Fibre multimode : OM1 vs OM2 vs OM3 vs OM4

Le débit de transmission et la bande passante des fibres optiques multimodes

Lorsque la taille géométrique de la fibre (principalement le diamètre du coeur d1) est bien supérieure à la longueur d'onde de la lumière (environ 1 micron), il y aura des dizaines voire des centaines de modes de propagation dans la fibre. Différents modes de propagation auront des vitesses et des phases de propagation différentes, de sorte que des retards se produiront après une transmission longue distance, ce qui entraînera des impulsions optiques plus larges. Ce phénomène est appelé dispersion modale de la fibre optique, également appelée dispersion intermodale.

Il y aura un paramètre de bande passante (bande passante du canal) dans les paramètres de la fibre multimode, l'unité est le MHz·km, et parfois on se demande si le débit de transmission de la fibre multimode atteint 200 Mbit/s ? Comment comprendre la relation entre les deux ?

Commençons par comprendre la bande passante de la fibre multimode.

Habituellement, la capacité d'information de la fibre multimode est mesurée par le produit de la bande passante et de la longueur. Pourquoi l'unité n'est-elle pas MHz, mais MHz·km ? Tout d'abord, nous devons comprendre les caractéristiques de la fibre multimode : le retard de groupe supplémentaire, la dispersion intermodale, la dispersion des matériaux, la dispersion des guides d'ondes, etc. dans le processus de transmission des signaux de guide d'ondes optiques dans la fibre optique multimode conduit à une distorsion du signal. Parmi eux, la dispersion intermodale est le facteur décisif pour la bande passante. La dispersion du matériau et la dispersion du guide d'ondes sont généralement négligeables dans la fibre multimode, mais elles ont un impact significatif sur la fibre monomode.

Les facteurs mentionnés ci-dessus feront que la longueur de transmission du signal de guide d'ondes optique est inversement proportionnelle à la largeur de bande lorsque le signal est transmis dans la fibre multimode. Généralement, plus la longueur de transmission est longue, plus la bande passante de transmission est faible. L'unité de MHz·km sert à décrire la capacité que la fibre multimode peut transmettre dans un rayon de 1 KM (à condition que le signal ne tombe pas en panne). La longueur des fibres est un paramètre physique emblématique. Une fois la distance déterminée, la plage de sélection de fibre peut être réduite en fonction des exigences de bande passante actuelles ou futures de l'utilisateur. Par conséquent, il est inutile de dire simplement la bande passante réelle de la fibre multimode, et la longueur doit être ajoutée pour s'assurer que le signal ne tombe pas en panne, de sorte que l'unité devient MHz·KM. Par exemple, si la bande passante est de 600 MHz·KM, sa bande passante n'est que de 300 M à un endroit de 2 KM. Pour la fibre multimode à saut d'indice, l'influence de divers facteurs limite son produit bande passante-longueur à 20 MHz·KM ; pour la fibre à gradient d'indice, son produit bande passante-longueur peut atteindre 2.5 GHz·KM ; et pour la fibre monomode, en raison de facteurs tels qu'une faible dispersion et une largeur de spectre de source lumineuse étroite, on peut considérer que sa bande passante de transmission est infinie. Des études ont montré que pour une courte longueur d'onde de 0.85 μm, si la largeur spectrale quadratique moyenne de la source lumineuse est de 20 nm, la bande passante totale de la fibre dans le meilleur des cas n'est que de 1 GHz km ; Pour une longueur d'onde de 1.30 μm, si l'indice de profil est bien maîtrisé, la bande passante la plus élevée peut dépasser 10 GHz.km.

(Remarques : pour l'instant, la largeur spectrale quadratique moyenne de la LED (diode électroluminescente) est d'environ 5 % de la longueur d'onde centrale. Par exemple, en supposant que la longueur d'onde maximale d'émission de la LED est de 850 nm, sa largeur spectrale typique devrait soit 40 nm, c'est-à-dire que la majeure partie de la puissance de la lumière émise se concentre dans la plage de longueurs d'onde de 830 ~ 870 nm.La largeur spectrale de la source lumineuse LD (laser à semi-conducteur) est beaucoup plus étroite, parmi lesquelles la largeur spectrale typique du LD multimode est de 1 ~ 2 nm, tandis que la largeur spectrale typique du LD monomode n'est que de 0.0001 nm.)

Le taux de transmission de fibre multimode est lié à la bande passante de la fibre multimode. Tout d'abord, le débit de transmission de données (également appelé débit de code, débit binaire ou bande passante de données) décrit le nombre de bits de code de données transmis par seconde en communication. L'unité est le bit/seconde, qui peut être enregistré sous la forme bit/s=b/s=bps. La relation entre la bande passante du canal et le débit de transmission de données peut être décrite par le critère de Nyquist et la loi de Shannon.

