Typy włókien optycznych: jednomodowe i wielomodowe – przyjazny przewodnik

Światłowód stanowi podstawę współczesnych sieci – od szkieletu internetowego łączącego miasta po krótkie łącza w centrach danych. Światłowód występuje w dwóch głównych kategoriach: jednomodowym i wielomodowym.

Włókno jednomodowe Charakteryzuje się małą średnicą rdzenia, wynoszącą zaledwie 9 µm, i pozwala na propagację tylko jednego modu światła. Taka konstrukcja minimalizuje straty sygnału i obsługuje aplikacje o dużej przepustowości na duże odległości. Światłowód wielomodowy ma większy rdzeń (50 µm lub 62.5 µm) i wiele trybów świecenia. Idealnie nadaje się do obserwacji na krótszych dystansach.

Czym jest światłowód?

Światłowód to cienki, elastyczny pas bardzo czystego szkła (czasem plastiku), który przesyła dane w postaci impulsów światła. Wyobraź sobie go jako maleńką, odporną na straty „rurę świetlną”. Światłowody są wykorzystywane wszędzie: w łączach internetowych i telekomunikacyjnych, w obrazowaniu medycznym i czujnikach przemysłowych.

Włókno optyczne składa się z trzech podstawowych elementów:

• rdzeń — ośrodek, w którym rozchodzi się światło (wykonany z krzemionki lub plastiku).
• Elewacje — warstwa wokół rdzenia o niższym współczynniku załamania światła, która utrzymuje światło wewnątrz całkowite odbicie wewnętrzne.
• Powłoka (bufor) — warstwa ochronna z tworzywa sztucznego, która zabezpiecza szkło przed uszkodzeniami i wilgocią.

Rodzaje rdzeni światłowodów

Istnieją dwa podstawowe typy światłowodów: jednomodowe i wielomodowe. Każdy typ nadaje się do różnych zastosowań w zależności od charakterystyki transmisji światła.

Światłowód jednomodowy (SMF)

Bardzo mały rdzeń (~8–10 µm). Niesie pierwszej Ścieżka światła (mod). Minimalizuje dyspersję i obsługuje bardzo duże odległości i bardzo duże prędkości. Idealny do dalekosiężnych łączy telekomunikacyjnych i szkieletowych.

Światłowód wielomodowy (MMF)

Większy rdzeń (50 µm lub 62.5 µm). Przenosi wielokrotność tryby światła, co może powodować dyspersję modalną i ograniczać odległość. MMF jest tańszy w realizacji i dobrze sprawdza się w przypadku krótszych odcinków, np. wewnątrz budynków lub w centrach danych.

Krótki przewodnik po kategoriach wielomodowych (OM1 → OM5)

Włókna wielomodowe są klasyfikowane od OM1 do OM5. Wyższe wartości OM oznaczają lepszą wydajność (większą szerokość pasma lub elastyczność długości fali).

OM1 i OM2

OM1 Włókna charakteryzują się średnicą rdzenia 62.5 mikrometra i pasmem 200 MHz·km przy długości fali 850 nm. Obsługują one prędkość transmisji danych 10 Gb/s na odległość do 300 metrów z tłumieniem 3.5 dB/km.

OM2 Włókna zmniejszają rdzeń do 50 mikronów, jednocześnie zwiększając pasmo do 500 MHz·km przy 850 nm. Utrzymują transmisję z prędkością 10 Gb/s, ale wydłużają maksymalny zasięg do 550 metrów z poprawionym tłumieniem 3.0 dB/km. 

OM3 i OM4

OM3 W 50 roku firma Fibers wprowadziła technologię rdzenia 2003-mikronowego zoptymalizowaną pod kątem lasera, osiągając pasmo 2000 MHz·km przy długości fali 850 nm. Obsługują one przepustowość 10 Gb/s na dystansie 1000 metrów i 40 Gb/s na dystansie do 400 metrów.

