Многомодовое оптоволокно
Многомодовое оптическое волокно — это тип оптического волокна, который в основном используется для связи на коротких расстояниях, например, внутри здания или на территории кампуса. Многорежимные каналы могут использоваться со скоростью передачи данных до 800 Гбит/с. Многомодовое волокно имеет довольно большой диаметр сердцевины несколько световых мод , что позволяет распространять и ограничивает максимальную длину линии передачи из-за модовой дисперсии . Стандарт G.651.1 определяет наиболее широко используемые формы многомодового оптического волокна.
Приложения
[ редактировать ]Оборудование, используемое для связи по многомодовому оптическому волокну, дешевле, чем оборудование для одномодового оптического волокна . [1] Типичные ограничения скорости передачи и расстояния составляют 100 Мбит/с для расстояний до 2 км ( 100BASE-FX ), 1 Гбит/с до 1000 м и 10 Гбит/с до 550 м. [2]
Из-за своей высокой пропускной способности и надежности многомодовое оптоволокно обычно используется для магистральных сетей в зданиях. Все большее число пользователей используют преимущества оптоволокна ближе к пользователю, прокладывая оптоволокно до рабочего стола или зоны. Соответствующие стандартам архитектуры, такие как централизованная кабельная система и оптоволокно до телекоммуникационного корпуса, предлагают пользователям возможность использовать возможности оптоволокна на расстоянии, централизуя электронику в телекоммуникационных помещениях, а не размещая активную электронику на каждом этаже.
Многомодовое волокно используется для передачи световых сигналов к миниатюрному оптоволоконному спектроскопическому оборудованию (спектрометрам, источникам и аксессуарам для отбора проб) и от него и сыграло важную роль в разработке первого портативного спектрометра.
Многомодовое волокно также используется, когда по оптическому волокну должна передаваться высокая оптическая мощность, например, при лазерной сварке .
Сравнение с одномодовым волокном
[ редактировать ]
Основное различие между многомодовым и одномодовым оптическим волокном заключается в том, что первое имеет гораздо больший диаметр сердцевины , обычно 50–100 микрометров, что намного больше, чем длина волны передаваемого по нему света. Из-за большой сердцевины, а также возможности большой числовой апертуры многомодовое волокно имеет более высокую светособирающую способность, чем одномодовое волокно. С практической точки зрения, больший размер ядра упрощает соединения, а также позволяет использовать более дешевую электронику, такую как светоизлучающие диоды (LED) и лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL), которые работают на длинах волн 850 нм и 1300 нм. (одномодовые волокна, используемые в телекоммуникациях, обычно работают на длине волны 1310 или 1550 нм). [3] ). многомодовом волокне Однако по сравнению с одномодовыми волокнами предел произведения ширины полосы пропускания на расстояние в ниже. Поскольку многомодовое волокно имеет больший размер сердцевины, чем одномодовое, оно поддерживает более одной моды распространения ; следовательно, он ограничен модовой дисперсией , а одномодовый - нет.
Светодиодные источники света, которые иногда используются с многомодовым волокном, создают диапазон длин волн, каждая из которых распространяется с разной скоростью. Эта хроматическая дисперсия является еще одним ограничением полезной длины многомодового оптоволоконного кабеля. Напротив, лазеры, используемые для управления одномодовыми волокнами, производят когерентный свет одной длины волны. Из-за модовой дисперсии многомодовое волокно имеет более высокие скорости расширения импульсов, чем одномодовое волокно, что ограничивает пропускную способность многомодового волокна.
Одномодовые волокна часто используются в высокоточных научных исследованиях, поскольку ограничение распространения света только одной модой позволяет сфокусировать его в интенсивное пятно с ограниченной дифракцией .
