Singlemode och multimode fiberoptisk kabel: skillnader och urvalsregler. Skillnaden mellan singel- och multimode optiska kablar

Optisk fiber (optisk fiber)– Det här är en tunn glastråd (ibland plast) designad för att överföra ljus över långa avstånd.

För närvarande används optisk fiber i stor utsträckning både i industriell och inhemsk skala. Under 2000-talet har fiber och dess teknologier fallit i pris på grund av nya framsteg inom tekniska framsteg, och det som tidigare ansågs vara för dyrt och innovativt anses nu vara vardagligt.

Vad är fiberoptik?

1. singelläge;
2. multimode;

Vad är skillnaden mellan dessa två typer av fiber?

Så i vilken fiber som helst finns det en central kärna och ett hölje:

singelmodsfiber

I singelmodsfiber är centrumkärnan 9 µm och fiberbeklädnaden är 125 µm (därav 9/125-märkningen för singelmodsfiber). Alla ljusflöden (lägen), på grund av den lilla diametern på den centrala kärnan, löper parallellt eller längs kärnans centrala axel. Våglängdsområdet som används i singelmodsfiber är från 1310 till 1550 nm och använder en fokuserad smalt fokuserad laserstråle.

Multimode fiber

I multimodfiber är kärnan 50 µm eller 62,5 µm och beklädnaden är också 125 µm. I detta avseende överförs många ljusflöden genom multimodfiber, som har olika banor och reflekteras ständigt från "kanterna" av den centrala kärnan. Våglängderna som används i multimodfiber är från 850 till 1310 nm och använder spridda strålar.

Skillnader i egenskaperna hos single-mode och multimode fiber

En viktig roll spelas av signaldämpning i single-mode och multimode optiska fibrer. Dämpningen i en enkelmodsfiber på grund av en smal stråle är flera gånger lägre än i en multimodsfiber, vilket återigen understryker fördelen med en enkelmodsfiber.

Slutligen är ett av huvudkriterierna fiberns bandbredd. Återigen har singelmodsfiber en fördel jämfört med flermodsfiber. Bandbredd single-mode är många gånger (om inte "en storleksordning") högre än multi-mode.

Det har alltid varit brukligt att betrakta FOCL:er byggda på multimodfiber som mycket billigare än på singelmode. Detta berodde på att lysdioder, snarare än lasrar, användes som ljuskälla i multiläget. Dock i senaste åren lasrar började användas både i singelläge och i multiläge, vilket påverkade prisutjämningen för utrustning för olika typer optisk fiber.

Singlemode och multimode optisk kabel

En tunn genomskinlig ven som bär ljus i sig definieras optisk fiber. Huvudsyftet med en optisk kabel är grunden för linjer som kan överföra ett paket med digital data över snabb hastighet. Optiken är inte många i sin struktur: kärnan, den inre beklädnaden och den yttre beklädnaden, som skyddar den optiska fibern från yttre negativa faktorer. Vart och ett av dessa element spelar en roll i den optiska fiberns funktion.

Hittills är typerna av optisk fiber kända: singelläge och multimode.

Single mode optisk kabel

PÅ optisk enkellägeskabel kärnstorleken är +/-9 mm med standard skalstorlek 125 mm. Endast en kärna kan uppfylla sitt funktionella syfte, vilket är typiskt för denna typ av optisk fiber. När strålarna passerar genom den optiska fibern är banan för deras rörelse oförändrad och samtidigt, så strukturen hos den applicerade signalen kan inte förvrängas. Digitala signaler kan sändas över många kilometer utan risk för strålspridning. För att arbeta med monofilamentoptik används en laser som använder ljus med en viss vågstorlek. Bra Generella egenskaper ger skäl för användningen av denna typ av fiber överallt, men dess höga kostnad och relativa bräcklighet minskar utvärderingskriterierna.

I sin tur, single mode fiber kan vara:

• strålförskjuten.
  Optisk fiber av denna typ kännetecknas av en mindre kärndiameter, vilket gör att den kan användas i driftsområdet 1,5 μm på bredbandslinjer med optiska förstärkare.
• med en fördriven minsta längd vågor,
  där fibern kan stödja en fortplantad signal. Sådan fiber använder en stor mängd ström för att överföra data över långa avstånd, och har utvecklats för användning i marina linjer.
• med icke-nollförskjuten strålspridning.
  Vid användning av denna typ av fiber kan icke-linjära effekter inte påverka kvaliteten på den tillförda signalen och dess struktur, vilket gör det möjligt att använda denna fiber i DWDM-tekniksystem.