Le critère de Nyquist indique que si l'intervalle de temps est π/ω (ω=2πf–>2f=w/π), et que le signal d'impulsion étroit est transmis via le canal de communication idéal, il n'y aura pas d'interférence mutuelle entre le précédent et le symboles suivants. Par conséquent, la relation entre le débit de transmission de données maximum Rmax (en bps) des signaux de données binaires et la bande passante du canal de communication B (B=f, en Hz) peut être écrite comme : Rmax=2f. Pour les données binaires, si la bande passante du canal B = f = 200 MHz, le débit de transmission de données maximal est de 400 Mbps et le débit peut être augmenté de N fois dans un système multi-aire. Le théorème de Nyquist décrit la relation entre le débit de transmission de données maximal d'un canal sans bruit à bande passante limitée et la bande passante du canal.

Le théorème de Shannon décrit la relation entre le débit de transmission maximal d'un canal avec une bande passante limitée et le bruit thermique aléatoire, la bande passante du canal et le rapport signal sur bruit. Le théorème de Shannon indique que lors de la transmission de signaux de données sur un canal avec un bruit thermique aléatoire, la relation entre le débit de transmission de données Rmax, la bande passante du canal B et le rapport signal sur bruit S/N est : Rmax=B log2(1+ S/N), l'unité de Rmax est bps, l'unité de bande passante B est Hz, et le rapport signal/bruit S/N est généralement exprimé en dB (décibels). Si S/N=30(dB), alors le rapport signal sur bruit peut être obtenu selon la formule : S/N(dB)=10.lg(S/N), S/N=1000. Si la bande passante B=3000Hz, alors Rmax≈30kbps.

La loi de Shannon donne une limite au débit de transmission de données maximal pour un canal thermiquement bruyant à bande passante finie. Cela signifie que pour un canal de communication avec une bande passante de seulement 3000Hz, lorsque le rapport signal sur bruit est de 30db, peu importe que les données soient exprimées en valeurs de niveau binaires ou plus discrètes, les données ne peuvent pas être transmises à un débit supérieur à 30kbps.

"OM" signifie multi-mode optique, une norme pour la fibre multimode pour indiquer le niveau de fibre. La bande passante et la distance maximale des différents niveaux de transmission sont différentes, et les différences sont analysées à partir des aspects suivants.

Comparaison des paramètres et spécifications des fibres optiques OM1, OM2, OM3 et OM4

1. OM1 fait référence à une fibre multimode de diamètre de coeur de 50 μm ou 62.5 μm avec une largeur de bande d'injection complète de 850/1300 nm et supérieure à 200/500 MHz·km ;
2. OM2 fait référence à la fibre optique multimode de diamètre de cœur de 50 μm ou 62.5 μm avec une largeur de bande d'injection complète de 850/1300 nm et supérieure à 500/500 MHz·km ;
3. OM3 est une fibre multimode de 50 μm de diamètre optimisée par laser 850 nm. En Ethernet 10 Gb/s utilisant VCSEL 850 nm, la distance de transmission par fibre peut atteindre 300 m.
4. OM4 est une version améliorée de la fibre optique multimode OM3, et la distance de transmission de la fibre optique peut atteindre 550 m.

Comparaison des paramètres et spécifications des fibres optiques OM1, OM2, OM3 et OM4

Type	Diamètre de la fibre（μm）	Type de fibre optique	1 Gigabit Ethernet 1000BASE-SX	1 Gigabit Ethernet 1000BASE-LX	Ethernet 10 Gbit/s 10GBASE	Ethernet 40 Gb/s 40GBASE SR4	Ethernet 100 Gb/s 100GBASE SR4
OM1	62.5/125	multimodes	275m	550m	33m	pas pris en charge	pas pris en charge
OM2	50/125	multimodes	550m	550m	82m	pas pris en charge	pas pris en charge
OM3 (optimisé au laser)	50/125	multimodes	550m	550m	300m	100m(SR4)	100m(SR4)
OM4 (optimisé au laser)	50/125	multimodes	550m	550m	400m	150m(SR4)	150m(SR4)
mode Single	9/125	mode unique	5km à 1310nm	5km à 1310nm		N/D

Comparaison de conception des fibres OM1, OM2, OM3 et OM4

1. Les traditionnels OM1 et Fibres multimodes OM2 utiliser la LED (diode électroluminescente) comme source lumineuse de base en termes de norme et de conception, tandis que OM3 et OM4 sont optimisés sur la base de OM2, ce qui les rend adaptés à la transmission avec LD (diode laser) comme source lumineuse ;
2. Comparé à OM1 et OM2, OM3 a un taux de transmission et une bande passante plus élevés, il est donc appelé fibre multimode optimisée ou fibre multimode 10G ;
3. OM4 est ré-optimisé sur la base d'OM3, avec de meilleures performances.

Comparaison des fonctions et caractéristiques des fibres optiques OM1, OM2, OM3 et OM4

1. OM1 : Grand diamètre de noyau et ouverture numérique, avec une forte capacité de collecte de lumière et des caractéristiques anti-flexion.
2. OM2 : Le diamètre du noyau et l'ouverture numérique sont relativement petits, ce qui réduit efficacement la dispersion modale de la fibre multimode, augmente considérablement la bande passante et réduit le coût de production de 1/3.
3. OM3 : L'utilisation d'une peau extérieure ignifuge peut empêcher la propagation des flammes, empêcher l'émission de fumée, de gaz acide et de gaz toxique, etc., et répondre aux besoins d'un taux de transmission de 10 Gb/s.
4. OM4 : Développé pour la transmission laser VSCEL, la bande passante effective est plus du double de celle de l'OM3.

