Многомодово влакно. Разлики в едномодов и многомодов оптичен кабел

Те проследяват своята история от 1960 г., когато е изобретен първият лазер. В същото време самото оптично влакно се появи само 10 години по-късно и днес именно то е физическа основамодерен интернет.

Оптичните влакна, използвани за предаване на данни, имат принципно подобна структура. Пропускащата светлина част на влакното (сърцевина, сърцевина или сърцевина) е в центъра, около него има демпфер (понякога наричан обвивка). Задачата на амортисьора е да създаде интерфейс между средата и да предотврати напускането на радиация от сърцевината.

И сърцевината, и амортисьорът са изработени от кварцово стъкло, а коефициентът на пречупване на сърцевината е малко по-висок от този на амортисьора, така че да се реализира феноменът на пълно вътрешно отражение. За това е достатъчна разлика в стотни - например сърцевината може да има показател на пречупване n 1 =1,468, а амортисьор - стойността n 2 =1,453.

Диаметърът на сърцевината на едномодовите влакна е 9 µm, многомодовите - 50 или 62,5 µm, докато диаметърът на амортисьора за всички влакна е еднакъв и е 125 µm. Структурата на светлинните водачи е показана в мащаб на илюстрацията:

Профил на стъпаловиден индекс на пречупване (стъпка- индекс влакна) - най-простият за производството на светлинни водачи. Приемливо е за едномодови влакна, където условно се счита, че има само един "режим" (пътят на разпространение на светлината в сърцевината). Въпреки това, многомодовите влакна със стъпков индекс се характеризират с висока дисперсия поради наличието на Голям бройрежим, който води до дисперсия, "разпръскване" на сигнала и в крайна сметка ограничава разстоянието, на което приложенията могат да работят. Градиентният коефициент на пречупване позволява минимизиране на дисперсията на режима. Влакната с градиентен индекс са силно препоръчителни за многомодови системи. (степенувани- индекс влакна) , при който преходът от сърцевината към амортисьора няма „стъпка“, а става постепенно.

Основният параметър, който характеризира дисперсията и съответно способността на влакното да поддържа приложения на определени разстояния, е факторът на честотната лента. В момента многомодовите влакна са разделени на четири класа според този показател, от OM1 (който не се препоръчва за използване в нови системи) до най-продуктивния клас OM4.

Едномодовите влакна са разделени на класове OS1 (конвенционални влакна, използвани за предаване при 1310 nm или 1550 nm) и OS2, които могат да се използват за широколентово предаване в целия диапазон от 1310 nm до 1550 nm, разделени на канали за предаване, или в още по-широк спектър, например от 1280 до 1625 nm. На начална фазаосвобождаването на OS2 влакната бяха маркирани с обозначението LWP (ниско вода връх) за да се подчертае, че те минимизират пиковете на абсорбция между прозорците на прозрачност. Широколентовото предаване в едномодовите влакна с най-висока производителност осигурява скорости на предаване над 10 Gbps.

Едномодов и многомодов оптичен кабел: правила за избор

Предвид описаните характеристики на многомодовите и едномодовите влакна, можем да дадем препоръки за избор на типа влакно в зависимост от производителността на приложението и разстоянието, на което трябва да работи:

за скорости над 10 Gb/s изберете едномодово влакно, независимо от разстоянието

за 10 Gigabit приложения и разстояния над 550 m, също изберете едномодово влакно

за 10 Gigabit приложения и разстояния до 550 m се предлага и многомодово влакно OM4

за 10 Gigabit приложения и разстояния до 300 m се предлага и многомодово влакно OM3

за 1 Gigabit приложения и разстояния до 600-1100 m е възможно многомодово влакно OM4

за 1 Gigabit приложения и разстояния до 600-900 m е възможно многомодово влакно OM3

OM2 многомодово влакно, налично за 1 Gigabit приложения и разстояния до 550 m

Цената на оптично влакно до голяма степен се определя от диаметъра на сърцевината, така че многомодовият кабел, при равни други условия, е по-скъп от едномодовия кабел. В същото време активното оборудване за едномодови системи, поради използването на мощни лазерни източници в тях (например лазер на Фабри-Перо), е значително по-скъпо от активното оборудване за многомодови системи, които използват или сравнително евтини VCSEL повърхностно излъчващи лазери или дори по-евтини LED източници. При оценката на цената на системата е необходимо да се вземат предвид разходите както за кабелната инфраструктура, така и за активното оборудване, като последните могат да бъдат значително по-високи.

