольку лазеры FP (Fabry-Perot) имеют достаточно большую ширину спектра (2 нм), они используются в основном с многомодовым волокном.
  • Лазеры VCSEL (850 нм). Особая конструкция вертикально-излучающих лазеров (VCSEL – vertical-cavity surface-emitting laser) способствует удешевлению процесса их производства. Излучение VCSEL характеризуется малой расходимостью и симметричной диаграммой направленности, однако его мощность ниже, чем мощность излучения FP лазера. Поэтому VCSEL хорошо подходят для коротких высокоскоростных линий, а также для систем параллельной передачи данных.

В таблице 2 представлены значения дальности передачи информации по многомодовому волокну четырех основных классов в различных распространенных сетях (данные взяты с сайта The Fiber Optic Association). Эти приблизительные значения помогают оценить возможность применения многомодового кварцевого волокна на практике.

Таблица 2. Дальность передачи сигнала по многомодовым волокнам разных классов (в метрах)

СетьСкорость передачиСтандартOM1OM2OM3OM4
850 нм1300 нм850 нм1300 нм850 нм1300 нм850 нм1300 нм
Fast Ethernet100 Мбит/с100BASE-SX300300300300
100BASE-FX2000200020002000
Gigabit Ethernet1 Гбит/с1000BASE-SX275550800880
1000BASE-LX550550550550
10 Gigabit Ethernet10 Гбит/с10GBASE-S3382300450
10GBASE-LX4300300300300
10GBASE-LRM220220220220
40 Gigabit Ethernet40 Гбит/с40GBASE-SR4100125
100 Gigabit Ethernet100 Гбит/с100GBASE-SR10100125
1G Fibre Channel1,0625 Гбит/с100-MX-SN-I300500860860
2G Fibre Channel2,125 Гбит/с200-MX-SN-I150300500500
4G Fibre Channel4,25 Гбит/с400-MX-SN-I70150380400
10G Fibre Channel10,512 Гбит/с1200-MX-SN-I3382300300
16G Fibre Channel14,025 Гбит/с1600-MX-SN35100125
FDDI100 Мбит/сANSI X3.1662000200020002000

________________________________________________________________

Другие статьи об оптическом волокне и его разновидностях:

Источник: http://infiber.ru/biblioteka/stati/multimode.html

Одномодовое Волокно vs Многомодовое Волокно: В Чём Разница?

Одномодовые и многомодовые оптические кабели связи. Оптические волокна. Классификация. Типы многомодовых волокон

Официальный Сайт FS 2018-08-19

Растущий спрос на увеличинную ширину полосы частот и быстрые сетевые соединения значительно увеличивает рост рынка волокна, особенно одномодовое волокно (SMF) и многомодовое волокно (MMF).

Несмотря на то, что эти 2 типа кабелей оптического волокна широко применяются в различных областях, часто бывает сложно выбрать нужное волокно, так как разница между одномодовым и многомодовым волокном не всегда ясна.

Сегодня мы решили рассмотреть строение волокна, различия в расстоянии передачи данных, цене и цвете волокна. Все это поможет нам сравнить одномодовое волокно и многомодовое волокно и понять разницу и сходство между ними.

Одномодовое волокно vs многомодовое волокно: Определение

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

Одномодовое волокно vs многомодовое волокно: Диаметр-Сердечника

Диаметр сердечника одномодового волокна намного меньше, чем у многомодового.

Диаметр многомодового волокна составляет 50 мкм и 62,5 мкм, 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. .

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 волокно vs многомодовое волокно: Длина волны & Источник света

Из-за большого размера сердечника многомодового волокна, в нем чаще всего используются недорогие источники света, такие как светодиоды (светоизлучающие диоды) и VCSEL (поверхностно-излучающий лазер свертикальным резонатором), которые работают на длине волны 850 нм и 1310 нм. В то время как в одномодовом оптоволокне часто используются лазеры или лазерные диоды для производства света, впрыскиваемого в кабель. Наиболее часто встречающаяся длина волны одномодового волокна составляет 1310 нм и 1550 нм.

Одномодовое волокно vs многомодовое волокно: Пропускная способность

Ширина полосы пропускания многомодового волокна ограничена его световым режимом, а максимальная ширина полосы в настоящее время составляет 28000 МГц * км волокна OM5. В то время как полоса пропускания одномодового волокна теоретически неограничена, поэтому такое волокно может пропускать один световой режима за один раз.

Кроме того, существуют также некоторые различия между одномодовым и многомодовым оптоволоконным цветовым кодом. Больше узнать об этом вы можете, прочитав статью: “Как определить цветовой код оптоволоконного кабеля?”

Одномодовое волокно vs многомодовое волокно: Расстояние

Как известно, одномодовое волокно подходит для работы на большие расстояния, а многомодовое оптическое волокно предназначено для работы на коротких дистанциях. Давайте определим количественные различия расстояния между одномодовым и многомодовым волокном.

