Многомодовое оптическое волокно: характеристики и применение.

Введение

Тип оптического волокна, преимущественно используемый для связи на короткие расстояния.

Многомодовое оптическое волокно – это тип оптического волокна, который в основном применяется для связи на короткие расстояния, например, внутри здания или на территории кампуса. Многомодовые линии связи могут использоваться для передачи данных со скоростью до 800 Гбит/с. Многомодовое волокно имеет относительно большой диаметр сердцевины, что позволяет распространению нескольких световых мод, но ограничивает максимальную длину линии передачи из-за модальной дисперсии. Стандарт G.651.1 определяет наиболее распространенные типы многомодового оптического волокна.

Приложения

Оборудование, используемое для связи по многомодовому оптическому волокну, дешевле, чем оборудование для одномодового оптического волокна. Типичные скорости передачи и ограничения по расстоянию составляют 100 Мбит/с на расстояния до 2 км (100BASE FX), 1 Гбит/с до 1000 м и 10 Гбит/с до 550 м.

Благодаря высокой пропускной способности и надежности многомодовое оптическое волокно обычно применяется для создания магистральных сетей в зданиях. Все больше пользователей используют преимущества волоконной оптики, проводя волокно непосредственно к рабочему месту или в зону. Архитектуры, соответствующие стандартам, такие как централизованная кабельная система и подключение волокна к телекоммуникационному шкафу, позволяют пользователям использовать возможности волокна по дальности, централизуя электронное оборудование в телекоммуникационных помещениях, а не размещая активное оборудование на каждом этаже. Многомодовое волокно используется для передачи световых сигналов в миниатюрное оборудование для оптической спектроскопии (спектрометры, источники света и аксессуары для отбора проб) и сыграло ключевую роль в разработке первого портативного спектрометра. Многомодовое волокно также применяется, когда необходимо передавать высокую оптическую мощность по оптическому волокну, например, при лазерной сварке.

Сравнение с однорежимным волокном

Основное различие между многомодовым и одномодовым оптическим волокном заключается в том, что первое имеет значительно больший диаметр сердцевины, обычно 50–100 микрометров, что намного превышает длину волны света, передаваемого по нему. Благодаря большому диаметру сердцевины и возможности использования большой числовой апертуры, многомодовое волокно обладает большей светособирающей способностью, чем одномодовое. На практике больший размер сердцевины упрощает соединения и позволяет использовать более дешевую электронику, такую как светодиоды (LED) и лазеры с вертикальным излучением (VCSEL), работающие на длинах волн 850 и 1300 нм (одномодовые волокна, используемые в телекоммуникациях, обычно работают на 1310 или 1550 нм). Однако, по сравнению с одномодовыми волокнами, произведение полосы пропускания на расстояние для многомодового волокна ниже. Поскольку многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины, чем одномодовое, оно поддерживает более одного режима распространения; следовательно, оно ограничено модальной дисперсией, в то время как одномодовое – нет. Светодиодные источники света, иногда используемые с многомодовым волокном, генерируют диапазон длин волн, каждая из которых распространяется с разной скоростью. Эта хроматическая дисперсия является еще одним фактором, ограничивающим полезную длину многомодового волоконно-оптического кабеля. В отличие от этого, лазеры, используемые для одномодовых волокон, генерируют когерентный свет с одной длиной волны. Из-за модальной дисперсии многомодовое волокно имеет более высокую скорость расширения импульсов, чем одномодовое, что ограничивает его пропускную способность для передачи информации. Одномодовые волокна часто используются в высокоточных научных исследованиях, поскольку ограничение света только одним режимом распространения позволяет сфокусировать его в интенсивное пятно, ограниченное дифракцией. Цвет оболочки иногда используется для различения многомодовых и одномодовых кабелей. Стандарт TIA 598C рекомендует для невоенных применений использовать желтую оболочку для одномодового волокна и оранжевую или бирюзовую для многомодового волокна, в зависимости от типа. Некоторые производители используют фиолетовый цвет для обозначения высокопроизводительного коммуникационного волокна OM4, отличая его от других типов.

The main difference between multi mode and single mode optical fiber is that the former has much larger core diameter, typically 50–100 micrometers—much larger than the wavelength of the light carried in it. Because of the large core and also the possibility of large numerical aperture, multi mode fiber has higher "light gathering" capacity than single mode fiber. In practical terms, the larger core size simplifies connections and also allows the use of lower cost electronics such as light emitting diodes (LEDs) and vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) which operate at the 850 nm and 1300 nm wavelength (single mode fibers used in telecommunications typically operate at 1310 or 1550 nm). However, compared to single mode fibers, the multi mode fiber bandwidth–distance product limit is lower. Because multi mode fiber has a larger core size than single mode fiber, it supports more than one propagation mode; hence it is limited by modal dispersion, while single mode is not. The LED light sources sometimes used with multi mode fiber produce a range of wavelengths and these each propagate at different speeds. This chromatic dispersion is another limit to the useful length for multi mode fiber optic cable. In contrast, the lasers used to drive single mode fibers produce coherent light of a single wavelength. Because of the modal dispersion, multi mode fiber has higher pulse spreading rates than single mode fiber, limiting multi mode fiber's information transmission capacity. Single mode fibers are often used in high precision scientific research because restricting the light to only one propagation mode allows it to be focused to an intense, diffraction limited spot. Jacket color is sometimes used to distinguish multi mode cables from single mode ones. The standard TIA 598C recommends, for non military applications, the use of a yellow jacket for single mode fiber, and orange or aqua for multi mode fiber, depending on type. Some vendors use violet to distinguish higher performance OM4 communications fiber from other types.

Окруженный поток

Стандарт IEC 61280-4-1 (ныне TIA-526-14-B) определяет понятие охватывающего потока, которое задает размеры пучка тестового света (для различных диаметров волокна) для обеспечения оптимального заполнения сердцевины волокна, что позволяет получать более стабильные и воспроизводимые результаты измерений потерь в канале связи.