Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых импульсов через стеклянные сердечники, а разъемы обеспечивают съемные прецизионные интерфейсы, соединяющие оптические каналы. Вместе они определяют вносимые потери, обратные потери, пропускную способность и расстояние передачи каждой оптоволоконной сети - от линий доступа FTTH до магистралей центров обработки данных 400G/800G. В этой статье рассказывается о том, как работает оптоволоконная передача, основные типы кабелей и разъемов, наиболее важные параметры производительности, а также практические инженерные соображения по установке и обслуживанию.
Как работает передача по оптоволоконному кабелю
Оптическое волокно передает данные посредством полного внутреннего отражения световых сигналов внутри сердцевины на основе кремнезема-. Стандартное волокно состоит из трех слоев: сердцевины, несущей свет; оболочка, имеющая более низкий показатель преломления для удержания света внутри сердцевины; и полимерное покрытие, защищающее стекло от механических воздействий и вредного воздействия окружающей среды.
В отличие от медных кабелей, оптические волокна невосприимчивы к электромагнитным помехам (EMI) и радиочастотным помехам (RFI), демонстрируют чрезвычайно низкое затухание сигнала и поддерживают гораздо большую полосу пропускания. Одномодовое волокно, работающее на длине волны 1550 нм, обычно теряет всего около 0,2 дБ/км -, обеспечивая передачу на десятки или даже сотни километров без регенерации. Эти характеристики делают оптическое волокно единственной жизнеспособной средой для связи на больших-расстояниях, высокой-скорости и большой-емкости. Подробнее оматериалы и конструкция оптоволоконного кабеля, смотрите наше подробное руководство.
Типы оптоволоконных кабелей: одномодовый-модовый и многомодовый-модовый
Волоконно-оптические кабели делятся на две категории в зависимости от того, как свет распространяется по сердцевине: одномодовое-волокно (SMF) и много-модовое волокно (MMF). Каждый из них удовлетворяет определенным требованиям к расстоянию и пропускной способности.
Одномодовое оптоволокно-(SMF)
Одномодовое-волокно имеет диаметр сердцевины всего 9 мкм и поддерживает только одну моду передачи света. Его коэффициент затухания низкий -, обычно 0,18–0,25 дБ/км на длине волны 1550 нм -, что обеспечивает передачу на большие-расстояния от 10 км до значительно более 100 км. Наиболее распространенные типы SMF, определяемыеСтандарты МСЭ-Твключать:
- G.652D- Стандартное одномодовое-волокно. Он устраняет пик воды на длине волны 1383 нм, поддерживает CWDM в окне 1310–1625 нм и достигает PMD ниже 0,2 пс/√км. G.652D используется по умолчанию для магистральных сетей, городских сетей и передачи данных на дальние расстояния.
- G.655- Волокно с не-нулевой дисперсией-смещенным кабелем, первоначально разработанное для систем дальней-связи DWDM. В настоящее время в новых развертываниях его в значительной степени заменяет G.652D.
- G.657- Нечувствительное к изгибу-волокно для FTTH и использования внутри помещений. G.657.A1 допускает минимальный радиус изгиба 10 мм (по сравнению с 30 мм для G.652D), а G.657.A2 допускает изгиб до 7,5 мм. Подкатегории G.657.A обратно совместимы с G.652D, что упрощает сращивание во время обновлений.
SMF широко применяется в магистральных сетях, городских сетях, сетях передачи данных на дальние-дальние расстояния и в наружных сетях.Ответвительный кабель FTTHустановки. Изучите нашассортимент одномодового оптоволокна-.
Многомодовое оптоволокно-(MMF)
Многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины – 50 мкм (или 62,5 мкм в устаревшем OM1), что позволяет одновременно поддерживать несколько световых режимов. Хотя расстояние передачи ограничено, - обычно не превышает 550 м, - MMF хорошо сочетается с недорогими-стоимостными приемопередатчиками VCSEL (вертикальный-поверхностный-излучающий лазер) приемопередатчиками, что делает его экономичным-эффективным для коротких-дальнобойных и высокоскоростных-каналов связи. Современные марки MMF классифицируются какИСО/МЭК 11801включать:
- ОМ3- Лазерно-оптимизированное волокно с эффективной модальной полосой пропускания (EMB) 2000 МГц·км при длине волны 850 нм. Поддерживает 10GBASE-SR до 300 м и 40G/100GBASE-SR4 до 100 м.
