оновлено 27/02/2023
Современные средства телекоммуникаций уже невозможно представить без оптического волокна. Начиная с 1970 г., когда компания "Corning inc." создала оптические волокна с коэффициентом затухания < 20 дБ/км, на длине волны 633 нм, оптические волокна набирают все большее распространение с постоянным улучшением своих характеристик и параметров. Так например современные волокна компании OPTOKON имеют типичные затухания в волокне 0,19 дБ/км на длине волны 1550 нм.
При изучении информации или литературы по оптическим волокнам следует различать понятия Оптическое Волокно (оптоволокно) и Оптический световод. Так ГБН В.2.2-34620942-002:2015 «Лінійно-кабельні споруди телекомунікацій. Проектування» дает такие определения:
Оптическое волокно (ОВ) - Техническое изделие, состоящее из оптического световода, защитных покрытий и маркирующей цветной оболочки.
Оптический световод - Физическая среда транспортировки оптического сигнала, состоит из сердцевины и оболочки, которые имеют разные величины показателей преломления, благодаря явлению полного внутреннего отражения дает возможность транспортировать оптические сигналы (свет), генерируемых оборудованием к которому подключено оптическое волокно.
Компания Оптокон в своих решениях использует такие наиболее распространенные типы многомодовых (MM) и одномодовых (SM) оптических волокон:
- Стандартное одномодовое волокно Singlemode G.652.D
- Волокно нечувствительное к изгибу Singlemode G.657.A&B
- Волокно с ненулевым смещением дисперсии Singlemode NZDS
- Многомодовое волокно Multimode OM1
- Многомодовое волокно Multimode OM2
- Многомодовое волокно Multimode OM3
- Многомодовое волокно Multimode OM4
- Многомодовое волокно Multimode OM5
Каждый тип одномодового волокна имеет свои особенности. В зависимости от рабочей длины волны, расстояния и архитектуры линии передачи (которая может включать в себя различные методы усиления), перед выбором необходимо принять во внимание все вышеописанные особенности.
По мере того как технологии волоконной электроники изменяются и совершенствуются, включая модуляторы, лазеры, физические преобразователи, приемопередатчики и т. д. Также будут улучшаться одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели.
Чтобы гарантировать, что вы получите именно то, что вам нужно, мы рекомендуем обратится к нашим специалистам, которые помогут спроектировать оптоволоконную систему на основе ваших бюджетов, количества сетевых клиентов и мест размещения источников данных и оборудования.
Оптические волокна - общая информация
Расстояние передачи в зависимости от типа волокна
| OM1 | OM2 | OM3 | OM4 | OM5 | OS2 | |
| 1 GbE | 275 м | 550 м | 550 м | 550 м | 550 м | 100 км |
| 10 GbE | 33 м | 82 м | 300 м | 550 м | 550 м | 40 км |
| 40 GbE | 100 м | 150 м | 150 м | 40 км | ||
| 100 GbE | 70 м | 150 м | 150 м | 10 км | ||
| 40G-SWDM4 | 240 м | 350 м | 440 м | |||
| 100G-SWDM4 | 75 м | 100 м | 150 м |
Радиус изгиба оптических волокон
Разница между OS1a (ранее OS1) и OS2
Основное различие между категориями OS1a и OS2 заключается в конструкции кабеля. Кабель SMF OS1a содержит волокна в плотном вторичном покрытии (буфере) и предназначен в основном для установки внутри помещений. Кабель SMF OS2 содержит волокна в свободной трубке и предназначен для наружных установок на большие расстояния. Волокна G.652.A / B / C / D могут быть использованы для категории OS1a, только G.652.C / D могут использоваться для категории кабеля OS2.