Цвет оболочки иногда используется, чтобы отличить многомодовые кабели от одномодовых. Стандарт TIA-598C рекомендует для невоенных применений использовать желтую оболочку для одномодового волокна и оранжевую или голубую оболочку для многомодового волокна, в зависимости от типа. [4] Некоторые производители используют фиолетовый цвет, чтобы отличить более эффективное коммуникационное волокно OM4 от других типов. [5]
Типы
[ редактировать ]Многомодовые волокна характеризуются диаметром сердцевины и оболочки . Таким образом, многомодовое волокно 62,5/125 мкм имеет размер сердцевины 62,5 микрометра (мкм) и диаметр оболочки 125 мкм. Переход между сердцевиной и оболочкой может быть резким, который называется ступенчатым профилем , или постепенным переходом, который называется градиентным профилем . Оба типа имеют разные характеристики дисперсии и, следовательно, разные эффективные расстояния распространения. [6] Многомодовые волокна могут быть построены как со ступенчатым , так и со ступенчатым профилем . [7]
Кроме того, многомодовые волокна описываются с использованием системы классификации, определенной стандартом ISO 11801 — OM1, OM2 и OM3 — которая основана на модальной полосе пропускания многомодового волокна. OM4 (определенный в TIA-492-AAAD) был завершен в августе 2009 г. [8] и был опубликован в конце 2009 года TIA . [9] Кабель OM4 поддерживает каналы длиной 125 м со скоростью 40 и 100 Гбит/с. Буквы OM означают «оптический многомодовый».
В течение многих лет многомодовое волокно 62,5/125 мкм (OM1) и обычное 50/125 мкм (OM2) широко применялось в жилых помещениях. Эти волокна легко поддерживают приложения от Ethernet (10 Мбит/с) до гигабитного Ethernet (1 Гбит/с) и благодаря относительно большому размеру ядра идеально подходят для использования со светодиодными передатчиками. В новых развертываниях часто используется оптимизированное для лазера многомодовое волокно 50/125 мкм (OM3). Волокна, соответствующие этому обозначению, обеспечивают достаточную пропускную способность для поддержки 10-гигабитного Ethernet на расстоянии до 300 метров. Производители оптического волокна значительно усовершенствовали свой производственный процесс с момента выпуска этого стандарта, и теперь можно производить кабели с поддержкой 10 GbE на расстоянии до 400 метров. Многомодовое волокно, оптимизированное для лазера (LOMMF), предназначено для использования с VCSEL 850 нм.
Оптоволокно более старого класса FDDI, OM1 и OM2 можно использовать для 10 Gigabit Ethernet через 10GBASE-LRM. Однако для этого требуется, чтобы интерфейс SFP+ поддерживал электронную компенсацию дисперсии (EDC), поэтому не все коммутаторы, маршрутизаторы и другое оборудование могут использовать эти модули SFP+.
Переход на LOMMF/OM3 произошел по мере перехода пользователей на более скоростные сети. Светодиоды имеют максимальную скорость модуляции 622 Мбит/с. [ нужна ссылка ] поскольку их невозможно включить/выключить достаточно быстро для поддержки приложений с более высокой пропускной способностью. VCSEL способны осуществлять модуляцию со скоростью более 10 Гбит/с и используются во многих высокоскоростных сетях.
Некоторые скорости Gigabit Ethernet 200 и 400 (например, 400GBASE-SR4.2 ) используют мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) даже для многомодового оптоволокна. [10] что выходит за рамки спецификации для OM4 и ниже. В 2017 году OM5 был стандартизирован TIA и ISO для WDM MMF, определяя не только минимальную модальную полосу пропускания для 850 нм, но и кривую, охватывающую диапазон от 850 до 953 нм.
Кабели иногда можно отличить по цвету оболочки: для 62,5/125 мкм (OM1) и 50/125 мкм (OM2) рекомендуются оранжевые оболочки, а голубой цвет . для волокон 50/125 мкм, «оптимизированных под лазер» OM3 и OM4, рекомендуется использовать [4] Некоторые поставщики оптоволокна используют фиолетовый цвет для обозначения «OM4+». OM5 официально окрашен в салатовый цвет .
Профили мощности VCSEL, наряду с изменениями однородности волокна, могут вызвать модовую дисперсию, которая измеряется дифференциальной модовой задержкой (DMD). Модальная дисперсия вызвана разной скоростью отдельных мод в световом импульсе. В результате световой импульс распространяется на расстояние, создавая межсимвольную интерференцию . Чем больше длина, тем больше модальная дисперсия. Для борьбы с модовой дисперсией LOMMF изготовлен таким образом, чтобы исключить изменения в волокне, которые могут повлиять на скорость распространения светового импульса. Профиль показателя преломления улучшен для передачи VCSEL и для предотвращения расширения импульса. В результате волокна сохраняют целостность сигнала на больших расстояниях, тем самым максимально увеличивая полосу пропускания.
Сравнение
[ редактировать ]| Цвет и категория куртки | Минимальная модальная пропускная способность 850/953/1300 нм [б] |
Быстрый Ethernet 100BASE-FX | 1 Гб (1000 Мб) Ethernet 1000BASE-SX | 1 Гб (1000 Мб) Ethernet 1000BASE-LX | Ethernet 10 ГБ 10GBASE-SR | 10 Гбит Ethernet 10GBASE-LRM (требуется EDC) | 25 ГБ Ethernet 25GBASE-SR | 40 Гб Ethernet
40GBASE-SWDM4 |
Ethernet 40 ГБ 40GBASE-SR4 | Ethernet 100 ГБ 100GBASE-SR10 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ФДДИ (62,5/125) | 160 / – / 500 МГц·км | 2000 м [11] | 220 м [12] | 550 м [13] ( требуется патч-корд для согласования режима ) [14] [15] | 26 м [16] | 220 м [17] | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | |
| ОМ1 (62,5/125) | 200/–/500 МГц·км | 275 м [12] | 33 м [11] | 220 м | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | |||
| ОМ2(50/125) | 500 / – / 500 МГц·км | 550 м [2] | 82 м [2] | 220 м | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | Не поддерживается | |||
| OM3 (50/125) *Лазерная оптимизация* | 1500/–/500 МГц·км | 550 м (не следует использовать патч-корд для согласования режима.) [14] | 300 м [11] | 220 м | 70 м | 240 м [18]
Дуплекс ЛК |
100 м [2]
(330 м QSFP+ eSR4 [19] ) |
100 м [2] | |||
| OM4 (50/125) *Оптимизирован для лазера* | 3500/–/500 МГц·км | 400 м [20] | >220 м | 100 м | 350 м [18]
Дуплекс ЛК |
150 м [2]
(550 м QSFP+ eSR4 [19] ) |
150 м [2] | ||||
| OM5 (50/125) «Широкополосный многомодовый» для коротковолнового WDM [21] | 3500/1850/500 МГц·км | >220 м | 100 м | ||||||||
Окруженный поток
[ редактировать ]Стандарт IEC 61280-4-1 (теперь TIA-526-14-B) определяет объемный поток , который определяет размеры впрыска тестового света (для различных диаметров волокна), чтобы убедиться, что сердцевина волокна не переполнена или недостаточно заполнена, чтобы обеспечить возможность более воспроизводимые (и менее изменчивые) измерения потерь на линии связи. [22]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ассоциация телекоммуникационной отрасли. «Многомодовое волокно для корпоративных сетей» . Архивировано из оригинала 4 июня 2009 года . Проверено 4 июня 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Фурукава Электрик Северная Америка. «OM4 — новое поколение многомодового волокна» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 апреля 2014 года . Проверено 16 мая 2012 г.
- ^ ARC Electronics (1 октября 2007 г.). «Учебное пособие по оптоволоконному кабелю» . Архивировано из оригинала 23 октября 2018 года . Проверено 4 марта 2015 г.
