Многомодовое кварцевое оптическое волокно (MM). Одномодовый (SM) и многомодовый (MM) оптический кабель

Оптические волокна, у которых и сердцевина, и оболочка изготовлены из кварцевого стекла, являются самым распространенным типом оптических волокон. Кварцевые оптические волокна способны передавать информационный сигнал в виде световой волны на значительные расстояния, благодаря чему уже несколько десятилетий широко применяются в телекоммуникациях.

Как известно, все кварцевые волокна делятся на одномодовые (SM - single-mode) и многомодовые (MM - multimode), в зависимости от количества распространяемых мод оптического излучения. Одномодовые волокна используются для высокоскоростной передачи данных на большие расстояния, а многомодовые хорошо подходят для менее протяженных линий. В этой статье речь пойдет о многомодовом волокне, его особенностях, разновидностях и областях применения. Одномодовому волокну посвящена . Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье « ».

Стоит отметить, что многомодовыми бывают не только кварцевые волокна, но и волокна, изготавливаемые из других материалов, например, и . В этой статье будет говориться только о кварцевых многомодовых волокнах.

Структура кварцевого многомодового волокна

В оптическом волноводе может одновременно распространяться несколько пространственных мод оптического излучения. Количество распространяющихся мод зависит, в частности, от геометрических размеров оптоволокна. Волокно, в котором распространяется больше одной моды оптического излучения, называется многомодовым . В телекоммуникациях в основном применяются кварцевые многомодовые волокна с диаметром сердцевины и оболочки 50/125 и 62,5/125 мкм (также встречается устаревшее волокно 100/140 мкм).

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оболочку из кварцевого стекла. В процессе производства путем легирования исходного материала определенными примесями достигается нужный профиль показателя преломления. Если стандартное одномодовое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления (показатель преломления одинаков во всех точках поперечного сечения сердцевины), то в случае многомодового волокна чаще всего формируется градиентный профиль (показатель преломления плавно уменьшается от центральной оси сердцевины к оболочке). Это делается, для того чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. При градиентном профиле моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины (рис. 1). Встречаются также многомодовые волокна с другим профилем показателя преломления.

Рис. 1. Градиентное многомодовое волокно

Кварцевое волокно имеет спектральную характеристику затухания с тремя окнами прозрачности (наименьшего затухания) - около длин волн 850, 1300 и 1550 нм. Для работы с многомодовым волокном в основном используются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичные значения затухания на этих длинах волн - 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Для защиты волокна на оптическую оболочку наносится первичное покрытие из полимерного материала (чаще всего акрила), которое окрашивается в один из двенадцати стандартных цветов. Диаметр оптоволокна с покрытием обычно составляет около 250 мкм. Волоконно-оптический кабель состоит из одного или нескольких волокон с первичным покрытием, а также различных упрочняющих и защитных элементов. В простейшем случае многомодовый оптический кабель представляет собой оптическое волокно, окруженное кевларовыми нитями и помещенное во внешнюю защитную оболочку оранжевого цвета (рис. 2).

Рис. 2. Симплексный многомодовый кабель

Сравнение с одномодовым волокном

Из-за влияния межмодовой дисперсии (рис. 3) многомодовое волокно имеет ограничения в скорости и дальности распространения информации по сравнению с одномодовым. Влияние хроматической и поляризационной модовой дисперсии значительно меньше. Длину многомодовых линий связи ограничивает также большое по сравнению с одномодовым волокном затухание.

Рис. 3. Уширение импульса в многомодовом волокне в результате межмодовой дисперсии

В то же время благодаря большому диаметру снижаются требования к расходимости излучения источника сигнала, а также к юстировке активных (передатчики, приемники…) и пассивных (коннекторы, адаптеры…) компонентов. Поэтому оборудование для многомодового волокна дешевле, чем для одномодового (хотя само многомодовое волокно несколько дороже).