Към днешна дата има практика за избор на оптичен кабел в зависимост от обхвата на употреба. Използва се едномодово влакно:

в морски и трансокеански кабелни комуникационни линии;

в наземни магистрални линии на дълги разстояния;

в линии на доставчик, комуникационни линии между градски възли, в специализирани оптични канали на дълги разстояния, в магистрални линии до операторско оборудване мобилни комуникации;

в системи за кабелна телевизия (предимно OS2, широколентово предаване);

в GPON системи с довеждане на влакното до оптичен модем, разположен при крайния потребител;

в SCS в магистрали по-дълги от 550 m (като правило между сградите);

в SCS, обслужващи центрове за обработка на данни, независимо от разстоянието.

Многомодовото влакно се използва главно:

в SCS в стволове вътре в сградата (където по правило разстоянията са в рамките на 300 m) и в стволовете между сградите, ако разстоянието не надвишава 300-550 m;

в хоризонтални сегменти на SCS и в FTTD системи ( влакна- да се- на- бюро), където на потребителите са инсталирани работни станции с многомодови оптични мрежови карти;

в центрове за данни в допълнение към едномодово влакно;

във всички случаи, когато разстоянието позволява използването на многомодови кабели. Въпреки че самите кабели са по-скъпи, спестяванията в активно оборудване компенсират тези разходи.

Може да се очаква, че през следващите години OS2 влакното постепенно ще замени OS1 (преустановява се), а влакната 62,5/125 µm ще изчезнат в многомодовите системи, тъй като те ще бъдат напълно заменени от 50 µm влакна, вероятно от OM3- OM4 класове.

Тестване на едномодови и многомодови оптични кабели

След монтажа всички монтирани оптични сегменти подлежат на тестване. Само измерванията, извършени от специално оборудване, могат да гарантират ефективността установени линиии канали. За SCS сертификация се използват устройства с квалифицирани източници на радиация в единия край на линията и измервателни уреди в другия. Такова оборудване се произвежда от Fluke Networks, JDSU, Psiber; всичко подобни устройстваимат предварително зададени бази на допустимите оптични загуби в съответствие с телекомуникационните стандарти TIA/EIA, ISO/IEC и др. По-дългите оптични линии се проверяват с оптични рефлектометрис подходящ динамичен обхват и разделителна способност.

По време на фазата на експлоатация всички инсталирани оптични сегменти изискват внимателно боравене и редовно използване на специални почистващи кърпички, клечки и други почистващи продукти.

Не е необичайно положените кабели да се повредят, например при копаене на окопи или при извършване на ремонтни работивътре в сградите. В този случай е необходим OTDR или друг диагностичен инструмент, базиран на принципите на рефлектометрията и показващ разстоянието до точката на повреда, за да се локализира повредата (подобни модели се предлагат от Fluke Networks, EXFO, JDSU, NOYES (FOD), Greenlee Комуникация и други).

Бюджетните модели, които се намират на пазара, са предназначени основно за локализиране на повреди (лоши заварки, счупвания, макроизвивки и др.). Често те не са в състояние да извършат подробна диагностика на оптичната линия, да идентифицират всички нейни нехомогенности и професионално да изготвят доклад. Освен това те са по-малко надеждни и издръжливи.

Висококачествено оборудване - напротив, то е надеждно, способно да диагностицира FOCLв най-малките детайли, създайте правилна таблица на събитията, генерирайте отчет за редактиране. Последното е изключително важно за сертифицирането на оптични линии, защото понякога има такива заварени съединенияс толкова ниски загуби, че рефлектометърът не е в състояние да определи такава връзка. Но заваряването все още е там и трябва да бъде показано в отчета. В такъв случай софтуерви позволява принудително да зададете събитие на трасето и ръчно да измервате загубите върху него.

Много професионални устройства също имат възможност за разширяване на функционалността чрез добавяне на опции: видеомикроскоп за проверка на краищата на влакната, лазерен източник и измервател на мощността, оптичен телефон и др.

Това е една от разновидностите на оптично влакно, което има голям диаметърядрото и провежда светлинни лъчи чрез ефекта на вътрешно отражение.

Характеристики на използването на многомодови оптични кабели.

Цялото оборудване, което се използва за мрежи, базирани на многомодови оптични влакна, е по-евтино от такова оборудване за едномодово влакно. Обикновено скоростта на предаване на данни по многомодовите кабели е 100 m/bit за разстояние от два километра. От своя страна разстоянието от 220 до 500 метра може да се измине със скорост от 1 гигабит. Ако говорим за разстояние до 300 метра, тогава скоростта на преодоляването му е около 10 гигабита.

