Sm оптоволокно что это

Одномодовый (SM) и многомодовый (MM) оптический кабель

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 гидрофобным 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:

Тип OB Символы позиции 3.4 таблицы 1 ТУ	Многомодовое		Одномодовое
	М	В	Е	А	Н	С
Рекомендация МСЭ-Т	G.651	—	G.652B	G.652C(D)	G.655	G.656
Геометрические характеристики
Диаметр отражающей оболочки, мкм	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1	125 ± 1
Диаметр по защитному покрытию, мкм	250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15	250 ± 15
Некруглость отражающей оболочки, %, не более	1	1	1	1	1	1
Неконцентричность сердцевины, мкм, не более	1,5	1,5	—	—	—	—
Диаметр сердцевины, мкм	50 ± 2,5	62,5 ± 2,5
Диаметр модового поля, мкм, на длине волны: 1310 нм 1550 нм	— —	— —	9,2 ± 0,4 10,4 ± 0,8	9,2 ± 0,4 10,4 ± 0,8	— 9,2 ± 0,4	— 7,7 ± 0,4
Неконцентричность модового поля, мкм, не более	—	—	0,8	0,5	0,8	0,6
Передаточные характеристики
Рабочая длина волны, нм	850 и 1300	850 и 1300	1310 и 1550	1275 ÷ 1625	1550	1460 ÷ 1625
Коэффициент затухания OB, дБ/км, не более, на длине волны: 850 нм 1300 нм 1310 нм 1383 нм 1460 нм 1550 нм 1625 нм	2,4 0,7 — — — — —	3,0 0,7 — — — — —	— — 0,36 — — 0,22 —	— — 0,36 0,31 — 0,22 —	— — — — — 0,22 0,25	— — — — 0,35 0,23 0,26
Числовая апертура	0,200 ± 0,015	0,275 ± 0,015	—	—	—	—
Ширина полосы пропускания, МГц×км, не менее, на длине волны: 850 нм 1300 нм	400 ÷ 1000 600 ÷ 1500	160 ÷ 300 500 ÷ 1000	— —	— —	— —	— —
Коэффициент хроматической дисперсии пс/(нм×км), не более, в интервале длин волн: 1285÷1330 нм 1460÷1625 нм (G.656) 1530÷1565 нм (G.655) 1565÷1625 нм (G.655) 1525÷1575 нм	— — — — —	— — — — —	3,5 — — — 18	3,5 — — — 18	— — 2,6 — 6,0 4,0 — 8,9 —	— 2,0 — 8,0 4,0 — 7,0 — —
Длина волны нулевой дисперсии, нм	—	—	1300 ÷ 1322	1300 ÷ 1322	—	—
Наклон дисперсионной характеристики в области длины волны нулевой дисперсии, в интервале длин волн, пс/нм²×км, не более	0,101	0,097	0,092	0,092	0,05	—
Длина волны отсечки (в кабеле), нм, не более	—	—	1270	1270	1470	1450
Коэффициент поляризационной модовой дисперсии на длине волны 1550 нм, пс/км, не более	—	—	0,2	0,2	0,2	0,1
Прирост затухания из-за макроизгибов (100 витков × Ø 6О мм), дБ: λ = 1550 нм/1625 нм	0,5	0,5	0,5	0,5

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.

Рекомендации разделяют волокна на три подкатегории — А, В, С, которые различаются по значениям коэффициента поляризационной модовой дисперсии, хроматической дисперсии и рабочему диапазону.

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.

Две подкатегории: A и B, которые различаются диаметром сердцевины и работоспособностью при изгибах.

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.

Рекомендация: ITU G.657.А определяет приоритет совместимости со стандартными волокнами по отношению к функциональности (с ITU-T G.652D).

Рекомендация: ITU-T G.657.В делает упор на нечувствительность к изгибам, а не на соответствие требованиям стандартов G.652.

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.

Класс канала	Затухание ММ-канала (дБ/Км)		Затухание SM-канала (дБ/Км)
850 нм	1300 нм	1310 нм	1.550 нм
OF300	2.55	1.95	1.80	1.80
OF500	3.25	2.25	2.00	2.00
OF2000	8.50	4.50	3.50	3.50

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.