| OS1 | OS1a | OS2 | |
| Конструкция кабеля | Плотный буфер | Плотный буфер | Свободная трубка |
| Использование | Внутри помещений | Внутри помещений | Вне помещений |
| Стандарты оптоволокна | G.652.A/B/C/D | ||
| Затухание при 1310 нм | 1,0 дБ/км | 1,0 дБ/км | 0,4 дБ/км |
| Затухание при 1383 нм | 1,0 дБ/км | 0,4 дБ/км | |
| Затухание на длине волны 1550 нм | 1,0 дБ/км | 1,0 дБ/км | 0,4 дБ/км |
Сводная таблица основных технических характеристик многомодовых оптических волокон
| OM1 | OM2 | OM3 | OM4 | OM5 | |
| Оптические характеристики | |||||
| Коэффициент затухания кабеля со свободной трубкой (типичный / максимальный) | |||||
| на длине волны 850 нм | 2,6 / 3,5 дБ/км | 2,2 / 3,5 дБ/км | 2,2 / 3,0 дБ/км | ||
| на длине волны 1300 нм | 0,5 / 1,5 дБ/км | ||||
| Коэффициент затухания кабеля с плотным буфером (Типичный / Максимальный) | |||||
| на длине волны 850 нм | 2,6 / 3,5 дБ/км | 2,5 / 3,5 дБ/км | 2,5 / 3,0 дБ/км | ||
| на длине волны 1300 нм | 0,5 / 1,5 дБ/км | 0,6 / 1,5 дБ/км | 0,5 / 1,5 дБ/км | ||
| Длина волн с нулевой дисперсией | 1320-1365 нм | 1295-1340 нм | 1297-1328 нм | ||
| Числовая апертура | 0.275 ± 0.015 | 0.200 ± 0.015 | |||
| Эффективный групповой показатель преломления при 850 нм | 1.497 | 1.483 | |||
| Эффективный групповой показатель преломления при 1300 нм | 1.493 | 1.478 | |||
| Эксплуатационные характеристики | |||||
| Пропускная способность | |||||
| на 850 нм | ≥ 160 - ≥ 250 МГц-км | ≥ 500 МГц-км | ≥ 1500 МГц-км | ≥ 3500 МГц-км | ≥ 3500 МГц-км |
| на 953 нм | ≥ 1850 МГц-км | ||||
| на 1300 нм | ≥ 500 - ≥ 800 МГц-км | ≥ 500 МГц-км | |||
| Эффективная модальная полоса пропускания при 850 нм | ≥ 2000 МГц-км | ≥ 4700 МГц-км | |||
| Эффективная модальная полоса пропускания при 953 нм | ≥ 2470 МГц-км | ||||
| Длина передаваемого участка при скорости | 1 Гбит/с | 10 Гбит/с | |||
| на 850 нм | ≥ 300 - ≥ 500 м | ≥ 500 м | 300 м | 550 м | |
| на 850 нм | ≥ 550 - ≥ 1000 м | ≥ 500 м | 300 м | 300 м | |
| Геометрические характеристики | |||||
| Диаметр сердечника | 62,5 ± 2,5 мкм | 50 ± 2,5 мкм | |||
| Нециркулярность ядра | ≤ 5.0 % | ||||
| Ошибка концентричности сердечника/оболочки | ≤ 1 мкм | ≤ 1.5 мкм | ≤ 1 мкм | ||
| Диаметр оболочки | 125,0 ± 1,0 мкм | ||||
| Потери при макробендинге | |||||
| 100 витков, радиус кривой 37,5 мм при 850 нм | ≤ 0,5 дБ | ||||
| 100 витков, радиус кривой 37,5 мм при 1300 нм | ≤ 0,5 дБ | ≤ 0,15 дБ | |||
| 2 витка, радиус кривой 15 мм при 850 нм | ≤ 0,1 дБ | ||||
| 2 витка, радиус кривой 15 мм при 1300 нм | ≤ 0,3 дБ | ||||
| 2 витка, радиус кривой 7,5 мм при 850 нм | ≤ 0,2 дБ | ||||
| 2 витка, радиус кривой 7,5 мм при 1300 нм | ≤ 0,5 дБ | ||||
В приведённой выше таблице показаны также параметры относительно недавно стандартизированного волокна ОМ5 (Optical Multimode Category 5).
В настоящее время стандарт ISO/IEC 11801 (3-я редакция) для обозначения широкополосных оптических волокон (WBMMF - WideBand Multimode Fiber) ввел обозначение ОМ5. Характеристики волокна OM5 опубликованы в стандартах TIA-492AAAE, ІЕЕЕ 60793-2-10 издание 6 и в стандарте ANSI/ТIА-492AAAE.
Кабели с волокнами OM5 поддерживают все приложения и полностью совместимы и взаимозаменяемы с кабелями содержащими волокна OM3 и OM4.
Однако если волокна ОМ3 и ОМ4 имеют продуктивность полосы пропускания при 850 нм то волокна OM5 делают возможность внедрения технологий спектрального уплотнения на многомодовых волокнах, так как они предназначены для поддержки четырёх длин волн в диапазоне 850-950 нм, что обеспечивает оптимальную поддержку новых Shortwave Wavelength Division Multiplexing (SDWM) приложений и открывает возможность эффективной реализации каналов 200G, 400G и 800G Ethernet на базе многомодового волокна.
