Višemodno vlakno. Razlike u jednomodnom i višemodnom optičkom kabelu

Svoju povijest prate od 1960. godine, kada je izumljen prvi laser. Pritom se samo optičko vlakno pojavilo tek 10 godina kasnije, a danas je upravo to fizička osnova modernog interneta.

Optička vlakna koja se koriste za prijenos podataka imaju u osnovi sličnu strukturu. Dio svjetlovoda (jezgra, jezgra ili jezgra) koji propušta svjetlost nalazi se u središtu, a oko njega je prigušivač (koji se ponekad naziva i omotač). Funkcija prigušivača je stvoriti sučelje između medija i spriječiti izlazak zračenja iz jezgre.

I jezgra i prigušivač izrađeni su od kvarcnog stakla, a indeks loma jezgre nešto je veći od indeksa loma prigušivača, kako bi se ostvario fenomen potpunog unutarnja refleksija. Za to je dovoljna razlika od stotinki - na primjer, jezgra može imati indeks loma n 1 = 1,468, a prigušnica može imati vrijednost n 2 = 1,453.

Promjer jezgre monomodnih vlakana je 9 mikrona, multimodnih - 50 ili 62,5 mikrona, dok je promjer prigušnice za sva vlakna isti i iznosi 125 mikrona. Struktura svjetlovoda prema mjerilu prikazana je na slici:

Stepenasti profil indeksa loma (korak- indeks vlakno) - najjednostavniji za izradu svjetlosnih vodiča. Prihvatljivo je za jednomodna vlakna, gdje se konvencionalno pretpostavlja da postoji samo jedan "mod" (put širenja svjetlosti u jezgri). Međutim, višemodna vlakna stepenastog indeksa karakterizira visoka disperzija uzrokovana prisutnošću velika količina način rada, što dovodi do raspršenja signala i u konačnici ograničava udaljenost na kojoj aplikacije mogu raditi. Gradijent indeksa loma omogućuje minimiziranje disperzije moda. Za višemodne sustave snažno se preporučuju gradirana indeksna vlakna. (ocijenjeno- indeks vlakno) , u kojem prijelaz od jezgre do prigušivača nema "korak", već se događa postupno.

Glavni parametar koji karakterizira disperziju i, sukladno tome, sposobnost vlakna da podržava aplikacije na određenim udaljenostima je širokopojasni koeficijent. Trenutno su višemodna vlakna podijeljena u četiri klase prema ovom pokazatelju, od OM1 (koji se ne preporučuje za korištenje u novim sustavima) do najproduktivnije klase OM4.

Jednomodna vlakna podijeljena su u klase OS1 (konvencionalna vlakna koja se koriste za prijenos na valnim duljinama od 1310 nm ili 1550 nm) i OS2, koja se mogu koristiti za širokopojasni prijenos u cijelom rasponu od 1310 nm do 1550 nm, podijeljena na prijenosne kanale , ili čak širi spektar, na primjer, od 1280 do 1625 nm. Na početno stanje otpuštanje OS2 vlakana označeni su oznakom LWP (Niska Voda Vrh) , kako bi naglasili da minimiziraju vrhove apsorpcije između prozora prozirnosti. Širokopojasni prijenos u jednomodnim vlaknima najvećih performansi osigurava brzine prijenosa veće od 10 Gbps.

Jednomodni i višemodni optički kabel: pravila odabira

S obzirom na opisane karakteristike višemodnih i jednomodnih vlakana, evo nekoliko smjernica za odabir vrste vlakana ovisno o izvedbi aplikacije i udaljenosti na kojoj mora raditi:

za brzine iznad 10 Gbps odaberite jednomodno vlakno bez obzira na udaljenost

Za 10 Gigabitne aplikacije i udaljenosti veće od 550 m, single-mode vlakno također je izbor

Za 10 Gigabitne aplikacije i udaljenosti do 550 m, OM4 višemodno vlakno također je moguće

Za 10 Gigabitne aplikacije i udaljenosti do 300 m, OM3 višemodno vlakno također je moguće

Za 1-gigabitne aplikacije i udaljenosti do 600-1100 m, može se koristiti višemodno vlakno OM4