Класс волокна	Диаметр сердцевины, мкм	Коэффициент широкополосности при насыщающем возбуждении, МГц х км		Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении, МГц х км
850 нм	1.300 нм	850 нм
OM 1	50 или 62.5	200	500	N/A.
OM 2	50	500	500	N/A.
OM 3	50	1.500	500	2.000

Рекомендации по выбору типа волокна

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).

Класс канала	Fast Ethernet	GigaBit Ethernet		10 GigaBit Ethernet
	100 Base T	1000 Base SX	1000 Base LX	10GBase-SR/SW
OF300	OM1	OM2	OM1* , OM2*	OM3
OF500	OM1	OM2	OM1 *, OM2 *	OS1 (OS2)
OF2000	OM1	—	OM2 Plus, ОМЗ	OS1 (OS2)

*) 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).

Параметры оптических волокон

Учитывая большую популярность оптических линий связи в последние несколько лет, основная их часть в настоящее время основана на современных одномодовых волокнах . Однако как одномодовые, так и многомодовые волокна делятся на множество типов и категорий, которые соответствуют установленным стандартам и заводским спецификациям. В статье « Многомодовые и одномодовые оптоволоконные кабели » поднимаются основные вопросы, связанные с отличием этих типов оптических волокон.

Спецификации различных видов и категорий волокон содержатся в разработанных международных стандартах. Кроме того, на местных рынках используются многочисленные заводские стандарты и спецификации.

Терминология и классификация

За международную стандартизацию в области оптоволоконной связи отвечает технический комитет 86 Международной электротехнической комиссии (IEC TC86), который определил следующие типы типов:

• Многомодовые волокна, например A1a, A1b, A1d . далее разделенные на группы (например, A1a.1 . )
• Одномодовые волокна, например, B1, B4, B6 .

• OM — оптический многомодовый
• OS — оптический одномодовый

Обозначение ОМ получило широкое распространение, в отличие от маркировки OS. В случае одномодовых вариантов более распространены названия, используемые другой международной организацией, ITU (Международный союз электросвязи), в частности, отделом, занимающимся стандартизацией решений для телекоммуникации (ITU-T).

Руководства ITU-T широко известны и используются. «Характеристики среды передачи и оптических систем» входят в стандарт G.600-G.699, оптические волокна описаны в стандарте G.650-G659. Каждая рекомендация предназначена для определенного типа волокна.

Избранные стандарты и рекомендации

Ниже приводится сводка избранных стандартов для волоконной оптики .
Стандарты ISO / IEC:

В таблице ниже представлен упрощенный обзор разновидностей многомодовых волокон, определенных стандартами IEC.

OFL * — OverFilled Launch — стандартизированный метод измерения полосы пропускания волокна, при котором источник равномерно направляет свет во все режимы многомодового волокна (светодиодный источник).

EMB ** — Effective Modal Bandwidth — эффективная модальная ширина полосы пропускания центра или смещения (лазерный источник освещает небольшую часть сердцевины волокна).

Очевидно, что развитие многомодовых волокон идет в направлении волокон, которые могут передавать все больше и больше данных. OM1 обеспечивает скорость передачи данных 10 Гбит/ с на очень короткие расстояния (до 33 метров), а OM4 позволяет передавать поток данных 100 Гбит/ с на расстояние до 150 метров. Однако, учитывая современное улучшение одномодового волокна, даже виды OM3 и OM4 будут редко использоваться.

Рекомендации ITU-T:

Такое большое количество документов является результатом стремительного развития оптоволоконной связи из-за высокого спроса на быстрые и дальние типы передачи данных. Сегодня одномодовое волокно обычно дешевле многомодового. Будущее за такими волокнами, и некоторые исключения могут существовать только в локальных системах, потому что устройства, работающие с одномодовыми оптическими волокнами, немного дороже.

Рекомендации ITU-T гораздо более строгие (или точные), чем категории характеристик передачи, определенные IEC (OS1 и OS2). Например, спецификации, требуемые OS2, выполняются волокном G.652. C , а это означает, что тип волокна G.652D обладает лучшими параметрами.

