Одномодовый и многомодовый оптический кабель: отличия волокон и есть ли разница

Структура одномодового волокна и особенности передачи оптического излучения

Одномодовое волокно

, как следует из названия, способно распространять на рабочей длине волны только одну основную (фундаментальную) моду оптического излучения. Одномодовый режим достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 7-10 мкм). Основная мода распространяется вблизи центральной оси волокна, при этом часть оптической мощности распространяется в оболочке, что повышает требования к оптическим свойствам оболочки. Чтобы учесть эту особенность, для описания одномодового оптического волокна помимо диаметра сердцевины используется еще и такой параметр, как диаметр модового пятна

, который определяется как диаметр окружности, на которой мощность излучения уменьшается в е раз. Иными словами, в пределах этой окружности распространяется бо́льшая часть оптического излучения. (рис. 1). Очевидно, что диаметр модового пятна чуть больше диаметра сердцевины.

Рис. 1. Понятие модового пятна

Применительно к одномодовому оптическому волокну также вводится параметр длины волны отсечки

. Если длина волны излучения меньше длины волны отсечки, в волокне начинают распространяться несколько мод, то есть оно становится многомодовым

Это важно учитывать при выборе рабочей длины волны. В стандартном одномодовом волокне длина волны отсечки имеет величину 1260 нм

Типичные рабочие длины волн для одномодового кварцевого волокна – 1310 и 1550 нм (второе и третье окна прозрачности, затухание меньше 0,4 дБ/км, см. рис. 2).

Рис. 2. Затухание в одномодовом кварцевом волокне

Набольшее распространение в телекоммуникациях получило кварцевое одномодовое волокно с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 9/125 мкм. Как и в случае многомодового волокна, на одномодовое волокно наносится первичное защитное покрытие диаметром примерно 250 мкм (бывают другие размеры).

Трудности выбора

ОВ-расходники следует подбирать в строгой зависимости от того, в каких условиях они будут проложены и для каких задач их собираются использовать. Для этого нужно знать их категорию и тип. Если говорить о месте и условиях прокладки, то оптоволокно может подразделяться:

для воздушной (подвесной) прокладки;
для монтажа внутри помещений;
для укладки в землю на глубину;
для монтажа в специализированных кабельных канализационных каналах;
универсальные модели.

Всегда стоит помнить, что создание даже одного замкнутого коммуникационного поля может предусматривать использование различных типов оптоволокна. При этом оно должно соответствовать виду соединяемого оборудования. Также, в целях упорядочения размещения линий внутри помещений, предпочтительнее использовать коммуникационный шкаф.

Помимо прочего, при покупке нужно обращать внимание на вид буфера ОВ-провода, который бывает плотным либо свободным. Свободный буфер предполагает только базовую защищенность в виде такого покрытия

Плотная защита же предполагает размещение жил в жестком корпусе из пластика, который заполняется особым гелем с гидрофобными свойствами. В самом модуле могут присутствовать одновременно несколько волокон. Подобная конструкция поможет успешно избежать проблем во время прокладки в виде нечаянного образования многочисленных изгибов или растяжек. Также, плотная защита качественно воспрепятствует попаданию внутрь конструкции влаги, а это означает возможность наружного применения.

Конфигурация волоконно-оптических каналов

Благодаря увеличению длины каналов по сравнению со слаботочными кабелями, ОВ кабели целесообразно использовать для магистральных подсистем комплекса зданий, магистральных подсистем зданий и централизованных ОВ систем.

Магистральная подсистема комплекса включает кабели между зданиями. Она обеспечивает создание сети комплекса зданий с соединениями кабелей как вне, так и внутри зданий. Такие кабели имеют срок службы более 30 лет, поэтому важен правильный выбор долговечной среды передачи. Параметры кабелей и кабель-каналов внешних сетей содержатся в стандартах ANSI/TIA-758-А (США) и EN 50174-3 (Европа).

Магистральная подсистема здания включает кабели между точками ввода, телекоммуникационными помещениями, серверными в зданиях различного назначения. Магистральные кабели образуют топологию “звезда”, и могут включать один (главный) или два (главный и промежуточный) уровня коммутации. Требования к магистральным кабелям содержатся в стандартах ANSI/TIA-568-C.0, ANSI/TIA-568-B.1, и ISO/IEC 11801 Ed2.0, EN 50173-1, EN 50174-1, EN 50174-2.

