Krok-Włókno indeksowane a stopniowane-Włókno indeksowane: co jest lepsze?

Indeks-stopniowy i indeks stopniowany-to dwie zasadniczo różne konstrukcje światłowodów wielomodowych, a to rozróżnienie ma większe znaczenie, niż zdaje sobie sprawę wielu planistów sieci. Profil współczynnika załamania światła wewnątrz rdzenia światłowodu określa sposób propagacji światła, stopień dyspersji modalnej i ostatecznie jaką przepustowość może zapewnić łącze wielomodowe.

W skrócie: światłowód wielomodowy o stopniowanym-współczynniku dominuje w nowoczesnych okablowaniach budynków i centrów danych, ponieważ jego paraboliczny profil współczynnika załamania światła znacznie zmniejsza rozszerzanie impulsu. Światłowód wielomodowy-step, niegdyś powszechny, obecnie ogranicza się do zastosowań niszowych, takich jak łącza konsumenckie z tworzywa sztucznego (POF) oraz niektóre konfiguracje przemysłowe lub edukacyjne. W tym przewodniku wyjaśniono dlaczego, odwołując się do standardów branżowych i praktycznych kryteriów wyboru.
 

Krok-Włókno indeksowane i stopniowane-w skrócie

Co to jest światłowód wielomodowy Step-Index?

W wielomodowym włóknie schodkowym cały rdzeń ma ten sam, jednolity współczynnik załamania światła. Na granicy rdzenia i płaszcza wskaźnik gwałtownie spada -, stąd nazwa „krok”. Światło wpadające do rdzenia odbija się od tej granicy w sposób zygzakowaty, odbijając się od ściany do ściany podczas podróży wzdłuż światłowodu.

Problem w tym, że różne tryby światła wchodzą pod różnymi kątami, więc podążają ścieżkami o różnej długości. Promień biegnący prawie prosto wzdłuż osi pokonuje mniejszą odległość niż promień odbijający się pod ostrym kątem. Ponieważ współczynnik załamania światła jest taki sam w całym rdzeniu, wszystkie mody przemieszczają się z tą samą prędkością, -, co oznacza, że ​​promienie o stromym-kącie docierają po prostu dłużej. Różnica czasu pomiędzy najszybszym i najwolniejszym trybem wynosidyspersja modalnai jest głównym ogranicznikiem przepustowości w każdym włóknie wielomodowym.

WedługStowarzyszenie Światłowodowe (FOA)Szklany światłowód wielomodowy o step-indeksie nie jest już powszechnie stosowany w telekomunikacji. Obecnie tylko plastikowe światłowody (POF) i-krzemionka platerowana tworzywem sztucznym (PCS/HCS) nadal korzystają z konstrukcji indeksu-, głównie w przypadku krótkich konsumenckich łączy audio lub wideo. W praktycznym okablowaniu sieciowym światłowód wielomodowy ze stopniowanym{{5}indeksem został prawie całkowicie zastąpiony konstrukcjami ze stopniowanym-indeksem.

Gdzie nadal pojawia się włókno krokowe-indeksujące

Z punktu widzenia projektu sieci jest mało prawdopodobne, aby w nowoczesnym projekcie okablowania strukturalnego spotkać się ze światłowodem wielomodowym step-. Ale nie zniknęło całkowicie. Sytuacje, w których indeks-kroków może być nadal istotny, obejmują:

• Laboratoria dydaktyczne prezentujące zasady propagacji wielomodowej i efekty dyspersji modowej
• Łącza krótkie-oparte na POF w elektronice użytkowej, sieciach-samochodowych w pojazdach lub domowych systemach audio
• Niektóre zastosowania czujników przemysłowych, w których praktyczna jest prostsza struktura włókien i większy rdzeń
• Starsze instalacje, które nie zostały jeszcze zaktualizowane

Jeśli pracujesz zszkło kontra światłowód z tworzywa sztucznegopomaga to zrozumieć, że POF jest z natury-indeksem schodkowym, podczas gdy praktycznie wszystkie szklane światłowody wielomodowe sprzedawane obecnie do sieci wykorzystują profil-stopniowanego indeksu.
 

Co to jest światłowód wielomodowy stopniowany-indeksowy?

