Step-Index vs. Graded-Index Fiber: Čo je lepšie?

Krokový{0}}index a gradovaný{1}}index sú dva zásadne odlišné návrhy multimódových optických vlákien a na rozdiele záleží viac, než si mnohí plánovači sietí uvedomujú. Profil indexu lomu vo vnútri jadra vlákna určuje, ako sa svetlo šíri, aká veľká modálna disperzia sa vyskytuje a v konečnom dôsledku akú veľkú šírku pásma môže poskytnúť multimódové spojenie.

Stručne povedané: multimódové vlákno s odstupňovaným-indexom dominuje v moderných priestoroch a kabeláži dátových centier, pretože jeho parabolický profil indexu lomu výrazne znižuje rozšírenie pulzu. Krok{2}}indexové multimódové vlákno, kedysi bežné, sa teraz obmedzuje na špecifické použitie, ako sú spotrebiteľské prepojenia z plastových optických vlákien (POF) a určité priemyselné alebo vzdelávacie zariadenia. Táto príručka vysvetľuje prečo, s odkazmi na priemyselné normy a praktické výberové kritériá.
 

Krok-Index vs. stupňované-Index Fiber v skratke

Čo je to Step-Index Multimode Fiber?

V krokovom{0}}indexovom multimódovom vlákne celé jadro zdieľa jeden jednotný index lomu. Na hranici medzi jadrom a plášťom index prudko klesá -, preto názov „krok“. Svetlo vstupujúce do jadra sa odráža od tejto hranice v cikcakovom vzore a odráža sa od steny k stene, keď sa pohybuje pozdĺž vlákna.

Problém je, že rôzne svetelné režimy vstupujú pod rôznymi uhlami, takže sledujú rôzne dlhé dráhy. Lúč pohybujúci sa takmer priamo po osi pokrýva menšiu vzdialenosť ako lúč odrážajúci sa pod strmým uhlom. Pretože index lomu je všade vo vnútri jadra rovnaký, všetky režimy sa pohybujú rovnakou rýchlosťou -, čo znamená, že lúče so strmým-uhlom jednoducho dorazia dlhšie. Toto časové rozpätie medzi najrýchlejším a najpomalším režimom jemodálna disperziaa je to primárny obmedzovač šírky pásma v akomkoľvek multimódovom vlákne.

PodľaAsociácia optických vlákien (FOA), step{0}}index sklenené multimódové vlákno sa už v telekomunikáciách veľmi nepoužíva. V súčasnosti len plastové optické vlákno (POF) a plast -plátovaný oxid kremičitý (PCS/HCS) stále používajú krokový{3}}indexový dizajn, najmä pre krátke spotrebiteľské audio alebo video prepojenia. V praktickej sieťovej kabeláži bolo krokové-indexové multimódové vlákno takmer úplne nahradené stupňovitým-indexovým dizajnom.

Kde sa stále zobrazuje krok-Index Fiber

Z hľadiska návrhu siete je nepravdepodobné, že by ste sa v projekte modernej štruktúrovanej kabeláže stretli s viacrežimovým vláknom typu step{0}}index. Ale nezmizlo úplne. Medzi situácie, v ktorých môže byť index{3}}krokov stále relevantný, patria:

• Učebné laboratóriá demonštrujúce princípy multimódového šírenia a efekty modálnej disperzie
• POF-spojenie na krátke{1}}vzdialenosti v spotrebnej elektronike, automobilových-sieťach vo vozidlách alebo domácich audio systémoch
• Určité priemyselné snímacie aplikácie, kde je praktická jednoduchšia štruktúra vlákna a väčšie jadro
• Staršie inštalácie, ktoré ešte neboli inovované

Ak pracujete ssklenené verzus plastové optické vláknopomáha pochopiť, že POF je svojou podstatou krokový-index, zatiaľ čo prakticky všetky sklenené multimódové vlákna, ktoré sa dnes predávajú na vytváranie sietí, používajú profil odstupňovaného-indexu.
 

Čo je to triedené-indexové multimódové vlákno?