Многомодовият оптичен кабел е различен високо нивопроизводителност, както и надеждност. Обикновено кабелът от този типизползвани при изграждането на мрежови магистрали. Те имат удобна стандартна архитектура, която ви позволява да увеличите напълно дължината на мрежата за данни.

Видове многомодови оптични кабели.

Първият представител на семейството е кабелът MOB-G (фиг. 1). Този тип кабел се състои от ядро ​​и обвивка. Външната част на влакното има защита под формата на специални черупки. Кабелите имат определени характеристики на дизайна на влакна. И така, днес влакната се произвеждат в съответствие с EN 188200 и VDE 0888. В съответствие с тези стандарти към кабелите от този тип са определени определени изисквания.

Изисквания за оптични влакна за многомодов оптичен кабел:

• Диаметърът на сърцевината трябва да бъде 50 µm. Допуска се грешка от 3 µm.
• Външната дебелина на влакното трябва да бъде 125 µm. Допуска се грешка от 2 µm.
• Диаметърът на външната първична обвивка трябва да бъде 250 µm. Допуска се грешка от 10 µm.
• Диаметърът на външната вторична обвивка трябва да бъде 900 µm. Допуска се грешка от 10 µm.

Влакната от този тип са описани с помощта на система за класификация, която е определена от Международната организация по стандартизация. И така, в съответствие с документите са определени четири стандарта за многомодови оптични кабели - OM1-OM4. Трябва да се отбележи, че тези стандарти се основават на честотната лента. В същото време стандартът OM4 е проектиран да работи със скорости до 100 гигабита в секунда. Това е последният въведен стандарт и работи успешно от август 2009 г.

Характеристики на кабелите.

За да разграничат многомодовите влакна от едномодовите влакна, производителите използват определени отличителни характеристики. Така че днес е обичайно да се използват различни цветове на кабелната обвивка. Трябва обаче да се отбележи, че това условие не е задължително за компаниите за производство на кабели. Ето защо не се препоръчва да разчитате само на цвета на кабелната обвивка.

В заключение трябва да се каже, че днес един от най-разпространените цветове на многомодовите оптични кабели е оранжев (фиг. 2) и сив. Да, кабел оранжев цвятпроектиран за 50/125 µm. На свой ред кабел сив цвят, използван за 62,5/125 µm. Също така на пазара можете да намерите многомодови кабели тюркоазен цвят, които имат многомодови влакна от стандартите OM3 и OM4. Този тип кабел е подходящ за 50/125 µm. Струва си да се каже, че на пазара можете да намерите и мултимодови кабели. жълт цвят, обаче, като правило жълтите кабели отговарят на едномодови влакна.

Превод на Анна Мотуш

определение: влакна, поддържащи повече от един режим за определена посока на поляризация

Многомодовите влакна са оптични влакна, които поддържат множество напречни режими за дадена оптична честота и поляризация. Броят на режимите се определя от дължината на вълната и коефициента на пречупване на материала. Многомодовите влакна се подразделят на влакна със стъпков индекс и градиентни влакна.

За влакната се определят стойностите на радиуса на сърцевината и цифровата апертура, които позволяват определянето на V-параметъра. При големи стойности на V-параметъра броят на режимите е пропорционален на V 2 . По-специално, за влакна с голям диаметърядро (дясната страна на фиг. 1), броят на режимите може да бъде много голям. Такива влакна могат да доставят светлина с лошо качество на лъча (например генерирана от диоди с висока мощност), но за да се поддържа качеството на лъча от източник на светлина с висока яркост, ще бъде по-добре да се използва влакно с по-малко ядро ​​и умерена цифрова апертура, въпреки че ефективното въвеждане на радиация във влакното може да бъде по-трудно.

В сравнение със стандартното едномодово влакно, многомодовото влакно обикновено има по-голямо ядро, както и висока цифрова апертура, като 0,2-0,3. Последното дава възможност за работа при огъване на влакното, но също така води до по-интензивно разсейване, което се определя от нарушението геометрична формаоптично влакно. Последицата от тези нарушения е, че част от лъчите напускат оптичното влакно. Интензитетът на разсейване зависи не само от качеството на материала, от който е направена сърцевината, но и от качеството на облицовката, тъй като част от оптичния сигнал също се разпространява в нея. Профилът на индекса на пречупване е предимно правоъгълен, но понякога параболичен. (Виж отдолу).