OM4 Włókna światłowodowe, znormalizowane w 2009 roku, zapewniają lepszą wydajność i większą przepustowość niż OM3. Umożliwiają transmisję 10 Gb/s na odległość do 1500 metrów i transmisję 40 Gb/s na odległość do 550 metrów, zgodnie z zasadami inżynierii. 

OM5 szerokopasmowy wielomodowy

OM5 Wprowadzone w 2017 roku światłowody wykorzystują technologię szerokopasmową wielomodową, obsługującą wiele długości fal w zakresie 850-950 nm. Umożliwiają one multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM) w celu uzyskania większej łącznej przepustowości przy użyciu mniejszej liczby światłowodów.

OM5 obsługuje transmisję dupleksową z prędkością 100 Gb/s przy użyciu dwóch do czterech długości fali. Włókna te zachowują średnicę rdzenia wynoszącą 50 mikronów, ale optymalizują dyspersję chromatyczną pod kątem pracy na dłuższych falach. Idealnie nadają się do szybkich zastosowań wymagających transmisji wielofalowej.

Klasyfikacje włókien jednomodowych: OS1 vs OS2

OS1 i OS2 Włókna OS8 mają średnicę rdzenia 9–1 µm i żółtą osłonę, ale służą różnym celom. Włókna OSXNUMX wykorzystują konstrukcję o ścisłym buforowaniu, dzięki czemu nadają się do zastosowań wewnętrznych, takich jak centra danych i sieci kampusowe.

Charakteryzują się tłumieniem ≤1.0 dB/km przy 1310 nm i obsługują odległości do 10 km przy prędkościach 10 Gb/s. Włókna OS2 wykorzystują konstrukcję z luźną tubą wypełnioną żelem do zastosowań zewnętrznych, oferując niższe tłumienie ≤0.4 dB/km przy 1310 nm i umożliwiając transmisję na odległość ponad 200 km z prędkością 100 Gb/s. 

Budowa kabla światłowodowego: ścisły bufor kontra luźna tuba

Kable światłowodowe powstają na bazie dwóch różnych metod konstrukcyjnych, z których każda jest zoptymalizowana pod kątem konkretnego środowiska i wymagań wydajnościowych.

Kabel o ścisłym buforowaniu

Kable o ścisłym buforowaniu posiadają powłokę buforową o grubości 900 μm, która bezpośrednio otacza każdy rdzeń światłowodu. Taka konstrukcja zapewnia solidną ochronę rdzenia światłowodu i płaszcza. 

Idealnie nadają się do zastosowań wewnętrznych, w tym w sieciach LAN, budynkach biurowych i lokalnych pętlach telekomunikacyjnych krótkiego zasięgu. Światłowód jednomodowy OS1 wykorzystuje konstrukcję o ścisłym buforowaniu i obsługuje prędkości transmisji danych do 10 Gb/s na dystansie do 10 km (6 mil).

Kabel w luźnej tubie

Luźna rurka Kable zawierają wiele włókien powlekanych o średnicy 250 μm umieszczonych w dużych, wytrzymałych, ponadwymiarowych tubach, wypełnionych żelem lub suchych. Włókna „pływają” w tych tubach, umożliwiając rozszerzanie się i kurczenie pod wpływem zmian temperatury, jednocześnie poprawiając ochronę przed wilgocią i naprężeniami fizycznymi.

Ze względu na gołe końce włókien konieczne jest użycie zestawów typu fan-out do ich zakończenia. Kable te są przeznaczone do zastosowań zewnętrznych, dalekosiężnych, w tym do sieci szkieletowych, układania bezpośrednio w ziemi i w trudnych warunkach. Światłowód jednomodowy OS2 wykorzystuje konstrukcję luźnej tuby, obsługując prędkości do 100 Gb/s i odległości do 200 km (124 mil).

Kluczowe cechy wydajnościowe

Wydajność światłowodu można ocenić na podstawie parametrów długości fali, szerokości pasma, tłumienia i dyspersji.