- ОМ4- Расширенная полоса пропускания: 4700 МГц·км на длине волны 850 нм. Расширяет расстояние 10GBASE-SR до 400 м, 40GBASE-SR4 до 150 м и 100GBASE{12}}SR4 до 100 м. Наиболее широко используемый класс MMF в новых центрах обработки данных.
- ОМ5- Широкополосное многомодовое-волокно (WBMMF) с дополнительной указанной длиной волны 953 нм для коротковолнового мультиплексирования с разделением-длин волн (SWDM), поддерживающее 40G/100G/400G на меньшем количестве волокон.
MMF — лучший выбор для внутренней кабельной разводки центров обработки данных, сетей кампуса и межкомнатных соединений. Просмотрите нашмногомодовые оптоволоконные изделиядля вариантов OM3, OM4 и OM5.
Структура кабеля для различных сред
Помимо типа волокна, решающее значение имеет конструкция кабеля. Кабели с плотным-буфером используются внутри помещений, что обеспечивает гибкость и простоту подключения. При развертывании на открытом воздухе используются кабели со свободными-трубками,-наполненными гелем или сухой водой-блокируемыми кабелями с броней для непосредственной прокладки в земле, воздуховодах или воздушной прокладке -, предназначенными для защиты от проникновения влаги, растягивающих нагрузок и сдавливающих усилий.
Типы оптоволоконных соединителей и полировка торцов-лицевой поверхности
Оптоволоконные соединители – это-прецизионные механические компоненты, которые создают разъемные соединения между оптическими волокнами. Их основные показатели производительности - вносимые потери (IL), обратные потери (RL), долговечность и устойчивость к воздействию окружающей среды - напрямую влияют на качество соединения. Плохое выравнивание, загрязнение торцевой-лици или структурные дефекты приводят к ухудшению или прерыванию оптической передачи.
Распространенные типы разъемов
- LC-разъем- Компактный-форм-фактор с керамическим наконечником диаметром 1,25 мм и двухтактной-защелкой. Обеспечивает удвоенную плотность портов по сравнению с SC. Доминирует в центрах обработки данных с высокой-плотностью и является стандартным интерфейсом для трансиверов 10G/25G/40G/100G.
- Соединитель СКОбжимное кольцо - 2.5 мм с защелкивающейся-нажимной-муфтой. Надежный, легко отключаемый и экономически-эффективный. Широко используется в телекоммуникационном доступе, соединениях FTTH ONT и оборудовании PON.
- Разъем ФК- Винт с резьбой-на муфте, обеспечивающий превосходную механическую стабильность и устойчивость к вибрации. Распространен в испытательных приборах, системах оптической передачи и промышленных средах.
- Разъем МПО/МТР- Разъем для многоволоконного массива-, поддерживающий от 8 до 72 волокон в одном наконечнике. Необходим для параллельной оптической передачи в межсоединениях центров обработки данных 400G/800G. Посмотрите нашПродукты МПО/МТР.
Конечная-полировка лица: PC, UPC и APC
Полировка торцевой-грани напрямую определяет возвратные потери. Стандартно используются три типа, регулируемыеМЭК 61755(геометрия торцевой-грани) и IEC 61753 (классы производительности):
- ПК (физический контакт)- Слегка выпуклая кривая для прямого контакта. Возвратные потери Больше или равно 40 дБ. В основном заменен UPC в одномодовых приложениях.
- UPC (ультрафизический контакт)- Более тонкая полировка, при которой обратные потери превышают или равны 50 дБ. Значение по умолчанию для центров обработки данных, локальных сетей и цифровых телекоммуникационных каналов. Кодировка синего цвета.
- APC (угловой физический контакт)- 8 Концевая грань, расположенная под углом- в градусах, перенаправляет отражения на облицовку. Возвратные потери Больше или равно 60 дБ. Требуется в системах кабельного телевидения, PON/FTTH, DWDM и системах,-чувствительных к отражению. Кодировка зеленого цвета.
Важный:Разъемы APC и UPC ни в коем случае нельзя соединять вместе. Несоответствие геометрии приводит к серьезным вносимым потерям и может привести к повреждению обоих наконечников.
