По способу передачи различают два основных типа волоконно-оптических кабелей: одномодовые и многомодовые. Эти кабели используются для решения задач в различных условиях, поэтому очень важно знать параметры выбора одномодового или многомодового оптического волокна для конкретного применения. В данном совете мы подробно рассмотрим оба типа волокон, разницу между ними и параметры выбора для конкретных ситуаций.
Понятие модовой дисперсии
Оптические волны, попадая в волокно, распространяются по различным траекториям. Путь, по которому движется каждая отдельная оптическая волна, называется модой. Моды являются результатом явления дисперсии: для разных частот волн углы преломления в волокне будут тоже отличаться.
Примечание: модовая дисперсия совершенно не зависит от числа нитей стекловолокна.
Обзор одномодового оптического волокна
В данном типе волокна по одному пути передаются световые волны различных частот. Их принято называть аббревиатурой SM. SM передает оптические сигналы в поперечном режиме. Это означает, что путь передачи оптической волны параллелен длине сердцевины оптоволокна, но электромагнитные колебания происходят в перпендикулярном/поперечном направлении.
Характеристики одномодового оптического волокна
SM обладает следующими характеристиками, делающими его уникальным.
- Диаметр сердцевины размером от 8 до 10,5 мкм. Диаметр оболочки составляет 125 мкм.
- Источником оптических сигналов в SM являются лазерные лучи, поэтому характерными оптическими длинами волн для SM являются 1310 нм и 1550 нм.
- Теоретически SM обеспечивает неограниченную пропускную способность.
- Согласно стандарту TIA-598C цвет оболочки для SM - желтый.
- Благодаря более высокой точности передачи каждого импульса световой волны в сочетании с меньшим диаметром эти SM подходят для передачи на большие расстояния без чрезмерных потерь сигнала/данных.
- SM могут передавать оптический сигнал на сотни километров при скорости передачи 40 Гбит/с и на тысячи километров при скорости передачи 10 Гбит/с за счет использования устройств компенсации дисперсии.
В зависимости от различий в характеристиках одномодовые оптические волокна подразделяются на категории. Рассмотрим эту классификацию подробнее.
Типы одномодовых оптических волокон
Ниже перечислены общие типы волокон SM.
- OS1 - это первый тип, который определен в стандарте ISO/IEC 11801. Диаметр сердцевины 8-9 мкм. Уровень затухания составляет около 1 дБ/км. Из-за более высокого затухания сигнал теряет свою силу от одного конца к другому. Поэтому оно используется на сравнительно небольших расстояниях и для оптоволоконных соединений внутри помещений.
- OS2 - сравнительно более совершенный тип SM. Он определен в стандарте ISO/IEC 24702. Имеет тот же диаметр 8-9 мкм, но при этом затухание сигнала незначительно - 0,4 дБ/км. Благодаря меньшему затуханию уровень сигнала остается неизменным на всем участке. Этот тип волокна предпочтителен для прокладки на большие расстояния и вне помещений.
Обзор многомодового оптического волокна
Многомодовое оптическое волокно(MM) - это тип оптического волокна, предназначенный для многократного распространения светового сигнала. Путь распространения оптических волн в MM имеет зигзагообразный или полуэллиптический характер и зависит от показателя преломления материала стеклянной сердцевины.
Характеристики многомодового оптического волокна
Следующие характеристики многомодового волокна делают его идеальным для определенных применений.
- Диаметр сердцевины в диапазоне от 50 до 100 мкм. Однако для основных типов MM стандартными диаметрами сердцевины являются 50 мкм и 62,5 мкм. Диаметр оболочки остается 125 мкм.
- Источниками света в ММФ служат светодиоды или лазеры с вертикальной полостью излучения (VCSEL), поэтому длина оптической волны остается 850 и 1300 нм.
- Полоса пропускания MM ограничена из-за модовой дисперсии. Теоретическое значение полосы пропускания MM составляет 28000МГц*км.
