W procesie szybkiego rozwoju sieci światłowód jest szeroko stosowany w dziedzinie komunikacji światłowodowej ze względu na swoje zalety, takie jak duża prędkość transmisji i duża przepustowość. Ze względu na różne tryby transmisji światłowody dzielą się na światłowody jednomodowe i wielomodowe. Ze względu na znaczne różnice w charakterystyce geometrycznej i transmisyjnej tych dwóch rodzajów włókien, mają one również istotne różnice w zastosowaniach praktycznych. Następnie w tym artykule szczegółowo opisano różnice i zastosowanie światłowodu jednomodowego i wielomodowego, pomagając w prawidłowym wyborze i zastosowaniu światłowodu jednomodowego.

1. Podstawowe różnice strukturalne pomiędzy światłowodem jednomodowym i wielomodowym

Światłowód zazwyczaj składa się z zewnętrznej powłoki, płaszcza, rdzenia światłowodu i struktury źródła światła. Jak pokazano w poniższym tekście, światłowód jednomodowy i wielomodowy mają następujące różnice pod względem powłoki zewnętrznej, średnicy rdzenia i źródła światła:

Różnica kolorów powłoki zewnętrznej

Kolor zewnętrznej powłoki światłowodu umożliwia szybkie rozróżnienie włókien jednomodowych i wielomodowych. Zgodnie ze standardową definicją TIA-598C, kolor zewnętrznej powłoki światłowodu jednomodowego OS1/OS2 jest żółty, natomiast kolor zewnętrznej powłoki światłowodu wielomodowego jest pomarańczowy lub wodnozielony. Wśród nich światłowód wielomodowy OM1/OM2 ma pomarańczową powłokę zewnętrzną, włókno wielomodowe OM3/OM4 ma zieloną powłokę zewnętrzną, a włókno wielomodowe OM5 ma zieloną powłokę zewnętrzną.

Rysunek 1: Porównanie kolorów powłoki zewnętrznej światłowodu jednomodowego i wielomodowego

Różnica średnic rdzeni światłowodowych

Istnieje znacząca różnica w średnicy rdzenia pomiędzy włóknem jednomodowym i wielomodowym.

Średnica rdzenia światłowodu jednomodowego (SMF) wynosi zazwyczaj 9 μm. Ze względu na wąski rdzeń może transmitować tylko jeden mod światła przy długościach fal 1310 nm, 1550 nm i WDM. W rezultacie włókno jednomodowe ma małą dyspersję i dużą szerokość pasma, podczas gdy włókno wielomodowe (MMF) ma średnicę rdzenia 50/62,5 μm i szerokość rdzenia. Może przesyłać wiele trybów światła na danej długości fali roboczej (długość fali 850 nm lub 1310 nm). Jednak ze względu na setki modów przesyłanych światłowodem wielomodowym, stałe transmisji i szybkości grupowe każdego trybu są różne, co skutkuje wąskim pasmem, dużą dyspersją i dużymi stratami we włóknie wielomodowym.

Rysunek 2: Porównanie średnic rdzeni włókien jednomodowych i wielomodowych

Uwaga: Standardowa średnica płaszcza dla większości włókien optycznych wynosi 125 μm, a standardowa średnica zewnętrznej warstwy ochronnej wynosi 245 μm, bez rozróżnienia na tryb pojedynczy i wielokrotny.

Różnice w źródłach światła

Włókna jednomodowe i wielomodowe wykorzystują różne źródła światła. W światłowodach jednomodowych na ogół wykorzystuje się laserowe źródła światła, natomiast w światłowodach wielomodowych na ogół wykorzystuje się źródła światła LED.

Rysunek 3: Porównanie źródeł światła stosowanych w światłowodach jednomodowych i wielomodowych

2. Różnica w odległości transmisji pomiędzy światłowodem jednomodowym i wielomodowym

Jak powszechnie wiadomo, światłowody jednomodowe są powszechnie stosowane do transmisji na duże odległości, natomiast światłowody wielomodowe są powszechnie stosowane do transmisji na małe odległości. Jednakże różne typy zastosowań światłowodów jednomodowych i wielomodowych charakteryzują się różnymi odległościami transmisji w sieci Ethernet przy różnych prędkościach, jak pokazano w poniższej tabeli:

Tabela 1: Porównanie odległości transmisji pomiędzy światłowodem jednomodowym i wielomodowym