Централизованные волоконно-оптические системы могут быть развернуты в здании для обеспечения централизованного размещения оборудования. В этом случае, волоконно-оптические кабели обеспечивают прямые связи рабочей области с серверной. При этом, кабели централизованной системы требуется прокладывать через телекоммуникационные помещения на каждом этаже. В зависимости от способа прокладки в телекоммуникационных помещениях ОВ кабель либо оставляют неразрывным, предусматривая определенный запас, либо подключают на панели входящих и исходящих линий, которые коммутируют без использования активного оборудования.

При том, что максимально допустимая длина централизованного ОВ кабеля может составлять 300 метров, расстояние между телекоммуникационными помещениями на этажах и самыми удаленными точками рабочей области не должно превышать 90 метров. Требования к централизованным ОВ системам содержатся в стандартах ANSI/TIA-568-C.0, ANSI/TIA-568-B.1, ISO/IEC 11801 Ed2.0, EN-5073-1.

Горизонтальная подсистема разворачивается между телекоммуникационными помещениями и рабочей областью.

Горизонтальная кабельная подсистема включает в себя фиксированные и консолидированные кабели, панели, разъемы и кабели коммутации. Основной тип среды передачи – симметричные электропроводные кабели. Волоконно-оптические кабели могут быть также использованы в горизонтальной подсистеме, хотя здесь отсутствуют положения, позволяющие увеличить длину линий и каналов свыше пределов, определенных для слаботочных симметричных кабелей. Согласно требованиям стандартов максимальная длина фиксированного кабеля не должна превышать 90 метров, канала – 100 метров. Требования к горизонтальной кабельной подсистеме указанны в стандартах ANSI/TIA-568-C.0, ANSI/TIA-568-B.1, ISO/IEC 11801 Ed2.0, EN 50173-2 – EN 50173-5. В дополнение к этому, европейские стандарты определяют параметры горизонтальной подсистемы СКС для разных типов помещений: EN 50173-2 – для офисных помещений, 50173-3 – для промышленных помещений, EN 50173-4 – для жилых домов, EN 50173-5 для центров обработки данных.

Волокна с многоступенчатым профилем[]

Профиль показателя преломления обычного одномодового световода имеет ступенчатый профиль. Для такой структуры профиля сумма дисперсии материала в волноводной дисперсии при длине волны около 1300нм равна нулю.
Для современных устройств передачи данных по оптическому волокну, использующих длины волн 1550 нм или одновременную передачу сигналов на нескольких длинах волн, желательно иметь нулевую дисперсию и при других длинах волн. А для этого необходимо изменить волновую дисперсию и, следовательно, структуру профиля преломления волоконного световода. Это приводит к многоступенчатому или сегментному профилям показателя преломления. Используя эти профили, можно производить волоконные световоды, у которых длина волны с нулевой дисперсией сдвинута до 1550 нм (волокно со смещённой дисперсией) или величины дисперсии очень малы во всём диапазоне волн от 1300 нм до 1550 нм (волокно со сглаженной или компенсированной дисперсией).

Волоконно-оптические соединения

В отличии от соединения типа гнездо-штекер, которое обеспечивает электрические подключение симметричных витых пар, для прохождения света требуется точно совместить оси двух оптических волокон. Оптическое соединение включает два разъема, совмещенных и зафиксированных с помощью соединителя или адаптера. Качество оптического совмещения решающим образом зависит от точности диаметра отверстия и центровки ферулового наконечника разъема, внутри которого находится волокно, и направляющих адаптера. Отверстие в феруловом наконечнике получают с использованием высокоточных производственных процессов, чтобы гарантировать положение и фиксацию оптического волокна. Прецизионная точность выравнивания направляющих адаптера требуется для точного выравнивания и совмещения феруловых наконечников.

Хотя керамические адаптеры дороже, чем металлические или пластиковые, они обеспечивают более строгие допуски и не так чувствительны к колебаниям температуры, что обеспечивает очень малые потери мощности световых импульсов на разъемах. Точность допусков становится особенно критичной при уменьшении диаметра сердцевины. Например, смещение оси двух волокон с диаметром сердцевины 62.5 микрон на 4 микрона приводит к потере 13% мощности сигнала в соединении. Это же смещение в 9-ти микронном сердечнике одномодовых волокон могло бы привести к почти полной потере энергии света.

Различия между одномодовым и многомодовым волокном

Когда речь идет о оптоволоконных кабелях HDMI, часто обсуждают два основных типа: одномодовые и многомодовые волокна. Каждый тип имеет свои уникальные характеристики, преимущества и недостатки.

