Оптическое волокно
Оптическое волокно представляет собой двухслойную кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта специальным защитным слоем, которое необходимо для защиты кварцевой оболочки от различных внешних воздействий (механических, химических). Сердцевина легирована и её показатель преломления больше, чем у оболочки. Свет распространяется в сердцевине оптического волокна, испытывая внутреннее отражение на границе с оболочкой. Свет проникает в оболочку на глубину порядка длины волны. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.
Волокна делятся на два основных типа
Для всех типов оптических волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125 мкм.
Недостатки многомодовых оптических волокнах:
1) В многомодовых оптических волокнах распространяются сотни мод, минимальное затухание имеют центральные моды и моды низких порядков, а с повышением порядка затухание мод увеличивается, в результате затухание многомодовых оптических волокнон больше, чем одномодовых (от 0.6 до 5 дБ на км);
2) В процессе распространения импульсы света расплываются и даже начинают перекрывать друг друга. Такое уширение импульсов называется дисперсией.
Дисперсия многомодового оптического волокна на много больше, чем одномодового. Чем меньше значение дисперсии, тем больше поток информации может быть передан по оптическому волокну.
Применение: Повышенное затухание и малая полоса пропускания ограничивает применение данного типа оптического волокна и являются причиной того, что на основе многомодовых оптических волокон (ОВ) строятся, местные, локальные и внутриобъектовые относительно низкоскоростные волоконно-оптические системы передачи данных (ВОСП).
Достоинства одномодовых оптических волокон:
1) Малое затухание (от 0,22 дБ/км);
2) Небольшая дисперсия, а значит и широкая полоса пропускания.
Применение: Одномодовые оптические волокна применяют для создания высокоскоростных магистральных и местных цифровые сетей.
Диаметр сердцевины у разных типов оптических волокон
Основные типы одномодовых оптических волокон согласно международным стандартам ITU-T Rec. G. 65 — G. 655
С точки зрения дисперсии существуют следующие разновидности одномодовых оптических волокон:
Что такое длина волны отсечки?
Классы оптического волокна
Стандарты ISO/IEC 11801 и ISO/IEC 24702 описывают следующие классы оптического волокна:
Таблица №1 — Характеристик всех классов оптического волокна (ОВ)
| Класс оптического волокна | Длина волны, нм | Затухание, дБ/км | Скорость передачи | Максимальная длина линии | Коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении, МГц*км | Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении, МГц*км |
| ОМ1 | 850(1300) | 3,5(1,5) | 600(1200) | — | ||
| OM3 | 850(1300) | 3,5(1,5) | 10 Гбит/с 40 Гбит/с 100 Гбит/с | 300 м 100 м 100 м | 1500(500) | 2000(-) |
| OM4 | 850(1300) | 3,5(1,5) | 40 Гбит/с 100 Гбит/с | 125 м | 3500(500) | 4700(-) |
| OS1 | 1310(1550) | 1 Гбит/с 10 Гбит/с 40 Гбит/с 100 Гбит/с | — | — | — | |
| OS2 | 1310(1550) | 1 Гбит/с 10 Гбит/с 40 Гбит/с 100 Гбит/с | — | — | — |
Главными отличительными параметрами каждого класса оптического волокна, являются величина затухания, скорость передачи сигнала и дистанция, а для классов многомодового оптического волокна еще важны коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении и коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении. Отличие этих двух параметров заключается в разных активных источников сигнала. Коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении рассчитывается на базе светоизлучающего диода LED. Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении рассчитывается на базе лазера VCSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором).
Классы оптических волокон OS1 и OS2 различаются величиной затухания сигнала.
Компания ДВДМ.РУ предлагает широкий выбор оптических патч-кордов по выгодным ценам, имеет обширный склад, позволяющий клиентам оперативно отгружать требуемое оборудование и материалы. Вы можете связаться с нами по следующим контактным данным:
Какой класс оптического волокна не поддерживает работу на скорости 40g
Добавить: 12-й этаж, здание Нюланьцянь, проспект Минжи, район Лонгуа, Шэньчжэнь, CN 518109
Типы многомодового волокна: OM1 против OM2 против OM3 против OM4 против OM5
Многомодовое оптоволокно является обычным выбором для достижения скорости 10 Гбит / с на расстояниях, необходимых для корпоративных сетей и приложений ЦОД. Существует несколько видов многомодовых типов волокон, доступных для высокоскоростных сетевых установок, и каждый из них имеет различную дальность действия и скорость передачи данных. При таком большом количестве вариантов может быть сложно выбрать наиболее подходящее многомодовое волокно. ОМ1 против ОМ2 против ОМ3 против ОМ4 против ОМ5, что выбрать? Вы можете получить ответ в этой статье.