Za 1-gigabitne aplikacije i udaljenosti do 600-900 m, može se koristiti OM3 višemodno vlakno

Za 1 Gigabit aplikacije i udaljenosti do 550 m moguće je OM2 višemodno vlakno

Trošak optičkog vlakna uvelike je određen promjerom jezgre, tako da je višemodni kabel, pod svim ostalim uvjetima, skuplji od jednomodnog kabela. Istovremeno, aktivna oprema za jednomodne sustave, zbog korištenja laserskih izvora velike snage (primjerice, Fabry-Perot laser), znatno je skuplja od aktivne opreme za višemodne sustave, koji koriste ili relativno jeftine VCSEL površinski emitirajući laseri ili čak jeftiniji LED izvori. Pri procjeni cijene sustava potrebno je uzeti u obzir i troškove kablovske infrastrukture i aktivne opreme, a potonja može biti znatno veća.

Danas postoji praksa odabira optičkog kabela ovisno o opsegu korištenja. Jednomodno vlakno se koristi:

u pomorskim i prekooceanskim kabelskim komunikacijskim vodovima;

u kopnenim međugradskim vodovima;

u linijama pružatelja usluga, komunikacijskim linijama između gradskih čvorova, u namjenskim optičkim kanalima na velikim udaljenostima, na autocestama do opreme operatera mobilne komunikacije;

u sustavima kabelske televizije (prvenstveno OS2, širokopojasni prijenos);

u GPON sustavima s isporukom vlakana do optičkog modema koji se nalazi kod krajnjeg korisnika;

u SCS na autocestama dužim od 550 m (obično između zgrada);

u SCS opslužnim podatkovnim centrima, bez obzira na udaljenost.

Višemodno vlakno se uglavnom koristi:

u SCS na autocestama unutar zgrade (gdje su, u pravilu, udaljenosti 300 m) i na autocestama između zgrada, ako udaljenost ne prelazi 300-550 m;

u horizontalnim segmentima SCS i FTTD sustavima ( vlakno- do- the- radni stol), gdje korisnici instaliraju radne stanice s višemodnim optičkim mrežnim karticama;

u podatkovnim centrima uz jednomodno vlakno;

u svim slučajevima kada udaljenost dopušta korištenje višemodnih kabela. Iako su sami kabeli skuplji, uštede na aktivnoj opremi nadoknađuju te troškove.

Može se očekivati ​​da će u nadolazećim godinama OS2 vlakno postupno zamijeniti OS1 (ukida se), a 62,5/125 µm vlakna će nestati u višemodnim sustavima, budući da će biti potpuno zamijenjena 50 µm vlaknima, vjerojatno OM3. -OM4 razredi.

Ispitivanje jednomodnih i višemodnih optičkih kabela

Nakon ugradnje svi ugrađeni optički segmenti podliježu ispitivanju. Samo mjerenja provedena posebnom opremom mogu jamčiti karakteristike instalirane vodove i kanali. Za SCS certifikaciju koriste se uređaji s kvalificiranim izvorima zračenja na jednom kraju linije i mjeračima na drugom kraju. Takvu opremu proizvode Fluke Networks, JDSU, Psiber; svi sličnih uređaja imaju unaprijed postavljene baze dopuštenih optičkih gubitaka u skladu s telekomunikacijskim standardima TIA/EIA, ISO/IEC i dr. Dulje optičke linije provjeravaju se pomoću optički reflektometri, s odgovarajućim dinamičkim rasponom i rezolucijom.

U fazi rada svi ugrađeni optički segmenti zahtijevaju pažljivo rukovanje i redovitu upotrebu specijalnih maramice za čišćenje, štapići i drugi proizvodi za čišćenje.

Česti su slučajevi da se položeni kabeli oštete, na primjer, prilikom kopanja rovova ili prilikom izvođenja popravci unutar zgrada. U ovom slučaju, da biste pronašli mjesto kvara, potreban vam je reflektometar ili drugi dijagnostički uređaj koji se temelji na principima reflektometrije i pokazuje udaljenost do točke kvara (proizvođači kao što su Fluke Networks, EXFO, JDSU, NOYES (FOD) , Greenlee Communication i drugi imaju slične modele).