Одномодовые волокна имеют небольшую сердцевину, которая позволяет свету распространяться по прямой линии (или «моде»). Этот тип волокна известен своей высокой пропускной способностью и способностью передавать данные на большие расстояния, обычно более 500 м.. Узкая стеклянная сердцевина обеспечивает единый путь передачи света.. Однако одномодовые волокна, как правило, дороже из-за сложного производственного процесса и необходимости точного выравнивания во время установки..

С другой стороны, многомодовые волокна имеют больший диаметр сердцевины, что позволяет поддерживать несколько световых путей или мод.. Они предназначены для пробежек на короткие дистанции. и часто используются в приложениях, где требуется высокая мощность на коротких расстояниях. Хотя они обеспечивают меньшую пропускную способность по сравнению с одномодовыми волокнами, многомодовые волокна, как правило, дешевле и их проще устанавливать из-за большего размера сердцевины..

Критическая физическая разница при сравнении одномодовых и многомодовых оптоволоконных кабелей заключается в. Одномодовые волокна имеют сердечник меньшего размера, что позволяет им сохранять точность передачи каждого светового импульса на больших расстояниях. Это делает их идеальными для телекоммуникаций и кабельного телевидения, где необходима передача на большие расстояния. Напротив, более крупная жила многомодовых кабелей позволяет передавать больше данных одновременно, что делает их пригодными для установки в локальных сетях (LAN) и в центрах обработки данных.

Таким образом, выбор между одномодовыми и многомодовыми волокнами зависит главным образом от конкретного применения, требуемого расстояния передачи данных и доступного бюджета. В то время как одномодовые волокна обеспечивают превосходную производительность на больших расстояниях, многомодовые волокна обеспечивают экономически эффективное решение для приложений на коротких расстояниях.

Критерии	Одномодовое волокно	Многомодовое волокно
1. Пропускная способность	Обеспечивает высокую пропускную способность благодаря своей конструкции, допускающей только один световой путь или режим.	Имеет меньшую пропускную способность по сравнению с одномодовым волокном, поскольку поддерживает несколько световых путей или режимов.
2. Расстояние	Может передавать данные на большие расстояния, обычно более 500 м, благодаря прямолинейному распространению света.	Предназначен для пробежек на короткие дистанции, обычно менее 500 м, из-за наличия нескольких световых путей.
3. Совместимость источников света	Совместим с лазерными источниками света, которые более точны и обеспечивают передачу на большие расстояния.	Лучше всего работает со светодиодными источниками света, которые менее точны, но более экономичны и подходят для передачи на короткие расстояния.
4. Стоимость установки	Более дорогая установка из-за требований точного выравнивания и сложного производственного процесса.	Дешевле и проще в установке благодаря большему размеру сердечника.
5. Производительность	Превосходная производительность на больших расстояниях благодаря небольшому сердечнику и единственному световому пути.	Хорошая производительность на коротких расстояниях благодаря большему размеру ядра и множеству световых путей.

Main Differences Between Single Mode and Multimode Fiber

The central diameter of a single-mode optical fibre is around 8 to 10 micrometres, but the central diameter of a multimode optical fibre is approximately 50 to 62.5 micrometres.
Because single-mode optical fibres have tiny diameters, they are more difficult to handle and couple than multimode optical fibres.
In a single-mode optical fibre, the transmission of a single light beam results in reduced attenuation. However, attenuation in multimode optical fibre is greater due to many bounces of light rays.
Single-mode optical fibres are less costly than multimode optical fibres, yet, the equipment connected with single-mode optical fibres are more pricey than multimode optical fibres.
Because single-mode optical fibre has lower losses than multimode optical fibre, it can transport a specific signal across a greater range. When opposed to multimode fibre, the transfer range of single-mode fibre is roughly 50 times larger.

References

https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?uri=oe-13-6-2019
https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4811119/

Home – Networks – Single Mode vs Multimode Fiber: Difference and Comparison

Last Updated : 13 July, 2023

One request?

I’ve put so much effort writing this blog post to provide value to you. It’ll be very helpful for me, if you consider sharing it on social media or with your friends/family. SHARING IS ️

Отличия между одномодовым и многомодовым волокнами

Волокна оптической связи могут быть классифицированы как одномодовые или многомодовые в зависимости от способа, которым свет распространяется внутри них

Различия между одномодовыми и многомодовыми волокнами касаются физических свойств и возможностей передачи данных, что имеет важное значение при выборе подходящего типа волокна для определенного приложения

Одномодовое волокно

Одномодовое волокно (ОМВ) имеет очень малый диаметр сравнительно с многомодовым волокном и способно передавать только одну моду света, что означает, что свет распространяется только в одном направлении.

