Что такое одномодовый и многомодовый оптический кабель — сходства и различия

Одномодовые и многомодовые оптические кабели играют ключевую роль в современных телекоммуникационных системах, обеспечивая высокоскоростную передачу данных на большие расстояния. Понимание их основных характеристик и различий позволяет выбрать оптимальный вариант для конкретных задач, будь то создание корпоративной сети или построение глобальных инфраструктур.

Эти два типа оптических кабелей отличаются не только конструкцией, но и областью применения, что делает их выбор важным этапом в проектировании сетевых решений. В этой статье мы рассмотрим основные особенности одномодовых и многомодовых кабелей, а также их преимущества и недостатки, чтобы помочь вам сделать правильный выбор.

Под модой понимается отдельно взятый оптический луч, проходящий по кабелю. В зависимости от размера сечения провода, “внутри” будет одна или несколько таких мод. Чем шире диаметр, тем большее количество раз световой пучок будет “отталкиваться” от границ внутренней поверхности, образуя тем самым своего рода конус. Представленные типы оптоволоконных линий и считают многомодовыми.

В одномодовых же луч представляет собой одиночно идущую параллельно направлению провода прямую, нигде не преломляющуюся ни под каким углом (см. рисунок).

Ключевые различия одномодовых и многомодовых кабелей

В телекоммуникационной сфере для удобства применяются следующие унифицированные аббревиатуры:

• для одномодовых оптических кабелей – Single Mode Fiber (SMF);
• для многомодовых – Multi Mode Fiber (MMF).

Отличий по-настоящему много, и вот совокупный перечень большинства из них:

1. диаметр сердцевины у SMF – 9 микрометров, в то время, как у MMF – 50 или 62,5 мкм (разница между 50 и 62,5 мкм незаметна невооруженному глазу);
2. в целях легкого визуального отличия одномодовые кабели всегда имеют желтый цвет оболочки, а многомодовые – синий (кроме отдельных случаев – некоторые производители вместо желтого используют белый цвет, что обозначает дополнительные свойства, присущие компоненту – например, его изготовление из изгибостойкого волокна);
3. SMF – более универсальное решение по сравнению с MMF, ведь именно Single Mode позволяет передавать данные на большие расстояния (без необходимости применения дополнительных усилителей и регенераторов сигнала) – вплоть до 100 км, в то время, как самые технологичные Multi-Mode-решения обеспечат дальность связи лишь до 500 метров;
4. стоимость SMF-волокна в разы дешевле, чем MMF;
5. напротив, источник оптического излучения при применении одномода обойдется дороже, чем для многомода;
6. MMF-кабели характеризуются более высоким показателем дисперсии (рассеивания), чем SMF, что ограничивает совокупную пропускную способность (максимально допустимую скорость интернет-соединения) у первых;
7. в качестве светового источника у многомодовых используются светоизлучающие диоды или поверхностно-излучающие лазеры с вертикальным резонатором, а вот у одномодовых – это исключительно лазеры или лазерные диоды;
8. оптоизлучатели у SMF работают на длинах волн 850 и 1310 нм, в то время, как у MMF – 1310 и 1550 нм;
9. отсутствие у SMF, в отличие от MMF, разновидности дисперсии, как межмодовая, в принципе (поскольку такая дисперсия вызвана разницей маршрутов прохождения отдельных мод, а в одномодовых кабелях распространяется лишь одна мода, поэтому указанная разница исключена);
10. мультимодовые провода делятся на 4 разновидности (класса) – OM1, OM2, OM3, OM4, а сингломодовые – всего лишь на 2 (OS1 и OS2);
11. первые MMF появились в 70-х годах прошлого столетия, а вот SMF впервые были введены в коммерческое использование практически на 10 лет позже – 1980-х;
12. лишь для одномодовых волокон характерны два вида дисперсии — хроматическая и поляризационная;
13. предположительное совершенствование технологий будет именно в отношении мультимодовых проводов, чем одномодовых. Это связано с необходимостью постепенного доведения скорости передачи данных и дальности распространяемого сигнала MMF в будущие периоды по мере развития науки и техники до уровня SMF;
14. более сложный процесс монтажа и обслуживания линий связи у SMF, чем у MMF – из-за необходимости более точно позиционировать источник излучения и производить стыковку оптических компонентов друг с другом;
15. различные виды нормативных и отраслевых стандартов отличаются. Так, требования к мультимодовым оптоволокнам описываются в ISO / IEC 11801, в то время, как регламентация свойств сингломодовых осуществляется ITU-T G.652-657.

Важные сходства между одномодовыми и многомодовыми оптическими проводами

Как ни странно, но несмотря на большое количество различий, насколько же много и сходств (хотя и чуть меньше). Перечислим наиболее интересные из них:

1. данные виды проводов исполняют одно и то же функциональное предназначение – а именно, передачу мультимедийных аудиовизуальных или текстовых данных от изначального источника (сервера) к конечному пользователю посредством распространения в среде оптических сигналов;
2. диаметр оболочки что у “сингловых”, что у “мультимодовых” кабелей, одинаковый – 125 микрометров;
3. возможность использования как SMF, так и MMF, при необходимости прокладки кабеля на расстояние не более 500 метров в пределах одного здания с целью магистрального соединения узлов;
4. схожий тип конструкции – что SMF, что MMF, состоят из защитной оболочки (бронирования), изолирующей оболочки, медной фольги и медных токоведущих жил, сердцевины, самих оптических волокон;
5. при необходимости удлинения уже существующих сетей проявляется еще одно немаловажное сходство – это совместимость лишь с кабелями из своей группы – то есть нельзя подсоединить одномодовый и многомодовому, и наоборот;
6. что для синглмодовых, что для мультимодовых, характерен ступенчатый профиль показателя преломления света;
7. отсутствие принципиальных отличий в технологии сварки одномодовых и многомодовых проводов, несмотря на более критичные требования к качеству ее осуществления в отношении “сингловых” – из-за более высоких потерь на стыках у SMF, чем у MMF.

Применение одномодовых и многомодовых кабелей в зависимости от потребностей

Выбор в пользу того или иного класса зависит от двух факторов:

• необходимой к достижению пропускной способности;
• расстояния до пользователя.

Так, в случае, если нужно обеспечить скорость 10 Гбит в секунду или свыше, подойдет только SMF-провод вне зависимости от расстояния, на которое планируется передавать аудиовизуальные данные.

В то же время, при передаче данных до 1 километра перспективным видится применение MMF-волокна по следующему регламенту:

• скорость – 10 Гбит в сек. и дальность до 550 метров – используем MMF модификации OM4;
• та же скорость, но расстояние уже до 300 м. – тогда OM3.

Если же достаточно обеспечить пропускную способность на уровне 1 Гбит / сек., применяем MMF от OM2 до OM4 по таким правилам:

• до 550 метров – OM2;
• от 600 до 900 м – OM3;
• от 900 до 1100 – OM4.

Видятся следующие перспективы развития:

• стандарт OS2 у одномодовых кабелей полностью заменит OS1 (последний снимут с производства);
• в отношении мультимодовых – постепенно исчезнут провода с сечением сердцевины на 62,5 микрометра, новые сети будут проектироваться с использованием световодов полностью на 50 мкм;
• стандарты OM1 и OM2 у MMF будут полностью заменены на OM3 или OM4.