История и классификация

Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили многомодовые волокна 50/125 и 62,5/125 мкм. Первые коммерческие многомодовые волокна, производство которых началось в 1970-х годах, имели диаметр сердцевины 50 мкм и ступенчатый профиль показателя преломления. В качестве источников оптического излучения использовались светодиоды (LED). Увеличение передаваемого трафика привело к появлению волокон с сердцевиной 62,5 мкм. Бо́льший диаметр позволял более эффективно использовать излучение светодиода, которое отличается большой расходимостью. Однако при этом увеличивалось число распространяемых мод, что, как известно, отрицательно сказывается на характеристиках передачи. Поэтому, когда вместо светодиодов стали использоваться узконаправленные лазеры, популярность снова стало обретать волокно 50/125 мкм. Дальнейшему росту скорости и дальности передачи информации способствовало появление волокон с градиентным профилем показателя преломления.

Волокна, используемые со светодиодами, имели различные дефекты и неоднородности возле оси сердцевины, то есть в той области, где сосредоточена бо́льшая часть излучения лазера (рис. 4). Поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии производства, что привело к появлению волокон, которые стали называть «оптимизированными для работы с лазерами» (laser-optimized fiber).

Рис. 4. Различие в распространении излучения LED и лазера в оптическом волокне

Так появилась классификация многомодовых кварцевых волокон, которая затем была подробно описана в различных стандартах. Стандарт ISO/IEC 11801 выделяет 4 категории многомодовых волокон, названия которых прочно вошли в обиход. Они обозначаются латинскими буквами OM (Optical Multimode) и цифрой, обозначающей класс волокна:

• OM1 - стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
• OM2 - стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
• OM3 - многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
• OM4 - многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Для каждого класса в стандарте указаны значения затухания и ширины полосы пропускания (параметр, определяющий скорость передачи сигнала). Данные представлены в таблице 1. Обозначения OFL (overfilled launch) и EMB (effective modal bandwidth) указывают на разные методы определения ширины полосы пропускания при использовании светодиодов и лазеров соответственно.

Таблица 1. Параметры многомодовых оптических волокон разных классов.

Сегодня производители волокон также выпускают волокна классов OM1 и OM2, оптимизированные для работы с лазером. К примеру, волокна компании Corning - ClearCurve OM2 и InfiniCor 300 (OM1) - подходят для использования с лазерными источниками излучения.

Другие отраслевые стандарты (IEC 60793-2-10, TIA-492AA, ITU G651.1) проводят похожую классификацию многомодовых кварцевых волокон.

Помимо этих основных классов, выпускается большое разнообразие других разновидностей многомодовых волокон, отличающихся теми или иными параметрами. Среди них отдельно стоит выделить многомодовые волокна с малыми потерями на изгибах для прокладывания в ограниченном пространстве и волокна с уменьшенным радиусом защитного покрытия (200 мкм) для более компактного размещения в многоволоконных кабелях.

Применение кварцевого многомодового волокна

Одномодовое волокно, бесспорно, превосходит многомодовое по своим оптическим характеристикам. Однако поскольку системы связи на основе одномодового волокна обходятся дороже, во многих случаях, прежде всего в непротяженных линиях, целесообразно применять многомодовое волокно.

Область применения многомодового волокна во многом определяется типом используемого излучателя и рабочей длиной волны. Для передачи по многомодовому волокну чаще всего используются излучатели трех типов:

• Светодиоды (850/1300 нм). Из-за большой расходимости излучения и ширины спектра светодиоды могут использоваться для передачи на короткие дистанции и на маленькой скорости. При этом линии на основе светодиодов отличаются невысокой стоимостью по причине низкой цены самих светодиодов и возможности использовании более дешевых волокон OM1 и OM2.
• Лазеры с резонатором Фабри-Перо (1310 нм, реже 1550 нм). Поскольку лазеры FP (Fabry-Perot) имеют достаточно большую ширину спектра (2 нм), они используются в основном с многомодовым волокном.
• Лазеры VCSEL (850 нм). Особая конструкция вертикально-излучающих лазеров (VCSEL - vertical-cavity surface-emitting laser) способствует удешевлению процесса их производства. Излучение VCSEL характеризуется малой расходимостью и симметричной диаграммой направленности, однако его мощность ниже, чем мощность излучения FP лазера. Поэтому VCSEL хорошо подходят для коротких высокоскоростных линий, а также для систем параллельной передачи данных.

В таблице 2 представлены значения дальности передачи информации по многомодовому волокну четырех основных классов в различных распространенных сетях (данные взяты с сайта The Fiber Optic Association). Эти приблизительные значения помогают оценить возможность применения многомодового кварцевого волокна на практике.

Таблица 2. Дальность передачи сигнала по многомодовым волокнам разных классов (в метрах).

________________________________________________________________

Несмотря на огромное разнообразие оптоволоконных кабелей, волокна в них практически одинаковые. Более того, производителей самих волокон намного меньше (наиболее известны Corning, Lucent и Fujikura), чем производителей кабелей.

По типу конструкции, вернее по размеру серцевины, оптические волокна делятся на одномодовые (ОМ) и многомодовые (ММ). Строго говоря, употреблять эти понятия следует относительно конкретной используемой длины волны, но после рассмотрения Рисунка 8.2, становится понятно, что на сегодняшнем этапе развития технологий можно это не учитывать.

Рис. 8.3. Одномодовые и многомодовые оптические волокна

В случае многомодового волокна диаметр сердечника (обычно 50 или 62,5 мкм) почти на два порядка больше, чем длина световой волны. Это означает, что свет может распространяться в волокне по нескольким независимым путям (модам). При этом очевидно, что разные моды имеют разную длину, и сигнал на приемнике будет заметно "размазан" по времени.

Из-за этого хрестоматийный тип ступенчатых волокон (вариант 1), с постоянным коэффициентом преломления (постоянной плотностью) по всему сечению сердечника, уже давно не используется из-за большой модовой дисперсии.

На смену ему пришло градиентное волокно (вариант 2), которое имеет неравномерную плотность материала сердечника. На рисунке хорошо видно, что длины пути лучей сильно сокращены за счет сглаживания. Хотя лучи, проходящие дальше от оси световода, преодолевают большие расстояния, они при этом имеют большую скорость распространения. Происходит это из-за того, что плотность материала от центра к внешнему радиусу уменьшается по параболическому закону. А световая волна распространяется тем быстрее, чем меньше плотность среды.

В результате более длинные траектории компенсируются большей скоростью. При удачном подборе параметров, можно свести к минимуму разницу во времени распространения. Соответственно, межмодовая дисперсия градиентного волокна будет намного меньше, чем у волокна с постоянной плотностью сердечника.

Однако, как бы не были сбалансированы градиентные многомодовые волокна, полностью устранить эту проблему можно только при использовании волокон, имеющих достаточно малый диаметр сердечника. В которых, при соответствующей длине волны, будет распространяться один единственный луч.

Реально распространено волокно с диаметром сердечника 8 микрон, что достаточно близко к обычно используемой длине волны 1,3 мкм. Межчастотная дисперсия при неидеальном источнике излучения остается, но ее влияние на передачу сигнала в сотни раз меньше, чем межмодовой или материальной. Соответственно, и пропускная способность одномодового кабеля намного больше, чем многомодового.

Как это часто бывает, у более производительного типа волокна есть свои недостатки. В первую очередь, конечно, это более высокая стоимость, обусловленная стоимостью комплектующих, и требованиями к качеству монтажа.

Таб. 8.1. Сравнение одномодовых и многомодовых технологий.

Одномодовый оптический кабель передает одну моду и имеет диаметр сечения ≈ 9,5 нм. В свою очередь, одномодовый волоконно оптический кабель может быть с несмещ енной, смещ енной и ненулевой смещ енной дисперсией.

Волоконно оптический многомодовый кабель ММ переда ет множество мод и имеет диаметр 50 или 62,5 нм.

На первый взгляд, напрашивается вывод, что многомодовый оптоволоконный кабель лучше и эффективнее, нежели оптический кабель SM. Тем более, что и специалисты нередко высказываются в пользу ММ на том основании, что, раз многомодовый оптический кабель обеспечивает многократный приоритет по производительности в сравнении с SM, то он во всех отношениях лучше его.

Между тем, мы бы воздержались от таких однозначных оценок. Количественный показатель - далеко не единственное основание для сравнения, и во многих ситуациях одномодовый оптоволоконный кабель оказывается предпочтительнее.