W przypadku światłowodu wielomodowego o stopniowanym-indeksie stosuje się inne podejście. Zamiast jednolitego rdzenia współczynnik załamania światła jest najwyższy w środku i stopniowo maleje -, zazwyczaj po niemal-krzywej parabolicznej - w kierunku płaszcza. Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny klasyfikuje ten typ światłowodu w ramachITU-T G.651.1.

Ten paraboliczny profil zmienia w krytyczny sposób fizykę propagacji światła. Zamiast odbijać się w ostrych zygzakowatych odbiciach, promienie światła podążają po gładkich, zakrzywionych ścieżkach przez rdzeń. Mod, który przemieszcza się dalej od środka, - pokonując fizycznie dłuższą ścieżkę -, przemieszcza się przez obszary o niższym współczynniku załamania światła, gdzie przemieszcza się szybciej. Tymczasem tryb prawie-osiowy pokonuje krótszą odległość, ale przemieszcza się przez środek o wyższym-indeksie z mniejszą prędkością. W rezultacie różne mody docierają z czasem do odległego końca światłowodu znacznie bliżej siebie.

Ten efekt kompensacji prędkości jest powodem, dla którego włókno stopniowane-indeksowe ma znacznie mniejszą dyspersję modalną niż włókno schodkowe-indeksowe. Teoretycznie profil idealnie paraboliczny może zmniejszyć dyspersję intermodalną około 1000 razy w porównaniu ze wskaźnikiem-kroku. W rzeczywistej-świecie produkcyjnym stale osiąga się około 100-krotną poprawę przepustowości w stosunku do indeksu-krokowego, - na tyle, aby zapewnić obsługę wielu-gigabitowych sieci Ethernet na dystansie setek metrów.

Dlaczego indeks-stopniowany jest standardem w nowoczesnych sieciach wielomodowych

Każda aktualna klasyfikacja OM włókien wielomodowych - OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5 - opiera się na konstrukcji rdzenia ze stopniowanym-indeksem. Oznaczenia OM, zdefiniowane wANSI/TIA-568.3 i ISO/IEC 11801, określ minimalne wymagania dotyczące przepustowości modalnej, które mogą spełnić tylko profile-stopniowanego indeksu. Na przykład:

• OM3(50/125 µm,-zoptymalizowany laserowo): efektywna szerokość pasma modalnego 2000 MHz·km przy 850 nm, obsługa 10 Gigabit Ethernet do 300 m
• OM4(50/125 µm,-zoptymalizowany laserowo): efektywna szerokość pasma modalnego 4700 MHz·km przy 850 nm, obsługa 10 Gigabit Ethernet do 550 m
• OM5(50/125 µm, szerokopasmowy): rozszerza specyfikację OM4 o obsługę multipleksowania z podziałem krótkich{{3}fal (SWDM) w zakresie 850–953 nm

Szczegółowe porównanie limitów odległości i szybkości transmisji danych we wszystkich kategoriach OM znajdziesz w naszym przewodnikuLimity odległości światłowodów wielomodowych OM1–OM5.

Starsze klasyfikacje OM1 (62,5/125 µm) i OM2 (50/125 µm) przeznaczone były głównie dla źródeł światła LED. Zgodnie z najnowszą wersją normy TIA (ANSI/TIA-568.3-E) OM1 i OM2 zostały przeniesione do załącznika objętego prawami nabytymi i nie są już zalecane do nowych instalacji. Współczesne wdrożenia w przeważającej mierze wymagają zoptymalizowanego laserowo światłowodu OM3 lub OM4 o stopniowanym indeksie w połączeniu z transceiverami VCSEL 850 nm.

Wyjaśnienie kluczowych różnic

Profil współczynnika załamania światła

To jest podstawowe rozróżnienie. Włókno schodkowe-ma płaski, jednolity współczynnik załamania światła w całym rdzeniu z pojedynczą ostrą granicą. Włókno stopniowane-ma stale zmienny współczynnik - najwyższy w środku i zmniejszający się na zewnątrz w kształcie niemal-parabolicznym. Wszystko inne wynika z tej różnicy strukturalnej.

