Волоконную оптику можно разделить на два основных типа: одномодовое волокно и многомодовое волокно. Хотя оба используются для передачи оптических сигналов, они имеют несколько существенных различий. Давайте подробнее рассмотрим различия между одномодовыми и многомодовыми волокнами.
1. Определение и основные принципы
Одномодовое волокно относится к волоконной оптике, которая допускает только один режим передачи. В этом типе волокна оптические сигналы распространяются по одному пути, сводя к минимуму рассеивание или помехи. Характерной особенностью одномодового оптоволокна является его широкая полоса пропускания и высокая пропускная способность, что делает его особенно подходящим для передачи данных на большие расстояния.
Многомодовое волокно позволяет сосуществовать нескольким режимам передачи. Благодаря разнообразным путям передачи, многомодовое оптоволокно имеет относительно более узкую полосу пропускания и больше подходит для передачи данных на короткие расстояния с высокой пропускной способностью.
2. Основные отличия
(1) Режимы передачи
Одномодовое волокно поддерживает только один режим передачи, при котором свет распространяется линейно вдоль оси. В отличие от этого, многорежимное волокно поддерживает несколько режимов передачи с разными длинами волн и фазами прохождения света по различным траекториям. Некоторые световые лучи проходят вдоль центральной оси сердечника, в то время как другие отражаются от поверхности раздела сердечник-оболочка. Это фундаментальное различие напрямую влияет на их общую производительность.
(2) Полоса пропускания и дальность передачи
Одномодовое волокно имеет единый режим передачи, что обеспечивает чрезвычайно широкую полосу пропускания, которая может поддерживать скорость передачи данных до 100 Гбит/ с или более, обеспечивая передачу оптического сигнала на большие расстояния с малыми потерями, который может достигать десятков-сотен километров. Например, одномодовое оптоволокно обычно используется в линиях дальней связи, соединяющих разные города.
Многомодовое волокно, благодаря своему множеству режимов передачи и более высокой дисперсии, имеет сравнительно меньшую полосу пропускания. Например, многомодовое волокно OM3 поддерживает дальность передачи около 300 метров со скоростью 10 Гбит / с при длине волны 850 нм, в то время как OM4 обеспечивает несколько лучшую производительность, хотя его общая полоса пропускания остается ниже, чем у одномодового волокна. Эффективная дальность передачи по многорежимному волокну обычно составляет от нескольких сотен метров до 2 километров, что делает его идеальным для связи на короткие расстояния внутри зданий или кампусных сетей.
(3) Источник света и обнаружение
В одномодовом волокне в качестве источников света обычно используются лазеры с длиной волны 1310 нм или 1550 нм. На этих длинах волн потери в одномодовом волокне минимальны, что обеспечивает оптимальные возможности передачи на большие расстояния. Следовательно, для одномодового волокна требуются более точные детекторы для точного улавливания оптических сигналов.
В многомодовом волокне в качестве источника света обычно используются светоизлучающие диоды (СИД) с длиной волны 850 нм. Светодиоды более доступны по цене и хорошо соответствуют характеристикам передачи по многорежимному волокну, что делает их подходящими для передачи данных на короткие расстояния с более низкой скоростью. Требования к обнаружению для многомодового волокна относительно просты, при этом требуется менее высокая точность по сравнению с одномодовым волокном.
(4) Структура и производительность
Одномодовое волокно имеет небольшой диаметр сердцевины, обычно менее 10 мкм, с диапазоном диаметров сердцевины в 8-10 мкм и диаметром оболочки в 125 мкм. Его показатель преломления равномерно распределен, что приводит к низкому затуханию и высокой целостности сигнала и стабильности во время передачи.
Напротив, многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины, обычно составляющий от десятков до сотен микрометров, с обычным диаметром сердцевины 50 мкм или 62,5 мкм, в то время как диаметр оболочки также составляет 125 мкм. Многомодовое волокно, как правило, имеет более высокое затухание и подвержено более значительным помехам и ухудшению качества сигнала во время передачи.
(5) Стоимость
Процесс производства одномодового волокна является более сложным и требует передового производственного оборудования и технологий. Кроме того, оптические компоненты, используемые в одномодовых системах, требуют более высоких технических стандартов для точной обработки сигнала, что приводит к более высоким затратам на одномодовое оптоволокно и связанное с ним оборудование.
И наоборот, процесс производства многорежимного оптоволокна проще, а технические требования к многорежимным оптическим приемопередатчикам менее строгие, что приводит к относительно более низким затратам. Таким образом, многомодовое оптоволокно часто является более экономичным для сценариев передачи данных на короткие расстояния.
(6) Визуальная идентификация
Согласно стандарту TIA-598C, одномодовое волокно обычно имеет желтую внешнюю оболочку, в то время как многорежимное волокно имеет оранжевую или аквамариновую оболочку. Однако некоторые производители могут настроить цветовую маркировку в зависимости от технических характеристик своей продукции, например, используя фиолетовый цвет для отличия высокоэффективных волокон OM4 от других типов.
Заключение
Одномодовые и многомодовые волокна различаются по режимам передачи, полосе пропускания, дальности передачи, источникам света и обнаружению, структуре и производительности, а также стоимости. При выборе подходящего типа оптоволокна важно тщательно учитывать конкретные потребности в связи и сценарии.