Главное отличие SM и MM кабелей - размерные показатели. Кабель оптический SM имеет волокно с меньшей толщиной (8-10 микрон). Это обуславливает его возможность передавать волну только одной длины по центральной моде. Толщина основного волокна в кабеле ММ значительно больше, 50-60 микрон. Соответственно, такой кабель одновременно может передавать несколько волн с разными длинами по нескольким модам. Однако большее количество мод сужают пропускную способность волоконно-оптического кабеля.

Остальные отличия одно- и многомодовых кабелей касаются материалов, из которых они изготовлены, и используемых источников света. Оптический кабель одномодовый имеет и стержень и оболочку, изготовленные только из стекла, а в качестве источника света - лазер. Кабель же ММ может иметь как стеклянные, так и пластиковые оболочку и стержень, а источником света для него служит светодиод.

Одномодовый кабель оптический 9/125 мкм

Кабель оптический одномодовый 8 волокон типа 9 125, имеет однотрубочную модульную конструкцию. Световоды расположены в центральной трубке, которая заполнена гидрофобн ым гелем. Наполнитель над ежно защищает волокна от разного рода механических воздействий, кроме того, он исключает воздействие температурных изменений внешней среды. Для защиты от грызунов и других подобных воздействий используется дополнительная опл етка из стеклоткани.

По сути, разработка и производство кабеля волоконно оптического 9 125 сводятся к поиску оптимального решения проблемы уменьшения оптической дисперсии (вплоть до нуля) на всех частотах, с которыми кабель будет работать. Большое количество мод отрицательно влияет на качество сигнала, а одномодовый кабель на деле имеет не одну моду, а несколько. Число их намного меньше, чем в многомодовом, тем не менее, оно больше единицы. Снижение эффекта оптической дисперсии приводит к уменьшению количества мод, и, соответственно, к улучшению качества сигнала.

В большинстве стандартов оптических волокон, применяемых в кабелях 9 125, нулевая дисперсия обеспечивается в узком диапазоне частот. Таким образом, одномодовым в буквальном смысле кабель является лишь с волнами конкретной длины. Однако существующие технологии уплотнения используют набор оптических частот для приема и передачи сразу нескольких широкополосных оптических каналов связи.

Одномодовый волоконно оптический кабель 9 125 используется как внутри зданий, так и на внешних магистралях. Его можно закапывать в грунт или применять в качестве подвесного кабеля.

Многомодовый оптический кабель 50/125 мкм

Кабель волоконно-оптический 50/125(OM2) многомодовый, применяется в оптических сетях с 10-гигабайтными скоростями, построенных на многомодовом волокне. В соответствиями с изменениями спецификации ISO/IEC 11801 в таких сетях рекомендуется использовать новый тип патч-кордового кабеля класса ОМЗ с типоразмером 50 125.

Кабель оптический 50 125 ОМЗ, соответственно сетевым приложениям 10 Gigabit Ethernet, предназначается для осуществления передачи данных на волнах длиной 850 нм либо 1300 нм, отличных максимально допустимыми значениями затухания. Используется для обеспечения связи в диапазоне действия частот 1013-1015 Гц.

Оптический кабель многомодовый 50 125 предназначается для патч-кордов и разводки до рабочего места, и используется только внутри помещений.

Кабель поддерживает передачу данных на короткие расстояния и подходит для непосредственного терминирования. Структура стандартного многомодового оптического волокна G 50/125 (G 62,5/125) мкм соответствует стандартам: EN 188200; VDE 0888, часть 105; МЭК “IEC 60793-2”; Рекомендация МСЭ-Т (ITU-T) G.651.

MM 50/125 имеет важное преимущество, которое заключается в низких потерях и абсолютной невосприимчивости к разного рода помехам. Это позволяет строить системы с сотнями тысяч каналов телефонной связи.

