Конструкция кабеля с многомодовым

Основой оптоволоконного кабеля является светодиод, который изготавливают из кварцевого стекла. Такой светодиод называется оптическим волокном, отсюда происходит название этих кабелей.

Основными параметрами светодиода являются:

преломление, равное 1,46;
коэффициент теплопроводности = 1,4 Вт/мк;
плотность = 2203 кг/м.

Оптоволокно дает возможность передавать сигнал в диапазоне частот (2,3-1,2)*1014 Гц, при длине волны 0,85-1,6 мкм. Такие показатели позволяют передавать данные на очень высоких скоростях.

Для наглядности приведем пример: используя только сотую долю представленного диапазона, можно транслировать 100 тыс. телевизионных сигналов или 1 млрд телефонных переговоров.

Конструкция оптического волокна

На современном рынке сетевого оборудования представлено множество видов оптоволоконных кабелей, однако сами волокна в них мало чем отличаются друг от друга. Кроме этого, волокна, из которых собирают кабеля, производит совсем маленькое число предприятий. К числу самых известных относятся AT&T и Fujikura.

Конструкция оптического волокна

Конструкция не так сложна, как кажется на первый взгляд. Клэдинг (так называется внешний диаметр отражающей оболочки) — это постоянная величина, находящаяся в пределах 125±2 мкм. Для защиты кабеля от проникновения влаги и водорода применяют специальный полимерный лак (его слой 2-3 мкм., толщина слоя которого, входит в указанный размер).

Для придания кабелю гибкости, и, при этом, сохранения его прочности, используют специальное защитное покрытие. Его название — буфер и изготовляется оно из эпоксиакриолата. Оболочка может быть различных цвета — это делают для облегчения работы монтажников. Ее толщина равна 250±15 мкм. Для облегчения монтажа кабельной системы и повышения защиты, используют решения с вторичным буфером диаметром 900 мкм.

Все последующие части кабеля просто выполняют функцию защиты хрупких волокон от повреждений извне.

Мультимодовое и Одномодовое волокно

Существует два вида оптического волокна: одномодовые (ОМ) и многомодовые (ММ). Их разделяют в зависимости от размера сердцевины. Использовать это разделение следует применительно к каждой из длин волн, но сегодняшний уровень развития технологий позволяет не учитывать этот параметр.

Одномодовые и многомодовые оптические волокна

Если применяется многомодовое волокно, то диаметр сердечника превышает длину световой волны в два раза. Такой подход обеспечивает свету возможность распространения по нескольким модам одновременно независимо друг от друга. В связи с тем, что разные моды имеют разную длину, сигнал к приемнику будет поступать не одновременно.

Всем известное ступенчатое волокно (первый вариант) не может использоваться в сетях, где планируется передача данных на высоких скоростях. Связано это с тем, что оно имеет постоянный коэффициент преломления по всему сечению сердечника, а это вызывает большое модовое рассеивание.

Для решения этой проблемы было изобретено градиентное волокно (второй вариант). Для производства сердечника используют материал неравномерной плотности. Рисунок наглядно демонстрирует сглаживание, которое значительно сокращает длину пути лучей. Кроме того, что чем дальше луч от середины волокна, тем быстрее скорость его распространения (компенсируется расстояние). Связано это с плотностью материала, которая снижается по параболическому закону на пути от центра к краю, и достигает своего минимума у самого края внешней границы. А, как уже упоминалось выше, скорость распространения увеличивается со снижением плотности среды передачи.

Так и получается, что поток данных выравнивается, благодаря изменению в плотности среды. Если ответственно подойти к вопросу подбора параметров, но можно добиться максимального сокращения разницы во времени распространения сигнала. Можно сделать вывод, что межмодовое рассеивание в градиентном волокне на порядок меньше, чем в оптоволокне, которое имеет постоянную плотность сердечника.

Получающийся в итоге поток данных сбалансирован, но не на 100%, поэтому используют волокна, имеющие как можно меньший диаметр сердечника. В таких волокнах проходит лишь один луч при заданной длине волны.

Самым популярным считается оптоволокно с диаметром сердечника 8 микрон, т.к. это позволяет передавать сигнал с длиной волны 1,3 мкм. Если источник сигнала не идеален, то будет наблюдаться межчастотная дисперсия, но она будет оказывать меньшее влияние, чем при межмодовой или материальной. Отсюда видно, что пропускная способность одномодового кабеля во много раз выше, чем многомодового.

Монтаж одномодового волокна потребует от специалиста высокой точности работ. Связано это с маленьким диаметром сердечника. Кроме того если производится сварка или волокно соединяется с помощью разъемов, то допусков должно быть значительно меньше, по сравнению с монтажом мультимодового волокна. В связи со всеми этими сложностями, большинство сетей, которые строили еще несколько лет назад, создавалось с применением мультимодных кабелей.

В наше же время, существует реальное решение этих проблем. Если прибавить к этому еще и тот факт, что мультимодное волокно стоит в два раза дороже обычного одномодного, то, скорее всего, оно скоро будет полностью вытеснено с рынка.

К числу ограничений на применение одномодовых кабелей можно отнести и активное оборудование, которое стоило довольно дорого. Совсем в недавнем прошлом, простейший конвертер для одномодной системы стоил почти 1 тыс. долларов, а сегодня его цена выровнялась, и цены уже не является решающим фактором. К тому же использование одноволоконного оборудования сейчас носит массовый характер, что окончательно сбивает мультимодовый кабель с его доминирующей позиции.

Сравнение одномодовых и многомодовых технологий

Источник

Одномодовое и многомодовое волокно, особенности и отличия

В современных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и оптоволоконных информационных сетях применяются оптические кабели с одномодовыми и многомодовыми волокнами. Данные типы оптоволокна отличаются по конструкции, характеристикам и функциональным возможностям, что определяет особенности их применения. В этой статье подробно рассмотрим особенности и отличия одномодовых и многомодовых волокон.

На страницах каталога АО «Компонент» представлен широкий выбор качественных одномодовых и мультимодовых волоконно-оптических кабелей по доступным ценам, изготовленных на собственном высокотехнологичном производстве.

Отличия конструкции одномодового и многомодового волокна

Для лучшего понимания конструкции одномодового и многомодового оптоволокна можно представить себе длинный стеклянный стержень, состоящий из сердцевины и оболочки. Продуманное конструктивное решение позволяет создать две физические среды с различными показателями преломления света и обеспечить прохождение световых лучей внутри пространства сердцевины и их полное отражение от границы с оболочкой.

Диаметр сердцевины одномодового волокна составляет 9 микрометров, а многомодового — 50 или 62,5 микрометра. Диаметр оболочки в обоих вариантах равен 125 микрометров. Оболочка покрывается тонким слоем специального лака, улучшающего эксплуатационные параметры оптоволокна.

Оптические волокна изготавливаются из кварцевого стекла, в отдельных случаях из фторцирконата, фторалюмината или халькогенидного стекла. Перспективным направлением считается использование оптоволокна из пластика. Для изготовления сердцевины применяется полиметилметакрилат, а оболочки — фторполимеры.

Распространение света в одномодовом и многомодовом волокне

Световое излучение, формируемое лазерным передатчиком, вводится в стекловолокно двумя способами:

под нулевым углом — одномодовое волокно. Образуется единственная мода, распространяющаяся строго по оси сердцевины без отражений от границы раздела сред;
под небольшим углом — многомодовое волокно. Возникают несколько мод, движущихся по разнообразным траекториям с многократными переотражениями от оболочки и достигающих приемника неодновременно.

Ввод светового излучения в стекловолокно

Под модой подразумевается траектория перемещения светового луча по оптическому стекловолокну. Моды характеризуются фазовой и групповой скоростью. Групповая — это скорость переноса энергии, а фазовая — скорость движения волновой фазы.

Влияние дисперсии и способы ее уменьшения

На качество сигналов, передаваемых по оптоволоконному световоду, сильно влияет дисперсия, представляющая собой рассеяние во времени спектральной или модовой составляющей сигналов. В результате, увеличивается длительность выходных импульсов, которая диктует большие интервалы между передаваемыми сигналами, что значительно ограничивает пропускную способность канала.

Существуют три вида дисперсии:

межмодовая — возникает из-за различного времени прохождения мод по волокну. Актуальна только для многомодового стекловолокна;

хроматическая — появляется из-за зависимости групповой скорости моды от длин волн;

поляризационная — возникает из-за различия скоростей ортогонально поляризованных компонент моды в одномодовом стекловолокне, приводящего к их разделению на выходе.