- Согласно стандарту TIA-598C цвет оболочки для MM - оранжевый или аква.
- Из-за более высокого затухания за счет дисперсии MM подходят для передачи по оптоволокну на небольшие расстояния. Однако при использовании соответствующих волоконно-оптических соединений расстояние передачи может быть увеличено.
- MM обеспечивает скорость передачи данных 100 Гбит/с. На практике она составляет 100 Мбит/с на расстояние до 2 км и 10 Гбит/с на расстояние до 550 м.
Типы многомодовых оптических волокон
Многомодовое оптическое волокно (MM) разделяют на основе двух факторов: по системе классификации и по показателю преломления.
Разделение по системе классификации:
Многомодовое оптическое волокно классифицируется по двум системам, одна из которых ISO 11802, а другая TIA-492-AAAD. Рассмотрим оба типа.
- OM1 - это тип MM, классифицируемый в соответствии с ISO 11802. Он имеет диаметр сердцевины 62,5 мкм. Эти волокна совместимы с кабелями класса FDDI, а также обладают более высокой пропускной способностью.
- ОМ2 также определяется стандартом ISO 11802, но имеет диаметр сердцевины 50 мкм. Он предназначен для большего контроля над распространением световых сигналов.
- ОМ3 определяется тем же стандартом ISO 11802, а диаметр жилы составляет 50 мкм. Однако этот тип предназначен для распространения сигналов через VCSEL, оптимизированных для работы с лазерами.
- OM4 - это тип определенный другим стандартом - TIA-492-AAAD. Диаметр жилы 50 мкм, но предназначен для передачи данных на большие расстояния с высокой пропускной способностью. Он обеспечивает скорости передачи 40 Гбит/с и 100 Гбит/с на расстояние 125 м.
Разделение по показателям преломления:
В зависимости от показателя преломления материала стекла сердцевины различается и поведение сигнала или путь его распространения. Исходя из этого, выделяют следующие типы MM.
- Многомодовое волокно с градиентным показателем преломления: в этом типе материал, используемый для изготовления сердцевины оптического волокна, имеет градиентный показатель преломления. Это означает, что по мере передачи сигнала по кабелю показатель преломления сердцевины постепенно уменьшается. Траектория распространения в кабеле имеет полуэллиптическую форму. Благодаря такому типу распространения в этом кабеле уменьшаются затухание и оптическая дисперсия.
- Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления: диаметр сердцевины равен 100 мкм. Из-за большого диаметра на разных участках волокна возникает разница в показателе преломления. Случайное изменение показателя преломления приводит к полному или частичному преломлению внутри сердцевины под разными углами преломления. Это приводит к зигзагообразному характеру распространения света в таких волокнах.
Разница между одномодовым и многомодовым оптическим волокном
Помимо характеристик, различия между одномодовым и многомодовым оптическим волокном могут быть выражены и другими способами. Ниже приведены основные отличия по разным категориям сравнения.
Влияние на распространение оптических волн:
Из предыдущих разделов следует, что путь распространения оптических волн зависит от модальной дисперсии и показателя преломления материала сердцевины стекла. Это влияет на входной и выходной сигнал по оптоволокну. Рассмотрим это влияние для обоих типов оптического кабеля.
В одномодовом оптическом волокне модовая и световая дисперсия пренебрежимо мала, поэтому световая волна передается линейно. Вследствие этого уменьшается затухание и уровень сигнала остается постоянным. Поэтому в SM входной и выходной сигналы имеют одинаковую силу на большом расстоянии передачи. Кроме того, по SM может передаваться несколько оптических волн различной частоты, но все они идут по одному и тому же пути. Поэтому все пакеты данных достигают выходного конца оптического волокна. Таким образом, надежность передачи данных от устройства-источника к устройству-приемнику остается гарантированной.
В многомодовом оптическом кабеле передача происходит двумя способами, рассмотрим влияние обоих на входной и выходной сигналы.
- При зигзагообразном типе распространения света в MM из-за большего преломления дисперсия и затухание света выше. Поэтому происходят потери сигнала. Кроме того, оптические волны разной частоты преломляются под разными углами, что приводит к зигзагообразному способу передачи. Для каждой оптической волны выбирается свой путь передачи. Это приводит к изменению скорости передачи световых сигналов через MM и существует вероятность задержки доставки некоторых пакетов оптических данных на приемник. Очевидно, что именно это и приводит к потере данных.
- При полуэллиптическом типе распространения световой луч не ударяется о стенки сердцевины, поэтому преломление и оптическая дисперсия минимальны. Вследствие наблюдается минимальное затухание. При этом типе распространения все световые волны следуют по полуэллиптической траектории "точка-точка". Поэтому все волны достигают одной и той же точки и затем коллективно передаются на приемное устройство.Потери здесь ничтожно малы.
D(ON)BK___rs_1200_1200.jpg)
D(ON)_1___rs_1200_1200.jpg)
Требования к ресурсам:
Для прокладки SM и MM требуются определенные ресурсы: источники света, разъемы и т.д.
- SM требует использования лазерного диода в качестве источника света, а также оптических усилителей для уменьшения дисперсии, если речь идет об установке на большие расстояния. Этим устройствам необходима точная калибровка для ввода лазерного луча в оптическое волокно.
- MM в качестве источника света использует светодиодные диоды или VCSEL. Для передачи на большие расстояния могут потребоваться усилители сигнала, специальные разъемы и выпрямители.
Стоимость развертывания:
Хотя одномодовый оптоволоконный кабель стоит меньше многомодового, вся установленная система SM дороже, чем MM. Как правило, само оборудование на лазерных диодах стоит в 1,5-5 раз дороже, чем на светодиодах. Кроме того, SM может потребовать дополнительных затрат на усилители и обслуживание системы, поэтому общая стоимость развертывания SM выше, чем MM.
BH-2OM3-1.0_1___rs_1200_1200.jpg)
Сфера применения:
Выбор по сфере применения является одним из главным факторов.
- SM используются в оптоволоконных сетях большой протяженности, где уровень сигнала должен быть наиболее высоким. Обычно SM применяются в крупных оптоволоконных сетях, подводных коммуникациях, сетях удаленных офисов и т.д.
- MM являются более распространенными. Они используются для CCTV, передачи видео/аудио/мультимедиа, телекоммуникационных соединений, локальных сетей и т.д.
Как выбрать между одномодовым и многомодовым оптическим волокном
При выборе для конкретного применения необходимо учитывать несколько факторов: стоимость волокна, стоимость системы монтажа, требования к установке оборудования, расстояние передачи, скорость передачи и т.д. Для того чтобы выбрать правильно, необходимо провести тщательное сравнение по всем факторам.
Для удобства мы подготовили сравнительную таблицу.
|
№ |
Критерий |
SM |
MM |
|---|---|---|---|
|
1 |
Стоимость волокна |
Низкая |
Высокая |
|
2 |
Стоимость оборудования и монтажа |
Высокая (в 1,5-5 zаз больше) |
Умеренная |
|
3 |
Затухание сигнала |
Низкое |
Умеренное |
|
4 |
Пропускная способность |
Высокая |
Низкая |
|
5 |
Скорость передачи |
Высокая |
Высокая |
|
6 |
Расстояние передачи |
Высокая |
Низкая |
|
7 |
Безопасность данных |
Высокая |
Умеренная |
Заключение:
Мы постарались расширить ваши знания в волоконно-оптической технологии. Зная их характеристики и области применения, вам безусловно будет легче подойти к вопросу выбора оптического кабеля. Если у вас остались вопросы по оптическому кабелю или сопутствующем оборудовании, смело обращайтесь к нашим специалистам!