Dyspersja modalna i przepustowość

We włóknie wielomodowym step-dyspersja modowa ogranicza praktyczną szerokość pasma do około 20–100 MHz·km. To znacznie ogranicza użyteczną szybkość transmisji danych i odległości. W światłowodzie wielomodowym o stopniowanym-indeksie profil paraboliczny wyrównuje czasy przejścia modów, zwiększając szerokość pasma do zakresu od 500 MHz·km (OM2) do 4700 MHz·km (OM4) i dalej. Dlatego też światłowód stopniowany-indeksowy może przesyłać ruch Ethernet z szybkością 10 Gb/s, 40 Gb/s, a nawet 100 Gb/s na znaczne odległości, - czego po prostu nie jest w stanie zapewnić włókno wielomodowe step{{16}index.

Propagacja światła

Włókno krokowe-indeksowe wytwarza dyskretne zygzakowate odbicia. Włókno o stopniowanym-indeksie wytwarza ciągłe zakrzywione ścieżki przypominające fale sinusoidalne. - Jest to łagodniejsza, bardziej kontrolowana forma propagacji, która ogranicza rozszerzanie impulsu na tej samej długości łącza.

Praktyczne zastosowania

W rzeczywistych decyzjach dotyczących okablowania nie jest to ścisła konkurencja. Jeśli określasz światłowód dla korporacyjnej sieci LAN, szkieletu kampusu, połączeń wzajemnych w centrach danych lub dowolnego projektu okablowania strukturalnego zaprojektowanego z myślą o szybkościach sieci Ethernet obecnej lub{1}}następnej generacji, światłowód wielomodowy ze stopniowanym-indeksem jest jedyną poważną opcją wielomodową. Krok-światłowód wielomodowy spełnia wąski zestaw ról - łącza konsumenckie POF, demonstracje edukacyjne i niektóre czujniki przemysłowe -, z których żadna nie pokrywa się z typową infrastrukturą sieciową.
 

Jak to się odnosi do włókien OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5

Najczęstszy punkt zamieszania: „indeks-krokowy a indeks stopniowany-” oraz „OM1 vs OM3 vs OM4” wyglądają jak różne rozmowy, ale są ze sobą powiązane.

Wszystkie światłowody wielomodowe klasy OM- wykorzystują profile rdzenia ze stopniowanym-indeksem. Numeracja OM nie opisuje indeksu-stopniowego i stopniowanego-indeksu -, zamiast tego rozróżnia różneocenystopniowanej-wydajności indeksu, głównie ze względu na szerokość pasma modalnego i źródło światła, pod kątem którego są zoptymalizowane.

Postęp wygląda następująco:

• OM1(62,5/125 µm): wczesny-projekt indeksu dla źródeł LED; przepełnione pasmo startowe wynoszące 200 MHz·km przy 850 nm. Teraz dziadek.
• OM2(50/125 µm): poprawiony-wskaźnik stopniowany dla źródeł LED; przepełniona szerokość pasma startowego wynosząca 500 MHz·km przy 850 nm. Również dziadek.
• OM3(50/125 µm): pierwszy laserowy-zoptymalizowany-projekt ze stopniowanym-indeksem, ze ściśle kontrolowanym profilem współczynnika załamania światła, zaprojektowanym specjalnie dla warunków startu VCSEL o długości fali 850 nm.
• OM4: bardziej udoskonalony profil-indeksowy, osiągający efektywną szerokość pasma modalnego 4700 MHz·km - ponad dwukrotnie OM3.
• OM5: dodaje możliwości szerokopasmowe (850–953 nm) dla multipleksowania z podziałem-krótkich długości fal, zbudowane na rdzeniu o stopniowanym indeksie klasy OM4-.

Kiedy więc ktoś pyta, czy „włókno OM3 ma stopniowany-indeks” -, tak, zgadza się. Podobnie jak OM1, OM2, OM4 i OM5. Wyjaśnia rozróżnienie na-indeks krokowy i indeks stopniowany-Dlaczegonowoczesny światłowód wielomodowy działa równie dobrze; mówi klasyfikacja OMjak dobrzedziała określone włókno indeksowe-stopień.

Zrozumienie, któreModuł nadawczo-odbiorczy SFPpar dla każdej klasy OM jest tak samo ważne, jak wybór odpowiedniego światłowodu. - niedopasowana optyka, a światłowód ograniczy wydajność łącza niezależnie od klasy kabla.