Стандарты одномодового волокна

Одномодовые волокна, соответствуют следующим стандартам:

• G.652 — определяет 4 версии (A, B, C, D). Варианты G.652. C и G652.D имеют уменьшенный пик воды (ZWP — Zero Water Peak), что позволяет применять их в диапазоне длины волны от 1310 нм до 1550 нм, поддерживая передачу с грубым мультиплексированием с разделением по длине волны (CWDM).
• G.652.D — это стандартное одномодовое волокно (SSMF), предназначенное для систем со скоростью 10 и 40 Гбит/с (благодаря уменьшенной поляризационной модовой дисперсии — PMD). В настоящее время это наиболее популярное оптоволокно.
• G.655 — определяет волокно с характеристиками, указанными на 1550 нм и 1625 нм, с ненулевой
  крутизной хроматической дисперсии в этих диапазонах длин волн. Этот тип оптического волокна может поддерживать системы дальней связи, использующие передачу с плотным мультиплексированием с разделением по длине волны (DWDM) в диапазоне длин волн от 1530 до 1625 нм.
• G.656 — волокно, предназначенное для использования в широкополосных системах, использующих DWDM и CWDM, предназначенное для работы в диапазоне длин волн от 1460 нм до 1625 нм.
• G.657 — определяет оптоволокно, которое производит более низкий уровень затухания, которое вызывается изгибами. Минимальный радиус изгиба уменьшен до 15-5 мм (в зависимости от версии). Волокно G.657A совместимо с волокнами G.652, версии G.657. B не обеспечивают 100% совместимость с другими волокнами, однако обладают уникальными механическими характеристиками, подходящими для самых требовательных установок.

Как сравнить все существующие стандарты и рекомендации?

Рекомендации ITU-T основаны на стандартах IEC, однако в некоторых версиях могут быть небольшие отличия.

Стоит упомянуть еще одну организацию, объединяющую значительную часть телекоммуникационной отрасли — Ассоциацию телекоммуникационной индустрии (TIA). Деятельность и документы организации наиболее известны в США, некоторые стандарты опубликованы раньше, чем в Европе.

• OM1 — 62,5 / 125 — IEC60793-2-10 A1b — TIA 492-AAAA
• OM2 — 50/125 — IEC60793-2-10 A1a.1 — G.651.1 — TIA 492-AAAB
• OM3 — 50/125 — IEC60793-2-10 A1a.2 — G.651.1 — TIA 492-AAAC
• OM4 — 50/125 — IEC60793-2-10 A1a.3 — TIA 492-AAAD

• G.652A, B — 9/125 — IEC60793-2-50 B1.1
• G.652C, D — 9/125 — IEC60793-2-50 B1.3
• G.655 — 9/125 — IEC60793-2-50 B4
• G.657A — 9/125 — IEC60793-2-50 B6_a1
• G.657B — 9/125 — IEC60793-2-50 B6_a2

Параметры выбранных одномодовых волокон

* Коэффициент затухания следует измерять только для более длинных участков волокон (не измерять, например, с помощью патч-кордов).

В современных системах чаще всего используется волокно G.652.D из-за его универсальности и цены. Некоторые стандарты, такие как G.653, быстро перестали использоваться из-за затрат на применение и ограничений физических свойств волокна.

Если стоит выбор, где купить оптоволоконный кабель, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.

Одномодовое кварцевое оптическое волокно

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 отдельная статья. Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье «Оптическое волокно».

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).

Отличия от многомодового волокна

В одномодовом волокне отсутствует межмодовая дисперсия, то есть уширение сигнала во времени из-за разницы в скорости распространения мод. Поэтому одномодовое волокно характеризуется очень большой величиной ширины полосы пропускания (десятки и даже сотни ТГц*км). Стандартное одномодовое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления.

Величина затухания в одномодовом оптоволокне в несколько раз меньше, чем в многомодовом и примерно в 1000 раз меньше, чем затухание в кабеле на витой паре Cat6 (данные для частоты 500 МГц).

Таким образом, одномодовое волокно позволяет передавать информацию на очень большие расстояния (до 300 км) на высокой скорости без ретрансляции (восстановления) сигнала, причем характеристики передачи определяются главным образом свойствами активного оборудования.