Z tabeli widać, że przy prędkościach 1G i 10G światłowód jednomodowy ma znacznie większą odległość transmisji niż światłowód wielomodowy. Dlaczego więc nie wszystkie centra danych wykorzystują światłowód jednomodowy? Dzieje się tak dlatego, że budowa centrów danych koncentruje się głównie na transmisji na małe odległości. W zastosowaniach związanych z transmisją na krótkie odległości wydajność światłowodu wielomodowego jest taka sama jak światłowodu jednomodowego, ale koszt jest niższy. Co więcej, światłowód wielomodowy OM3/OM4 może obsługiwać wyższe prędkości. W dzisiejszej dobie szybkich sieci nie można lekceważyć zapotrzebowania na światłowód wielomodowy.

3. Różnica w kosztach między światłowodem jednomodowym a światłowodem wielomodowym

Koszt światłowodu jednomodowego jest wyższy niż koszt światłowodu wielomodowego, głównie ze względu na różnice w sprzęcie, źródłach światła i kosztach materiałów.

Podobnie koszt budowy wielomodowych systemów światłowodowych jest niższy niż w przypadku jednomodowych systemów światłowodowych. Biorąc za przykład rozwiązanie HX Fibre, koszt wielomodowego systemu transmisji (z kombinacją wielomodowych modułów optycznych i zworek światłowodowych) waha się od 3300 juanów do 5300 juanów, natomiast koszt jednomodowego systemu transmisji (z kombinacją jednomodowych modułów optycznych i zworek) zwykle przekracza 6700 juanów, przy różnicy cenowej pomiędzy dwa.

4. Wspólne pytania i odpowiedzi dotyczące światłowodu jednomodowego i wielomodowego

① Czy można mieszać światłowód jednomodowy i wielomodowy?

Ze względu na różne tryby transmisji światłowodu jednomodowego i wielomodowego, te dwa włókna nie mogą być bezpośrednio ze sobą połączone, w przeciwnym razie łatwo jest spowodować utratę łącza i drgania linii. Możemy jednak użyć urządzeń do konwersji, takich jak zworki konwersji trybu pojedynczego na tryb wielomodowy (tj. zworki regulacji trybu), aby połączyć łącza jednomodowe i wielomodowe.

② Czy wielomodowe moduły optyczne mogą być stosowane na światłowodach jednomodowych?

Moduły optyczne wielomodowe nie mogą być stosowane na światłowodach jednomodowych, co nie tylko powoduje znaczne straty, ale może również uniemożliwić komunikację. Ze względu na małą średnicę włókien światłowodowych jednomodowych oraz duży kąt rozbieżności modułów optycznych wielomodowych, im większa odległość transmisji, tym większe tłumienie sygnału. Możliwe, że sygnał zanikł już przed dotarciem na odległość transmisji.

③ Czy moduły optyczne jednomodowe można stosować na światłowodach wielomodowych?

Moduły optyczne jednomodowe mogą być stosowane w światłowodach wielomodowych, ale do konwersji typów włókien należy zastosować transceivery światłowodowe. Na przykład, stosując transceivery światłowodowe, jednomodowy moduł optyczny 1000BASE-LX może pracować na światłowodach wielomodowych, jak pokazano na poniższym rysunku. Transceivery światłowodowe można również zastosować do rozwiązania problemu połączenia między modułami optycznymi jednomodowymi i wielomodowymi.

④ Jak wybrać światłowód jednomodowy i wielomodowy?

Wybierając światłowód jednomodowy i wielomodowy, powinniśmy wziąć pod uwagę rzeczywistą odległość transmisji i koszt sieci. Jeśli odległość transmisji nie przekracza 550 metrów, wystarczy światłowód wielomodowy. Jeśli odległość transmisji sięga kilku tysięcy metrów lub więcej, idealnym wyborem będzie światłowód jednomodowy.

Epilog

Jak widać z powyższego porównania, obszary zastosowań światłowodu jednomodowego i wielomodowego są różne. Wśród nich światłowód jednomodowy jest stosowany głównie w sieciach metropolitalnych i PON, natomiast światłowód wielomodowy jest stosowany głównie w sieciach korporacyjnych i centrach danych. Wybór powinien opierać się na rzeczywistych potrzebach w zakresie okablowania.