Основные характеристики одномодового волокна:

Малый диаметр ядра (обычно менее 10 мкм).
Высокая пропускная способность и малые потери сигнала.
Большая дальность передачи сигнала.
Высокая стоимость производства и установки.

Одномодовые волокна широко применяются в телекоммуникационной сфере, особенно для передачи больших объемов данных на большие расстояния. Они обычно используются в оптических кабелях, которые соединяют города, страны и континенты, а также в системах долгосрочной связи.

Многомодовое волокно

Многомодовое волокно (ММВ) имеет более большой диаметр ядра, что позволяет свету распространяться несколькими различными модами. В результате свет может отражаться и отражаться от стенок волокна, что создает различные пути для распространения волны.

Основные характеристики многомодового волокна:

Больший диаметр ядра (обычно около 50 мкм).
Более низкая пропускная способность и более высокие потери сигнала по сравнению с одномодовыми волокнами.
Ограниченная дальность передачи сигнала.
Более низкая стоимость производства и установки.

Многомодовые волокна находят широкое применение во многих приложениях, включая локальные вычислительные сети, локальные сети (LAN) и оптическую связь в зданиях. Они также используются в системах видеонаблюдения, медицинской диагностики и промышленных процессах.

Типы оптических разъемов

Волоконно-оптические разъемы выпускаются в различных вариантах. Традиционные волоконно-оптические разъемы представлены типами SC и ST. Эти первые типы разъемов, определенные телекоммуникационными стандартами США и Международной организации стандартизации.

Разъем ST выполнен как металлический цилиндр с байонетным соединением. Цилиндр поворачивается по направляющей и защелкивается в адаптере. Разъем ST предназначен только для совмещения одного волокна с другим одиночным волокном (симплекс).

Разъемы SC обеспечивают быструю фиксацию без поворота и могут быть использованы для соединения двух оптических волокон одновременно (дуплекс). Разъемы SC рекомендованы стандартами для новых систем благодаря возможности дуплексных соединений.

Как ST, так и SC можно устанавливать методом полировки в полевых условиях, используя эпоксидный клей для фиксации волокна и полировку для устранения дефектов скола волокна, и совмещения плоскости волокна с торцевой поверхностью ферулового наконечника.

Разъемы с малым форм-фактором относятся к семейству волоконно-оптических разъемов, обеспечивающих двойную плотность соединений на панелях по сравнению с традиционными решениями. Наиболее распространены интерфейсы LC и MT-RJ. Оба интерфейса имеют дуплексную конфигурацию, совмещаемые формы и размеры, сопоставимые с размерами интерфейса RJ-45. Разъем MT-RJ имеет совмещаемые размеры штекера и гнезда такие же, как и разъем RJ-45.

Разъем LC можно устанавливать в полевых условиях с использованием эпоксидно / полировочного метода. Разъем MT-RJ можно устанавливать в полевых условиях только при помощи сплайсов.

Основное различие между оптическими разъемами MT-RJ и LC состоит в свойствах ферула. Разъем LC обеспечивает достаточно жесткие допуски и выпускается в вариантах для одномодовых и многомодовых волокон, а разъем MT-RJ
рекомендуется только для соединения многомодовых волокон.

Новый тип ОВ разъемов это многоволоконные разъемы MPO, определенные европейским стандартом EN 61754-7 1996 года и дополнениями к нему 1999 и 2003 года, а также американским стандартом EIA/TIA-604-5 1997 года.
Существует, как правило, 4-х, 8-ми, 12-ти или 24-х волоконные разъемы. До 12 оптических волокон размещаются в один ряд, 24 волокна – в два ряда.

Однако интерфейс МРО обладает конструктивными недостатками, приводящими к повышенной величине затухания по сравнению с LC или SC. Чтобы устранить эти проблемы, компания US Conec, США, запатентовала свой вариант разъема под торговой маркой MTP. Разъем МТР обеспечивает затухание на уровне стандартных интерфейсов LC, SC. Другое преимущество разъемов MTP заключается в возможности установки или удаления центрирующих штырьков в полевых условиях, что позволяет менять тип разъема – штекер или гнездо. Это решает проблему ошибок, связанных с учетом типа совмещения при заказе кабелей.

В новых установках рекомендуется устанавливать кабели с разъемами MTP.
Появление новых технологий, таких как 40GBase-SR4 и 100GBase-SR10, использующие одновременно 8 и 20 волокон соответственно, расширяют область применения многоволоконных разъемов. Кабели с двумя разъемами MPO/MTP на концах используют как магистральные. Короткие кабельные сборки с разъемом МПО/MTP на одном конце и 6-12 дуплексными разъемами типа LC или SC на другом обеспечивают подключение магистральных кабелей к оптическим панелям.