• Długości fal:Technologia SMF zazwyczaj wykorzystuje 1310 nm i 1550 nm do połączeń na duże odległości. Technologia MMF zazwyczaj wykorzystuje 850 nm (i 1300 nm) do połączeń na krótkich dystansach.
• Osłabienie: Strata sygnału na kilometr (dB/km). Im niższa, tym lepiej. SMF ma bardzo niskie tłumienie (≈0.2 dB/km przy 1550 nm). Tłumienie MMF przy 850 nm jest wyższe.
• Dyspersja: Powoduje rozprzestrzenianie się impulsów i ogranicza odległość/prędkość. Dyspersja modalna dominuje w MMF; dyspersja chromatyczna wpływa na SMF na dużych odległościach i przy wysokich przepływnościach.

Praktyczne wskazówki dotyczące wyboru odpowiedniego rodzaju włókna

• Zastosowanie jednomodowy Gdy potrzebujesz dużych odległości, przyszłościowego zabezpieczenia dla bardzo dużej przepustowości lub gdy budżet pozwala na droższe transceivery. Idealne dla sieci operatorów, długich łączy szkieletowych i połączeń między centrami danych.
• Zastosowanie wielomodowy Do krótkich odcinków wewnątrz budynków, w centrach danych lub w sieciach LAN na terenie kampusów, gdzie koszt transceivera i łatwość obsługi mają największe znaczenie, OM3/OM4 to doskonały wybór dla nowoczesnych centrów danych.
• Jeśli zamierzasz prowadzić światłowody w ciasnych przestrzeniach lub kanałach, wybierz włókna odporne na zginanie (np. warianty G657 dla SMF).

Przyszłościowe zabezpieczenie Twojej sieci

• Jeśli Twój budżet na to pozwala i spodziewasz się szybkiego rozwoju lub częstych modernizacji, rozważ trasy jednomodowe dla szkieletu — mają najdłuższy okres użytkowania.
• W przypadku łączy na terenie kampusu i wewnątrz budynków OM4 (lub OM5, gdy pożądane jest WDM) równoważy koszty i możliwość modernizacji.
• Standaryzuj złącza i procedury testowe (budżet strat, ślady OTDR), aby przyszłe ruchy/dodatki/zmiany były przewidywalne.

Typowe błędy, których należy unikać

• Mieszanie różnych typów włókien bez odpowiednich transceiverów/adapterów (np. łączenie transceiverów SMF z MMF bezmyślnie) może uniemożliwić działanie łączy.
• Niedoszacowanie strat na złączach i panelach krosowych podczas obliczania budżetu.
• Wybór starszej wersji OM1/OM2 w przypadku nowych, szybkich instalacji — późniejsza modernizacja jest kosztowna.

Zalecenia dotyczące światłowodów Seetronic

Oferta światłowodów firmy Seetronic obejmuje kable przemysłowe o niskiej stratności, gotowe do montażu, wytrzymałe wtyczki i gniazda ze stali nierdzewnej IP65/67 (2- i 4-kanałowe) oraz przydatne akcesoria (osłony przeciwkurzowe, adaptery, zestawy rozgałęźne), które są dostosowane do typowych potrzeb projektu.

Zobacz Światłowód Seetronic szczegóły produktu lub poproś o wycenę niestandardową.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są główne rodzaje włókien optycznych?

Dwa główne typy to włókna jednomodowe i wielomodowe. Włókna jednomodowe mają mały rdzeń (8–10 µm) i obsługują transmisję danych na duże odległości i z dużą prędkością. Włókna wielomodowe mają większy rdzeń (50–62.5 µm) i idealnie nadają się do transmisji na krótsze odległości, na przykład w centrach danych lub sieciach korporacyjnych.

Do czego służy światłowód jednomodowy?