В продаже уже есть устройства реализующие SDWM на длинах волн 850; 880; 910; 940 нм, с канальным расстоянием 30 нм, шириной канала 14 нм и защитным расстоянием между каналами 16 нм:
Номинальные длины волн каналов, нм | |||||||
850 | 880 | 910 | 940 | ||||
начало | конец | начало | конец | начало | конец | начало | конец |
844 | 858 | 874 | 888 | 904 | 918 | 934 | 948 |
Внедрение SDWM, при использовании ОМ5, дает возможность уменьшить количество параллельных волокон, по меньшей мере, в четыре раза, используя для передачи 40 Гбит/с и 100 Гбит/с только два волокна (а не восемь) и уменьшает необходимое количество волокон для более высоких скоростей.
По мере того, как количество трафика возрастает, а стоимость оптоволоконного кабеля продолжает снижаться, нужно задуматься над переводом сетевой инфраструктуры в оптическую среду. Тем более, новые технологии требуют более высоких скоростей и более надежного подключения, оптоволокно становится идеальным решением для многих кабельных проектов. Прежде чем вы определите, что оптоволокно является правильным выбором для вашего проекта, нужно принять другое решение: вам нужно одномодовое или многомодовое волокно? Одно не превосходит другое – у каждого свое место в сетевых приложениях. Но, незнание различий может стать причиной неправильного выбора типа кабеля или использования кабеля, который несовместим с вашими оптоволоконными устройствами, что может негативно повлиять на сигнал.
Сводная таблица основных технических характеристик одномодовых оптических волокон
| G.652.D | G.657.A1 | G.657.A2 | G.657.B3 | G.655.D | G.656 | |
| Оптические характеристики | ||||||
| Коэффициент затухания Loose tube (типичный / максимальный) | ||||||
| при 1310 нм | 0,32 / 0,36 дБ/км | |||||
| при 1550 нм | 0,19 / 0,24 дБ/км | 0,23 / 0,4 дБ/км | ||||
| при 1625 нм | 0,22 / 0,26 дБ/км | 0,26 / 0,4 дБ/км | ||||
| Коэффициент затухания Tight Buffered (типичный / максимальный) | ||||||
| при 1310 нм | 0,35 / 0,40 дБ/км | 0,23 / 0,4 дБ/км | ||||
| при 1550 нм | 0,25 / 0,40 дБ/км | 0,31 / 0,4 дБ/км | ||||
| Длина волны отсечки | ≤ 1260 нм | ≤ 1450 нм | ||||
| Длина волны с нулевой дисперсией | 1302-1322 нм | 1302-1324 нм | 1300-1324 нм | |||
| Хроматическая дисперсия при 1285 ~ 1330 нм | ≤ 3,5 пс/(нм.км) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1460 ~ 1550 нм | -4,2 - 6,2 пс/(нм⋅км) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1530 ~ 1565 нм | 5,5-10,0 пс/(нм⋅км) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1550 ~ 1625 нм | 2,8-11,2 пс/(нм⋅км) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1565 ~ 1625 нм | 7.5–13.5 ps/(nm⋅km) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1550 нм | ≤ 18,0 пс/(нм.км) | |||||
| Хроматическая дисперсия при 1625 нм | ≤ 22,0 пс/(нм.км) | |||||
| Эффективный групповой показатель преломления при 1310 нм | 1.467 | |||||
| при 1550 нм | 1.468 | |||||
| при 1625 нм | 1.468 | |||||
| Коэффициент обратного рассеяния на длине волны 1310 нм | -79.2 дБ | |||||
| на длине волны 1550 нм | -81.7 дБ | |||||
| на длине волны 1625 нм | -82.5 дБ | |||||
| Геометрические характеристики | ||||||
| Диаметр модового поля при 1310 нм | 9,2 ± 0,4 мкм | 8,9 ± 0,4 мкм | 8,6 ± 0,4 мкм | |||
| при 1550 нм | 10,4 ± 0,5 мкм | 9,6 ± 0,4 мкм | 9,2 ± 0,5 мкм | |||
| Диаметр оболочки | 125,0 ± 0,7 мкм | 125,0 ± 0,7 мкм | 125,0 ± 1,0 мкм | |||
| Диаметр первичного покрытия (неокрашенное волокно) | 242 ±5 мкм | |||||
| Диаметр первичного покрытия (окрашенное волокно) | 250 ±10 мкм | |||||
| Потери при макробендинге | ||||||
| 100 витков, радиус кривой 25 мм при 1310 нм | ≤ 0,05 дБ | |||||
| 100 витков, радиус кривой 25 мм при 1550 нм | ≤ 0,05 дБ | ≤ 0,05 дБ | ||||
| 100 витков, радиус кривой 30 мм при 1625 нм | ≤ 0,05 дБ | ≤ 0,05 дБ | ||||
