Одномодовое и многомодовое оптоволокно

Существуют два основных типа оптоволокна, которые прежде всего различаются размером сердцевины и способом распространения света: одномодовое и многомодовое. Выбор влияет на расстояние, скорость и стоимость. Умение выбрать подходящий тип для линии — важный навык, и на экзамене регулярно предлагают сопоставить каждый тип с его преимуществами. В этом уроке они подробно сравниваются, чтобы Вы никогда их не путали.

Мода — это путь, по которому свет может проходить внутри оптоволокна. Широкая сердцевина позволяет свету входить под разными углами, поэтому он одновременно распространяется по множеству путей, или мод. Очень узкая сердцевина фактически направляет свет по одному прямому пути — одной моде. Диаметр сердцевины — ключевое различие, определяющее название и свойства каждого типа оптоволокна.

Одномодовое оптоволокно (SMF) имеет очень тонкую сердцевину диаметром около 9 микрон, которая пропускает только один путь света. При наличии всего одной моды свет остаётся сфокусированным и чистым, поэтому проходит на очень большие расстояния — многие километры — с очень высокой пропускной способностью. В SMF используются лазерные источники света, и оно применяется в телекоммуникационных магистралях, на длинных линиях кампуса и в сетях операторов связи.

Многомодовое оптоволокно (MMF) имеет более широкую сердцевину диаметром около 50 или 62,5 микрона, позволяющую свету одновременно проходить по множеству путей. Благодаря этому его дешевле производить и с ним проще работать; кроме того, оно хорошо сочетается с недорогими источниками света LED или VCSEL. Однако множество путей ограничивает расстояние, поэтому MMF подходит для более коротких линий, например внутри здания или центра обработки данных, обычно на расстоянии до нескольких сотен метров.

Почему многомодовое оптоволокно работает на меньших расстояниях? Из-за модовой дисперсии. Свет, проходящий по разным путям, прибывает с немного разным временем, поэтому чёткий импульс постепенно растягивается и размывается, пока приёмник не перестаёт уверенно его распознавать. В одномодовом оптоволокне фактически существует один путь, поэтому импульсы сохраняют чёткость гораздо дольше. Модовая дисперсия — главная причина различия в дальности передачи.

Многомодовое оптоволокно подразделяется на категории OM — OM1, OM2, OM3, OM4 и OM5. Чем выше номер, тем большую пропускную способность и дальность поддерживает волокно. OM3 и OM4 часто используются для линий со скоростью 10 гигабит в секунду и выше в центрах обработки данных и обычно имеют цвет аква. Одномодовое оптоволокно обычно покрыто оболочкой жёлтого цвета. Цветовая маркировка помогает специалистам сразу отличать их друг от друга.

Запомните основные различия:

• Одномодовое — тонкая сердцевина, лазерный источник, большие расстояния, более высокая стоимость, жёлтая оболочка.
• Многомодовое — более широкая сердцевина, источник LED/VCSEL, меньшие расстояния, более низкая стоимость, оболочка цвета аква или оранжевого.

Одномодовое оптоволокно выигрывает по дальности и пропускной способности, а многомодовое — по стоимости на коротких линиях.

Как ни странно, одномодовый кабель может стоить столько же, сколько многомодовый, однако одномодовые трансиверы и лазеры дороже из-за требований к точности. Более дешёвая оптика многомодового оптоволокна делает его выгодным для множества коротких линий внутри здания. Поэтому решение о стоимости на самом деле зависит от оптики и расстояния, а не только от самого стекла — это тонкость, которую могут проверить на экзамене.

Простое правило таково: используйте одномодовое оптоволокно для больших расстояний (между зданиями, через город, в телекоммуникациях) и многомодовое для коротких расстояний (внутри здания или центра обработки данных). Никогда не соединяйте напрямую одномодовый и многомодовый сегменты: их сердцевины не совпадают, поэтому линия выйдет из строя или будет работать плохо. На всём протяжении линии согласуйте тип оптоволокна, трансиверы и разъёмы.

Два типа оптоволокна используют разные источники света. В одномодовом оптоволокне применяются точные сфокусированные лазеры, вводящие свет в очень тонкую сердцевину. В многомодовом обычно используются более дешёвые LED или VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers), подходящие для более широкой сердцевины. Такое сочетание — одна из причин более высокой стоимости одномодовой оптики; кроме того, трансивер рассчитан на определённый тип оптоволокна, поэтому нельзя произвольно установить многомодовый модуль в одномодовую линию.

На практике провайдер связи прокладывает одномодовое оптоволокно через весь регион до Вашего района; в центре обработки данных многомодовое OM4 соединяет коммутаторы стоек, расположенные в нескольких метрах друг от друга; кампусная сеть связывает два удалённых здания одномодовым оптоволокном. Распознавание таких ситуаций помогает отвечать на вопросы с описанием сценария, где расстояние и условия явно указывают на один тип оптоволокна, а не на другой.

Проверьте свои знания о типах оптоволокна.

Вы сравнили два типа оптоволокна. Одномодовое имеет тонкую сердцевину и один путь света, использует лазеры и передаёт данные на большие расстояния с высокой пропускной способностью — идеально подходит для магистралей и линий между зданиями. Многомодовое имеет более широкую сердцевину с множеством путей света, использует более дешёвую оптику LED/VCSEL и подходит для коротких линий, поскольку модовая дисперсия размывает его импульсы на больших расстояниях. Многомодовое оптоволокно подразделяется на категории OM, причём часто используются OM3 и OM4; одномодовое обычно жёлтое, а многомодовое часто цвета аква. Сопоставляйте расстояние и условия эксплуатации с типом оптоволокна.