Отрицательное влияние дисперсии нейтрализуются при помощи изготовления оптоволокна с разным профилем показателей преломления:

ступенчатый — скачкообразные изменения параметров преломления. Рекомендован для изготовления одномодового волокна. При применении этого профиля в мультимодовом оптоволокне наблюдается межмодовая дисперсия, ограничивающая пропускную способность;

градиентный — постепенное возрастание показателей преломления. Возникающая рефракция уменьшает дисперсию, сохраняя начальную форму сигналов. Применяется при производстве обоих типов оптоволокна. Минимизирует межмодовую дисперсию в мультимодовом стекловолокне.

Помимо этого, производится одномодовое волокно параметрами, оптимизированными для уменьшения дисперсии:

с несмещенной дисперсией — оптимизировано для области 1310 нм, характеризующейся нулевой хроматической дисперсией;
со смещенной дисперсией — оптимизировано для области 1550 нм. Смещение нулевой дисперсии в рабочее окно, имеющее минимальное затухание;
с ненулевой смещенной дисперсией — оптимизировано для области 1550 нм. Смещение нулевой дисперсии за пределы рабочего диапазона оптических усилителей EDFA.

Методы борьбы с дисперсией позволяют добиться улучшения характеристик световых импульсов и повышения скорости передачи волоконно-оптических сетей.

Сравнение характеристик одномодового и многомодового волокна

Сравним основные параметры одномодовых и многомодовых волокон, влияющие на сферу их применения:

Параметр	Одномодовое волокно		Многомодовое волокно
	1310 нм	1550 нм	850 нм	1300 нм
Дальность передачи без усиления и регенерации сигнала, км	100		0,5
Максимальная пропускная способность, Гбит/с	до 2000		до 10
Затухание, дБ/км	0,35	0,2	2,7	0,75
Стоимость волокна	дешевле		дороже
Стоимость источника излучения	дороже		дешевле

Можно сделать вывод, что одномодовое волокно оптимально использовать на магистральных ВОЛС и строительства высокоскоростных информационных сетей любого масштаба. Мультимодовое оптоволокно разумно применять на небольших расстояниях при создании локальных кабельных систем.

Классификация одномодового и многомодового волокна

Рассмотрим классы оптического оптоволокна, которые обязательно необходимо учитывать при подборе оптоволоконных кабелей для реализации своего проекта.

Классы многомодового волокна по коэффициенту широкополосности.

Класс	Размер сердцевина/оболочка, мкм	Коэффициент широкополосности, МГц/км		Комментарий
Класс	Размер сердцевина/оболочка, мкм	850 нм	1300 нм	Комментарий
ОМ 1	62,5/125	200	500	Модернизация существующих кабельных систем. Не рекомендовано для нового строительства.
ОМ 2	50/125	500	500	Сети с пропускной способностью до 1 Гбит/с, дальность до 550 м.
ОМ 3	50/125	1500	500	Оптимизация под лазерные передатчики. Сети с пропускной способностью до 10 Гбит/с, дальность до 300 м.
ОМ 4	50/125	3500	500	Оптимизация под лазерные передатчики. Сети с пропускной способностью до 10 Гбит/с, дальность до 550 м.

Классы одномодового волокна.

Характеристики/Класс	OS1	OS2
Стандарт	ITU-T G.652 A/B/C/D	ITU-T G.652 C/D
Рабочая дальность, км	10	100
Затухание, дБ/км	1	0,25
Максимальная пропускная способность	до 10 Гбит/с	до 200 Тбит/с
Особенности	более плотная оболочка

Где купить качественный волоконно-оптический кабель с одномодовым и многомодовым волокном?

Обращайтесь в АО «Компонент» при необходимости покупки качественного волоконно-оптического кабеля с одномодовым и многомодовым волокном по разумной цене. Специалисты компании с удовольствием помогут вам подобрать оптимальный вариант с учетом специфики и технических условий проекта.

Источник

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

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 волокна

Размер ядра/демпфера, мкм

Коэффициент широкополосности,
режим OFL, МГц·км

Примечание

850 нм

1300 нм

OM1

Применяется для расширения ранее установленных систем. Использовать в новых системах не рекомендуется.

OM2

Применяется для поддержки приложений с производительностью до 1 Гбит/с на расстоянии до 550 м.

OM3

Волокно 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.

OM4

Волокно 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.

Источник