Одномодовое и многомодовое оптоволокно: в чём разница
Одномодовое и многомодовое оптоволокно различаются числом пространственных мод, то есть способов распространения световой волны. В рабочем диапазоне одномодовое волокно поддерживает одну такую моду, многомодовое - несколько. У них отличаются размеры сердцевины и ограничения передачи сигнала. При этом слово «многомодовое» не означает, что внутри обязательно несколько стеклянных нитей.
Что означает мода в оптоволокне
Свет обладает волновыми свойствами. Мода описывает, как её поле распределяется поперёк волокна и распространяется вдоль него. Для первого знакомства можно представить устойчивый рисунок света в сечении нити. Геометрия волокна и длина волны определяют, какие такие рисунки возможны. Newport: моды оптического волокна.
В учебных картинках моды часто заменяют лучами с разными траекториями. Это удобное упрощение, но мода не равна отдельному импульсу или сообщению. Передатчик может последовательно отправлять множество импульсов через одно и то же одномодовое волокно.
Число каналов данных тоже считают отдельно. Например, системы со спектральным уплотнением передают по одномодовому волокну каналы на разных длинах волн. Такой принцип описан в документации Cisco CWDM. Поэтому «одномодовый» и «одноканальный» не синонимы. Cisco: передача нескольких каналов по одномодовому волокну.
Одномодовое и многомодовое волокно: таблица отличий
Для обычных телекоммуникационных волокон главное геометрическое различие находится в сердцевине. У многомодового волокна она шире. Наружная стеклянная оболочка при этом может иметь тот же диаметр, поэтому общая толщина нити ещё не говорит о её классе. Corning: классы оптического волокна.
| Признак | Одномодовое | Многомодовое |
|---|---|---|
| Пространственные моды | Одна в рабочем диапазоне длин волн | Несколько |
| Сердцевина | Меньше, чем у обычного многомодового волокна | 50 или 62,5 мкм у категорий OM |
| Сокращения | SM, SMF; категории OS | MM, MMF; категории OM |
| Межмодовая дисперсия | Нет задержек между разными пространственными модами | Может расширять импульс и ограничивать передачу |
| Распространённые области применения | Сети доступа, городские и протяжённые линии | Сети зданий и центров обработки данных |
| Дальность и скорость | Зависят от оборудования и параметров линии | Зависят от категории, оборудования и параметров линии |
Запись 50/125 мкм у многомодового волокна означает диаметр сердцевины 50 мкм и стеклянной оболочки 125 мкм. Полимерное покрытие и наружная оболочка кабеля в эти числа не входят. В обозначении 62,5/125 меняется первый размер. Corning: размеры и категории многомодового волокна.
В паспорте одномодового волокна можно встретить диаметр модового поля, или MFD. Этот оптический параметр легко принять за размер сердцевины. Он описывает распределение света, часть которого выходит за пределы сердцевины, и не равен её физическому диаметру. Corning: сердцевина и диаметр модового поля.
Почему у линии нет одной дальности «по типу волокна»
Разные моды в многомодовом волокне могут приходить к приёмнику с разной задержкой. Из-за этого короткий световой импульс растягивается во времени. Явление называют межмодовой дисперсией. Когда соседние импульсы начинают перекрываться, приёмнику сложнее различить данные.
В одномодовом режиме этой причины расширения импульса нет. Но остаются другие, например хроматическая дисперсия: составляющие сигнала с разными длинами волн распространяются с разной скоростью. Ослабление света также никуда не исчезает. Поэтому отсутствие нескольких пространственных мод не снимает ограничений по длине линии. Newport: дисперсия и ослабление света.
В документации Cisco для модулей на 10 Гбит/с приведены разные условия дальности. SFP-10G-SR рассчитан на расстояние до 300 м с OM3 и до 400 м с OM4. У SFP-10G-LR на одномодовом G.652 длина линии может достигать 10 км. Это характеристики конкретных сочетаний оборудования и волокна, а не предельные расстояния всех многомодовых и одномодовых линий. Cisco: условия дальности модулей 10GBASE.
