Оптические разъемы fc. Основные типы оптических коннекторов
Первый шаг в разработке оптоволоконной системы - выбор передатчиков и приемников, наилучшим образом подходящих к заданному типу сигнала. Лучше всего это делать, сравнивая техническую информацию об изделиях и консультируясь с инженерами фирмы-изготовителя, которые помогут подобрать наилучший вариант. После этого надо выбрать сам оптоволоконный кабель, оптические соединители и метод их установки. Хотя это в самом деле не очень простая задача, часто не имеющие опыта инженеры испытывают неоправданную боязнь технологий работы с оптоволокном. В этой брошюре мы попытаемся прояснить несколько распространенных заблуждений об оптоволоконных кабелях и монтаже разъемов на них.
Конструкция кабеля
Выбор кабеля определяется решаемой задачей.
Как и медные провода, оптоволоконные кабели выпускаются во множестве различных вариантов. Существуют одно- и многожильные кабели, кабели для воздушной прокладки или непосредственной укладки в грунт, кабели в негорючей оболочке для прокладки в пространстве между фальшпотолком и перекрытием и в межэтажных кабельных каналах, и даже сверхпрочные тактические кабели военного назначения, способные выдерживать сильнейшие механические перегрузки. Понятно, что выбор кабеля определяется решаемой задачей.
Вне зависимости от вида внешней оболочки, в любом оптоволоконном кабеле имеется хотя бы один волоконный световод. Остальные конструктивные элементы (разные в разных типах кабеля) защищают световод от повреждений. Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.
Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.
В первом способе оптоволокно находится внутри пластмассовой защитной трубки, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра волокна. Иногда эту трубку заполняют силиконовым гелем, предотвращающим скопление влаги в ней. Поскольку оптоволокно свободно «плавает» в трубке, механические усилия, действующие на кабель снаружи, обычно его не достигают. Такой кабель очень устойчив к продольным воздействиям, возникающим при протяжке через кабельные каналы или при прокладке кабеля на опорах. Поскольку в световоде нет значительных механических напряжений, кабели такой конструкции имеют малые оптические потери.
Второй способ состоит в использовании толстого пластикового покрытия, нанесенного прямо на поверхность световода. Защищенный таким образом кабель имеет меньший диаметр и массу, большую устойчивость к ударным воздействиям и гибкость, но поскольку оптоволокно жестко зафиксировано внутри кабеля, его стойкость к растяжению не столь высока, как при использовании свободно облегающей защитной трубки. Такой кабель применяется там, где не предъявляются очень высокие требования к механическим параметрам, например, при прокладке внутри зданий или для соединения отдельных блоков аппаратуры. На рис. 1 схематично показано устройство обоих типов кабеля.
Рис. 1. Конструкция основных типов оптоволоконных кабелей
На рис. 2 показано поперечное сечение одно- и двухжильного оптоволоконного кабеля, а также более сложного многожильного. Двухжильный кабель внешне похож на обычный сетевой электропровод.
Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала.
Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала. В многожильных кабелях часто добавляется дополнительный центральный усиливающий элемент. При изготовлении оптоволоконных кабелей используются, как правило, только не проводящие электрический ток материалы, но иногда добавляется внешняя навивка из стальной ленты для защиты от грызунов (кабель для непосредственной укладки в грунт) или внутренние усиливающие элементы из стальной проволоки (кабели для воздушных линий на опорах). Существуют также кабели с дополнительными медными жилами, по которым подается питание на удаленные электронные устройства, используемые в системе передачи сигнала.
Рис. 2. Различные типы кабелей в поперечном разрезе
Волоконные световоды
Независимо от разнообразия конструкций кабелей их основной элемент - оптическое волокно - существует лишь в двух основных модификациях: многомодовое (для передачи на расстояния примерно до 10 км) и одномодовое (для больших расстояний). Применяемое в телекоммуникациях оптоволокно обычно выпускается в двух типоразмерах, отличающихся диаметром сердцевины: 50 и 62,5 мкм. Внешний диаметр в обоих случаях составляет 125 мкм, для обоих типоразмеров используются одни и те же разъемы. Одномодовое оптоволокно выпускается только одного типоразмера: диаметр сердцевины 8-10 мкм, внешний диаметр 125 мкм. Разъемы для многомодовых и одномодовых световодов, несмотря на внешнее сходство, не взаимозаменяемы.