Multimode vlákno s klasifikovaným-indexom má iný prístup. Namiesto rovnomerného jadra je index lomu najvyšší v strede a postupne klesá - typicky po takmer -parabolickej krivke - smerom k plášťu. Medzinárodná telekomunikačná únia klasifikuje tento typ vlákna podITU-T G.651.1.

Tento parabolický profil kritickým spôsobom mení fyziku šírenia svetla. Svetelné lúče namiesto poskakovania v ostrých cikcak odrazoch sledujú hladké zakrivené dráhy cez jadro. Režim, ktorý sa pohybuje ďalej od stredu - a pokrýva fyzicky dlhšiu dráhu -, sa pohybuje cez oblasti s nižším indexom lomu, kde sa pohybuje rýchlejšie. Medzitým režim takmer-osy pokrýva kratšiu vzdialenosť, ale pohybuje sa cez vyšší-stred indexu pomalšou rýchlosťou. Výsledkom je, že rôzne režimy prichádzajú na vzdialený koniec vlákna oveľa bližšie k sebe v čase.

Tento efekt kompenzácie rýchlosti je dôvodom, prečo vlákno so stupňovitým -indexom má oveľa menšiu modálnu disperziu ako vlákno so stupňovitým{1}}indexom. Teoreticky môže dokonale parabolický profil znížiť intermodálnu disperziu o faktor približne 1 000 v porovnaní s indexom krokov. Vo výrobe v reálnom{7}}svete sa neustále dosahujú 100-násobné zlepšenia šírky pásma oproti indexu krokov - dostatočne na to, aby podporovali multi{11}}gigabitový Ethernet na stovky metrov.

Prečo je gradovaný-index štandardom pre moderné multimódové siete

Každá súčasná klasifikácia OM multimódového vlákna - OM1, OM2, OM3, OM4 a OM5 - je založená na návrhu jadra s odstupňovaným-indexom. Označenia OM, definované vANSI/TIA-568.3 a ISO/IEC 11801, špecifikujte minimálne požiadavky na modálnu šírku pásma, ktoré môžu spĺňať iba profily so stupňovitým{0}}indexom. Napríklad:

• OM3(50/125 µm, laser-optimalizované): efektívna modálna šírka pásma 2 000 MHz·km pri 850 nm, podpora 10 Gigabit Ethernet až do 300 m
• OM4(50/125 µm, laser-optimalizované): efektívna modálna šírka pásma 4700 MHz·km pri 850 nm, s podporou 10 Gigabit Ethernet až do 550 m
• OM5(50/125 µm, širokopásmové): rozširuje špecifikáciu OM4 o podporu multiplexovania s krátkym-rozdelením vlnovej dĺžky (SWDM) na 850–953 nm

Podrobné porovnanie limitov vzdialenosti a rýchlosti prenosu dát vo všetkých kategóriách OM nájdete v našom sprievodcoviLimity vzdialenosti multimódových vlákien OM1–OM5.

Staršie klasifikácie OM1 (62,5/125 µm) a OM2 (50/125 µm) boli navrhnuté predovšetkým pre svetelné zdroje LED. Podľa najnovšej revízie normy TIA (ANSI/TIA-568.3-E) boli OM1 a OM2 presunuté do starej prílohy a už sa neodporúčajú pre nové inštalácie. Moderné nasadenia prevažne špecifikujú OM3 alebo OM4 laserom optimalizované vlákno s odstupňovaným indexom spárované s 850 nm VCSEL transceivermi.

Vysvetlenie kľúčových rozdielov

Profil indexu lomu

Toto je základný rozdiel. Vlákno s krokom{1}}indexom lomu má plochý, jednotný index lomu v celom jadre s jedinou ostrou hranicou. Vlákno s odstupňovaným -indexom má kontinuálne sa meniaci index - najvyšší v strede a smerom von klesá v takmer-parabolickom tvare. Všetko ostatné vyplýva z tohto štrukturálneho rozdielu.

Modálna disperzia a šírka pásma

V krokovom{0}}indexovom multimódovom vlákne obmedzuje modálna disperzia praktickú šírku pásma na približne 20–100 MHz·km. To výrazne obmedzuje použiteľné prenosové rýchlosti a vzdialenosti. V multimódovom vlákne so stupňovitým{5}}indexom parabolický profil vyrovnáva časy cestovania v režime, čím posúva šírku pásma do rozsahu 500 MHz·km (OM2) až 4700 MHz·km (OM4) a ďalej. To je dôvod, prečo môže odstupňované{11}}vláknové vlákno prenášať 10 Gb/s, 40 Gb/s alebo dokonca 100 Gb/s Ethernet na zmysluplné vzdialenosti - niečo, čo krok{16}}indexové multimódové vlákno jednoducho nedokáže.

Šírenie svetla

Krok-indexové vlákno vytvára diskrétne cik-cak odrazy. Graded{2}}indexové vlákno vytvára súvislé zakrivené dráhy, ktoré sa podobajú sínusovým vlnám -, čo je jemnejšia, kontrolovanejšia forma šírenia, ktorá znižuje rozšírenie impulzu na rovnakú dĺžku spojenia.

Praktické aplikácie

V reálnych rozhodnutiach o kabeláži nejde o tesnú konkurenciu. Ak špecifikujete vlákno pre podnikovú sieť LAN, chrbticovú sieť kampusu, prepojenia dátových centier alebo akýkoľvek projekt štruktúrovanej kabeláže navrhnutý pre rýchlosť siete Ethernet -pre budúcu alebo budúcu generáciu, jediné seriózne multimódové vlákno so stupňovitým indexom je{2}}. Krok-indexové multimódové vlákno plní úzku množinu úloh - spotrebiteľské prepojenia POF, vzdelávacie demonštrácie a niektoré priemyselné snímanie -, z ktorých žiadna sa neprekrýva s typickou sieťovou infraštruktúrou.
 

Ako to súvisí s vláknami OM1, OM2, OM3, OM4 a OM5

Bežný bod zmätku: „krok{0}}index vs. gradovaný-index“ a „OM1 vs OM3 vs OM4“ vyzerajú ako rôzne konverzácie, ale sú prepojené.

Všetky vlákna triedy OM-multimode používajú odstupňované-profily indexu jadra. Číslovanie OM nepopisuje krokový-index vs. stupňovaný-index -, ale rozlišuje medzi rôznymiročníkovodstupňovaného{0}}indexu výkonnosti, predovšetkým podľa ich modálnej šírky pásma a svetelného zdroja, pre ktorý sú optimalizované.

Postup vyzerá takto:

• OM1(62,5/125 µm): skorý{2}}indexový dizajn pre LED zdroje; preplnená štartovacia šírka pásma 200 MHz·km pri 850 nm. Teraz starý otec.
• OM2(50/125 µm): vylepšený odstupňovaný-index pre LED zdroje; preplnená štartovacia šírka pásma 500 MHz·km pri 850 nm. Tiež starý otec.
• OM3(50/125 µm): prvý laserový -optimalizovaný odstupňovaný{3}} dizajn indexu s prísne kontrolovaným profilom indexu lomu navrhnutým špeciálne pre podmienky štartu VCSEL 850 nm.
• OM4: ďalej vylepšený odstupňovaný -indexový profil dosahujúci 4700 MHz·km efektívnu modálnu šírku pásma - viac ako dvojnásobok OM3.
• OM5: pridáva širokopásmovú schopnosť (850 – 953 nm) pre krátke-rozdelenie vlnových dĺžok multiplexovania, postavené na jadre s triedeným indexom triedy OM4-.

Takže keď sa niekto spýta, či „vlákno OM3 má klasifikovaný-index“ - áno, je. Také sú OM1, OM2, OM4 a OM5. Vysvetľuje rozdiel medzi krokovým-indexom a stupňovaným-indexomprečomoderné multimódové vlákno funguje rovnako dobre; klasifikácia OM vám povieako dobrevýkon konkrétneho klasifikovaného-vlákna indexu.

Pochopenie ktoréSFP modul transceiverupárov s každou triedou OM je rovnako dôležité ako výber správneho optického vlákna - s nezladenou optikou a vlákno obmedzí výkon spojenia bez ohľadu na kvalitu kábla.

Šírka pásma a vzdialenosť: praktické dôsledky

Súčin vzdialenosti-šírky pásma (meraný v MHz·km) je najpriamejším spôsobom na porovnanie výkonu multimódového vlákna. Povie vám, akú rýchlosť prenosu dát môže daná dĺžka vlákna podporovať predtým, ako modálna disperzia degraduje signál.

Pre krokové-indexové multimódové vlákno sú produkty so šírkou pásma{1}}zvyčajne v rozsahu 20 – 100 MHz·km. To znamená, že na 1 km môžete podporovať iba 20 – 100 MHz analógovej šírky pásma -, čo je príliš nízke pre akýkoľvek súčasný vysokorýchlostný- ethernetový štandard.

V prípade viacrežimového vlákna so stupňovitým{0}}indexom sú čísla výrazne vyššie. Vlákno OM4 s 4700 MHz·km pri 850 nm môže podporovať 10GBASE-SR až 550 metrov alebo 40GBASE-SR4 a 100GBASE-SR4 až 150 metrov pomocou paralelnej optiky MPO/MTP. Tieto vzdialenosti pokrývajú veľkú väčšinu{16}}dĺžok prepojení v budovách a dátových centrách.

V praxi to znamená, že výber medzi krokovým{0}}indexom a gradovaným{1}}indexovým multimódovým vláknom nie je v skutočnosti kompromisom v šírke pásma -, ide o to, či je výkon vo viacerých režimoch dokonca v rozsahu použiteľnom pre vašu aplikáciu. V prípade moderných ethernetových prepojení dosahuje tento rozsah iba odstupňovaný-index.

Ak vzdialenosti vašich spojov presahujú to, čo dokáže pokryť viacrežimový OM3 alebo OM4, ďalším krokom zvyčajne nie je krok-index alebo iný viacrežimový stupeň -, na ktorý sa presúvajedno{0}}režimové vlákno, ktorý úplne eliminuje modálnu disperziu tým, že podporuje iba jeden spôsob šírenia.

Ako si vybrať správne vlákno pre svoj projekt

Ujasnite si, čo vlastne budujete

Ak je projekt modernou LAN, chrbticovou sieťou alebo dátovým centrom navrhnutým pre 1 Gb/s a viac, štandardným východiskovým bodom je odstupňované-indexové multimode vlákno (OM3 alebo OM4). Krok-index multimode vlákno nevstupuje do konverzácie pre tieto aplikácie.

Ak je projekt spotrebiteľské audio prepojenie, vzdelávacie laboratórium s optickými vláknami alebo špeciálna senzorová aplikácia, môže byť vhodný krok-index (zvyčajne POF).

Prispôsobte triedu vlákna požiadavkám na prepojenie

Keď zistíte, že odstupňovaný-index je ten správny dizajn, skutočným rozhodnutím je, ktorá trieda OM vyhovuje vašim potrebám v oblasti šírky pásma a vzdialenosti. OM3 funguje dobre pre väčšinu behov do 300 metrov pri rýchlosti 10 Gbps. OM4 rozširuje tento dosah a poskytuje viac priestoru pre budúce vylepšenia rýchlosti. OM5 stojí za zhodnotenie, ak plánujete používať transceivery založené na SWDM-pre 100G+ cez duplexné vlákno.

V súčasnom štandarde TIA sú OM1 a OM2 staré -, čo znamená, že sú stále uznávané, ale už sa neodporúčajú pre nové kabeláže na zelenej lúke. Ak navrhujete nový káblový závod, špecifikáciou OM3 alebo vyššej sa vyhnete skorému zastaraniu.

Zvážte celý odkaz, nielen vlákno

Výber vlákien je jednou súčasťou väčšieho návrhu prepojenia.Typ konektora, kompatibilita transceivera, strata spoja, polomer ohybu avložená strata verzus návratová stratavšetky ovplyvňujú, či odkaz spĺňa svoj rozpočet na výkon. Výber vlákna OM4, ale použitie zle ukončených konektorov alebo nevhodnej optiky neprinesie očakávané výsledky.