Что такое многомодовое волокно?
Сколько типов многомодового волокна?
Идентифицированные по стандарту ISO 11801, многомодовые оптоволоконные кабели можно разделить на волокна OM1, волокна OM2, волокна OM3, волокна OM4 и недавно выпущенные волокна OM5. В следующей части будут детально сравниваться эти волокна с точки зрения размера ядра, полосы пропускания, скорости передачи данных, расстояния, цвета и оптического источника.
OM1 Fiber
Волокно OM1 обычно поставляется с оранжевой оболочкой и имеет размер ядра 62,5 мкм. Он может поддерживать 10 Gigabit Ethernet на длине до 33 метров. Это наиболее часто используется для 100-мегабитных приложений Ethernet. Этот тип обычно использует светодиодный источник света.
OM2 Fiber
Аналогично, волокно OM2 также поставляется с оранжевой оболочкой и использует светодиодный источник света, но с меньшим размером ядра 50 мкм. Он поддерживает до 10 Gigabit Ethernet на длине до 82 метров, но чаще используется для приложений 1 Gigabit Ethernet.
OM3 Fiber
OM3 волокно поставляется с курткой цвета морской волны. Как и у OM2, его размер составляет 50 мкм, но кабель оптимизирован для лазерного оборудования. OM3 поддерживает 10 Gigabit Ethernet на длине до 300 метров. Кроме того, OM3 может поддерживать 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet на расстоянии до 100 метров, однако чаще всего используется 10 Gigabit Ethernet.
OM4 Fiber
Волокно OM4 полностью обратно совместимо с волокном OM3 и имеет ту же отличительную водолазную оболочку. OM4 был разработан специально для передачи лазера VSCEL и обеспечивает пропускную способность 10 Гбит / с до 550 м по сравнению с 300 м с OM3. И он может работать от 40/100 ГБ до 150 метров, используя разъем MPO.
OM5 Fiber
Волокно OM5, также известное как WBMMF (широкополосное многомодовое волокно), является новейшим типом многомодового волокна и обратно совместимо с OM4. Он имеет тот же размер ядра, что и OM2, OM3 и OM4. Цвет куртки из волокна OM5 был выбран как салатовый. Он разработан и предназначен для поддержки как минимум четырех каналов WDM с минимальной скоростью 28 Гбит / с на канал через окно 850-953 нм. Более подробную информацию можно найти по адресу: Три критических фокусировки на оптоволоконном кабеле OM5
OM1 против OM2 против OM3 против OM4 против OM5: в чем разница?
Основное различие между многомодовыми волокнами основывается на физических различиях. Соответственно, физическая разница приводит к различной скорости передачи данных и расстоянию. Посмотрите следующее видео, чтобы узнать различия между многомодовыми волокнами OM1, OM2, OM3, OM4 и OM5.
Физическая разница
Физическая разница в основном заключается в диаметре, цвете оболочки, оптическом источнике и ширине полосы пропускания, что описано в следующей таблице.
| Тип кабеля MMF | Диаметр | Цвет куртки | Оптический источник | Пропускная способность |
|---|---|---|---|---|
| OM1 | 62,5 / 125мкм | оранжевый | СВЕТОДИОД | 200MHz * км |
| OM2 | 50 / 125мкм | оранжевый | СВЕТОДИОД | 500MHz * км |
| OM3 | 50 / 125мкм | вода | VSCEL | 2000MHz * км |
| OM4 | 50 / 125мкм | вода | VSCEL | 4700MHz * км |
| OM5 | 50 / 125мкм | Зеленый лайм | VSCEL | 28000MHz * км |
Практическая разница
Многомодовые волокна способны передавать разные диапазоны расстояний с различной скоростью передачи данных. Вы можете выбрать наиболее подходящий в соответствии с вашим фактическим заявлением. Сравнение максимального расстояния многомодового волокна при различной скорости передачи данных указано ниже.
| Категория MMF | Fast Ethernet | 1GbE | 10GbE | 40GbE | 100GbE |
|---|---|---|---|---|---|
| OM1 | 2000m | 275m | 33м | / | / |
| OM2 | 2000m | 550m | 82м | / | / |
| OM3 | 2000m | / | 300m | 100m | 70м |
| OM4 | 2000m | / | 550m | 150m | 150m |
| OM5 | / | / | 550m | 150m | 150m |
В чем разница между одномодовым и многомодовым волокном?
Техническая разница
Источник света. Многорежимные устройства обычно используют светодиод или лазер в качестве источника света. В то время как одномодовые устройства используют лазер или лазерный диод, чтобы производить свет, вводимый в кабель.