- ^ Jump up to: а б «Цветовые коды оптоволоконных кабелей» . Технические темы . Ассоциация оптоволокна . Проверено 17 сентября 2009 г.
- ^ Кроуфорд, Дуэйн (11 сентября 2013 г.). «Кто такая Эрика Вайолет и что она делает в моем центре обработки данных?» . Технические темы . Бельден . Проверено 12 февраля 2014 г.
- ^ Британская ассоциация оптоволоконной промышленности. «Оптические волокна» (PDF) . Проверено 9 апреля 2011 г.
- ^ «Обзор оптоволокна» . Проверено 23 ноября 2012 г.
- ^ «Отчет о заседании №14» (PDF) . Ассоциация телекоммуникационной отрасли.
- ^ Киш, Пол (1 января 2010 г.). «Приближается оптоволокно следующего поколения» . # Кабельные сетевые системы . Группа деловой информации.
- ^ IEEE 802.3, пункт 150.
- ^ Jump up to: а б с Компания Hewlett-Packard Development, LP (2007 г.). «Техническое описание 100BASE-FX» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 октября 2012 года . Проверено 20 ноября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б IEEE 802.3-2012, пункт 38.3.
- ^ Оптические характеристики IEEE 802.3 38,4 от PMD до MDI для 1000BASE-LX
- ^ Jump up to: а б Cisco Systems, Inc (2009 г.). «Примечания по установке патч-корда Cisco с согласованием режима» . Проверено 20 февраля 2015 г.
- ^ Как и во всех многомодовых оптоволоконных соединениях, сегмент MMF патч-корда должен соответствовать типу волокна в кабельной системе (пункт 38.11.4).
- ^ «Техническое описание модулей Cisco 10GBASE X2» . Циско . Проверено 23 июня 2015 г.
- ^ «Что такое трансивер 10GBASE-LRM и зачем он мне?» . ЦБО ГмбХ . Проверено 3 декабря 2019 г.
- ^ Jump up to: а б «Оптический трансивер 40GE SWDM4 QSFP+ | Finisar Corporation» . www.finisar.com . Проверено 6 февраля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б «Увеличенная досягаемость 40G с возможностью подключения OM3/OM4 кабельных систем Corning к приемопередатчику Avago 40G QSFP+ eSR4» (PDF) . Корнинг. 2013 . Проверено 14 августа 2013 г.
- ^ «ИИЭЭЭ 802.3» . Проверено 31 октября 2014 г.
- ^ «TIA обновляет стандарт кабельной системы центров обработки данных, чтобы идти в ногу с быстрым развитием технологий» . ТИА. 9 августа 2017 года . Проверено 27 августа 2018 г.
- ^ Гольдштейн, Сеймур. «Окруженный поток улучшает измерения потерь в испытательном оборудовании» . Монтаж и обслуживание кабелей . Проверено 1 июня 2017 г.
- Force, Inc. (14 апреля 2005 г.). «Типы оптического волокна» . Архивировано из оригинала 12 октября 2007 года . Проверено 17 апреля 2008 г.
- Хейс, Джим; Карен Хейс (22 марта 2008 г.). «Руководство Ленни Лайтвейва по оптоволокну» . Проверено 4 июня 2008 г.
- Международный инженерный консорциум. «Волоконно-оптические технологии» . Архивировано из оригинала 13 февраля 2009 года . Проверено 4 июня 2008 г.
- Ассоциация телекоммуникационной отрасли. «Многомодовое волокно для корпоративных сетей» . Архивировано из оригинала 4 июня 2009 года . Проверено 4 июня 2008 г.
- Ассоциация телекоммуникационной отрасли (сентябрь 2008 г.). «Выбор правильного многомодового волокна для передачи данных» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 6 января 2009 г. Проверено 17 ноября 2008 г.
- Компания Hewlett-Packard Development, LP (2007 г.). «Техническое описание 100BASE-FX» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 октября 2012 года . Проверено 20 ноября 2012 г.