С другой стороны, одномодовое волокно требует большой точности при вводе излучения и при стыковке оптических волокон друг с другом, что повышает стоимость используемых волоконно-оптических компонентов (активное оборудование, соединительные изделия) и усложняет процесс монтажа и обслуживания линий.

История и классификация

Первые одномодовые волокна появились в начале 1980-х годов и, благодаря своим отличным характеристикам передачи, стали активно использоваться в протяженных линиях связи. В то же время для передачи на короткие расстояния, например, в локальных сетях, продолжалось использование многомодового волокна. Со временем, в связи с уменьшением стоимости как самого волокна, так и компонентов для него, одномодовое волокно стало завоевывать все большую популярность и в непротяженных сетях. Таким образом, сегодня кварцевое одномодовое волокно является самым распространенным типом оптического волокна для передачи информации.

Для многомодовых волокон традиционным стало деление на 4 класса (OM1, OM2, OM3, OM4), в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801. Для одномодового волокна существует похожее деление, однако оно далеко не так однозначно.

Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский стандарт EN 50173, выпущенные в 1995 году, описывали только один тип одномодового волокна, получивший обозначение OS1 (Optical Single-Mode). Величина затухания, указанная для него, составляла 1 дБ/км на длинах волн 1310 и 1550 нм. По мере увеличения скорости и дальности передачи информации, стало ясно, что оптоволокно с таким затуханием уже не отвечает необходимым требованиям. Поэтому появилась новая категория одномодового волокна, названная OS2, в котором затухание было менее 0,4 дБ/км, причем это оптическое волокно имело низкий водный пик (увеличение затухания на длине волны 1383 нм, см. рис. 2). Параметры затухания указывались для волокна, заключенного в кабель. Традиционно считалось, что OS1 следует применять в кабелях с плотным буфером (tight buffer) для внутренней прокладки, а OS2 – в кабелях со свободным буфером (loose tube) для наружной прокладки.

В дальнейшем стандарты ISO/IEC и EN несколько раз переиздавались, и в них появлялись отличия в описании волокон OS1 и OS2. Это стало причиной путаницы в этих понятиях. Однако стоит отметить, что сегодня одномодовое волокно с затуханием 1 дБ/км практически не выпускается. Поэтому, в сущности, необходимость в такой классификации отпадает. Часто производители одномодовых волокон и кабелей обозначают свои изделия как OS2.

В дальнейшем появилось еще несколько разновидностей одномодовых кварцевых волокон, характеристики которых отличаются более существенно. Эти волокна были описаны в стандартах ITU-T G.652-657, IEC 60793-2-50, TIA-492CA/TIA-492EA. Отметим некоторые из этих разновидностей, которые представляют практический интерес в телекоммуникациях. Для определенности будем пользоваться рекомендациями ITU-T, которые чаще всего используются по отношению к одномодовому оптоволокну.

Типы одномодовых волокон

1. Одномодовое волокно с несмещенной дисперсией, G.652

Наиболее распространенный тип одномодового волокна с точкой нулевой хроматической дисперсии на длине волны 1300 нм. Стандарт выделяет четыре подкласса (A, B, C и D), отличающихся своими характеристиками. Особо стоит отметить волокна G.652.C и G.652.D – они имеют низкое затухание на длине волны 1383 нм, то есть в области «водного пика», а потому могут использоваться в системах CWDM. Такие волокна еще называют «всеволновыми».

2. Одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией, G.653
(ZDSF – Zero Dispersion-Shifted Fiber)

Изменяя профиль показателя преломления, можно сдвинуть точку нулевой дисперсии в третье окно прозрачности (1550 нм), что позволяет увеличить дальность передачи сигнала при работе в этом диапазоне.

3. Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки, G.654

Этот тип волокна имеет точку нулевой дисперсии на 1300 нм. Однако благодаря чуть большему диаметру сердцевины длина волны отсечки и область минимального затухания смещены в область длин волн 1550 нм. Такое оптоволокно может использоваться для цифровой передачи на большие расстояния, например, в наземных системах дальней связи и магистральных подводных кабелях с оптическими усилителями.

4. Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией, G.655
(NZDSF – Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)

Предназначено для передачи на длинах волн вблизи 1550 нм и оптимизировано для систем DWDM. Абсолютное значение коэффициента хроматической дисперсии в этом волокне больше некоего ненулевого значения в диапазоне длин волн от 1530 нм до 1565 нм. Ненулевая дисперсия препятствует возникновению нелинейных эффектов, которые особенно вредны для DWDM систем.

5. Одномодовое волокно c ненулевой смещенной дисперсией для широкополосной передачи, G.656

Подобно волокну G.655, имеет ненулевое значение коэффициента хроматической дисперсии, но уже в диапазоне длин волн 1460-1625 нм, поэтому хорошо подходит как для систем DWDM, так и для CWDM.

6. Одномодовое волокно, не чувствительное к потерям на макроизгибе, G.657 (Bend-Insensitive)

Помимо оптических свойств, важную роль играют и механические характеристики оптоволокна, в частности, его чувствительность к изгибам. Особенно это важно при прокладке внутри помещения, где волокно часто нужно изгибать. Стандарт G.657 выделяет несколько подклассов одномодового волокна, отличающихся минимальным радиусом изгиба и соответствующей величиной потерь (на одном или нескольких витках).

Описанные стандарты оптических волокон не всегда взаимоисключают друг друга. К примеру, распространенное оптоволокно компании Corning марки SMF-28® Ultra соответствует стандартам G.652.D и G.657.A1. В то же время бывают случаи, когда оптические волокна разных типов не совместимы друг с другом.

Активные компоненты

Поскольку одномодовое волокно имеет маленький диаметр сердцевины, в качестве источников излучения для него используются узконаправленные полупроводниковые лазеры, работающие во втором и третьем окнах прозрачности кварцевого волокна. Как правило, используются следующие типы лазеров:

1) Лазер с резонатором Фабри-Перо (FP – Fabry-Perot) – простейший тип полупроводникового лазера, характеризующийся большой шириной спектра (2 нм). Широкий спектр приводит к увеличению влияния хроматической дисперсии, что ограничивает расстояние передачи сигнала.

2) Лазер с распределенной обратной связью (DFB – distributed feedback) имеет конструкцию, способствующую уменьшению ширины спектра излучения до 0,1 нм, что позволяет использовать такие лазеры в более высокоскоростных и протяженных системах.

3) Лазер с внешней модуляцией (EML – externally modulated laser). Предыдущие типы излучателей относятся к категории лазеров с внутренней (прямой) модуляцией, при которой мощность излучения модулируется непосредственно током питания лазера. В системах, где важную роль играет стабильность длины волны излучения (например, в высокоскоростных системах и в системах WDM) применяются DFB лазеры, излучение которых модулируется внешним устройством модулятором.

Применение одномодового волокна

Итак, использование одномодового кварцевого волокна позволяет осуществить передачу информационного сигнала на десятки и даже сотни километров на высокой скорости (десятки Гбит/с).

Кроме того, как уже было отмечено выше, некоторые виды одномодового волокна можно использовать в сетях со спектральным уплотнением каналов (CWDM, DWDM), когда по одному оптоволокну одновременно распространяется излучение на нескольких длинах волн, причем в обоих направлениях (рис. 3). Это позволяет увеличить скорость передачи и объем передаваемой информации еще в большей степени. Частным случаем применения спектрального уплотнения является пассивная оптическая сеть (PON), в которой информация передается на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм).

Рис. 3. Каналы CWDM и DWDM и спектр затухания одномодового волокна (сплошная линия – стандартное волокно с водным пиком на 1383 нм, пунктирная линия – волокно с низким водным пиком)

Различия, преимущества, выбор при различных сценариях SM и MM оптики.

Знание различий может помочь увеличить производительность оптоволоконной сети и избежать проблем в будущем.

Внешние различия одномода и многомода

Чтобы выбрать между одномодовым и многомодовым волокном для вашего проекта, давайте подробнее рассмотрим варианты.

Строительство

Одномодовые и многомодовые волокна различаются внешне. Одномодовый кабель имеет меньший размер ядра с диаметром около 10 мкм. Сердцевина многомодового волокна имеет диаметр 62,5 мкм или 50 мкм, разница, которую невозможно увидеть невооруженным глазом.