Практическая разница
Узнайте больше об одномодовом и многомодовом оптоволокне: стоимость одномодовых кабелей и стоимость многомодовых кабелей
Типы многомодовых оптоволоконных разъемов
Существует много типов многомодовых оптоволоконных соединителей, таких как ST, SC, FC, LC, MU, E2000, MTRJ, SMA, DIN, а также MTP и MPO и т. Д. Наиболее распространенные типы оптоволоконных соединителей включают ST, SC, FC и LC. Каждый из них имеет свои преимущества, недостатки и возможности. Итак, каковы различия и что они значат для вашей реализации? Эта таблица общих многомодовых оптоволоконных разъемов дает обзор сильных и слабых сторон. Узнайте больше о наиболее часто используемых оптоволоконных разъемах здесь: Типы оптоволоконных разъемов, Рынок и установка
| MMF Разъем | Размер наконечника | Типичная вносимая потеря (дБ) | Стоимость (FS) | Особенности применения |
|---|---|---|---|---|
| Южная Каролина | керамическая φ2,5 мм | 0,25-0,5 | 0,65 долл. США | Основной, надежный, быстрое развертывание, подгонка |
| LC | керамическая φ1.25мм | 0,25-0,5 | 0,78 доллара США | Высокая плотность, рентабельность |
| FC | керамическая φ2,5 мм | 0,25-0,5 | 0,74 доллара США | Высокая точность, вибрация, полевая посадка |
| ST | керамическая φ2,5 мм | 0,25-0,5 | 0,61 доллара США | Военный, подал форму |
Каковы преимущества многомодового волокна?
Многопользовательская структура без вмешательства потери
Особенности многомодового волокна, передающие несколько сигналов одновременно в одной линии. Что наиболее важно, общая мощность внутри сигналов практически не несет потерь. Следовательно, пользователь сети может отправлять более одного пакета в кабеле одновременно, и вся информация будет доставлена к месту назначения без каких-либо помех и останется неизменной.
Поддержка нескольких протоколов
Многомодовое волокно может поддерживать множество протоколов передачи данных, включая протоколы Ethernet, Infiniband и Интернет. Таким образом, можно использовать кабель в качестве основы для ряда приложений с высокой стоимостью.
Экономически эффективным
Благодаря большому оптоволоконному сердечнику и хорошим допускам на выравнивание многомодовое волокно и его компоненты дешевле и проще в работе с другими оптическими компонентами, такими как оптоволоконный разъем и оптоволоконный адаптер, а многомодовые патч-корды дешевле в эксплуатации, установке и обслуживании, чем одномодовое оптоволокно. кабели.
Заключение
Благодаря высокой пропускной способности и надежности многомодовое волокно обычно используется для магистральных приложений в зданиях. В целом, кабель mmf по-прежнему остается наиболее экономичным выбором для корпоративных приложений и центров обработки данных на расстоянии до 500-600 метров. Но это не значит, что мы можем заменить одномодовое оптоволокно многомодовым оптоволоконным кабелем, так как выбор одномодового оптоволоконного или многомодового коммутационного кабеля зависит от того, какие приложения тебе нужны, расстояние передачи, которое необходимо покрыть, а также общий бюджет разрешен.
Типы оптического волокна
Оптические волокна (ОВ), уложенные в оптический кабель (ОК) для защиты их от внешних воздействий при эксплуатации линии связи и сохранения при строительно-монтажных работах, вот уже более 40 лет используются в качестве среды передачи сигнала. За всё это время было разработано и стало применяться огромное количество видов оптоволокна, обладающих различными свойствами, что даёт возможность применять их для решения разнообразных задач.
В данном обзоре рассмотрим ключевые свойства ОВ и области их применения. Почитать о конструкции и принципе работы волокна в качестве световода можно в статье, посвящённой оптическим кабелям с ОВ двух основных типов — одномодовыми и многомодовыми.
Знание параметров ОВ и ОК нужно не только инженерам-проектировщикам систем связи, но и менеджерам разного уровня, принимающим решения по развитию сети и закупке ОК, а также всем, кто хочет получить более подробную информацию о факторах, которые могут быть решающими для конкретных применений. Дополнительные сведения можно также получить и из первых рук — от компаний-производителей.
Оптическое волокно для промышленных целей выпускается как кабельными (в основном для собственных кабелей), так и специализированными зарубежными компаниями: Alcatel, Corning, Fujikura, OFS (Furukawa), Sumitomo и др.
Ниже рассмотрим классификацию промышленно выпускаемых одномодовых и многомодовых ОВ и их характеристики.
Классификация промышленных типов оптических волокон
Оптическое волокно или световод — это гибкий и прозрачный (стеклянный или пластмассовый) цилиндрический стержень с поперечным сечением в форме круга. Он состоит из трех слоев: сердцевины, оболочки и покрытия.