Ключевые параметры производительности
Два параметра определяют оптическое качество каждого разъема и кабельной сборки:
Вносимая потеря (IL)оптическая мощность, теряемая при прохождении сигнала через разъем, соединение или компонент. Типичный уровень IL должен быть ниже 0,3 дБ для заводской сборки и ниже 0,5 дБ для полевых оконечных устройств. Более низкий IL сохраняет бюджет канала и поддерживает больший охват.
Возвратные потери (RL)измеряет, сколько света отражается обратно к источнику. Более высокие абсолютные значения RL означают меньшее отражение. Отраслевые стандарты определяют минимальный уровень RL 40 дБ для ПК, 50 дБ для UPC и 60 дБ для разъемов APC. Чрезмерное обратное-отражение дестабилизирует лазеры, увеличивает частоту битовых ошибок и вызывает искажения в аналоговых системах.
Другие критические параметры включают коэффициент затухания (дБ/км), полосу пропускания (МГц·км для MMF), хроматическую дисперсию и модовую дисперсию поляризации (PMD). Все должно быть проверено постандарты тестирования оптоволоконных кабелейдо принятия.
Инженерное применение: установка и обслуживание
Даже самые лучшие оптоволоконные кабели и разъемы будут работать неэффективно без надлежащих методов установки.
Конечная-очистка — самая важная задача.Частицы пыли размером всего 1 мкм могут блокировать значительную часть сердцевины одномодового волокна толщиной 9 мкм-. Перед соединением каждый разъем необходимо осмотреть и очистить с помощью -безворсовых тампонов, чистящих карандашей из IPA или кассетных-очистителей, а затем проверить с помощью оптоволоконного микроскопа с увеличением 200× или выше.
Необходимо соблюдать радиус изгиба.Превышение минимального радиуса изгиба приводит к потерям на микроизгибах. Для стандартного одномодового кабеля-это ограничение обычно составляет 30 мм; для волокна G.657.A1, нечувствительного к изгибу-, она снижается до 10 мм.
Предельные нагрузки на растяжение не должны превышаться.Если во время установки натягивать кабели сверх номинального максимального усилия, волокна внутри кабеля могут растянуться или треснуть. Всегда используйте подходящее тянущее оборудование и следуйте спецификациям производителя.
Для крупномасштабных-проектов, таких какразвертывание возможностей подключения центров обработки данныхПредварительно-кабельные сборки с разъемами и проверенными на заводе эксплуатационными характеристиками сокращают время установки и минимизируют риск загрязнения.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между одномодовым-и многомодовым-волокном?
Одномодовое-волокно имеет сердцевину толщиной 9 мкм, передающую одну световую моду и поддерживающую передачу на расстояние от 10 км до более 100 км. Многомодовое оптоволокно- имеет сердцевину толщиной 50 мкм, передающую несколько мод, что ограничивает радиус действия несколькими сотнями метров, но позволяет использовать более дешевые трансиверы VCSEL для экономичных-каналов ближнего действия-.
Что означают значения возвратных потерь PC, UPC и APC?
PC достигает уровня более или равного 40 дБ, UPC более или равного 50 дБ и APC более или равного 60 дБ. Более высокие значения означают меньше обратного-отражения. Торцевая панель APC, расположенная под углом 8 градусов,-является лучшим выбором для систем,-чувствительных к отражению, таких как PON, CATV и DWDM.
Можно ли соединить разъемы APC и UPC вместе?
Нет. Скошенные и плоские торцы-при соединении создают воздушный зазор, что приводит к большим вносимым потерям и физическим повреждениям. Всегда сопоставляйте APC с APC и UPC с UPC.
Какова максимальная дальность действия волокна OM3 и OM4?
Для 10GBASE-SR OM3 поддерживает расстояние до 300 м, а OM4 — до 400 м. Для 100GBASE-SR4 с разъемами MPO длина OM3 достигает 70 м, а OM4 — 100 м, как определено стандартами Ethernet IEEE 802.3.
Почему очистка торцевой-лицевой поверхности так важна?
Загрязнение является основной причиной поломок оптоволоконных разъемов. Одна частица пыли на сердечнике может значительно увеличить вносимые потери. Каждый разъем следует очищать и проверять перед каждым соединением.