Przepustowość i odległość: implikacje praktyczne

Iloczyn-przepustowości i odległości (mierzony w MHz·km) to najbardziej bezpośredni sposób porównania wydajności światłowodu wielomodowego. Informuje, jaką szybkość transmisji danych może obsłużyć dana długość światłowodu, zanim dyspersja modowa pogorszy sygnał.

W przypadku światłowodu wielomodowego krokowego-indeks, produkty dotyczące szerokości pasma-odległości mieszczą się zazwyczaj w zakresie 20–100 MHz·km. Oznacza to, że przy odległości 1 km może być obsługiwane jedynie 20–100 MHz pasma analogowego - o wiele za niskie dla jakiegokolwiek obecnego standardu-szybkiej sieci Ethernet.

W przypadku światłowodu wielomodowego-stopniowanego te liczby są znacznie wyższe. Światłowód OM4 o częstotliwości 4700 MHz·km przy 850 nm może obsługiwać 10GBASE-SR do 550 metrów lub 40GBASE-SR4 i 100GBASE-SR4 do 150 metrów przy użyciu równoległej optyki MPO/MTP. Odległości te obejmują zdecydowaną większość-długości łączy w budynkach i centrach danych.

W praktyce wybór pomiędzy włóknem wielomodowym o indeksie schodkowym a światłowodem stopniowanym-w rzeczywistości nie jest kompromisem w zakresie przepustowości. - Jest to kwestia tego, czy wydajność wielomodowa mieści się w zakresie użytecznym dla Twojej aplikacji. W przypadku nowoczesnych łączy Ethernet tylko indeks-stopniowany osiąga ten zakres.

Jeśli odległości łączy przekraczają możliwości wielomodowe OM3 lub OM4, następnym krokiem zwykle nie jest-indeks kroków ani inny stopień wielomodowy-, do którego się przenosiświatłowód jednomodowy-, co całkowicie eliminuje dyspersję modową, obsługując tylko jeden tryb propagacji.

Jak wybrać odpowiednie włókno do swojego projektu

Wyjaśnij, co właściwie budujesz

Jeśli projekt dotyczy nowoczesnej sieci LAN, szkieletu kampusu lub łącza centrum danych zaprojektowanego na przepustowość 1 Gb/s i wyższą, standardowym punktem wyjścia będzie włókno wielomodowe o stopniowanym-indeksie (OM3 lub OM4). Krok-indeksowania światłowodu wielomodowego nie jest uwzględniany w przypadku tych zastosowań.

Jeśli projekt dotyczy konsumenckiego łącza audio, edukacyjnego laboratorium światłowodowego lub aplikacji z czujnikami specjalnymi, odpowiedni może być indeks-kroków (zwykle POF).

Dopasuj klasę światłowodu do wymagań łącza

Kiedy już ustalisz, że stopniowany-indeks jest właściwym projektem, prawdziwą decyzją będzie to, która klasa OM będzie odpowiadać Twoim potrzebom w zakresie przepustowości i odległości. OM3 działa dobrze w przypadku większości przebiegów poniżej 300 metrów przy 10 Gb/s. OM4 rozszerza ten zasięg i zapewnia więcej miejsca na przyszłe ulepszenia prędkości. Warto rozważyć OM5, jeśli planujesz używać transceiverów opartych na SWDM-dla światłowodów 100G+ i dupleksowych.

W obecnym standardzie TIA OM1 i OM2 mają charakter praw nabytych -, co oznacza, że ​​są nadal rozpoznawane, ale nie są już zalecane w przypadku nowego okablowania od podstaw. Jeśli projektujesz nową instalację okablowania, określenie OM3 lub wyższej pozwoli uniknąć przedwczesnego starzenia się.

Weź pod uwagę pełne łącze, a nie tylko światłowód

Wybór włókien jest częścią większego projektu łącza.Typ złącza, kompatybilność transiwera, straty na spawach, promień zgięcia istrata wtrąceniowa a strata zwrotnawszystkie wpływają na to, czy łącze spełnia swój budżet wydajności. Wybór światłowodu OM4, ale użycie źle zakończonych złączy lub niedopasowanej optyki nie przyniesie oczekiwanych rezultatów.