В системах связи ОВ является основной средой для передачи сигнала. Сигнал — модулированная по интенсивности световая волна — распространяется в основном внутри сердцевины диаметром от 6 до 62,5 мкм (в зависимости от типа волокна), а точнее — по цилиндрическому волноводу, образованному сердцевиной и оболочкой, используя явление полного внутреннего отражения (ПВО) света от границы раздела «сердцевина-оболочка».
Существуют четыре основных параметра, по которым обычно проводят классификацию типов оптоволокна:
Кроме этого, существует ряд других ОВ специального типа с узко специализированным назначением.
Классификация многомодовых ОВ
ММ волокна по профилю показателя преломления делятся на:
Кроме того, они (условно) делятся на четыре класса в зависимости от материала ОВ:
В телекоммуникационных системах применяются почти исключительно волокна класса А1 (практически только первые два типоразмера). Учитывая относительно большое затухание ММ волокна, оно используется при прокладке внутри объектов или на небольшие расстояния до 1–2 км. В этой связи его основным потребителем являются локальные сети, а не сети связи, ориентированные на одномодовые ОВ.
Кроме того, стандарт ISO/IEC 11801 (начиная с версии 2002 г.) определил четыре категории ММ ОВ: ОМ1, ОМ2, ОМЗ и OM4 и, соответственно, четыре класса ММ ОВ каналов, отличающихся значением широкополосности. Максимальный по этому параметру класс позволяет многомодовым ОВ обеспечить дальность передачи гигабитного Ethernet (GE) 3 км.
Классификация одномодовых ОВ
ОМ волокна обычно изготавливаются из кварцевого стекла (SiO2), имеют постоянный диаметр оболочки 125 мкм, а диаметр сердцевины составляет 7–10 мкм, однако нормируемым параметром является диаметр модового поля (8–11 мкм), который лучше характеризует потери при вводе света в ОВ и зависит от длины волны (фактически он на 10–12 % больше диаметра сердцевины). Методы измерения этого параметра определены стандартами: европейскими IEC 793-1-С9 и американскими EIA/TIA-455-164/-165/-167А.
По профилю показателя преломления
Изменение профиля ПП позволяет изменить положение точки нулевой дисперсии, наклон дисперсионной кривой и значение дисперсии в конкретной области длин волн.
По характеристике дисперсии
Профили ПП определяют не только уровень и характер изменения дисперсии, но и тип одномодового ОВ. Как правило, выделяют 3 типа профилей: для ОВ без сдвига дисперсии, со сдвигом нуля дисперсии в третье окно прозрачности (вблизи 1550 нм) и с выравниванием дисперсии (в определенном диапазоне третьего окна прозрачности, т. е. также вблизи 1550 нм). В соответствии с этим ОМ волокно делят на:
Классификация специальных типов волокон
В связи с развитием систем с WDM и оптических усилителей (ОУ), а также ряда специальных применений появились специальные типы оптических волокон:
Ниже рассмотрены основные типы и характеристики современных оптических волокон, выпускаемых (как для целей магистральной связи, так и специальных ОВ) компаниями-производителями Corning, Fujikura и Sumitomo — наиболее широко представленными на российском рынке.
Волокно, используемое производителями кабельной продукции, может свободно выбираться потребителями для обеспечения своих конкретных нужд на стадии оформлении заказа. Для удобства потребителя сведения о параметрах ОВ и рекомендуемые стандартами ITU-T значения обычно представляются в виде таблиц. Эти таблицы можно найти в описаниях стандартов, а также в спецификациях производителей волокна.
Подписывайтесь на канал ВОЛС.Эксперт
Показываем, как правильно выполнять монтаж оптических муфт и кроссов, разбираем частые ошибки, даем полезные советы специалистам.
Основные характеристики ММ волокон
Основные параметры ММ ОВ описаны и регламентированы в рек. G.651. Однако рек. G.651 не отражает, естественно, все разнообразие марок ММ ОВ. Значительно более информативны спецификации, приводимые в каталогах компаниями-производителями.
Параметры, перечисленные в спецификациях, как правило, достаточно понятны, однако некоторые из них нуждаются в пояснении.
Одномодовые ОВ, регламентированные стандартами ITU-T
Основные параметры ОМ ОВ описаны и регламентированы в рек. ITU-T G.650, G.652–657, которые используются в основном для ссылок в официальных документах на тип волокна. В них, однако, приводятся основные (чаще всего предельные) характеристики ОВ соответствующих категорий (типов).
ITU-T (МСЭ-Т) регламентируют шесть типов ОМ ОВ, а именно:
Каталоги оптического волокна позволяет проектировщикам ВОЛС ориентироваться в типе и параметрах одномодовых ОВ, на которые производители ссылаются чаще всего по названию стандарта.
Основные характеристики ОМ волокон
Ряд других параметров — механических, точностных и температурных — обычно отражен в меньшей степени.
Рекомендации по применению оптических волокон в системах связи
Раньше все волокна использовались в основном в системах магистральной связи с технологиями PDH, SDH и WDM. Сегодня они стали использоваться в сетях доступа — PON, FTTB, FTTH с технологиями Ethernet, IP, ATM и локальных сетях. Приводим краткую сводку рекомендаций, которые накопились в процессе использования в них ОВ:
Рекомендуем ознакомиться с описанием выпускаемой волоконной продукции фирмы Corning в соответствующем материале либо на сайте производителя.
Илья Смирнов,
технический эксперт, преподаватель ВОЛС.Эксперт
Оптические волокна для телекоммуникаций: кварцевые и не только
Время от времени на Хабре появляются различные статьи на тему волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), что неудивительно, поскольку оптическая связь сегодня является одним из основных способов передачи информации. Оптические линии связи успешно конкурируют с традиционными медными линиями и беспроводными технологиями. Именно оптическому волокну мы во многом обязаны резким увеличением объема и скорости передаваемой по всему миру информации за последние годы и, в частности, развитием Интернета. Более того, с каждым годом оптическое волокно становится все ближе к потребителю и осваивает все новые сферы применения.
Мы уверены, что каждый уважающий себя IT-специалист должен иметь хотя бы общее представление о ВОЛС, независимо от того, чем конкретно он занимается. Предлагаемая вашему вниманию статья посвящена разновидностям и классификации оптических волокон. Конечно, сейчас можно легко найти очень много разной информации на эту тему. Но, как вы увидите дальше, и нам есть что рассказать. Тем более что на Хабре пока тема оптического волокна освещена, как нам кажется, в недостаточной степени.
Но для начала немного о себе
Компания «ЭФО» занимается поставками импортных электронных компонентов на российский рынок с 1991 года. Последние 15 лет (с 2001 г.) наша программа поставок включает волоконно-оптические и оптоэлектронные компоненты. Исторически сложилось, что основными нашими клиентами являются представители разных отраслей промышленности.
«ЭФО» имеет несколько специализированных сайтов под разные группы продукции. Оптической связи посвящен сайт infiber.ru, которым занимаются сотрудники Отдела волоконно-оптических компонентов. Сайт содержит каталог волоконно-оптической продукции, которую мы поставляем. Также здесь публикуются новости производителей и статьи, написанные сотрудниками отдела. Наш сайт создан недавно, но активно развивается.
Цель данной статьи
Как уже упоминалось, в этой статье мы хотели рассказать не столько о самом оптическом волокне, сколько о его разновидностях и классификации. Большинство читателей, скорее всего, знает разницу между одномодом и многомодом, но мы хотим дать более детальную информацию, чтобы Вы могли легко ориентироваться в многообразии современных волокон и их свойствах и не испытывали затруднений с вопросами, которые возникают в практической работе, например:
Опыт общения с заказчиками показывает, что эти и другие вещи, связанные с классификацией волокон, известны далеко не всем (напомним, наши клиенты в основном работают в промышленности и чаще всего являются специалистами каждый в своей области). Поэтому считаем, что подобная информация будет крайне полезной. Очень надеемся, что одной статьей наше совместное обсуждение темы ВОЛС на Хабре не закончится.
Немного забегая вперед, отметим, что одной из главных особенностей этой статьи мы считаем знакомство читателей с волокнами POF и HCS, поскольку 1) эти волокна набирают все большую популярность в промышленности и других сферах и 2) в отличие от традиционных кварцевых волокон они не так хорошо освещены в русскоязычном интернете.
И последнее. Недавно мы разместили на нашем сайте пять статей, в которых более подробно рассказывается об оптическом волокне и его основных типах. Кому информации, изложенной ниже, окажется недостаточно, добро пожаловать к нам на сайт!
Оптическое волокно и его основные характеристики
Исходя из поставленной задачи (представить классификацию оптических волокон), мы не хотели бы сильно углубляться в теоретические основы волоконно-оптической связи. Но для того чтобы информация была понятна широкому кругу читателей, начнем все-таки с того, что представляет собой оптическое волокно, каким образом по нему передается сигнал и каковы его некоторые основные характеристики.
Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением, по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона (обычно ближний ИК и видимый свет). Оптическое волокно состоит из двух основных частей: сердцевины и оптической оболочки. Диаметр этой структуры сравним с толщиной человеческого волоса. Сверху на оптоволокно наносится защитное акриловое покрытие. Для дальнейшей защиты используются различные упрочняющие и защитные элементы. Конструкция, содержащая одно или несколько оптических волокон и различные защитные элементы, покрытые общей оболочкой, называется волоконно-оптическим кабелем.
Информационный сигнал передается по оптическому волокну в виде модулированного светового излучения. Благодаря явлению полного внутреннего отражения (вспомните школьный курс геометрической оптики), свет, попавший в оптоволокно, распространяется по нему на большие расстояния. Сердцевина и оптическая оболочка волокна изготавливаются из материалов с незначительно отличающимися показателями преломления (показатель преломления сердцевины больше). Поэтому световые волны, попавшие в сердцевину под углами, меньшими некоторого критического значения, многократно переотражаются от оболочки. Если при этом выполняются условия для распространения в волноводе (свет – это не только поток частиц, но и электромагнитная волна), то такие световые волны, называемые модами, распространяются на значительные расстояния.
Помимо разницы между показателями преломления сердцевины и оболочки важную роль играет профиль показателя преломления сердцевины, то есть зависимость величины показателя преломления от радиуса поперечного сечения оптоволокна. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым, если плавно уменьшается от центральной оси к оболочке, – градиентным. Встречаются и более сложные профили. Профиль показателя преломления оказывает большое влияние на характеристики оптического волокна как среды передачи информации.
Среди большого числа характеристик и параметров, описывающих оптическое волокно как среду передачи данных, отметим наиболее важные – затухание (потери) и дисперсию.
Затухание – это постепенное ослабление мощности оптического сигнала по мере распространения по оптоволокну, вызванное разными физическими процессами. Величина затухания имеет сложную зависимость от длины волны излучения и измеряется в дБ/км. Затухание служит одним из главных факторов, ограничивающих дальность передачи сигнала по оптическому волокну (без ретрансляции).
Дисперсия – это уширение оптического импульса, передаваемого по оптоволокну, во времени. При высокой частоте следования импульсов такое уширение на некотором расстоянии от передатчика приводит к перекрыванию соседних импульсов и ошибочному приему данных. Дисперсия ограничивает как дальность, так и скорость передачи информации.
Разновидности и классификация оптических волокон
Рассказав (или напомнив) читателю об этих базовых понятиях, перейдем к тому, ради чего все это излагалось, – к классификации оптических волокон. Существует огромное количество различных оптических волокон, поэтому сразу сделаем оговорку, что мы не будем касаться так называемых специальных волокон, используемых в научных исследованиях и разных специфических применениях, а также волокон, которые пока являются скорее технологиями будущего. Мы сосредоточимся на тех типах оптических волокон, которые уже сегодня широко используются в телекоммуникациях. А таких типа четыре.
Основными критериями, по которым проводится классификация, можно считать следующие два:
Таким образом, можно выделить четыре больших класса оптических волокон (ссылки ведут к соответствующим статьям на infiber.ru):
На рисунке ниже изображены поперечные сечения этих четырех типов волокон (соотношение размеров сохранено).
Поговорим подробнее о каждом из этих типов.
1. Кварцевое многомодовое волокно
Кварцевые волокна являются самым известным и распространенным типом оптических волокон. Поскольку многомодовые и одномодовые кварцевые волокна сильно отличаются по своим характеристикам и применению, удобнее рассмотреть их по отдельности.
Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оптическую оболочку из кварцевого стекла. Как правило, такое оптоволокно имеет градиентный профиль показателя преломления. Это необходимо, чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. Как было показано выше, моды распространяются в оптическом волокне по разным траекториям, а значит, время распространения каждой моды также отличается. Это приводит к уширению передаваемого импульса. Градиентный профиль уменьшает разницу во времени распространения мод. За счет плавного изменения показателя преломления 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. Полностью устранить влияние межмодовой дисперсии невозможно, поэтому многомодовое волокно уступает одномодовому по дальности и скорости передачи информации.
Рабочими для многомодового волокна обычно являются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичное затухание на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.
Классификация. Кварцевое многомодовое волокно было первым типом волокна, которое стало широко применяться на практике. Распространение получили два стандартных размера многомодовых волокон (диаметр сердцевины/оболочки): 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.
Общепринятая классификация многомодовых кварцевых волокон приводится в стандарте ISO/IEC 11801. Этот стандарт выделяет четыре класса многомодовых волокон (OM – Optical Multimode), отличающиеся шириной полосы пропускания (параметр, характеризующий межмодовую дисперсию и определяющий скорость передачи информации):
Фраза «оптимизированное для работы с лазером» напоминает о том, что изначальна для передачи сигнала по многомодовому волокну использовались светодиоды (LED). С появлением полупроводниковых лазеров стали разрабатываться волокна более совершенной структуры, названные оптимизированными для работы с лазерами.
Применение. Многомодовое волокно применяется в непротяженных линиях связи (обычно сотни метров), причем волокно 50/125 мкм (OM2, OM3, OM4) используется в основном в локальных сетях и дата-центрах, а волокно 62,5/125 мкм часто применяется в индустриальных сетях. В гигабитных приложениях рекомендуется применять волокна классов OM3 и OM4. Причина, по которой многомодовое волокно до сих пор не вытеснено одномодовым волокном, обладающим лучшими характеристиками, заключается в меньшей стоимости компонентов линии (активное оборудование, соединительные изделия). Цена снижается из-за большего диаметра сердцевины многомодового волокна, и, соответственно, меньших требований к точности изготовления и монтажа компонентов.
2. Кварцевое одномодовое волокно
В одномодовом волокне, как следует из названия, распространяется только одна (основная) мода излучения. Это достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 8-10 мкм). Диаметр оптической оболочки такой же, как и у многомодового волокна – 125 мкм. Отсутствие других мод положительно сказывается на характеристиках оптоволокна (нет межмодовой дисперсии), увеличивая дальность передачи без ретрансляции до сотен километров и скорость до десятков Гбит/с (приводим стандартные значения, а не те «рекордные», которые достигаются в исследовательских лабораториях). Затухание в одномодовом волокне также крайне низкое (менее 0,4 дБ/км).
Диапазон длин волн для одномодового волокна достаточно широк. Обычно передача осуществляется на длинах волн 1310 и 1550 нм. При использовании технологии спектрального уплотнения каналов используются и другие длины волн (об этом чуть ниже).
Классификация. Ассортимент кварцевых одномодовых волокон весьма разнообразен. Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский EN 50173 по аналогии с многомодовым волокном выделяют два больших класса одномодовых волокон: OS1 и OS2 (OS – Optical Single-mode). Однако в связи с существующей путаницей, связанной с этим делением, не рекомендуем ориентироваться на эту классификацию. Гораздо более информативными являются рекомендации ITU-T G.652-657, выделяющие больше типов одномодовых волокон.
В таблице ниже представлена краткая характеристика этих волокон и их применение. Но прежде – пара комментариев. Межмодовая дисперсия, отсутствующая в одномодовом волокне, является не единственным механизмом уширения оптического импульса. В одномодовом волокне на первый план выходят другие механизмы, прежде всего, хроматическая дисперсия, связанная с тем, что ни один источник излучения (даже лазер) не испускает строго монохроматичное излучение. При этом существует длина волны, при которой коэффициент хроматической дисперсии равен нулю. В большинстве случае работа на этой длине волны оказывается предпочтительной, но не всегда.
| Тип волокна | Описание | Применение |
|---|---|---|
| G.652. Одномодовое волокно с несмещенной дисперсией | Наиболее распространенный тип одномодового волокна с точкой нулевой дисперсии на длине волны 1300 нм. Различают 4 подкласса (A, B, C и D). Волокна G.652.C и G.652.D отличаются низким затуханием вблизи «водного пика» («водным пиком» называют область большого затухания в стандартном волокне около длины волны 1383 нм). | Стандартные области применения. |
| G.653. Одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией | Точка нулевой дисперсии смещена на длину волны 1550 нм. | Передача на длине волны 1550 нм. |
| G.654. Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки | Длина отсечки (минимальная длина волны, при которой волокно распространяет одну моду) смещена в область длин волн около 1550 нм. | Передача на длине волны 1550 нм на очень большие расстояния. Магистральные подводные кабели. |
| G.655. Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией | Это волокно имеет небольшое, но не нулевое, значение дисперсии в диапазоне 1530-1565 нм (ненулевая дисперсия уменьшает нелинейные эффекты при одновременном распространении нескольких сигналов на разных длинах волн). | Линии передачи со спектральным уплотнением каналов (DWDM). |
| G.656. Одномодовое волокно c ненулевой смещенной дисперсией для широкополосной передачи | Ненулевая дисперсия в диапазоне длин волн 1460-1625 нм. | Линии передачи со спектральным уплотнением каналов (CWDM/DWDM). |
| G.657. Одномодовое волокно, не чувствительное к потерям на макроизгибе | Волокно с уменьшенным минимальным радиусом изгиба и с меньшими потерями на изгибе. Выделяют несколько подклассов. | Для прокладывания в ограниченном пространстве. |
Применение. Одномодовое кварцевое волокно, безусловно, является самым распространенным типом оптоволокна. С его помощью можно организовать передачу высокоскоростного сигнала на очень большие расстояния, а применение технологии спектрального уплотнения каналов (CWDM/DWDM) позволяет в разы увеличить пропускную способность линии связи. Одномодовое волокно часто применяется и на коротких дистанциях, например, в локальных сетях.