Диаметр кабеля многомода и одномода

С защитной оболочкой как одномодовые, так и многомодовые волокна имеют диаметр 125 мкм.

Функциональность

В одномодовом или многомодовом кабеле светопроводящая способность разная.

Что это означает и как это влияет на функциональность?

Когда свет распространяется по одномодовому волокну, его узкий размер сердцевины ограничивает отражение, что позволяет сигналу передаваться на большие расстояния без искажений.

По сравнению с одномодовым волокном, многомодовое имеет превосходную светосилу. Поскольку через сердцевину волокна может проходить больше данных, многомодовый режим работает с более широким спектром электрооптических устройств.

Сделайте свой выбор: одномодовое или многомодовое волокно

Изучив различия между одномодовыми и многомодовыми волокнами, будет легче решить, какое из них лучше всего подходит для вашего проекта. Принятие во внимание следующих соображений поможет.

Расстояние

Одномодовое волокно не ограничено расстоянием — это означает, что оно может передавать сигнал на многие километры. Напротив, многомодовое волокно лучше использовать на расстоянии меньше километра.

Вот почему это важно, когда вы выбираете между одномодовым и многомодовым волокном.

Расстояние, на котором может использоваться многомодовое волокно, зависит от бюджета оптической мощности сети и пропускной способности волокна. Первый из двух параметров, бюджет мощности или пропускная способность, при достижении своего предела определяет максимальный радиус действия сети.

Приложения с низкой пропускной способностью и низкой скоростью передачи данных (например, аналоговое видео) обычно ограничены их бюджетом оптической мощности.

На другом конце спектра находятся приложения с высокой пропускной способностью и высокой скоростью передачи данных. Модальная дисперсия — это явление, которое ограничивает эти типы сетей.

Модальная дисперсия

В многомодовом волокне сигнал рассеивается или распространяется по мере распространения. Эта «модальная дисперсия» ограничивает способность передачи информации и напрямую связана с длиной волокна: чем длиннее волокно, тем больше дисперсия.

Как упоминалось ранее, многомодовое волокно бывает двух размеров сердцевины: 62,5 мкм или 50 мкм. Меньшая сердцевина волокна обеспечивает меньшую дисперсию, поэтому волокно 50 мкм обеспечивает больший радиус действия сети, чем волокно 62,5 мкм.

Но вот что интересно. Поскольку оптическую энергию легче ввести в волокно 62,5 мкм, в сети может быть лучше использовать многомодовое волокно с большей сердцевиной, несмотря на его большую модовую дисперсию.

Расходы

Стоимость волоконно-оптической сети зависит от конструкции — опытный сетевой архитектор обладает знаниями, которые помогут определить ваши требования к оптическим сетям. Благодаря их профессиональным советам вы сможете лучше учитывать затраты при принятии решений.

Например, одномодовое волокно стоит меньше, чем многомодовое. Но одномодовые приемопередатчики и компоненты дороже и сложнее в установке, чем многомодовые.

При рассмотрении вопроса о выборе одномодового или многомодового волокна важно учитывать функциональные возможности системы, а также стоимость отдельных сетевых компонентов. В некоторых случаях лучшая функциональность может перевешивать стоимость.

Будущие обновления

Люди не могут видеть будущее, а гадалки не сильны в ИТ-предсказаниях, но это не значит, что вы не можете его предвидеть. Будет ли расширение в отдаленные районы? Возможно ли увеличение потребности в увеличении потока данных?

Задаваясь подобными вопросами, вы можете решить, какое волокно лучше всего подходит для вашего проекта в долгосрочной перспективе — одномодовое или многомодовое.

Различные волокна для различных применений

Вот несколько заключительных моментов, которые следует учитывать при выборе между одномодовым и многомодовым волокном.

Многомод хорошо подходит для:

• локальные сети
• Офисы
• Предприятия

Одиночный режим хорошо подходит для:

• Подводное применение
• Подключение удаленных офисов
• Кампусы колледжей и университетов

И последнее предостережение: одномодовые и многомодовые волокна несовместимы — вы должны выбрать одно или другое, чтобы соединить две точки.