Wiedz, kiedy wyjść poza tryb wielomodowy

Jeśli Twoje odległości przekraczają około 500–600 metrów lub musisz obsługiwać prędkości 10G+ na dłuższych dystansach, światłowód wielomodowy (nawet OM4) może nie wystarczyć. W tym momencie światłowód jedno-modowy z odpowiednimtransceivery lub transponderyjest zazwyczaj lepszą inwestycją. Pytanie o indeks krokowy czy stopniowany-indeks staje się nieistotne po przejściu do trybu pojedynczego-, który wykorzystuje własną, odrębną konstrukcję włókien (OS1 i OS2).
 

Typowe błędy w tym porównaniu

Mylenie tego z trybem jedno- i trybem wielomodowym

Krok-indeks stopniowany-wskaźnik opisuje rozkład współczynnika załamania światła w rdzeniu. Tryb jedno-w porównaniu z trybem wielomodowym opisuje, ile trybów propagacji obsługuje włókno. Są to pojęcia powiązane, ale odrębne. Światłowód jedno-modowy zazwyczaj wykorzystuje profil-schodkowy z bardzo małym rdzeniem (około 8–10 µm), który umożliwia tylko jednemu modowi - zupełnie inny cel projektowy niż światłowód wielomodowy dowolnego typu.

Zakładając, że wszystkie światłowody wielomodowe działają tak samo

Fakt, że wszystkie obecne włókna klasy OM- mają stopniowany-indeks, nie oznacza, że ​​można je stosować zamiennie. Światłowód OM1 (przepełnienie pasma 200 MHz·km) i włókno OM4 (efektywna szerokość pasma modalnego 4700 MHz·km) znacznie różnią się wydajnością. Precyzja stopniowanego-profilu indeksu -, jak blisko jest on dopasowany do idealnej paraboli, jak dobrze jest zoptymalizowany pod kątem wystrzelenia VCSEL - odróżnia OM3/OM4/OM5 od wcześniejszych generacji.

Ignorowanie konstrukcji kabla i wyboru złączy

Wybór odpowiedniego gatunku włókna jest konieczny, ale niewystarczający. Niezależnie od tego, czy używaszluźna-rurka lub ciasny-kabel z buforem, jakość twojegokable krosowei zakończenia, a także to, jak ostrożnie zarządzasz promieniem zgięcia i naprężeniem rozciągającym, wszystko to wpływa na wydajność łącza w rzeczywistych-świecie.

Czy Step-Index Fibre jest przestarzały?

Nie do końca -, ale w przypadku głównego nurtu okablowania sieciowego jest to w zasadzie nie do pomyślenia. FOA zauważa, że ​​szklane światłowód wielomodowy-stopniowy nie jest już w znaczącym stopniu stosowany w telekomunikacji. Wskaźnik-stopnia utrzymuje się w przypadku światłowodów plastikowych (POF) do krótkich łączy konsumenckich lub motoryzacyjnych oraz w niektórych specjalistycznych zastosowaniach przemysłowych. Są to dopuszczalne zastosowania, ale nie kolidują z sieciami przedsiębiorstw lub centrów danych.

Jeśli w istniejącej instalacji napotkasz światłowód wielomodowy step-index, prawie na pewno jest to starsza infrastruktura. W większości przypadków przejście na światłowód-indeksowy klasy OM3 lub OM4 w ramach odświeżenia okablowania strukturalnego zapewni znacznie lepszą przepustowość, dłuższe obsługiwane odległości oraz kompatybilność ze sprzętem sieciowym obecnej i-następnej generacji.

Często zadawane pytania

Czy włókno stopniowane-indeksowe jest lepsze niż włókno schodkowe-w przypadku sieci?

W przypadku każdego nowoczesnego zastosowania sieciowego - korporacyjna sieć LAN, okablowanie kampusowe, połączenia między centrami danych - światłowód wielomodowy o stopniowanym-indeksie jest znacznie lepszy. Zapewnia znacznie niższą dyspersję modową i znacznie większą przepustowość. Światłowód wielomodowy Step-index nie jest przystosowany do obecnych standardów-szybkiej sieci Ethernet.

Czy włókno step-index jest nadal używane?

Tak, ale w wąskich kontekstach. Plastikowy światłowód (POF) wykorzystuje konstrukcję indeksu-schodkowego i jest stosowany w konsumenckich łączach audio/wideo oraz w niektórych sieciach-samochodowych w pojazdach. Szklany światłowód wielomodowy Step-jest rzadkością poza starszymi instalacjami i laboratoriami dydaktycznymi.

Czy wskaźnik-w włóknie jednomodowym jest indeksem-stopniowym czy stopniowanym-?

Standardowe włókno-jednomodowe (takie jak G.652.D) wykorzystuje profil-schodkowy, ale średnica rdzenia około 8–10 µm - jest wystarczająco mała, aby obsługiwać tylko pojedynczy mod propagacji. Różni się to zasadniczo od indeksu-krokuwielomodowyświatłowód, który ma znacznie większy rdzeń i obsługuje setki modów o dużej dyspersji.

Czy włókna OM3 i OM4 mają klasyfikowany-indeks?

Tak. Wszystkie światłowody wielomodowe klasy OM- (od OM1 do OM5) wykorzystują konstrukcję rdzenia ze stopniowanym-indeksem. OM3 i OM4 zostały specjalnie zaprojektowane ze ściśle kontrolowanymi profilami parabolicznymi zoptymalizowanymi pod kątem źródeł laserowych VCSEL 850 nm, dzięki czemu osiągają wysoką efektywną szerokość pasma modalnego.

Co to jest produkt-odległości i jakie ma to znaczenie?

Iloczyn-przepustowości i odległości (w MHz·km) wskazuje, jaką szerokość pasma sygnału może przenieść włókno na daną odległość, zanim dyspersja modowa pogorszy wydajność. Światłowód wielomodowy-stopniowy zazwyczaj ma prędkość 20–100 MHz·km; włókno stopniowane-o indeksie OM4 osiąga 4700 MHz·km -, co stanowi różnicę około 50 do 200 razy.

Co jest lepsze w przypadku-sieci LAN na krótkich dystansach: indeks-krokowy czy indeks-stopniowany?

Oceniony-indeks, bez dwóch zdań. Nawet w przypadku krótkich-budynków nowoczesny sprzęt LAN wykorzystuje transceivery oparte na VCSEL-zaprojektowane dla światłowodów OM3 lub OM4-index. Światłowód wielomodowy ze szkła Step-indeksowego nie jest kompatybilny z tą optyką w żadnym praktycznym sensie.

Kiedy powinienem całkowicie pominąć to porównanie i wybrać tryb pojedynczy-?

Jeśli odległości między łączami przekraczają 500–600 metrów, jeśli chcesz obsługiwać prędkości 10G+ na większym zasięgu lub jeśli chcesz maksymalnej przyszłej skalowalności bez modernizacji światłowodów, bardziej odpowiednim wyborem będzie światłowód jedno-modowy. Pytanie dotyczące-indeksu stopniowego i stopniowanego-indeksu ma zastosowanie tylko w kategorii wielomodowej.

Ostatnie przemyślenia

Warto zrozumieć rozróżnienie na-indeks krokowy i stopniowany-indeks, ponieważ wyjaśnia on fizykę stojącą za wydajnością światłowodu wielomodowego. Profil paraboliczny ze stopniowanym-indeksem kompensuje ścieżki przemieszczania różnych modów, co zmniejsza dyspersję modową, co umożliwia wyższą przepustowość -, a ten łańcuch przyczynowo-skutkowy jest dokładnie powodem, dla którego każde obecne włókno wielomodowe klasy OM-jest klasyfikowane-indeksem.

Dla każdego, kto wybiera światłowód do prawdziwego projektu sieciowego, praktyczny wniosek jest prosty. Światłowód wielomodowy Step-index należy do wcześniejszej ery światłowodów i wąskiego zestawu obecnych zastosowań niszowych. Stopniowany-światłowód wielomodowy-, w szczególności OM3 lub OM4 -, to standardowy wybór w przypadku okablowania nowoczesnych budynków, kampusów i centrów danych. A kiedy tryb wielomodowy osiągnie limity odległości lub prędkości, dalszą ścieżką będzie-tryb jednomodowy, a nie inny projekt wielomodowy.

Przed sfinalizowaniem wyboru światłowodu sprawdź pełny budżet łącza: gatunek włókna,typ złącza, kompatybilność transiwera, odległość i planowane zwiększenie prędkości. Samo włókno to tylko jeden element systemu, który musi ze sobą współpracować.