Одномодовое и многомодовое волокно, особенности и отличия

23.08.2021

В современных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) и оптоволоконных информационных сетях применяются оптические кабели с одномодовыми и многомодовыми волокнами. Данные типы оптоволокна отличаются по конструкции, характеристикам и функциональным возможностям, что определяет особенности их применения. В этой статье подробно рассмотрим особенности и отличия одномодовых и многомодовых волокон.

На страницах каталога АО «Компонент» представлен широкий выбор качественных одномодовых и мультимодовых волоконно-оптических кабелей по доступным ценам, изготовленных на собственном высокотехнологичном производстве.

Отличия конструкции одномодового и многомодового волокна

Для лучшего понимания конструкции одномодового и многомодового оптоволокна можно представить себе длинный стеклянный стержень, состоящий из сердцевины и оболочки. Продуманное конструктивное решение позволяет создать две физические среды с различными показателями преломления света и обеспечить прохождение световых лучей внутри пространства сердцевины и их полное отражение от границы с оболочкой.

Диаметр сердцевины одномодового волокна составляет 9 микрометров, а многомодового — 50 или 62,5 микрометра. Диаметр оболочки в обоих вариантах равен 125 микрометров. Оболочка покрывается тонким слоем специального лака, улучшающего эксплуатационные параметры оптоволокна.

Оптические волокна изготавливаются из кварцевого стекла, в отдельных случаях из фторцирконата, фторалюмината или халькогенидного стекла. Перспективным направлением считается использование оптоволокна из пластика. Для изготовления сердцевины применяется полиметилметакрилат, а оболочки — фторполимеры.

Распространение света в одномодовом и многомодовом волокне

Световое излучение, формируемое лазерным передатчиком, вводится в стекловолокно двумя способами:

• под нулевым углом — одномодовое волокно. Образуется единственная мода, распространяющаяся строго по оси сердцевины без отражений от границы раздела сред;
• под небольшим углом — многомодовое волокно. Возникают несколько мод, движущихся по разнообразным траекториям с многократными переотражениями от оболочки и достигающих приемника неодновременно.

Ввод светового излучения в стекловолокно

Под модой подразумевается траектория перемещения светового луча по оптическому стекловолокну. Моды характеризуются фазовой и групповой скоростью. Групповая — это скорость переноса энергии, а фазовая — скорость движения волновой фазы.

Влияние дисперсии и способы ее уменьшения

На качество сигналов, передаваемых по оптоволоконному световоду, сильно влияет дисперсия, представляющая собой рассеяние во времени спектральной или модовой составляющей сигналов. В результате, увеличивается длительность выходных импульсов, которая диктует большие интервалы между передаваемыми сигналами, что значительно ограничивает пропускную способность канала.

Существуют три вида дисперсии:

• межмодовая — возникает из-за различного времени прохождения мод по волокну. Актуальна только для многомодового стекловолокна;

• хроматическая — появляется из-за зависимости групповой скорости моды от длин волн;

• поляризационная — возникает из-за различия скоростей ортогонально поляризованных компонент моды в одномодовом стекловолокне, приводящего к их разделению на выходе.

Отрицательное влияние дисперсии нейтрализуются при помощи изготовления оптоволокна с разным профилем показателей преломления:

• ступенчатый — скачкообразные изменения параметров преломления. Рекомендован для изготовления одномодового волокна. При применении этого профиля в мультимодовом оптоволокне наблюдается межмодовая дисперсия, ограничивающая пропускную способность;

• градиентный — постепенное возрастание показателей преломления. Возникающая рефракция уменьшает дисперсию, сохраняя начальную форму сигналов. Применяется при производстве обоих типов оптоволокна. Минимизирует межмодовую дисперсию в мультимодовом стекловолокне.

Помимо этого, производится одномодовое волокно параметрами, оптимизированными для уменьшения дисперсии:

• с несмещенной дисперсией — оптимизировано для области 1310 нм, характеризующейся нулевой хроматической дисперсией;
• со смещенной дисперсией — оптимизировано для области 1550 нм. Смещение нулевой дисперсии в рабочее окно, имеющее минимальное затухание;
• с ненулевой смещенной дисперсией — оптимизировано для области 1550 нм. Смещение нулевой дисперсии за пределы рабочего диапазона оптических усилителей EDFA.

Методы борьбы с дисперсией позволяют добиться улучшения характеристик световых импульсов и повышения скорости передачи волоконно-оптических сетей.

Сравнение характеристик одномодового и многомодового волокна

Сравним основные параметры одномодовых и многомодовых волокон, влияющие на сферу их применения:

Параметр	Одномодовое волокно		Многомодовое волокно
	1310 нм	1550 нм	850 нм	1300 нм
Дальность передачи без усиления и регенерации сигнала, км	100		0,5
Максимальная пропускная способность, Гбит/с	до 2000		до 10
Затухание, дБ/км	0,35	0,2	2,7	0,75
Стоимость волокна	дешевле		дороже
Стоимость источника излучения	дороже		дешевле

Можно сделать вывод, что одномодовое волокно оптимально использовать на магистральных ВОЛС и строительства высокоскоростных информационных сетей любого масштаба. Мультимодовое оптоволокно разумно применять на небольших расстояниях при создании локальных кабельных систем.

Классификация одномодового и многомодового волокна

Рассмотрим классы оптического оптоволокна, которые обязательно необходимо учитывать при подборе оптоволоконных кабелей для реализации своего проекта.

1. Классы многомодового волокна по коэффициенту широкополосности.

Класс	Размер сердцевина/оболочка, мкм	Коэффициент широкополосности, МГц/км		Комментарий
		850 нм	1300 нм
ОМ 1	62,5/125	200	500	Модернизация существующих кабельных систем. Не рекомендовано для нового строительства.
ОМ 2	50/125	500	500	Сети с пропускной способностью до 1 Гбит/с, дальность до 550 м.
ОМ 3	50/125	1500	500	Оптимизация под лазерные передатчики. Сети с пропускной способностью до 10 Гбит/с, дальность до 300 м.
ОМ 4	50/125	3500	500	Оптимизация под лазерные передатчики. Сети с пропускной способностью до 10 Гбит/с, дальность до 550 м.

2. Классы одномодового волокна.

Характеристики/Класс	OS1	OS2
Стандарт	ITU-T G.652 A/B/C/D	ITU-T G.652 C/D
Рабочая дальность, км	10	100
Затухание, дБ/км	1	0,25
Максимальная пропускная способность	до 10 Гбит/с	до 200 Тбит/с
Особенности	более плотная оболочка

Где купить качественный волоконно-оптический кабель с одномодовым и многомодовым волокном?

Обращайтесь в АО «Компонент» при необходимости покупки качественного волоконно-оптического кабеля с одномодовым и многомодовым волокном по разумной цене. Специалисты компании с удовольствием помогут вам подобрать оптимальный вариант с учетом специфики и технических условий проекта.