Такой пример показывает, почему в сравнении нужно называть оборудование и категорию волокна. По одной надписи «оптоволокно» или «одномод» нельзя получить ни скорость, ни рабочую длину. В документации линии учитывают ещё и потери сигнала, включая соединения. Fluke Networks: ограничения длины и потерь.
Как читать SM, MM, OS и OM
SM сокращает английское Single Mode, то есть «одномодовое». MM означает Multimode, «многомодовое». В вариантах SMF и MMF последняя буква происходит от Fiber, «волокно». Эти обозначения называют общий класс; подробности нужно искать в следующей части маркировки.
- OS1 и OS2 относятся к категориям одномодового волокна в кабельных стандартах. Цифра не означает число мод.
- OM1 - многомодовая категория с сердцевиной 62,5 мкм. У OM2, OM3, OM4 и OM5 сердцевина 50 мкм.
- OM3 и OM4 различаются требованиями к полосе пропускания при лазерном возбуждении. Полоса описывает способность передавать меняющийся сигнал, а не ширину стеклянной нити.
- G.652 и G.657 - семейства рекомендаций ITU-T для одномодового волокна. Они описывают его свойства; обозначения OS относятся к другой системе классификации.
OM5 учитывает работу в нескольких диапазонах длин волн. Больший номер категории сам по себе не ускоряет уже установленную линию: аппаратура должна использовать соответствующие возможности. Fluke Networks: категории OM и OS. Corning: многоволновые приложения OM5. ITU-T: семейство G.657.
Как отличить тип волокна по описанию
Ищите буквенную категорию и документ на конкретный материал. Цвет кабеля может помочь сориентироваться, но для проверки нужен текст маркировки. Фотография гладкой нити не сообщает её диаметр сердцевины, модовый состав или допустимые потери.
- Найдите полное обозначение на кабеле, упаковке или этикетке. Сохраните артикул, чтобы не сравнивать документы разных исполнений.
- Сверьте обозначение с паспортом. Отдельно прочитайте класс SM/MM, категорию OS/OM или рекомендацию ITU-T.
- Проверьте, к чему относится каждый диаметр: сердцевине, стеклянной оболочке, покрытию или всему кабелю.
- Если описание обещает определённую скорость и дальность, найдите условия: оборудование, категория волокна и допустимые потери линии.
Когда указан только общий тип, часть сведений ещё предстоит запросить. Например, запись MM не позволяет различить OM1 и OM4. А одинаковый наружный размер двух кабелей не доказывает, что внутри одинаковое волокно.
Частые вопросы
Что означает тип оптического волокна SM?
SM означает Single Mode, одномодовое волокно. Оно поддерживает одну пространственную моду в рабочем диапазоне длин волн. Полные параметры уточняют по обозначению и паспорту материала.
Многомодовое волокно состоит из нескольких нитей?
Нет. Несколько мод могут распространяться в одной стеклянной нити. Число физических волокон в кабеле - отдельная характеристика, которую указывают в его описании.
Одномодовое оптоволокно всегда быстрее?
По названию класса скорость определить нельзя. Например, приведённые выше одномодовый и многомодовый варианты Cisco рассчитаны на одинаковые 10 Гбит/с, но имеют разные условия дальности.
Можно ли заменить многомодовое волокно одномодовым?
Считать их взаимозаменяемыми по умолчанию нельзя. Сначала проверяют требования оборудования к типу волокна и параметры линии. Совпадение внешнего размера или формы разъёма такой проверки не заменяет.
G.657.A2 - одномодовое или многомодовое волокно?
Это одномодовое волокно семейства ITU-T G.657. Категория A2 уточняет требования внутри этого семейства, но не заменяет паспорт конкретного материала.
Что уточнить перед заказом
Сравнивая одномодовое и многомодовое волокно для своей задачи, сохраните полное обозначение и требования к материалу. Если в описании товара не хватает нужного параметра, укажите его в обращении. Общие свойства класса не подтверждают характеристики конкретной партии.
В каталоге есть карточка оптоволокна G.657.A2. В ней собраны опубликованные сведения о материале и есть переход к запросу по товару. Подробные объяснения терминов собраны в блоге. Оптоволокно G.657.A2 в каталоге. Другие статьи об оптоволокне.