Zistite, kedy sa môžete posunúť nad rámec multirežimu

Ak vaše vzdialenosti presahujú približne 500 – 600 metrov alebo potrebujete podporovať rýchlosti 10G+ pri dlhších behoch, multimódové vlákno (dokonca aj OM4) nemusí byť dostatočné. V tomto bode použite jedno-režimové vlákno s vhodnýmtransceivery alebo transpondéryje zvyčajne lepšia investícia. Krok{1}}index vs. stupňovaný{2}}index sa stáva irelevantným, keď prejdete do jednoduchého-režimu, ktorý používa svoje vlastné odlišné konštrukcie vlákien (OS1 a OS2).
 

Časté chyby v tomto porovnaní

Zamieňajte si to s jednoduchým{0}}režimom a viacerými režimami

Krokový{0}}index vs. stupňovaný{1}index opisuje, ako je index lomu distribuovaný vo vnútri jadra. Jeden-režim verzus viacrežimový popisuje, koľko režimov šírenia vlákno podporuje. Ide o súvisiace, ale samostatné pojmy. Jedno-režimové vlákno zvyčajne používa krokový{7}}profil indexu s veľmi malým jadrom (okolo 8 – 10 µm), ktorý umožňuje iba jednorežimové - úplne odlišné konštrukčné zameranie ako viacvidové vlákno ktoréhokoľvek typu.

Za predpokladu, že všetky multimódové vlákna fungujú rovnako

Skutočnosť, že všetky súčasné vlákna triedy OM-používajú odstupňovaný-index, neznamená, že sú vzájomne zameniteľné. Vlákno OM1 (200 MHz·km preplnená šírka pásma) a vlákno OM4 (4700 MHz·km efektívna modálna šírka pásma) sa výrazne líšia vo výkone. Presnosť odstupňovaného -indexového profilu -, nakoľko sa zhoduje s ideálnou parabolou, ako dobre je optimalizovaný pre spustenie VCSEL -, oddeľuje OM3/OM4/OM5 od predchádzajúcich generácií.

Ignorovanie výberu káblov a konektorov

Výber správnej triedy vlákna je nevyhnutný, ale nie postačujúci. Či už používatevoľná-trubica alebo tesný-kábel s vyrovnávacou pamäťou, kvalita vašejprepojovacie káblea zakončenia a to, ako starostlivo spravujete polomer ohybu a ťahové napätie, to všetko ovplyvňuje výkon prepojenia v skutočnom{0}}svete.

Je Step-Index Fiber zastarané?

Nie úplne -, ale v prípade bežných sieťových káblov je to v skutočnosti mimo obraz. FOA poznamenáva, že krok{2}}indexové sklenené multimódové vlákno sa už v telekomunikáciách výrazne nepoužíva. Index kroku-pretrváva v plastových optických vláknach (POF) pre spotrebiteľské alebo automobilové krátke spojenia a v niektorých špeciálnych priemyselných aplikáciách. Toto sú platné použitia, ale nepretínajú sa so sieťou podniku alebo dátového centra.

Ak v existujúcej inštalácii narazíte na viacrežimové vlákno s krokom{0}}indexu, takmer určite ide o starú infraštruktúru. Vo väčšine prípadov inovácia na OM3 alebo OM4 -indexové vlákno ako súčasť obnovenia štruktúrovanej kabeláže prinesie podstatne lepšiu šírku pásma, dlhšie podporované vzdialenosti a kompatibilitu so sieťovými zariadeniami súčasnej a budúcej{5}}generácie.

Často kladené otázky

Je odstupňované{0}}indexové vlákno lepšie ako krokové{1}}vláknové vlákno pre vytváranie sietí?

Pre akúkoľvek modernú sieťovú aplikáciu - podniková sieť LAN, kabeláž v areáli, prepojenie dátových centier je - odstupňované- viacrežimové vlákno s indexom oveľa lepšie. Poskytuje výrazne nižší modálny rozptyl a oveľa väčšiu šírku pásma. Krok-indexové multimódové vlákno nie je hodnotené pre súčasné vysokorýchlostné{6} ethernetové štandardy.

Používa sa aj dnes vlákno-indexu?

Áno, ale v úzkych súvislostiach. Plastové optické vlákno (POF) používa krokový-indexový dizajn a nachádza sa v spotrebiteľských audio/video prepojeniach a niektorých automobilových-sieťach vo vozidlách. Krok{4}}indexové sklenené multimódové vlákno je zriedkavé mimo starších inštalácií a učebných laboratórií.