Multimode optisk kabel

PÅ multimod optisk kabel(se avsnitt) ljusstrålarna är avsevärt spridda, och i detta fall uppstår en betydande förvrängning av strukturen hos den överförda signalen. Kärnan har en indikator på +/- 60 mikron, huden är standard - 125 mikron. Användningen av en konventionell lysdiod för funktionen av en flerkärnig (till skillnad från en laser, som används i en monofilamentfiber) ger en ökning av fiberns livslängd och har en positiv effekt på dess kostnad. Samtidigt ökar dämpningsindexet i en multicore jämfört med en monocore och fluktuerar inom 15 dB/km.

Multimode fiber varierar med trampade och lutning.

Den stegade fiberoptiska kabeln har en stor strålspridning på grund av ojämna hopplager av tätheten hos kvartskärnan, så dess tillämpning är begränsad korta rader anslutningar. Gradient optisk fiber kännetecknas av minskad strålspridning på grund av den jämna fördelningen av brytningsindex. Kärndiametern för den gradient flerkärniga fibern är +/- 55 µm, manteln är ett standardvärde (125 µm).

Läsa 9773 en gång Senast ändrad Söndagen den 21 december 2014 kl. 02.00

De spårar sin historia tillbaka till 1960, då den första lasern uppfanns. Samtidigt dök själva den optiska fibern upp bara 10 år senare, och idag är det den som är det fysisk grund modernt internet.

Optiska fibrer som används för dataöverföring har en i grunden liknande struktur. Den ljusgenomsläppande delen av fibern (kärna, kärna eller kärna) är i mitten, runt den finns en dämpare (kallas ibland en mantel). Spjällets uppgift är att skapa ett gränssnitt mellan media och förhindra att strålning lämnar härden.

Både kärnan och spjället är gjorda av kvartsglas, och kärnans brytningsindex är något högre än spjällets, för att förverkliga fenomenet komplett inre reflektion. För detta räcker en skillnad i hundradelar - till exempel kan kärnan ha ett brytningsindex n 1 = 1,468 och en dämpare - värdet n 2 = 1,453.

Kärndiametern för singelmodsfibrer är 9 µm, multimode - 50 eller 62,5 µm, medan spjälldiametern för alla fibrer är densamma och är 125 µm. Strukturen för ljusledare visas i en skala i illustrationen:

Stegformad brytningsindexprofil (steg- index fibrer) - det enklaste för tillverkning av ljusledare. Det är acceptabelt för singelmodsfibrer, där det villkorligt anses att det bara finns ett "läge" (vägen för ljusutbredning i kärnan). Emellertid kännetecknas stegindex multimodfibrer av hög spridning på grund av närvaron av ett stort antal läge, vilket leder till spridning, "spridning" av signalen och i slutändan begränsar det avstånd på vilket applikationer kan arbeta. Gradientens brytningsindex möjliggör minimering av modspridningen. Gradientindexfibrer rekommenderas starkt för multimodsystem. (betygsatt- index fibrer) , där övergången från kärnan till spjället inte har ett "steg", utan sker gradvis.

Den huvudsakliga parametern som kännetecknar spridningen och följaktligen fiberns förmåga att stödja applikationer över vissa avstånd är bandbreddsfaktorn. För närvarande är multimodfibrer indelade i fyra klasser enligt denna indikator, från OM1 (som inte rekommenderas för användning i nya system) till den mest produktiva klassen OM4.

Singelmodsfibrer är indelade i klasserna OS1 (konventionella fibrer som används för överföring vid antingen 1310 nm eller 1550 nm) och OS2, som kan användas för bredbandsöverföring över hela området från 1310 nm till 1550 nm, uppdelat i överföringskanaler, eller i ännu fler ett brett spektrum t.ex. från 1280 till 1625 nm. På inledande skede frisättning av OS2-fibrer märktes med beteckningen LWP (låg Vatten topp) för att betona att de minimerar absorptionstoppar mellan genomskinlighetsfönster. Bredbandsöverföring i singelmodsfibrer med högsta prestanda ger överföringshastigheter på över 10 Gbps.

Singlemode och multimode fiberoptisk kabel: urvalsregler

Med tanke på de beskrivna egenskaperna hos multimode och singlemode fibrer, kan vi ge rekommendationer för val av fibertyp beroende på applikationens prestanda och avståndet som det måste fungera på:

för hastigheter över 10 Gb/s välj single-mode fiber oavsett avstånd

för 10 Gigabit-applikationer och avstånd över 550 m, välj även single-mode fiber

för 10 Gigabit-applikationer och avstånd upp till 550 m, OM4 multimode fiber är också tillgänglig

för 10 Gigabit applikationer och avstånd upp till 300 m, OM3 multimode fiber är också tillgänglig

för 1 Gigabit-applikationer och avstånd upp till 600-1100 m, OM4 multimode fiber är möjlig

för 1 Gigabit-applikationer och avstånd upp till 600-900 m, OM3 multimode fiber är möjlig

OM2 multimode fiber tillgänglig för 1 Gigabit applikationer och avstånd upp till 550 m

Kostnaden för en optisk fiber bestäms till stor del av kärnans diameter, så en multimodkabel är, allt annat lika, dyrare än en enkelmodskabel. Samtidigt är aktiv utrustning för singelmodssystem, på grund av användningen av kraftfulla laserkällor i dem (till exempel en Fabry-Perot-laser), betydligt dyrare än aktiv utrustning för multimodsystem, som använder antingen relativt billiga VCSEL ytemitterande lasrar eller till och med billigare LED-källor. När man utvärderar kostnaden för systemet är det nödvändigt att ta hänsyn till kostnaderna för både kabelinfrastrukturen och den aktiva utrustningen, och den senare kan vara betydligt högre.

Hittills är det praxis att välja en optisk kabel beroende på omfattningen av användningen. Single mode fiber används:

i maritima och transoceana kabelkommunikationslinjer;

i landbaserade långväga stamlinjer;

i leverantörslinjer, kommunikationslinjer mellan stadsnoder, i långdistansdedikerade optiska kanaler, i stamledningar till operatörsutrustning mobil kommunikation;

i system kabel-tv(främst OS2, bredbandsöverföring);

i GPON-system med att föra fibern till ett optiskt modem placerat hos slutanvändaren;

i SCS på motorvägar längre än 550 m (som regel mellan byggnader);

i SCS som betjänar databehandlingscenter, oavsett avstånd.

Multimode fiber används huvudsakligen:

i SCS i stammar inne i byggnaden (där avstånden som regel är inom 300 m) och i stammar mellan byggnader, om avståndet inte överstiger 300-550 m;

i horisontella SCS-segment och i FTTD-system ( fibrer- till- de- skrivbord), där användare är installerade arbetsstationer med multimode optiska nätverkskort;

i datacenter förutom single-mode fiber;

i alla fall där avståndet tillåter användning av multimode-kablar. Även om kablarna i sig är dyrare, kompenserar besparingarna i aktiv utrustning dessa kostnader.

Det kan förväntas att under de kommande åren kommer OS2-fiber gradvis att ersätta OS1 (den håller på att avvecklas), och 62,5/125 µm-fibrer kommer att försvinna i multimode-system, eftersom de helt kommer att ersättas av 50 µm-fibrer, troligen av OM3- OM4 klasser.

Testar singlemode och multimode optiska kablar

Efter installationen testas alla installerade optiska segment. Endast mätningar utförda med specialutrustning kan garantera egenskaperna hos installerade ledningar och kanaler. För SCS-certifiering används apparater med kvalificerade strålkällor i ena änden av linjen och mätare i den andra. Sådan utrustning tillverkas av Fluke Networks, JDSU, Psiber; alla sådana enheter har förinställda baser för tillåten optisk förlust i enlighet med telekommunikationsstandarderna TIA/EIA, ISO/IEC och andra. Längre optiska linjer kontrolleras med optiska reflektometrar ha ett lämpligt dynamiskt omfång och upplösning.

Under driftfasen kräver alla installerade optiska segment noggrann hantering och regelbunden användning av special rengöringsservetter, stickor och andra rengöringsprodukter.