Многомодовото влакно се състои от сърцевина и обвивка. При често срещаните типове оптични комуникационни линии (вижте по-долу), базирани на многомодови влакна 50/125 и 62,5/125, диаметърът на сърцевината е съответно 50 и 62,5 микрона, а диаметърът на обвивката е 125 микрона. Такива влакна поддържат стотици режими.

Въвеждането на светлина в многомодово влакно е доста просто, т.к изискванията за спазване на точността на настройка на ъгъла и позицията на лъча не са много строги. От друга страна, пространствената кохерентност на изхода на многомодовите влакна е малка и разпределението на интензитета на изходящото излъчване е трудно да се контролира поради причините, разгледани по-долу.

Фигура 2 показва профилите на електрическото поле в режими на стъпка на влакната, изчислени за конкретна дължина на вълната. Това е основният режим (LP 01) с разпределение на интензитета, близко до Гаусово, и още няколко режима висок редс по-сложни пространствени профили. Всеки режим има различна константа на разпространение. Всяко разпределение на полето може да се разглежда като суперпозиция на режими.

Обща сума електрическо полечесто срещано в многомодовото влакно е суперпозиция на няколко режима. Интензитетът зависи не само от оптичната мощност във всички режими, но и от относителната фаза, тук може да възникне максимум или минимум поради интерференцията на различни режими.

И двата параметъра - мощност и фаза - се определят от началните условия, а относителните фази се променят непрекъснато по протежение на влакното поради зависимостта от константите на разпространение. По този начин сложният модел на интензивност с течение на времето непрекъснато се променя в рамките на дължина на разпространение доста под 1 mm.

Фигура 3 показва анимиран пример, показващ разпределения на интензитета, възникващи на интервали от 2 µm. Този модел на интерференция е силно зависим от всякакви промени в огъването или разтягането на влакната, както и от температурата.

Имайте предвид, че за светлина с широка оптична честотна лента (например бяла светлина) не се наблюдават такива сложни разпределения на интензитета, тъй като графиката на интензитета е различна за всяка дължина на вълната, така че приносът от различни дължини на вълната се осреднява. Колкото по-дълго е влакното, толкова по-ниска е оптичната честотна лента, необходима за това усредняване.

1.4.1.4 Видове многомодови влакна

Стандартите на Международния телекомуникационен съюз (ITU-T) G 651 и Института на електроинженерите (IEEE) 802.3 дефинират характеристиките на многомодовия оптични кабели. Повишени изисквания за честотна лентав многомодови системи, включително Gigabit Ethernet (GigE) и 10 GigE, са свързани с дефинициите на четири различни международни организацииза категорията по стандартизация (ISO).

1.4.1.5 50 µm. срещу 62,5 µm многомодови влакна

През 70-те години на миналия век оптичните комуникации се основават на 50 µm многомодови влакна с LED източници и се използват както за къси, така и за дълги разстояния. През 80-те години на миналия век започват да се използват лазери и едномодово влакно и те дълго времеостана предпочитаният вариант за комуникация за голямо разстояние. В същото време многомодовите влакна бяха по-ефективни и рентабилни за LAN от тип кампус на разстояния от 300 до 2000 m.

Няколко години по-късно нуждите на локалните мрежи се увеличиха и станаха необходими по-високи скорости на данни, включително 10 Mbps. Те подтикнаха въвеждането на многорежимно влакно с ядро ​​от 62,5 микрона, което може да предава поток от 10 Mbps на разстояние повече от 2000 m, поради способността си да въвежда по-лесно светлина от диоди, излъчващи светлина (LED). В същото време по-високата цифрова апертура отслабва повече сигнала при снаждане в снаждания и при завои на кабела. Многомодовото влакно с 62,5 µm ядро ​​се превърна в основен избор за къси връзки, информационни центровеи кампуси, работещи при 10 Mbps.

Днес Gigabit Ethernet (1 Gbps) е стандарт, а 10 Gbps е по-често срещан в локалните мрежи. Мултимодовият 62,5 µm е достигнал своите граници на производителност, поддържайки 10 Gb/s при максимум 26 m. Тези ограничения ускориха внедряването на нови евтини лазери, наречени VCSEL, и 50 µm ядро ​​влакно, оптимизирано за 850 nm.

Търсенето на повишени скорости на данни и капацитет изисква по-голямо използване на 50 µm лазерно оптимизирано влакно, способно на над 2000 MHz o km и предаване на данни на дълги разстояния. При локалното проектиране мрежите трябва да бъдат проектирани по такъв начин, че да вземат предвид нуждите на утрешния ден.