Je jedno{0}}krokový{1}}režim vlákna alebo gradovaný{2}}index?

Štandardné jedno{0}}vlákno (napríklad G.652.D) používa krokový{2}}indexový profil, ale s priemerom jadra približne 8–10 µm - dostatočne malým na to, aby podporovalo iba jeden režim šírenia. Toto sa zásadne líši od krokového-indexumultimódovývlákno, ktoré má oveľa väčšie jadro a podporuje stovky režimov s vysokým rozptylom.

Sú vlákna OM3 a OM4 klasifikované-indexom?

áno. Všetky multimódové vlákna triedy OM- (OM1 až OM5) používajú dizajn jadra s odstupňovaným-indexom. OM3 a OM4 sú špeciálne navrhnuté s prísne kontrolovanými parabolickými profilmi optimalizovanými pre 850 nm laserové zdroje VCSEL, čo je dôvod, prečo dosahujú vysoko efektívnu modálnu šírku pásma.

Čo je to produkt týkajúci sa{0}}šírky pásma a prečo je to dôležité?

Súčin vzdialenosti-šírky pásma (v MHz·km) udáva, koľko šírky pásma signálu môže vlákno preniesť na danú vzdialenosť, kým modálny rozptyl zníži výkon. Krokové-indexové multimódové vlákno má zvyčajne rýchlosť 20–100 MHz·km; Vlákno OM4 s odstupňovaným-indexom dosahuje 4700 MHz·km -, čo je približne 50 až 200-násobný rozdiel.

Čo je lepšie pre LAN na krátku{0}}vzdialenosť: krokový-index alebo stupňovaný{2}}index?

Odstupňovaný-index bez otázok. Dokonca aj pri krátkych-pohyboch v budovách využíva moderné vybavenie LAN vysielače a prijímače založené na VCSEL-skonštruované pre indexové vlákno s triedou OM3 alebo OM4-. Sklenené multimódové vlákno Step-index nie je s touto optikou v žiadnom praktickom zmysle kompatibilné.

Kedy by som mal toto porovnanie úplne preskočiť a vybrať si jeden-režim?

Ak vzdialenosti vášho prepojenia presahujú 500 – 600 metrov, ak potrebujete podporovať rýchlosti 10G+ na dlhší dosah alebo ak chcete maximálnu budúcu škálovateľnosť bez upgradov optických vlákien, vhodnejšou voľbou je jedno{4}}režimové vlákno. Otázka krokového-indexu vs. stupňovitého{7}}indexu platí iba v rámci kategórie s viacerými režimami.

Záverečné myšlienky

Rozlíšenie krokového-indexu a stupňovitého{1}}indexu stojí za pochopenie, pretože vysvetľuje fyziku, ktorá stojí za výkonom multimódového vlákna. Odstupňovaný-parabolický profil indexu kompenzuje rôzne spôsoby cestovania, čo znižuje modálny rozptyl, čo umožňuje vyššiu šírku pásma - a tento reťazec príčin a následkov je presne dôvodom, prečo je každé súčasné multimódové vlákno triedy OM-triedené-indexom.

Pre každého, kto špecifikuje optické vlákno pre skutočný sieťový projekt, je praktické riešenie jednoduché. Viacvidové vlákno s indexom Step{1}} patrí do staršej éry optických vlákien a do úzkej množiny súčasných špecifických aplikácií. Odstupňované-indexové multimódové vlákno - konkrétne OM3 alebo OM4 - je štandardnou voľbou pre kabeláž moderných priestorov, kampusov a dátových centier. A keď multimód dosiahne svoju vzdialenosť alebo rýchlostné limity, cesta vpred je v jednom{8}}režime, nie v rôznom multirežimovom dizajne.

Pred dokončením akéhokoľvek výberu vlákna si overte celý rozpočet prepojenia: trieda vlákna,typ konektora, kompatibilita transceivera, vzdialenosť a plánované vylepšenia rýchlosti. Samotné vlákno je len jeden kus systému, ktorý musí spolupracovať.