Det är inte ovanligt att de utlagda kablarna skadas, till exempel vid grävning av diken eller vid utförande reparationsarbete inne i byggnader. I det här fallet behövs ett OTDR eller annat diagnostiskt verktyg baserat på principerna för reflektometri och som visar avståndet till felpunkten för att lokalisera felet (liknande modeller finns tillgängliga från Fluke Networks, EXFO, JDSU, NOYES (FOD), Greenlee Kommunikation och andra).

Budgetmodellerna som finns på marknaden är huvudsakligen utformade för att lokalisera skador (dåliga svetsar, brott, makroböjar, etc.). Ofta kan de inte utföra detaljerad diagnostik av den optiska linjen, identifiera alla dess inhomogeniteter och professionellt skapa en rapport. Dessutom är de mindre pålitliga och hållbara.

Högkvalitativ utrustning - tvärtom är den pålitlig, kan diagnostisera FOCL i minsta detalj, skapa en korrekt händelsetabell, generera en redigerbar rapport. Det senare är extremt viktigt för certifieringen av optiska linjer, eftersom det ibland finns svetsade fogar med så låga förluster att reflektometern inte kan fastställa ett sådant samband. Men svetsningen finns kvar, och den måste visas i rapporten. I detta fall programvara låter dig tvångsinställa en händelse på spåret och manuellt mäta förlusterna på den.

Många professionella enheter har också möjligheten att utöka funktionaliteten genom att lägga till alternativ: ett videomikroskop för att inspektera fiberändar, en källa laserstrålning och effektmätare, optisk telefon m.m.

Typer av optiska fibrer

Det finns två typer av optiska fibrer: multimode (MM) och singelläge (SM), som skiljer sig i diametern på den ljusledande kärnan. Multimode fiberär i sin tur av två typer: med steg- och gradientprofiler av brytningsindex över dess tvärsnitt.

Multimode stepped index optisk fiber

I en trappstegsfiber kan upp till tusen moder exciteras och förökas med olika fördelningar över fiberns tvärsnitt och längd. Lägena har olika optiska vägar och därför olika tider utbredning längs fibern, vilket gör att ljuspulsen vidgas när den färdas genom fibern. Detta fenomen kallas intermode dispersion och det påverkar direkt hastigheten för informationsöverföring över fibern. Användningsområdet för stegade optiska fibrer är korta (upp till 1 km) kommunikationslinjer med informationsöverföringshastigheter upp till 100 Mb / s, strålningsvåglängden är vanligtvis 0,85 mikron.

Multimode optisk fiber med graderat brytningsindex

Det skiljer sig från det stegade genom att brytningsindexet ändras mjukt i det från mitten till kanten. Som ett resultat går lägena smidigt, intermodspridningen är mindre.

lutning fiber i enlighet med standarderna har en kärndiameter på 50 mikron och 62,5 mikron, en beklädnadsdiameter på 125 mikron. Den används i linjer inom objekt upp till 5 km långa, med överföringshastigheter upp till 100 Mb/s vid våglängder på 0,85 mikron och 1,35 mikron.

enkelmods optisk fiber

Standard singelläge optisk fiber har en kärndiameter på 9 µm och en beklädnadsdiameter på 125 µm

I denna fiber finns bara ett läge och fortplantar sig (mer exakt två degenererade lägen med ortogonala polarisationer), därför finns det ingen intermodsspridning i den, vilket gör det möjligt att överföra signaler över ett avstånd på upp till 50 km med en hastighet upp till 2,5 Gbit/s och högre utan regenerering. Arbetsvåglängder λ1 = 1,31 µm och λ2 = 1,55 µm.

Transparensfönster för optiska fibrer.

På tal om genomskinlighetsfönstren för en optisk fiber, ritar de vanligtvis en sådan bild.

Transparensfönster för optiska fibrer

För närvarande anses fiber med denna egenskap redan vara föråldrad. För ganska länge sedan bemästrades produktionen av AllWave ZWP (zero water peak) optisk fiber, där hydroxidjoner i kvartsglasets sammansättning elimineras. Sådant glas har inte längre ett fönster, utan en öppning i området från 1300 till 1600 nm.

Alla transparensfönster ligger i det infraröda området, det vill säga ljuset som sänds genom FOCL är inte synligt för ögat. Det är värt att notera att strålning som är synlig för ögat också kan införas i en vanlig optisk fiber. För detta används antingen små block, som finns i vissa reflektometrar, eller till och med en något modifierad kinesisk laserpekare. Med hjälp av sådana enheter kan du hitta frakturer i sladdarna. Där fibern är bruten kommer ett starkt sken att ses. Sådant ljus dämpas snabbt i fibern, så det kan endast användas över korta avstånd (högst 1 km).

Optisk fiberflexibilitet

Fotografiet hoppas jag kommer att lugna dem som är vana vid att se glas som krossat och skört.

Optisk fiber. Fiberflexibilitet

En typisk singelmodsfiber visas här. Detsamma, 125 mikron kvartsglas, som används överallt. På grund av lackbeläggningen klarar fibern böjar med en radie på 5 mm (tydligt i figuren). Ljus, och därmed signalen, tyvärr, passerar inte längre genom en sådan krök.

Information om avkodning av märkningen av fiberoptiska kablar som finns på denna plats finns på sidorna:

Fiberoptisk kabel(aka fiberoptisk kabel) är en fundamentalt annorlunda typ av kabel jämfört med de två typerna av elektriska eller kopparkabel. Information från den överförs inte av en elektrisk signal, utan av ljus. Dess huvudelement är transparent glasfiber, genom vilket ljus passerar långa sträckor (upp till tiotals kilometer) med liten dämpning.

Ris. ett. optisk fiber. Strukturera

Strukturen för en fiberoptisk kabel är mycket enkel och liknar den för en koaxial elektrisk kabel (Figur 1). Endast istället för en central kopparledare används här tunn (ca 1 - 10 halvmörkt i diameter) glasfiber (3) och istället för invändig isolering används en glas- eller plastmantel (2), som inte tillåter ljus att gå bortom glasfibern. I detta fall vi pratar om regimen för den så kallade totala inre reflektionen av ljus från gränssnittet mellan två ämnen med olika brytkoefficienter (för ett glasskal är brytningskoefficienten mycket lägre än för den centrala fibern). Kabelns metallmantel är vanligtvis utelämnad, eftersom skärmning från externa elektromagnetiska hinder inte behövs här. Men ibland används den fortfarande för mekaniskt skydd mot miljö(en sådan kabel kallas ibland pansar, den kan kombinera flera fiberoptiska kablar under en mantel).

Fiberoptisk kabel har exceptionella egenskaper när det gäller säkerhet och sekretess för den överförda informationen. Inga externa elektromagnetiska hinder är i princip kapabla att vanställa ljussignalen, och själva signalen genererar inte extern elektromagnetisk strålning. Att ansluta till denna typ av kabel för obehörig lyssnande på nätverket är nästan omöjligt, eftersom kabelns integritet kränks. Teoretiskt sett når bandbredden för en sådan kabel 10 12 Hz, det vill säga 1000 GHz, vilket är ojämförligt högre än elektriska kablar. Kostnaden för fiberoptisk kabel minskar hela tiden och in det här ögonblicket ungefär lika med kostnaden för en tunn koaxialkabel.

Den typiska mängden signaldämpning i fiberoptiska kablar vid frekvenser som används i lokala nätverk, sträcker sig från 5 till 20 dB / km, vilket ungefär motsvarar prestanda hos elkablar vid låga frekvenser. Men i fallet med en fiberoptisk kabel, med en ökning av frekvensen för den överförda signalen, ökar dämpningen mycket något, och vid höga frekvenser (särskilt över 200 MHz) är dess fördel gentemot en elektrisk kabel obestridlig, den har helt enkelt inga konkurrenter.

Nackdelar med fiberoptisk kabel

Den viktigaste av dem är installationens höga komplexitet (med installation av fiberoptisk kabel separation kräver mikron noggrannhet, dämpningen vid separation beror starkt på noggrannheten hos glasfibern och graden av dess polering). För att installera separationen används svetsning eller limning med en speciell gel, som har samma ljusbrytningskoefficient som glasfiber. Detta kräver i alla fall högkvalificerad personal och specialverktyg. Därför säljs fiberoptisk kabel oftast i form av förskurna delar av olika längder, i båda ändarna av vilka den erforderliga typen av separation redan är installerad. Det är värt att komma ihåg att en separationsinställning av dålig kvalitet drastiskt minskar den tillåtna kabellängden på grund av dämpning.