3. Пластиковое оптическое волокно (POF)
О кварцевом оптическом волокне знают практически все. Но помимо него существует еще два типа оптических волокон, заслуживающие внимания. Прежде всего, речь идет о пластиковом, или полимерном, оптическом волокне (POF – Plastic/Polymer Optical Fiber). Это многомодовое волокно большого диаметра со ступенчатым показателем преломления, сердцевина и оболочка которого изготовлены из полимерных материалов, прежде всего, из полиметилметакрилата (по-простому, оргстекла). Чаще всего можно встретить POF с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 980/1000 мкм.
В сравнении с кварцевым волокном POF имеет очень большие потери (100-200 дБ/км). С другой стороны, минимум потерь находится в видимом диапазоне (520, 560 и 650 нм). Это, а также очень большой размер поперечного сечения, позволяет использовать в качестве источников излучения дешевые светодиоды. Большой диаметр также значительно упрощает процесс работы с пластиковым волокном. Процесс изготовления патч-корда (оптического шнура) требует меньших навыков и времени, а все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость. На рисунке ниже представлены пластиковые патч-корды с коннекторами семейства Versatile Link (VL) от компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).
Таким образом, главные преимущества пластикового волокна – это низкая стоимость компонентов и простота работы с ним. При этом POF присущи все те особенности оптического волокна, которые дают ему преимущества перед другими видами связи. В их числе невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.
Классификация. Хотя выпускаемые пластиковые волокна отличаются по размеру, используемым полимерам, профилю показателя преломления и другим параметрам, подавляющую часть всех пластиковых волокон составляет POF 980/1000 мкм из полиметилметакрилата.
Применение. Область применения POF – короткие низкоскоростные линии связи (до 200 Мбит/с на несколько десятков метров). Преимущества POF проявляются в тех случаях, когда простота эксплуатации и низкая стоимость линии связи важнее, чем характеристики самой передачи. POF часто используется в промышленных линиях связи, автомобильной электронике, медицине и разного рода датчиках. Кроме того, пластиковое волокно может с успехов применяться и в различных специальных/корпоративных сетях передачи данных, например, для связи в пределах квартиры или офиса (к слову, эта область применения в России пока только начинает развиваться).
4. Кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS)
И, наконец, последний тип оптического волокна, с которым мы бы хотели познакомить читателей, представляет собой нечто среднее (во всех отношениях) между кварцевым и пластиковым волокном. У этого типа волокна много названий, но мы привыкли называть его кварцевым волокном с полимерной (жесткой) оболочкой и обозначать HCS (Hard Clad Silica). Также распространена аббревиатура PCS (Polymer Clad Silica).
HCS-волокно – это многомодовое оптическое волокно большого диаметра с сердцевиной из кварцевого стекла и оболочкой из полимерного материала. Наибольшее распространение в телекоммуникациях получило HCS-волокно с диаметром сердцевины и оболочки 200/230 мкм и ступенчатым показателем преломления. В других областях, таких как медицина и научные исследования, могут использоваться HCS-волокна с бо́льшим диаметром сердцевины (300, 400, 500 мкм…).
По своим оптическим характеристикам HCS-волокно также занимает промежуточное положение между кварцевым оптоволокном и POF. Минимум затухания стандартного HCS-волокна приходится на длину волны 850 нм и составляет единицы-десятки дБ/км. Для работы с HCS-волокном часто можно использовать те же активные компоненты, что и для POF (с длиной волны 650 нм) или для многомодового кварцевого волокна (светодиоды с длиной волны 850 нм).
Достаточно большой размер HCS-волокна, как и в случае POF, упрощает и удешевляет процесс работы с ним.
Классификация. Как уже упоминалось, в телекоммуникациях в основном используется HCS-волокно 200/230 мкм.
Применение. В целом, области применения HCS схожи с областями применения POF, с той лишь только разницей, что расстояние передачи при использовании HCS-волокна увеличивается до нескольких километров (благодаря меньшему затуханию).
Заключение
Подведем итоги. Как видим, зачастую выбор оптического волокна для создания линии связи не ограничивается выбором одномод VS многомод. Ассортимент оптических волокон достаточно разнообразен, и в зависимости от ситуации наилучшим решением может оказаться использование того или иного типа волокна из тех, что были описаны в данной статье.
Напоследок благодарим всех читателей за внимание. Надеемся, что статья оказалась не только познавательной, но и полезной (или окажется таковой в будущем). С нетерпением ждем комментариев и вопросов.