Światłowód jednomodowy jest przeznaczony do zastosowań dalekosiężnych i wymagających dużej przepustowości. Obsługuje prędkości do 100,000 XNUMX GHz i jest powszechnie stosowany w telekomunikacji, sieciach szkieletowych oraz szybkich łączach danych na odległości kilku kilometrów lub większe.

Do czego służy światłowód wielomodowy?

Światłowód wielomodowy najlepiej sprawdza się w zastosowaniach krótkodystansowych, zazwyczaj poniżej 1 km. Jest szeroko stosowany w sieciach lokalnych (LAN), centrach danych i środowiskach korporacyjnych ze względu na niższe koszty transceiverów i łatwiejsze sprzęganie światła w porównaniu ze światłowodem jednomodowym.

Jakie są typy włókien OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5?

Są to włókna wielomodowe o różnych poziomach wydajności. OM1 i OM2 obsługują przepustowość do 1 Gb/s i są uważane za starsze. OM3 obsługuje przepustowość 10 Gb/s do 300 m, OM4 rozszerza ją do 550 m, a OM5 umożliwia multipleksowanie z podziałem długości fali (FDM) w celu uzyskania większej przepustowości, obsługując przepustowość do 100 Gb/s.

Czym są włókna jednomodowe OS1 i OS2?

OS1 i OS2 to klasyfikacje światłowodów jednomodowych. OS1 charakteryzuje się ścisłym buforowaniem do zastosowań wewnętrznych i tłumieniem ≤1.0 dB/km. OS2 wykorzystuje konstrukcję z luźną tubą wypełnioną żelem do zastosowań zewnętrznych, oferując niższe tłumienie (≤0.4 dB/km) i obsługując większe odległości – do 200 km przy 100 Gb/s.

Jak tłumienie wpływa na wydajność włókna?

Tłumienie mierzy utratę sygnału w funkcji odległości. Niższe tłumienie oznacza lepszą wydajność. Światłowód jednomodowy charakteryzuje się bardzo niskim tłumieniem (~0.2 dB/km przy 1550 nm), idealnym do transmisji na duże odległości. Światłowód wielomodowy charakteryzuje się wyższym tłumieniem (~10 dB/km przy 850 nm), co ogranicza jego zastosowanie do transmisji na krótszych dystansach.

Jaka jest różnica pomiędzy kablami o ścisłej tubie i kablami o luźnej tubie?

Kable o ścisłym buforowaniu posiadają powłokę ochronną wokół włókna, dzięki czemu nadają się do zastosowań wewnętrznych. Kable z luźną tubą pozwalają włóknom „unosić się” w tubach, zapewniając lepszą odporność na wilgoć i temperaturę w zastosowaniach zewnętrznych i na duże odległości.

Jak wybrać odpowiedni kabel światłowodowy?

Weź pod uwagę odległość, przepustowość, środowisko i budżet. Użyj łącza jednomodowego do połączeń dalekosiężnych i o dużej prędkości. Wybierz łącze wielomodowe do aplikacji na krótszych dystansach i wymagających niskich kosztów. Oceń również szczegółowe wymagania, takie jak typ osłony, złącza i przyszłe modernizacje sieci, aby zapewnić optymalną wydajność.

Dlaczego kabel światłowodowy jest lepszy od miedzianego?

Światłowód oferuje większą przepustowość, niższe opóźnienia i mniejsze straty sygnału na odległość w porównaniu z miedź. Obsługuje szybsze prędkości transmisji danych, jest odporny na zakłócenia elektromagnetyczne i stanowi bardziej przyszłościowe rozwiązanie dla wymagających aplikacji, takich jak przetwarzanie w chmurze i telekomunikacja.

Czym jest całkowite wewnętrzne odbicie w światłowodach?

Całkowite wewnętrzne odbicie to zasada, która pozwala światłu na przenikanie przez rdzeń światłowodu z minimalnymi stratami. Światło odbija się od granicy między rdzeniem a płaszczem, umożliwiając wydajną transmisję danych na duże odległości z prędkością bliską prędkości światła.