Du måste också komma ihåg att användningen av fiberoptisk kabel kräver speciella optiska mottagare och sändare som kommer att omvandla ljussignaler till elektriska signaler och vice versa, vilket ibland avsevärt ökar kostnaden för nätverket som helhet.

Fiberoptiska kablar tillåter signalförgrening (särskilda passiva distributörer tillverkas för detta ( kopplingar) för 2-8 kanaler), men som regel används de för dataöverföring i endast en riktning mellan en sändare och en mottagare. När allt kommer omkring försvagar varje förgrening oundvikligen ljussignalen avsevärt, och om det finns många grenar kan det ljuset helt enkelt inte nå slutet av nätverket. Dessutom finns det interna förluster i fördelarna, så den totala signaleffekten vid utgången är mindre än ineffekten.

Fiberoptisk kabel är mindre stark och flexibel än elektrisk kabel. En typisk tillåten böjradie är cirka 10 - 20 cm, med mindre böjradier kan den centrala fibern gå sönder. Tål dåligt kablar och mekanisk sträckning, samt krossande påverkan.

Känslig fiberoptisk kabel och för joniserande strålning, genom vilken genomskinligheten av glasfiber minskar, det vill säga signaldämpningen ökar . skarpa droppar temperaturer påverkar det också negativt, glasfiber kan spricka.

Använd endast fiberoptisk kabel i nätverk med stjärn- och ringtopologi. Det finns inga problem med matchning och jordning i detta fall. Kabeln ger idealisk galvanisk isolering av nätverksdatorer. I framtiden kommer denna typ av kabel sannolikt att tränga undan elkablar, eller åtminstone kraftigt tränga ut dem. Kopparreserverna på planeten är uttömda, och det finns tillräckligt med råmaterial för glasproduktion.

Typer av fiberoptiska kablar

1. multimode eller multimode kabel, billigare, men av lägre kvalitet;
2. singelläge kabel, dyrare, men har bästa prestanda jämfört med den första.

Kärnan i diskrepansen mellan de två typerna reduceras till olika lägen för passage av ljusstrålar i kabeln.

Ris. 2. Spridning av ljus i en enkellägeskabel

I en enkelmodskabel reser nästan alla strålar samma väg, vilket resulterar i att de når mottagaren samtidigt, och signalformen är nästan inte förvrängd (fig. 2). En singelmodskabel har en central fiberdiameter på cirka 1,3 µm och sänder endast ljus med samma våglängd (1,3 µm). Dispersion och signalförlust är mycket liten, vilket gör att du kan överföra signaler över ett mycket större avstånd än när du använder en multimodekabel. För en enkellägeskabel används lasersändare, som endast använder ljus med den erforderliga våglängden. Sådana transceivrar är fortfarande relativt dyra och inte hållbara. Men i framtiden bör enkellägeskabel bli huvudtypen på grund av dess utmärkta prestanda. Dessutom är lasrar snabbare än konventionella lysdioder. Signaldämpningen i en enkellägeskabel är cirka 5 dB/km och kan till och med reduceras till 1 dB/km.

Ris. 3. Spridning av ljus i en multimodkabel

I en multimodkabel har ljusstrålarnas banor en märkbar spridning, vilket resulterar i att signalformen vid den mottagande änden av kabeln förvrängs (fig. 3). Den centrala fibern har en diameter på 62,5 µm och den yttre manteldiametern är 125 µm (detta rapporteras ibland som 62,5/125). En konventionell (icke-laser) lysdiod används för överföring, vilket minskar kostnaden och ökar livslängden på transceivrarna jämfört med en enmodskabel. Ljusets våglängd i en multimodkabel är 0,85 µm, och det finns en spridning i våglängder på cirka 30 - 50 nm. Tillåten kabellängd är 2 - 5 km.

Multimode kabel– Det här är huvudtypen av fiberoptisk kabel vid den här tiden, eftersom den är billigare och mer tillgänglig. Dämpningen i en multimodekabel är större än i en singelmodskabel och är 5 - 20 dB/km.

Den typiska fördröjningen för de vanligaste kablarna är runt 4-5 ns/m, vilket är nära fördröjningen i elkablar.
Fiberoptiska kablar, liksom elkablar, finns tillgängliga i plenarmöte och icke-plenum.