Разница между одно- и многомодовыми оптическими кабелями

Главная / Статьи / Разница между одно- и многомодовыми оптическими кабелями

Существует два вида кабелей в волоконно-оптических линиях связи. А именно: кабель волоконно-оптический многомодовый и, соответственно, одномодовый.

Как следует из названия, по архитектуре одномодовый кабель не позволяет пропустить через себя более одного луча – моды. Таким образом, разница между одномодовым и многомодовым оптическим кабелем заключается в способе распространения по ним оптического излучения. Размер сердечника световода самый значительный признак, который может повлиять на то, одномодовый оптический кабель купить или какой-либо другой.

Меньший диаметр сердечника обеспечивает и меньшую модовую дисперсию, и как результат – возможность передачи информации на большие расстояния без использования роутеров, повторителей и ретрансляторов. Негативным фактором является то, что одномодовое волокно и электронные компоненты, которые обеспечивают передачу, прием и трансформацию данных, а также поддерживающие на должном уровнетехнические характеристики оптических кабелей, весьма дорогостоящи.

Что касается конкретных размеров, то волокно одномодового волокна имеет очень тонкий сердечник, диметр которого составляет 10 мкм и меньше. Пропускная способность кабеля варьируется в пределах от 10 Гбитс и выше.

Многомодовый оптический кабель

В отличие от одномодового многомодовый кабель позволяет пропустить через себя n-ное количество модов. Такой проводник и может содержать независимые световые пути в количестве больше одного. Однако величина диаметра сердечника способствует тому, что свет с большей вероятностью будет отражаться от поверхности внешней оболочки сердечника, а это в свою очередь увеличивает модовую дисперсию. Рассеивание луча в кабеле приводит к сокращению расстояния передачи сигнала и необходимости увеличения количества ретрансляторов.

Любой инженер, закончивший проектирование волс, как конечный результат в сети получит скорость передачи данных на уровне 2.5 гбитс. Снова возникает вопрос: «Если я куплю кабель волоконно-оптический, то какой именно стоит выбрать?» Все зависит от технических показателей и необходимого качества связи. Например, можно приобрести кабель оптический 8 волокон. В таком проводнике, как и указано, 8 волокон, которые размещены в центральном модуле.

www.volioptika.ru

Одномод или многомод, какой кабель выбрать? Что лучше?

Отвечая на вопрос какой оптический кабель лучше одномодовый или многомодовый – двух мнений быть не может. По техническим характеристикам и эксплуатационным показателям – одномодовый оптический кабель лучше, чем многомодовый. Он позволяет передавать большие объемы данных на огромные расстояния (до 40км для приложений 10GBASE и 40GBASE). Поэтому и стоимость одномодового кабеля (и оборудования для передачи данных по нему) выше, чем многомодового.

Но все же какой оптический кабель выбрать для конкретной задачи? Ниже несколько практических рекомендаций, на что можно ориентироваться при выборе типа кабеля:

прежде всего, смотрим тип используемого активного оборудования и требования (в том числе в техническом задании) it-службы заказчика или эксплуатирующей организации. и строго следуем рекомендациям производителя активного оборудования или заказчика при выборе типа кабеля и другого оптического оборудования;
при необходимости укладки кабеля на расстояния более 500м (прежде всего для магистральных соединений между удаленными крупными узлами) и для передачи большого объема данных используем только одномодовый оптический кабель;
для передачи данных в пределах одного здания между кроссовыми и серверными комнатами на разных этажах или в разных корпусах, часто имеет смысл использовать многомодовый кабель. Он дешевле и менее требователен к количеству поворотов/спусков и их радиусу;
ну а в тех ситуациях, когда нет достаточной информации об используемом активном оборудовании, длине магистральных линий и других технических данных – используйте одномодовый кабель. Точно не ошибетесь!

Кроме этого, не следует забывать, что для каждого приложения в волоконно-оптической сети рекомендуется закладывать по два волокна и предусматривать 100% резерв оптических волокон (например, если планируется передавать по оптике данные локальной сети (1), телефонии (2) и видеонаблюдения (3), то количество волокон в кабеле должно быть 3*2*100% резерв=12 волокон).

Волокна из кварцевого стекла, получившие наибольшее распространение в системах телекоммуникаций, разделяют на две основных категории – одномодовое (SM – single-mode) и многомодовое (MM – multimode). Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании линии связи. Многомодовому оптическому волокну посвящена . Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье « ».