За способом передачі розрізняють два основних типи волоконно-оптичних кабелів: одномодові та багатомодові. Ці кабелі використовуються для вирішення завдань у різних умовах, тому дуже важливо знати параметри вибору одномодового або багатомодового оптичного волокна для конкретного застосування.У цій пораді ми детально розглянемо обидва типи волокон, різницю між ними та параметри вибору для конкретних ситуацій.
Поняття модової дисперсії
Оптичні хвилі, потрапляючи у волокно, поширюються різними траєкторіями. Шлях, яким рухається кожна окрема оптична хвиля, називається модою. Моди є результатом явища дисперсії: для різних частот хвиль кути заломлення у волокні теж відрізнятимуться.
Примітка: модова дисперсія абсолютно не залежить від числа ниток скловолокна.
Огляд одномодового оптичного волокна
У цьому типі волокна одним шляхом передаються світлові хвилі різних частот. Їх прийнято називати абревіатурою SM. SM передає оптичні сигнали в поперечному режимі. Це означає, що шлях передачі оптичної хвилі паралельний довжині серцевини оптоволокна, але електромагнітні коливання відбуваються в перпендикулярному/поперечному напрямку.
Характеристики одномодового оптичного волокна
SM має такі характеристики, що роблять його унікальним.
- Діаметр серцевини розміром від 8 до 10,5 мкм. Діаметр оболонки становить 125 мкм.
- Джерелом оптичних сигналів у SM є лазерні промені, тому характерними оптичними довжинами хвиль для SM є 1310 нм і 1550 нм.
- Теоретично SM забезпечує необмежену пропускну здатність.
- Згідно зі стандартом TIA-598C колір оболонки для SM - жовтий.
- Завдяки більш високій точності передачі кожного імпульсу світлової хвилі в поєднанні з меншим діаметром ці SM підходять для передачі на великі відстані без надмірних втрат сигналу та даних.
- SM можуть передавати оптичний сигнал на сотні кілометрів за швидкості передавання 40 Гбіт/с і на тисячі кілометрів за швидкості передавання 10 Гбіт/с завдяки використанню пристроїв компенсації дисперсії.
Залежно від відмінностей у характеристиках одномодові оптичні волокна поділяються на категорії. Розглянемо цю класифікацію детальніше.
Типи одномодових оптичних волокон
Нижче перераховані загальні типи волокон SM.
- OS1 - це перший тип, який визначено в стандарті ISO/IEC 11801. Діаметр серцевини 8-9 мкм. Рівень загасання становить близько 1 дБ/км. Через більш високе загасання сигнал втрачає свою силу від одного кінця до іншого. Тому воно використовується на порівняно невеликих відстанях і для оптоволоконних з'єднань усередині приміщень.
- OS2 - порівняно досконаліший тип SM. Він визначений у стандарті ISO/IEC 24702. Має той самий діаметр 8-9 мкм, але при цьому загасання сигналу незначне - 0,4 дБ/км. Завдяки меншому загасанню рівень сигналу залишається незмінним на всій ділянці. Цей тип волокна кращий для прокладання на великі відстані і поза приміщеннями.
Огляд багатомодового оптичного волокна
Багатомодове оптичне волокно (MM) - це тип волокна, призначений для багаторазового поширення світлового сигналу. Шлях поширення оптичних хвиль в MM має зигзагоподібний або напівеліптичний характер і залежить від показника заломлення матеріалу скляної серцевини.
Характеристики багатомодового оптичного волокна
Наступні характеристики багатомодового волокна роблять його ідеальним для певних застосувань.
- Діаметр серцевини в діапазоні від 50 до 100 мкм. Однак для основних типів MM стандартними діаметрами серцевини є 50 мкм і 62,5 мкм. Діаметр оболонки залишається 125 мкм.
- Джерелами світла слугують світлодіоди або лазери з вертикальною порожниною випромінювання (VCSEL), тому довжина оптичної хвилі залишається 850 і 1300 нм.
- Смуга пропускання MM обмежена через модову дисперсію. Теоретичне значення смуги пропускання MM становить 28000МГц*км.
- Згідно зі стандартом TIA-598C колір оболонки для MM - помаранчевий або аква.
- Через більш високе згасання за рахунок дисперсії MM підходять для передачі по оптоволокну на невеликі відстані. Однак при використанні відповідних волоконно-оптичних з'єднань відстань передачі може бути збільшена.
- MM забезпечує швидкість передачі даних 100 Гбіт/с. На практиці вона становить 100 Мбіт/с на відстань до 2 км і 10 Гбіт/с на відстань до 550 м.
Типи багатомодових оптичних волокон
Багатомодове оптичне волокно (MM) поділяють на основі двох чинників: за системою класифікації та за показником заломлення.
Поділ за системою класифікації:
Багатомодове оптичне волокно класифікується за двома системами, одна з яких ISO 11802, а інша TIA-492-AAAD. Розглянемо обидва типи.
- OM1 - це тип MM, що класифікується відповідно до ISO 11802. Він має діаметр серцевини 62,5 мкм. Ці волокна сумісні з кабелями класу FDDI, а також мають вищу пропускну здатність.
- ОМ2 також визначається стандартом ISO 11802, але має діаметр серцевини 50 мкм. Він призначений для більшого контролю над поширенням світлових сигналів.
- ОМ3 визначається тим самим стандартом ISO 11802, а діаметр жили становить 50 мкм. Однак цей тип призначений для поширення сигналів через VCSEL, оптимізованих для роботи з лазерами.
- OM4 - це тип визначений іншим стандартом - TIA-492-AAAD. Діаметр жили 50 мкм, але призначений для передачі даних на великі відстані з високою пропускною здатністю. Він забезпечує швидкості передачі 40 Гбіт/с і 100 Гбіт/с на відстань 125 м.
Поділ за показниками заломлення:
Залежно від показника заломлення матеріалу скла серцевини різниться і поведінка сигналу або шлях його поширення. Виходячи з цього, виділяють такі типи MM.
- Багатомодове волокно з градієнтним показником заломлення: у цьому типі матеріал, який використовується для виготовлення серцевини оптичного волокна, має градієнтний показник заломлення. Це означає, що в міру передавання сигналу кабелем показник заломлення серцевини поступово зменшується. Траєкторія поширення в кабелі має напівеліптичну форму. Завдяки такому типу поширення в цьому кабелі зменшуються загасання і оптична дисперсія.
- Багатомодове волокно зі ступінчастим показником заломлення: діаметр серцевини дорівнює 100 мкм. Через великий діаметр на різних ділянках волокна виникає різниця в показнику заломлення. Випадкова зміна показника заломлення призводить до повного або часткового заломлення всередині серцевини під різними кутами заломлення. Це призводить до зигзагоподібного характеру поширення світла в таких волокнах.
Різниця між одномодовим і багатомодовим оптичним волокном
Крім характеристик, відмінності між одномодовим і багатомодовим оптичним волокном можуть бути виражені й іншими способами. Нижче наведено основні відмінності за різними категоріями порівняння.
Вплив на поширення оптичного сигналу
З попередніх розділів випливає, що шлях поширення оптичного сигналу залежить від модальної дисперсії та показника заломлення матеріалу серцевини скла. Це впливає на вхідний і вихідний сигнал по оптоволокну. Розглянемо цей вплив для обох типів оптичного кабелю.
В одномодовому оптичному волокні модова і світлова дисперсія нехтувано мала, тому світлова хвиля передається лінійно. Внаслідок цього зменшується загасання і рівень сигналу залишається постійним. Тому в SM вхідний і вихідний сигнали мають однакову силу на великій відстані передачі. Крім того, по SM може передаватися кілька оптичних хвиль різної частоти, але всі вони йдуть одним і тим самим шляхом. Тому всі пакети даних досягають вихідного кінця оптичного волокна. Таким чином, надійність передачі даних від пристрою-джерела до пристрою-приймача залишається гарантованою.
У багатомодовому оптичному кабелі передача відбувається двома способами, розглянемо вплив обох на вхідний та вихідний сигнали.
- При зигзагоподібному типі поширення світла в MM через більше заломлення дисперсія і загасання світла вищі. Тому відбуваються втрати сигналу. Крім того, оптичні хвилі різної частоти заломлюються під різними кутами, що призводить до зигзагоподібного способу передачі. Для кожної оптичної хвилі вибирається свій шлях передачі. Це призводить до зміни швидкості передачі світлових сигналів через MM і існує ймовірність затримки доставки деяких пакетів оптичних даних на приймач. Очевидно, що саме це і призводить до втрати даних.
- За напівеліптичного типу поширення світловий промінь не вдаряється об стінки серцевини, тому заломлення та оптична дисперсія мінімальні. Внаслідок цього спостерігається мінімальне загасання. При цьому типі поширення всі світлові хвилі йдуть по напівеліптичній траєкторії "точка-точка". Тому всі хвилі досягають однієї й тієї самої точки і потім колективно передаються на приймальний пристрій. втрати тут мізерно малі.
BH-2OM3-1.0_1___rs_1200_1200.jpg)
Вимоги до ресурсів:
Для прокладання SM і MM потрібні певні ресурси: джерела світла, роз'єми тощо.
- SM вимагає використання лазерного діода як джерела світла, а також оптичних підсилювачів для зменшення дисперсії, якщо йдеться про встановлення на великі відстані. Цим пристроям необхідне точне калібрування для введення лазерного променя в оптичне волокно.
- MM як джерело світла використовує світлодіодні діоди або VCSEL. Для передачі на великі відстані можуть знадобитися підсилювачі сигналу, спеціальні роз'єми і випрямлячі.
Вартість розгортання:
Хоча одномодовий оптоволоконний кабель коштує менше за багатомодовий, уся встановлена система SM дорожча, ніж MM. Як правило, саме обладнання на лазерних діодах коштує в 1,5-5 разів дорожче, ніж на світлодіодах. Крім того, SM може зажадати додаткових витрат на підсилювачі та обслуговування системи, тому загальна вартість розгортання SM вища, ніж MM.
Сфера застосування:
Вибір за сферою застосування є одним із головних чинників.
- SM використовуються в оптоволоконних мережах великої протяжності, де рівень сигналу має бути найвищим. Зазвичай SM застосовуються у великих оптоволоконних мережах, підводних комунікаціях, мережах віддалених офісів тощо.
- MM є більш поширеними. Вони використовуються для CCTV, передавання відео/аудіо/мультимедіа, телекомунікаційних з'єднань, локальних мереж тощо.
D(ON)BK___rs_1200_1200.jpg)
D(ON)_1___rs_1200_1200.jpg)
Як вибрати між одномодовим і багатомодовим оптичним волокном
Під час вибору для конкретного застосування необхідно враховувати кілька чинників: вартість волокна, вартість системи монтажу, вимоги до встановлення обладнання, відстань передачі, швидкість передачі тощо. Для того щоб вибрати правильно, необхідно провести ретельне порівняння за всіма факторами.
Для зручності ми підготували порівняльну таблицю.
|
№ |
Критерій |
SM |
MM |
|
1 |
Вартість волокна |
Низька |
Висока |
|
2 |
Вартість обладнання і монтажу |
Висока (в 1,5-5 рази більше) |
Помірна |
|
3 |
Загасання сигналу |
Низьке |
Помірне |
|
4 |
Пропускна здатність |
Висока |
Низька |
|
5 |
Швидкість передачі |
Висока |
Висока |
|
6 |
Відстань передачі |
Висока |
Низька |
|
7 |
Безпека даних |
Висока |
Помірна |
Висновок:
Ми постаралися розширити ваші знання у волоконно-оптичній технології. Знаючи їхні характеристики та сфери застосування, вам безумовно буде легше підійти до питання вибору оптичного кабелю. Якщо у вас залишилися питання щодо оптичного кабелю або супутнього обладнання, сміливо звертайтеся до наших фахівців!