Расстояние оптического патч-корд

Тип оптического патч-корда

Fast Ethernet 100BASE-FX

1Gb Ethernet 1000BASE-SX

1Gb Ethernet 1000BASE-LX

10GBASE SR

40GBASE SR4

100GBASE SR10

OS2

200m

5000m

5000m

10km

/

/

OM1

200m

275m

550m (требуется mode conditioning патч-корд)

/

/

/

OM2

200m

550m

/

/

/

OM3

200m

550m

300m

100m

100m

OM4

200m

550m

400m

150m

150m

OM5

200m

550m

300m

400m

400m

Из таблицы видно, что расстояние между кабелями одномодового волокна намного длиннее, чем у многомодового волокна со скоростью передачи данных от 1G до 10G, но многомодовое волокно типа OM3/OM4/OM5 поддерживает более высокую скорость передачи данных.

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 волокно vs многомодовое волокно: Стоимость проводки кабелей

Стоимость одномодового и многомодового волокна – одна из самых часто обсуждаемых тем на форумах. Для многих людей выбор зависит стоимости оптического модуля, стоимости системы и стоимости установки.

По сравнению с одномодовыми модулями стоимость многомодовых модулей почти в два-три раза ниже. В таблице ниже приведены примеры одномодовых и многомодовых модулей FS, совместимых с оборудованием Cisco.

Скорость Модуль Описание Цена Разница в цене

1G

Модуль Cisco GLC-LH-SMD Совместимый 1000BASE-LX/LH SFP 1310 нм 10 км DOM

470.00 руб

60.00 руб

Модуль Cisco GLC-SX-MMD Совместимый 1000BASE-SX SFP 850nm 550m DOM

410.00 руб

10G

Модуль Cisco SFP-10G-LR Совместимый 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km DOM

2,300.00 руб

1,200.00 руб

Модуль Cisco SFP-10G-SR Совместимый 1000BASE-SR SFP+ 850nm 550m DOM

1,100.00 руб

40G

Модуль Cisco QSFP-40G-LR4 Совместимый 40GBASE-LR4 и OTU3 QSFP+ 1310nm LC 10km DOM

18,916.00 руб

16,272.00 руб

Модуль Cisco 40GBASE-SR4 Совместимый QSFP-40G-SR4 QSFP+ 850nm 150m MTP/MPO DOM

2,644.00 руб

100G

QSFP28 Cisco QSFP-100G-LR4-S 100GBASE-LR4 1310nm 10km Совместимый Модуль

54,172.00 руб

47,460.00 руб

Модуль QSFP28 Cisco QSFP-100G-SR4-S Совместимый 100GBASE-SR4 850nm 100m DOM

6,712.00 руб

Из таблицы видно, что разница в ценах сильно возрастает с увеличением скорости передачи данных.

Одномодовое волокно, как правило, ориентировано на работу на большие расстояния, что требует использования модулей с лазерами, которые работают на более длинных волнах с более узкой спектральной шириной.

Эти характеристики трансивера в сочетании с необходимостью более точного выравнивания и более прочных разъемов для меньших диаметров сердечника приводят к значительно более высокой стомости модулей и общим более высоким затратам на одноканальные волоконно-оптические соединения.

Способы изготовления модулей в на базе VCSEL, которые оптимизированы для использования с многомодовыми волокнами, легче встраиваются в массивные устройства и являются более дешевыми по сравнению с эквивалентными одномодовыми трансиверами.

Несмотря на использование нескольких волоконно-оптических линий и массивов с несколькими трансиверами, существует значительная экономия по сравнению с одномодовыми технологиями, использующими одно- или многоканальную работу по симплекс-дуплексному подключению.

Одномодовое волокно часто стоит меньше, чем многомодовое волокно. При построении волоконно-оптической сети 1G, которую вы хотите модернизировать до 10G или быстрее, в конечном итоге экономия на стоимости волокна для одномодового режима позволяет сэкономить половину цены.

В то время как многомодовые волокна OM3 или OM4 увеличивают стомость на 35% для SFP модулей. Одномодовое волокно более дорогое, но затраты на замену многомодового волокна значительно выше, особенно если они следуют в порядке: OM1-OM2-OM3-OM4.

Для разницы между OM3 и OM4, пожалуйста, прочтите: OM3 Патч-корд vs OM4 Патч-корд: Какой Выбрать?

На сегодняшний день цена на использования одномодового режима снижается. Но если вам необходимо 10G соединение, до сих пор возможно использовать многомодовый режим работы.

Вывод

Одномодовая оптическая кабельная система подходит для приложений передачи данных на длинные расстояния и широко используется в сетях операторов связи, MAN и PON.

Многомодовая волоконно-оптическая кабельная система имеет более короткий охват и широко используется на предприятиях, в центрах обработки данных и локальных сетях.

Независимо от того, какой из них вы выбираете, исходя из общей стоимости волокна, выбор того, который наилучшим образом соответствует потребностям вашей сети, является важной задачей для каждого сетевого дизайнера.

Источник: https://www.fs.com/ru/single-mode-vs-multimode-fiber-what-s-the-difference-aid-937.html

Законный совет
Добавить комментарий