| 10 витков, радиус кривой 15 мм при 1550 нм | ≤ 0,25 дБ | ≤ 0,03 дБ | ||||
| 10 витков, радиус кривой 15 мм при 1625 нм | ≤ 1,00 дБ | ≤ 0,1 дБ | ||||
| 1 виток, радиус кривой 16 мм при 1550 нм | ≤ 0,05 дБ | ≤ 0,5 дБ | ||||
| 1 виток, радиус кривой 10 мм при 1550 нм | ≤ 0,75 дБ | ≤ 0,1 дБ | ≤ 0,03 дБ | |||
| 1 виток, радиус кривой 10 мм при 1625 нм | ≤ 1,50 дБ | ≤ 0,2 дБ | ≤ 0,1 дБ | |||
| 1 виток, радиус кривой 7,5 мм при 1550 нм | ≤ 0,5 дБ | ≤ 0,08 дБ | ||||
| 1 виток, радиус кривой 7,5 мм при 1625 нм | ≤ 1,0 дБ | ≤ 0,25 дБ | ||||
| 1 виток, радиус кривой 5 мм при 1550 нм | ≤ 0,15 дБ | |||||
| 1 виток, радиус кривой 5 мм при 1625 нм | ≤ 0,45 дБ | |||||
Распространение оптического электромагнитного сигнала подробно расписано в учебниках ВУЗов, различных научных трудах и описывает этот физический процесс максимально детально и по математически точно. Мы же рассмотрим принцип работы двух видов волокна в виде описания, которое будет доступно человеку который не имеет базовых знаний в оптоволоконной сфере. Это позволит понять базовые отличия этих двух сред распространения сигналов.
Конструктивные отличия
Два основных параметра оптического волокна - это светопроводящая сердцевина и светопроводящая оболочка. Для большего понимания, волокно можно сравнить с обычной трубой: стенки трубы - светоотражающая оболочка, внутреннее пространство трубы - сердцевина. Так вот у многомодового волокна диаметр внутреннего пространства довольно большой - 62,5 мкм или 50 мкм, у одномода же всего 9 мкм, то есть в несколько раз меньше. Так в многомодовом волокне сигнал состоит из многих волн, которые распространяются по довольно большому пространству, за счет этого сигнал сильнее затухает и имеет сравнительно небольшую дальность работы. В одномоде применен другой принцип - маленький диаметр сердцевины дополнен одной, но довольно мощной несущей волной, позволяет передать сигнал на расстояние до нескольких сотен километров без регенерации.
Различия в дальности сигнала
Поскольку несколько мод / световых пучков проходят по многомодовому оптоволоконному кабелю, он обеспечивает высокую пропускную способность только на коротком расстоянии. При запуске сигнала на более длинные расстояния, модальная дисперсия (искажение) становится проблемой. Обычно это выражается в характеристике «эффективная модальная полоса пропускания» волокна, которая является обратной зависимостью между шириной полосы пропускания волокна и расстоянием до него. По мере увеличения полосы пропускания дальность действия уменьшается – и наоборот - из-за эффекта модальной дисперсии.
В одномодовом волокне весь свет от импульса проходит примерно с одинаковой скоростью и приходит примерно в одно и то же время, устраняя эффекты модальной дисперсии, которые обнаружены в многомодовом волокне. Это поддерживает более высокие уровни пропускной способности с меньшими потерями сигнала на больших расстояниях. Поэтому одномодовое волокно идеально подходит для передачи сигналов на большие расстояния, например, между производственными филиалами, под водой или в удаленные офисы. По существу, для него нет ограничений по расстоянию.
Разница в стоимости
В настоящее время одномодовое волокно, как правило, дешевле, чем многомодовое, но важно также учитывать и другие ценовые факторы. Большинство волоконно-оптических систем используют приемопередатчики, которые объединяют передатчик и приемник в единый модуль, используя оптоволоконную технологию для отправки и получения данных по оптической сети. Сейчас цена многомодовых трансиверов в два-три раза ниже, чем цена одномодовых. Однако по мере снижения цен на трансиверы, одномодовый режим все чаще используется в приложениях на короткие расстояния в качестве экономически эффективного выбора.