Виды применяемых волокон

В производстве SM и MM кабелей используются одномодовые и многомодовые волокна следующих типов:

• одномодовое, рекомендация ITU-Т G.652.В (в маркировке тип “Е”);
• одномодовое, рекомендация ITU-Т G.652.С, D (в маркировке тип “А”);
• одномодовое, рекомендация ITU-Т G.655 (в маркировке тип “Н”);
• одномодовое, рекомендация ITU-Т G.656 (в маркировке тип “С”);
• многомодовое, с сердцевиной диаметром 50 мкм, рекомендация ITU-Т G.651 (в маркировке тип “М”);
• многомодовое, с сердцевиной диаметром 62,5 мкм (в маркировке тип “В”)

Оптические параметры волокон в буферном покрытии должны соответствовать спецификациям фирм-поставщиков.

Параметры оптических волокон:

Характеристики и типы оптического волокна

G.652 — Стандартное одномодовое волокно

Является наиболее широко используемым одномодовым оптическим волокном в телекоммуникациях.

Одномодовое ступенчатое волокно с несмещенной дисперсией служит основополагающим компонентом оптической телекоммуникационной системы и классифицируется стандартом G.652. Наиболее распространенный вид волокна, оптимизированный для передачи сигнала на длине волны 1310 нм. Верхний предел длины волны L-диапазона составляет 1625 нм. Требования на макроизгиб — радиус оправки 30 мм.

Стандарт разделяет волокна на четыре подкатегории A, B, C, D.

Волокно G.652. А отвечает требованиям, необходимым для передачи информационных потоков уровня STM 16, — 10 Гбит/с (Ethernet) до 40 км, в соответствии с Рекомендациями G.691 и G.957, а также уровня STM 256, согласно G.691.

Волокно G.652.B соответствует требованиям, необходимым для передачи информационных потоков уровня до STM 64 в соответствии с Рекомендациями G.691 и G.692, и уровня STM 256, согласно G.691 и G.959.1.

Волокна G.652.C и G.652.D позволяют осуществлять передачу в расширенном диапазоне длин волн 1360-1530 нм и обладают пониженным затуханием на «пике воды» («пик воды» разделяет окна прозрачности в полосе пропускания одномодовых световодов в диапазонах 1300 нм и 1550 нм). В остальном аналогичны G.652.A и G.652.B.

G.652.A/B — эквивалент OS1 (классификация ISO/IEC 11801), G.652.C/D – эквивалент OS2.

Использование волокна - G.652 при более высоких скоростях передачи на расстояния более 40 км приводит к несоответствию эксплуатационных качеств со стандартами для одномодового волокна, требует усложнения оконечной аппаратуры.

G.655 — Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией(NZDSF)

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF оптимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала WDM и высокоплотного волнового сигнала DWDM). Волокно Corning защищено двойным акрилатным покрытием СРС, обеспечивающим высокую надежность и работоспособность. Наружный диаметр покрытия равен 245 мкм.

Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) предназначено для применения в магистральных волоконно-оптических линиях и глобальных сетях связи, использующих DWDM-технологии. В этом волокне поддерживается ограниченный коэффициент хроматической дисперсии во всем оптическом диапазоне, используемом в волновом мультиплексировании (WDM). Волокна NZDSF оптимизированы для использования в диапазоне волн от 1530 нм до 1565 нм.

Оптические волокна категории G.655.А обладают параметрами, обеспечивающими их применение в одноканальных и многоканальных системах с оптическими усилителями (Рекомендации G.691, G.692, G.693) и в оптических транспортных сетях (Рекомендация G.959.1). Рабочие длины волн и дисперсия в волокне данной подкатегории ограничивают мощность входного сигнала и их применение в многоканальных системах.

Оптические волокна категории G.655.B аналогичны G.655.А. Но в зависимости от рабочей длины волны и дисперсионных характеристик мощность входного сигнала может быть выше, чем для G.655.А. Требования в части поляризационной модовой дисперсии обеспечивают функционирование систем уровня STM-64 на расстоянии до 400 км.

Категория волокон G.655.C подобна G.655.B, однако более строгие требования в части поляризационной модовой дисперсии позволяют использовать на данных оптических волокнах системы уровня STM-256 (Рекомендация G.959.1) или же увеличивать дальность передачи систем STM-64.

G.657 — Одномодовое волокно с уменьшенными потерями на изгибах с малыми радиусами

Оптическое волокно повышенной гибкости версии G.657 находит широкое применение в оптических кабелях для прокладки в сетях многоэтажных домов, офисов и т.д. Волокно G.657.A по своим оптическим характеристикам полностью идентично стандартному волокну G.652.D и в то же время имеет вдвое меньший допустимый радиус при укладке – 15 мм. Волокно G.657.В применяется на ограниченных расстояниях и обладает особо малыми потерями на изгибах.

Одномодовые оптические волокна характеризуются малым уровнем потерь на изгибах, предназначены в первую очередь для сетей FTTH многоквартирных зданий, а их преимущества особенно очевидны на ограниченном пространстве. Работать с волокном стандарта G.657, можно практически как с медножильным кабелем.

Для волокон типа G.657.A он составляет от 8,6 до 9,5 мкм, а для волокон типа G.657.B — от 6,3 до 9,5 мкм.

Нормы потерь на макроизгибах существенно ужесточены, поскольку этот параметр для G.657 является определяющим:

Десять витков волокна подкатегории G.657.A, намотанного на оправку радиусом 15 мм, не должны увеличивать затухание более чем на 0,25 дБ при длине волны 1550 нм. Один виток того же волокна, намотанного на оправку диаметром 10 мм, при условии, что остальные параметры не изменены, не должен увеличивать затухание более чем на 0,75 дБ.

Десять витков подкатегории G.657.B на оправке диаметром 15 мм, не должны увеличивать затухание более чем на 0,03 дБ при длине волны 1550 нм. Один виток на оправке диаметром 10 мм — более чем на 0,1 дБ, один виток на оправке диаметром 7,5 мм — более чем на 0,5 дБ.

Международной организацией по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссией (IEC) был опубликован стандарт ISO/IEC 11801 – «Информационные технологии - структурированные кабельные системы для помещений заказчика»

Стандарт задает структуру и требования к реализации универсальной кабельной сети, а также требования к производительности отдельных кабельных линий.

В стандарте для линий Gigabit Ethernet оптические каналы различаются по классам (аналогично категориям медных линий). OF300, OF500 и OF2000 поддерживают приложения оптического класса на расстояниях до 300, 500 и 2000 м.

Кроме классов каналов, во втором издании этого стандарта определены три класса ММ-волокна - OM1, OM2 и OM3 - и один класс SM-волокна - OS1. Эти классы дифференцируются по затуханию и коэффициенту широкополосности.

Все линии короче 275 м могут работать по протоколу 1000Base-Sx. Длину до 550 м, можно обеспечить, используя протокол 1000Base-Lx совместно со смещенным вводом светового луча (Mode Conditioning).

*) Mode Conditioning

Многомодовое волокно класса OM4 характеризуется минимальным коэффициентом широкополосности 4700 МГц x км при длине волны 850 нм (по сравнению с 2000 МГц х км волокна типа OM3) и является результатом оптимизации характеристик волокна ОМ3, обеспечивающих возможность достижения скорости передачи данных 10 Гб/с на расстоянии 550 метров. Новый сетевой стандарт IEEE 802.3ab 40 и 100 Гигабит Ethernet отметил, что новый тип многомодового волокна ОМ4 позволяет передать 40 и 100 Гигабит Ethernet на расстоянии до 150 метров. Волокна класса OM4 планируется использовать в будущем с оборудованием 40Gbps и наиболее широко при оборудовании ЦОД.

OM 1 и OM2 – Стандартные многомодовые волокна с сердцевиной 62,5 и 50 микрон соответсвенно.

Кабели, патчкорды и пигтейлы с многомодовыми волокнами типов ОМ1 62,5/125мкм и ОМ2 50/125мкм уже давно применяются в СКС для обеспечения передачи данных с высокой скоростью и на относительно большие расстояния, которые требуется в магистралях. Наиболее важными функциональными параметрами ММ-волокна является затухание (attenuation) и коэффициент широкополосности (bandwidth). Оба параметра определяются для длин волн 850 нм и 1300 нм, на которых работает большая часть активного сетевого оборудования.

Является специально разработанным многомодовым оптическим волокном применяемое для сетей Gigabit и 10 Gigabit Ethernet, существует только с размером сердцевины 50 микрон.

OM4 – Оптическое многомодовое волокно с сердцевиной 50 микрон «лазер-оптимизированное» нового поколения.

Многомодовое волокно типа ОМ4 – в настоящее время полностью соответствует современным стандартам волокон, предусмотренных для центров обработки данных и групп серверов следующего поколения. Оптическое волокно ОМ4 может быть использовано для более протяжённых линий в сетях передачи данных нового поколения с высочайшей производительностью передачи данных. Это волокно представляет собой результат дальнейшей оптимизации характеристик волокна ОМ3, позволяющего придать волокну характеристики, обеспечивающие возможность достижения скорости передачи данных 10 Гб/с на расстоянии 550 метров. Волокна типа OM4 характеризуются повышенной эффективной минимальной модальной полосой пропускания 4700 МГц км при длине волны 850 нм (по сравнению с 2000 МГц км волокна типа OM3).

Некоторые свойства оптического волокна как световода напрямую зависят от диаметра сердцевины. По этому параметру оптоволокно делится на две категории:

многомодовое (MMF ) и одномодовое (SMF ) .

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные.

Одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые одномодовые волокна или стандартные волокна (SF), на волокна со смещённой дисперсией (DSF), и на волокна с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF).

Многомодовое оптоволокно .

У этой категории оптоволокна диаметр сердцевины относительно большой по сравнению с длиной волны света, излучаемого передатчиком. Диапазон его значений составляет 50--1000 мкм при используемых длинах волн около 1 мкм. Однако наиболее широкое распространение получили волокна с диаметрами 50 и 62,5 мкм. Передатчики для такого оптоволокна излучают импульс света в некотором телесном угле, т. е. лучи (моды) входят в сердцевину под разными углами. В результате лучи проходят от источника к приемнику неравные по длине пути и, следовательно, достигают его в разное время. Это приводит к тому, что ширина импульса на выходе оказывается больше, чем на входе. Такое явление называется межмодовой дисперсией . В ступенчатом ОВ, более простом для изготовления, коэффициент преломления изменяется ступенчато на границе сердцевины с оболочкой. Ход лучей в таком волокне показан на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 – Ход лучей света в волокне

В градиентном ОВ коэффициент преломления плавно понижается от центра границе. Лучи света, пути которых проходят в периферийных областях с меньшим коэффициентом преломления, распространяются быстрее, чем те, которые проходят вблизи центра, что в итоге компенсирует разницу в длинах путей. В таком оптоволокне эффект межмодовой дисперсии намного ниже, чем в ступенчатом (рисунок 2.3).

Уширение сигнала устанавливает предел числу передаваемых в секунду импульсов, которые все еще могут быть безошибочно распознаны на принимающем конце канала. Это, в свою очередь, ограничивает полосу пропускания многомодового волокна.

Рисунок 2.4 – Конструкции различных волокон

Очевидно, что величина дисперсии на приемном конце зависит также и от длины кабеля. Поэтому пропускная способность для оптических магистралей определяется на единицу длины. Для оптоволокна со ступенчатым профилем коэффициента преломления она в типичном случае составляет 20-30 MГц на километр (MГц/км), в то время как для градиентных ОВ она находится в диапазоне 100-1000 MГц/км.

Многомодовое оптоволокно может иметь стеклянный стержень и пластиковую оболочку. Такому оптоволокну присущи ступенчатый профиль коэффициента преломления и полоса пропускания 20-30 MГц/км. Одномодовое оптоволокно

Основным отличием такого волокна, во многом определяющим его свойства как световода, является диаметр сердцевины. Он составляет всего от 7 до 10 мкм, что уже сравнимо с длиной волны светового сигнала. Малая величина диаметра позволяет сформировать только один луч (моду), что и нашло отражение в названии (рисунок 2.4).

Достоинства многомодовых ОВ по сравнению с одномодовыми:

Из-за большого диаметра сердцевины многомодового ОВ снижаются требования к источникам излучения, так как для ввода излучения могут применяться более дешевые и вместе с тем более мощные полупроводниковые лазеры, и даже светодиоды. Для электропитания светодиодов применяют очень простые схемы, что упрощает устройство, и уменьшает стоимость ВОСП.

В приемном оптическом модуле могут применяться фотодиоды с большим диаметром фоточувствительной площадки. Такие фотодиоды имеют низкую стоимость.

При сращивании многомодовых ОВ требуемая точность совмещения торцов на порядок ниже, чем в случае сращивания одномодовых ОВ.

Оптические разъемы для многомодовых ОВ по тем же причинам имеют на порядок менее жесткие требования, чем оптические разъемы для одномодовых ОВ.

Оптическое волокно отличается хорошими эксплуатационными свойствами и предназначено для скоростной передачи цифровых данных. Любой кабель состоит из светонесущего элемента, окружённого демпферной оболочкой, задача которой – формировать границу сред и не давать потоку выходить за пределы кабеля. Оба элемента изготавливаются на основе кварцевого стекла: при этом сердцевина имеет более высокий показатель преломления. За счёт этого эффекта гарантируется качество прохождения сигнала.

Одномодовый и многомодовый кабель производятся из сходного по составу сырья, но обладают существенными различиями в технических свойствах. Демпфер у обоих вариантов одинаковый – 125 мкм.

А вот ядра у них разные: 9 мкм – у одномодовых, 50 либо 62,5 мкм – у многомодовых.

Понимание разновидностей волокна помогает безошибочно подобрать вариант, который будет без лишних затрат обеспечивать адекватную пропускную способность канала.

Особенности одномодового кабеля

Здесь прохождение лучей считается стабильным, траектория их остаётся неизменной, плюс в том, что сигнал априори не подвержен сильным искажениям. В таком волокне реализуется ступенчатый профиль преломления. Для передачи используется специально настроенный источник лазера, данные передаются на многокилометровые расстояния без каких-либо перебоев: рассеивание как таковое отсутствует.
Среди отрицательных моментов: такое волокно относительно недолговечно по сравнению со своим конкурентом, дорого в обслуживании – требуется мощное оборудование, требующее настройки.

Одномодовый кабель – всегда в приоритете, если речь идёт о передаче на скоростях более 10 Гбит/с.

Основные разновидности

1. Со смещением лучевой дисперсии;
2. Со смещённым показателем минимальной длины волны;
3. С ненулевой смещённой лучевой дисперсией.

Особенности многомодового кабеля

В качестве оконечного оборудования применяется обычный светодиод, который не требует серьёзного обслуживания и контроля, в итоге снижается износ волокна: срок службы ощутимо дольше.

Многомодовый кабель дешевле при обслуживании, хотя сам по себе несколько дороже, обеспечивает высокое качество передачи на скоростях до 10 Гбит/с при условии, что линия не превышает 550 метров по длине.

О структуре оптического волокна можно узнать из видео:

При соединении в районе 1 Гбит/с волокно типа ОМ4 пригодно для длинных участков – до 1,1 км . Мультижила имеет значительный показатель затухания: в районе 15 дБ/км .

Основные разновидности оптического волокна

Ступенчатое волокно

Изготавливается по более простой технологии. За счёт грубой обработки разброса не может стабилизировать дисперсию на сверхскоростях, поэтому имеет ограниченную сферу применения.

Градиентное волокно

Отличается низким лучевым рассеиванием, показатель преломления распределяется плавно.

Интересное видео о волоконно-оптическом кабеле смотрите в видео ниже:

Применение одномодового и многомодового кабеля

Для ряда отраслей существуют традиции и стандарты, предписывающие использовать тот или иной тип кабеля.

Одномодовый кабель всегда применяется в трансокеанских, морских, магистральных линиях связи со значительной протяжённостью.

В провайдерских сетях для обеспечения доступа в интернет. В системах обработки, связанных с дата-центрами.

Многомодовый кабель находит применение в сетях передачи данных внутри зданий и между зданиями. В системах FTTD.

Любой тип ВОЛС требует бережного отношения и регулярной сервисной диагностики. Для получения полноценных отчётов используются высокоточные рефлектометры, способные зафиксировать даже незначительные потери сигнала.