Comparaison des applications des fibres optiques OM1, OM2, OM3 et OM4

1. OM1 et OM2 ont été largement déployés dans les applications de construction depuis de nombreuses années, prenant en charge la transmission Ethernet avec un maximum de 1 Go.
2. Les câbles optiques OM3 et OM4 sont généralement utilisés dans l'environnement de câblage du centre de données, prenant en charge la transmission d'Ethernet haut débit 10G ou même 40/100G.

Diamètres de fibre de om1, om2, om3 et om4

Quand utiliser le cavalier fibre optique OM3 ?

fibre optique OM3 est une fibre optique conçue pour fonctionner avec VCSEL, est conforme à la spécification de fibre optique OM-3 de la norme ISO/IEC11801-2nd et répond aux exigences des applications Ethernet 10 Gigabit. Il existe de nombreux types de fibre optique OM3, y compris le type intérieur, la polyvalence intérieur/extérieur, etc., et le nombre de cœurs de la fibre optique varie de 4 cœurs à 48 cœurs. De plus, toutes les applications basées sur l'ancienne fibre multimode 50/125 sont prises en charge, y compris les sources de lumière LED et les sources de lumière laser.

1. La distance de transmission de Gigabit Ethernet utilisant le système de fibre optique OM3 peut être étendue à 900 mètres, ce qui signifie que les utilisateurs n'ont pas besoin d'utiliser des appareils laser coûteux lorsque la distance entre les bâtiments dépasse 550 mètres.
2. Dans un rayon de 2000 62.5 mètres, la fibre multimode standard 125/12 μm peut être utilisée dans diverses situations dans la plage de débit OC-622 (3 Mb/s), et la fibre monomode sera utilisée dans le cas contraire. Cependant, l'émergence de la fibre multimode OM3 a changé cette donne. Étant donné que la fibre OM10 peut augmenter la distance de transmission des systèmes Gigabit et 850 Gigabit, l'utilisation de modules optiques de longueur d'onde de XNUMX nm et de VCSEL sera la solution de câblage la plus rentable.
3. Lorsque la longueur de la liaison dépasse 1000 mètres, la fibre monomode reste le seul choix à l'heure actuelle. La fibre monomode peut atteindre une distance de transmission de 5 kilomètres à une longueur d'onde de 1310 nm dans un système gigabit et une distance de transmission de 10 kilomètres dans un système 10 gigabits.
4. Lorsque la longueur de la liaison est inférieure ou égale à 1000 mètres, la fibre multimode OM3 50 μm peut être utilisée dans le système Gigabit, et la fibre monomode doit être utilisée dans le système 10 Gigabit.
5. Lorsque la longueur de la liaison est inférieure à 300 mètres, la fibre multimode OM3 peut être utilisée dans tous les systèmes Gigabit et 10 Gigabit.

Quand utiliser le cavalier fibre optique OM4 ?

Pour une liaison classique, le coût du module optique est très élevé. Bien que le coût de la fibre monomode soit moins cher que celui de la fibre multimode, la fibre monomode nécessite un module optique 1300 nm très coûteux, dont le coût est environ 2 à 3 fois supérieur à celui d'un module optique multimode 850 nm. En général, le coût d'un système à fibre multimode est bien inférieur à celui d'un système à fibre monomode.

Lors de l'investissement dans le câblage à fibre optique, si nous envisageons d'augmenter l'investissement initial de certains câbles et d'adopter une meilleure fibre multimode, telle que Fibre OM4, nous pouvons nous assurer que la technologie de fibre multimode actuelle peut être pleinement utilisée et réduire le coût global du système actuel ; Lorsque le système doit être mis à niveau vers un système à débit plus élevé, tel que 40G et 100G, OM4 peut toujours être utilisé et permettra d'économiser davantage de dépenses.

En un mot, lorsque le débit de transmission est supérieur à 1 Gb/s, c'est un bon choix de système d'adopter la fibre multimode. Lorsque le système nécessite un débit de transmission plus élevé, voici nos directives pour choisir la fibre OM4 :

1. Pour les utilisateurs Ethernet, dans la transmission du système 10 Gb/s, la distance de transmission peut atteindre 300 m à 600 m ; Dans les systèmes 40Gb/s et 100Gb/s, la distance de transmission est comprise entre 100 m et 125 m.
2. Pour les utilisateurs du réseau de campus, la fibre OM4 prendra en charge une longueur de liaison fibre 4 Gb/s de 400 m, une longueur de liaison fibre 8 Gb/s de 200 m ou une longueur de liaison fibre 16 Gb/s de 130 m.

Résumé

La technologie de fibre multimode a été développée du multimode OM1 à OM4 qui prend désormais en charge 10 Gbps, ce qui permettra à l'investissement de l'utilisateur d'obtenir le retour le plus efficace et deviendra le meilleur choix pour le câblage backbone ou la fibre jusqu'au bureau.