Niskobudžetni modeli koji se nalaze na tržištu dizajnirani su uglavnom za lokalizaciju oštećenja (loši zavari, lomovi, makrosavijanja itd.). Često nisu u mogućnosti provesti detaljnu dijagnostiku optičkog voda, identificirati sve njegove nehomogenosti i stručno izraditi izvješće. Osim toga, oni su manje pouzdani i izdržljivi.

Visokokvalitetna oprema je, naprotiv, pouzdana i sposobna dijagnosticirati FOCL V najsitnijih detalja, stvoriti ispravnu tablicu događaja, generirati izvješće koje se može uređivati. Potonje je izuzetno važno za certifikaciju optičkih vodova, jer ih ponekad ima zavareni spojevi s tako malim gubicima da reflektometar nije u stanju otkriti takvu vezu. Ali još uvijek postoji zavarivanje i to treba prikazati u izvješću. U ovom slučaju softver omogućuje vam forsiranje događaja na reflektogramu i ručno mjerenje gubitaka na njemu.

Mnogi profesionalni instrumenti također imaju mogućnost proširenja funkcionalnosti dodavanjem opcija: video mikroskop za pregled krajeva vlakana, laserski izvor i mjerač snage, optički telefon itd.

Ovo je jedna od vrsta optičkih vlakana koja ima velikog promjera jezgra i provodi svjetlosne zrake koristeći učinak unutarnje refleksije.

Značajke uporabe višemodnih optičkih kabela.

Sva oprema koja se koristi za mreže koje rade na bazi multimodnog optičkog vlakna jeftinija je od opreme za jednomodno optičko vlakno. Obično je brzina prijenosa podataka višemodnih kabela 100 m/bit za udaljenost od dva kilometra. Zauzvrat, udaljenost od 220 do 500 metara može se pokriti brzinom od 1 gigabita. Ako govorimo o udaljenosti do 300 metara, tada je brzina njenog prevladavanja oko 10 gigabita.

Višemodni optički kabel je drugačiji visoka razina performanse kao i pouzdanost. Obično kabel ove vrste koristi se u izgradnji mrežnih okosnica. Imaju prikladnu standardnu ​​arhitekturu koja vam omogućuje potpuno povećanje duljine mreže za prijenos podataka.

Vrste višemodnih optičkih kabela.

Prvi predstavnik obitelji je kabel MOB-G (slika 1). Ova vrsta kabela sastoji se od jezgre i plašta. Vanjski dio vlakna je zaštićen u obliku posebnih ovojnica. Kabeli imaju određene značajke dizajna vlakana. Dakle, danas se vlakna proizvode u skladu sa standardima EN 188200 i VDE 0888. Sukladno tim standardima, na kabele ove vrste vrijede određeni zahtjevi.

Zahtjevi vlakana višemodnog optičkog kabela:

• Promjer jezgre trebao bi biti 50 mikrona. Dopuštena je pogreška od 3 mikrona.
• Debljina vanjskog vlakna treba biti 125 mikrona. Dopuštena je pogreška od 2 mikrona.
• Promjer vanjske primarne ljuske trebao bi biti 250 µm. Dopuštena je pogreška od 10 mikrona.
• Promjer vanjske sekundarne ljuske trebao bi biti 900 µm. Dopuštena je pogreška od 10 mikrona.

Vlakna ove vrste opisana su pomoću sustava klasifikacije koji je definirala Međunarodna organizacija za standardizaciju. Tako su u skladu s dokumentima definirana četiri standarda za višemodne optičke kabele - OM1-OM4. Vrijedno je napomenuti da se ti standardi temelje na propusnosti. Istodobno, standard OM4 dizajniran je za rad pri brzinama do 100 gigabita u sekundi. To je najnoviji standard koji je uveden i uspješno djeluje od kolovoza 2009.

Karakteristike kabela.

Kako bi razlikovali višemodna vlakna od jednomodnih vlakana, pri proizvodnji kabela ove vrste proizvođači koriste određene karakteristične karakteristike. Stoga je danas uobičajeno koristiti različite boje za plašt kabela. Međutim, vrijedi napomenuti da ovaj uvjet nije obavezan za tvrtke za proizvodnju kabela. Zato se ne preporuča oslanjati se samo na boju plašta kabela.

Zaključno treba reći da je danas jedna od najčešćih boja multimodnih optičkih kabela narančasta (slika 2) i siva. Da, kabel narančasta boja dizajniran za 50/125 µm. Zauzvrat, kabel siva, koristi se za 62,5/125 µm. Također, na tržištu možete pronaći višemodne kabele tirkizna boja, koji imaju višemodna vlakna OM3 i OM4 standarda. Kabeli ovog tipa prikladni su za 50/125 µm. Vrijedno je reći da na tržištu možete pronaći i višemodne kabele žuta boja Međutim, u pravilu, žuti kabeli odgovaraju jednomodnim vlaknima.

Prijevod Anna Motush

Definicija: vlakna koja podržavaju više od jednog moda za određeni smjer polarizacije

Višemodna vlakna su optička vlakna koja podržavaju više transverzalnih modova za danu optičku frekvenciju i polarizaciju. Broj modova određen je valnom duljinom i indeksom loma materijala. Višemodna vlakna se dijele na vlakna indeksa koraka i gradijentna vlakna.

Vrijednosti radijusa jezgre i numeričke aperture određuju se za vlakna, što omogućuje određivanje V-parametra. Za velike vrijednosti V-parametra, broj modova je proporcionalan V 2 . Konkretno, za vlakna sa velikog promjera jezgre (desna strana slike 1), broj modova može biti vrlo velik. Takva vlakna mogu isporučiti svjetlo s lošom kvalitetom snopa (kao što je ono koje stvaraju diode velike snage), ali za održavanje kvalitetnog snopa iz izvora svjetla visoke svjetline, bit će bolje koristiti vlakno s manjom jezgrom i umjerenim numeričke aperture, iako učinkovito ubrizgavanje zračenja u vlakno može biti složenije.

U usporedbi sa standardnim jednomodnim vlaknom, višemodno vlakno obično ima veću jezgru kao i veliki numerički otvor, poput 0,2-0,3. Potonji vam omogućuje rad pri savijanju vlakana, ali također dovodi do intenzivnijeg rasipanja, što je određeno kršenjem geometrijski oblik optičko vlakno. Posljedica ovih kršenja je da neke od zraka napuštaju optičko vlakno. Intenzitet raspršenja ne ovisi samo o kvaliteti materijala od kojeg je izrađena jezgra, već io kvaliteti ovojnice, budući da se dio optičkog signala širi i u njoj. Profil indeksa loma je uglavnom pravokutan, ali ponekad i paraboličan. (Pogledaj ispod).

Višemodno vlakno se sastoji od jezgre i omotača. U uobičajenim tipovima optičkih komunikacijskih linija (vidi dolje) temeljenih na 50/125 i 62,5/125 višemodnim vlaknima, promjer jezgre je 50 odnosno 62,5 mikrona, a promjer obloge je 125 mikrona. Takva vlakna podržavaju stotine modova.

Ubrizgavanje svjetla u višemodno vlakno prilično je jednostavno, jer Zahtjevi za održavanje točnosti podešavanja kuta i položaja zrake nisu vrlo strogi. S druge strane, prostorna koherencija na izlazu višemodnih vlakana je niska, a distribuciju izlaznog intenziteta je teško kontrolirati iz razloga koji su objašnjeni u nastavku.

Slika 2 prikazuje profile električnog polja u modovima s lomnim korakom vlakna, izračunatim za određenu valnu duljinu. Ovo je glavni mod (LP 01) s distribucijom intenziteta bliskom Gaussovoj, i još nekoliko modova visokog reda sa složenijim prostornim profilima. Svaki način ima različitu konstantu širenja. Svaka distribucija polja može se smatrati superpozicijom modova.

Ukupno električno polje, uobičajeno u višemodnim vlaknima, superpozicija je nekoliko modova. Intenzitet ne ovisi samo o optičkoj snazi ​​u svim modovima, već i o relativnoj fazi, gdje se može pojaviti maksimum ili minimum zbog interferencije različitih modova.

I snaga i faza određene su početnim uvjetima, a relativne faze kontinuirano variraju duž vlakna zbog ovisnosti o konstantama širenja. Stoga se složeni uzorak intenziteta tijekom vremena kontinuirano mijenja tijekom duljine širenja znatno ispod 1 mm.

Slika 3 prikazuje animirani primjer koji prikazuje distribucije intenziteta koje se javljaju u intervalima od 2 µm. Ovaj uzorak interferencije uvelike ovisi o svim promjenama u savijanju ili rastezanju vlakana, kao i o temperaturi.

Imajte na umu da se za svjetlost sa širokim optičkim pojasom (kao što je bijela svjetlost) ne promatraju tako složene distribucije intenziteta jer je dijagram intenziteta različit za svaku valnu duljinu, pa se doprinosi različitih valnih duljina usrednjuju. Što je vlakno dulje, niži je optički frekvencijski raspon potreban za ovo usrednjavanje.

1.4.1.4 Vrste višemodnih vlakana

Standardi Međunarodne telekomunikacijske unije (ITU-T) G 651 i Instituta inženjera elektrotehnike (IEEE) 802.3 definiraju karakteristike višemodnog optički kabeli. Zahtjevi za propusnost u višemodnim sustavima, uključujući Gigabit Ethernet (GigE) i 10 GigE, odnose se na definicije četiri različita međunarodne organizacije za kategoriju standardizacije (ISO).

1.4.1.5 50 µm. naspram višemodnih vlakana od 62,5 µm

Tijekom 1970-ih optičke komunikacije temeljile su se na višemodnim vlaknima od 50 µm koja su potjecala iz LED dioda i koristila se i za kratke i za velike udaljenosti. U 1980-ima počeli su se koristiti laseri i jednomodna vlakna i dugo vremena ostao preferirana komunikacijska opcija na velike udaljenosti. U isto vrijeme, višemodna vlakna bila su učinkovitija i isplativija za lokalne mreže kao što su komunikacije u kampusu na udaljenostima od 300 do 2000 m.

Nekoliko godina kasnije, potrebe lokalnih mreža su porasle, te su postale potrebne veće brzine prijenosa podataka, uključujući i 10 Mbps. Zalagali su se za uvođenje višemodnog vlakna s jezgrom od 62,5 mikrona, koje bi moglo prenijeti tok od 10 Mbit/s na udaljenosti većoj od 2000 m, zbog svoje sposobnosti da lakše uvodi svjetlost iz dioda koje emitiraju svjetlo (LED). U isto vrijeme, veća numerička apertura više slabi signal na spojevima u spojnicama i na zavojima kabela. Višemodno vlakno s jezgrom od 62,5 µm postalo je glavni izbor za kratke veze, informacijskih centara, i sveučilišni kampusi koji rade brzinom od 10 Mbps.

Danas je Gigabit Ethernet (1 Gbps) standard, a 10 Gbps je češći u lokalnim mrežama. 62,5 µm multimode je dosegao svoje granice performansi, podržavajući 10 Gbps na maksimalno 26 m. Ova ograničenja su ubrzala implementaciju novih isplativih lasera nazvanih VCSEL i 50 µm jezgrenih vlakana optimiziranih za valnu duljinu od 850 nm.

Potražnja za povećanim brzinama prijenosa podataka i kapacitetom sugerira povećanu upotrebu laserski optimiziranih 50 µm vlakana sposobnih za preko 2000 MHz o km i prijenos podataka na velike udaljenosti. U on-premise dizajnu, mreže bi trebale biti dizajnirane tako da uzmu u obzir potrebe sutrašnjice.

1.4.1.6 Širina pojasa i duljina prijenosa

Prilikom projektiranja optičkih kabela važno je razumjeti njihove mogućnosti u smislu propusnosti i udaljenosti. Kako bi se osigurao normalan rad sustava, količine prijenosa podataka moraju se odrediti uzimajući u obzir buduće potrebe

Prvi korak je procijeniti duljinu prijenosa prema ISO/IEC 11801 tablici preporučenih udaljenosti za Ethernet mreže. Ova tablica pretpostavlja kontinuirane duljine kabela bez ikakvih uređaja, spojeva, konektora ili drugih gubitaka u prijenosu signala.

Drugi korak, infrastruktura kabliranja mora uzeti u obzir maksimalno prigušenje kanala kako bi se osigurao pouzdan prijenos signala na daljinu. Ova vrijednost prigušenja mora uzeti u obzir cjelokupni gubitak kanala

Prigušenje vlakana, što odgovara 3,5 dB/km za multimodna vlakna na 850 nm i 1,5 dB/km za višemodna vlakna na 1300 nm (prema standardima ANSI/TIA-568-B.3 i ISO/IEC 11801).

Spojevi vlakana (obično gubitak od 0,1 dB), konektori (obično do 0,5 dB) i drugi gubici.

Maksimalno prigušenje kanala definirano je u standardu ANSI/TIA-568-B.1 kako slijedi.

Jednomodni i višemodni optički kabel

Definira se tanka prozirna vena koja nosi svjetlost svjetlovodni. Glavna svrha optičkog kabela je formiranje osnove linija sposobnih za prijenos paketa digitalnih podataka iznimno velikim brzinama. Struktura optike je mala: jezgra, unutarnje kućište i vanjsko kućište, koje štiti optičko vlakno od vanjskih negativni faktori. Svaki od ovih elemenata igra različitu ulogu u funkcioniranju optičkih vlakana.

Danas su poznate vrste optičkih vlakana: jednomodni I višemodni.

Jednomodni optički kabel

U jednomodni optički kabel veličina jezgre je +/-9 mm pri standardna veličina plašt 125 mm. Samo jedna jezgra može ispuniti svoju funkcionalnu namjenu, što je tipično za ovu vrstu optičkog vlakna. Kada zrake prolaze kroz optičko vlakno, putanja njihovog kretanja je stalna i simultana, tako da se struktura dovedenog signala ne može iskriviti. Digitalni signali mogu se prenositi na udaljenosti od mnogo kilometara bez opasnosti od raspršivanja zračenja. Za rad s monocore optikom koristi se laser koji koristi svjetlost određene valne duljine. Dobro Opće karakteristike pružaju razloge za korištenje optičkih vlakana ove vrste posvuda, međutim, njihova visoka cijena i relativna krhkost smanjuju kriterije ocjenjivanja.

Sa svoje strane, jednomodno vlakno može biti:

• s pomaknutom disperzijom snopa.
  Optičko vlakno ovog tipa ima manji promjer jezgre, što mu omogućuje korištenje u radnom rasponu od 1,5 mikrona na širokopojasnim linijama pomoću optičkih pojačala.
• s pomaknutom minimalnom valnom duljinom,
  u kojem optičko vlakno može podržati jedan propagirani signal. Ovo optičko vlakno koristi veliku snagu pri prijenosu podataka na velike udaljenosti, a razvijeno je za korištenje u pomorskim linijama.
• s nenultim pomakom raspršenja zraka.
  Kod korištenja ovog tipa optičkog vlakna nelinearni efekti neće moći utjecati na kvalitetu isporučenog signala i njegovu strukturu, što predstavlja moguća upotreba ovo optičko vlakno u DWDM tehnološkim sustavima.

Višemodni optički kabel

U multimodni optički kabel(vidi odjeljak) svjetlosne zrake se značajno raspršuju, a ujedno dolazi do značajnog izobličenja strukture odaslanog signala. Jezgra ima indikator od +/- 60 mikrona, obloga je standardna - 125 mikrona. Korištenje konvencionalne LED diode za rad višejezgrenog vlakna (za razliku od lasera koji se koristi u jednojezgrenom optičkom vlaknu) osigurava povećanje radnog vijeka optičkog vlakna i pozitivno utječe na njegovu trošak. U isto vrijeme, stopa prigušenja u multicore je povećana u usporedbi s monocoreom i varira unutar 15 dB/km.

Višemodno vlakno se razlikuje po zakoračili I gradijent.

Stepenasti optički kabel ima veliku disperziju snopa zbog neravnomjernih slojeva diskontinuirane gustoće kvarcne jezgre, pa je njegova primjena ograničena kratke crte komunikacije. Gradijentno optičko vlakno ima smanjeno raspršenje zračenja zbog glatke raspodjele indeksa loma. Promjer jezgre gradijentnog višejezgrenog optičkog vlakna je +/- 55 µm, omotač ima standardnu ​​vrijednost (125 µm).

Čitati 9773 jednom Zadnja izmjena nedjelja, 21. prosinca 2014. u 02:00