1.4.1.6 Пропускателна способност и дължина на предаване

При проектирането на оптични кабели е важно да се разберат техните възможности по отношение на честотната лента и разстоянието. За да се гарантира нормалната работа на системата, обемите на пренос на данни трябва да се определят, като се вземат предвид бъдещите нужди.

Първата стъпка е да се оцени дължината на предаване според таблицата на ISO/IEC 11801 на препоръчителните разстояния за Ethernet мрежа. Тази таблица приема непрекъснати дължини на кабела без никакви устройства, снаждания, конектори или други загуби при предаване на сигнала.

Втората стъпка, кабелната инфраструктура трябва да вземе предвид максималното затихване на връзката, за да гарантира надеждно предаване на сигнали на разстояние. Тази стойност на затихване трябва да отчита всички загуби в канала

Затихване на влакното, което съответства на 3,5 dB/km за многомодови влакна при 850 nm и на 1,5 dB/km за многомодови при 1300 nm (съгласно стандартите ANSI/TIA-568-B.3 и ISO/IEC 11801).

Снаждане на влакна (обикновено 0,1 dB загуба), конектори (обикновено до 0,5 dB) и други загуби.

Максималното затихване на канала е дефинирано в стандарта ANSI/TIA-568-B.1, както следва.

Едномодов и многомодов оптичен кабел

Определя се тънка прозрачна вена, която носи светлина в себе си оптично влакно. Основната цел на оптичния кабел е основата на линиите, способни да предават пакет цифрови данни със свръхбърза скорост. Оптиката не е многобройна в структурата си: сърцевината, вътрешната обвивка и външната облицовка, която предпазва оптичното влакно от външни негативни фактори. Всеки от тези елементи играе роля във функционирането на оптичното влакно.

Към днешна дата са известни видовете оптични влакна: единичен режимИ мултимодов.

Едномодов оптичен кабел

IN едномодов оптичен кабелразмерът на сърцевината е +/-9 mm при стандартен размеркожи 125 мм. Само едно ядро ​​може да изпълни функционалното си предназначение, което е характерно за този тип оптично влакно. Когато лъчите преминават през оптичното влакно, траекторията на тяхното движение е непроменена и е едновременно, така че структурата на подадения сигнал не може да бъде изкривена. Цифровите сигнали могат да се предават на много километри без риск от разсейване на лъчите. За работа с монофиламентна оптика се използва лазер, който използва светлина с определен размер на вълната. Добри Основни характеристикидават основание за използване на този вид влакно навсякъде, но високата му цена и относителната крехкост намаляват критериите за оценка.

на свой ред, едномодово влакно може да бъде:

• изместен на лъча.
  Оптичното влакно от този тип се характеризира с по-малък диаметър на сърцевината, което позволява да се използва в работен диапазон от 1,5 μm на широколентови линии с помощта на оптични усилватели.
• с изместена минимална дължина на вълната,
  при което влакното може да поддържа един разпространен сигнал. Такова влакно използва голямо количество енергия за предаване на данни на дълги разстояния и е разработено за използване в морски линии.
• с ненулево изместено разпространение на лъча.
  При използване на този тип влакно, нелинейните ефекти няма да могат да повлияят на качеството на подавания сигнал и неговата структура, която е възможно приложениетова влакно в DWDM технологични системи.

Многомодов оптичен кабел

IN многомодов оптичен кабел(виж раздел) светлинните лъчи са значително разпръснати и в този случай се получава значително изкривяване на структурата на предавания сигнал. Ядрото е с индикатор +/- 60 микрона, кожата е стандартна - 125 микрона. Използването на конвенционален светодиод за функционирането на многоядро (за разлика от лазера, който се използва в монофиламентно влакно) осигурява увеличаване на експлоатационния живот на влакното и има положителен ефект върху неговата цена. В същото време индексът на затихване в многоядрото се увеличава в сравнение с едноядрен и се колебае в рамките на 15 dB/km.

Многомодовото влакно варира в зависимост от стъпиИ градиент.

Стъпаловидният оптичен кабел има голямо разсейване на лъча поради неравномерни скокове на плътността на кварцовата сърцевина, така че приложението му е ограничено къси линиивръзки. Градиентното оптично влакно се характеризира с намалено разсейване на лъча поради плавното разпределение на коефициента на пречупване. Диаметърът на сърцевината на градиентното многожилно влакно е +/- 55 µm, обвивката е стандартна стойност (125 µm).

Прочети 9773 веднъж Последна промяна неделя, 21 декември 2014 02:00ч