Рис. 3. Прохождение света через оптоволокно со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления
На рис. 3 показано устройство двух типов оптоволокна - со ступенчатой и с плавной зависимостью показателя преломления от радиуса (профилем).
Волокно со ступенчатым профилем состоит из сердцевины из сверхчистого стекла, окруженной обычным стеклом с более высоким показателем преломления. При таком сочетании свет, распространяясь по волокну, непрерывно отражается от границы двух стекол, примерно как теннисный шарик, запущенный в трубу. В световоде с плавным профилем показателя преломления, который целиком изготовлен из сверхчистого стекла, свет распространяется не с резким, а с постепенным изменением направления, как в толстой линзе. В оптоволокне обоих типов свет надежно заперт и выходит из него только на дальнем конце.
Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света. На 850 нм (свет с такой длиной волны в основном применяется в системах передачи на небольшие расстояния) потери в обычном оптоволокне составляют 4-5 дБ на километр кабеля. На 1300 нм потери снижаются до 3 дБ/км, а на 1550 нм - до величины порядка 1 дБ. Свет с двумя последними длинами волн используется для передачи данных на большие расстояния.
Потери, о которых только что было сказано, не зависят от частоты передаваемого сигнала (скорости передачи данных). Однако существует еще одна причина потерь, которая зависит от частоты сигнала и связана с существованием множества путей распространения света в световоде. Рис. 4 поясняет механизм возникновения таких потерь в оптоволокне со ступенчатым профилем показателя преломления.
Рис. 4. Различные пути распространения света в оптоволокне
Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света.
Луч, вошедший в оптоволокно почти параллельно его оси, проходит меньший путь, чем тот, который испытывает многократные отражения, поэтому свету для достижения дальнего конца световода требуется разное время. Из-за этого световые импульсы с малой длительностью нарастания и спада, обычно используемые для передачи данных, на выходе из оптоволокна размываются, что ограничивает максимальную частоту их следования. Влияние этого эффекта выражается в мегагерцах полосы пропускания кабеля на километр его длины. Стандартное волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм (многократно превышающим длину волны света) имеет максимальную частоту 160 МГц на 1 км на длине волны 850 нм и 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодовое волокно с более тонкой сердцевиной (8 мкм) обеспечивает максимальную частоту в тысячи мегагерц на 1 км. Однако для большинства низкочастотных систем максимальное расстояние передачи в основном ограничивается все же поглощением света, а не эффектом размывания импульсов.
Оптические разъемы
Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях. Эта функция возлагается на оптические разъемы, которые изготавливаются с очень высокой точностью (допуски имеют порядок тысячных долей миллиметра).
Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях.
Хотя существует много типов оптических разъемов, сейчас наиболее распространен разъем типа ST (рис. 5). Он состоит из изготовленного с высокой точностью штифта, в который выходит оптоволокно, пружинного механизма, который прижимает штифт к такому же штифту в ответной части разъема (или в электронно-оптическом устройстве) и кожуха, механически разгружающего кабель.
Разъемы ST выпускаются в вариантах для одномодового и многомодового оптоволокна. Основное различие между ними заключено в центральном штифте и его не так просто заметить визуально. Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.
Рис. 5. Оптический разъем типа ST
Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.
Установка оптического разъема на кабель начинается со снятия оболочки с помощью практически таких же инструментов, что используются для электрического кабеля. Затем усиливающие элементы обрезаются на нужную длину и вставляются в различные удерживающие уплотнения и втулки. В кабеле со свободно облегающей защитной трубкой ее конец снимается, чтобы обнажить само оптоволокно. В кабеле с плотно прилегающей к оптоволокну оболочкой она снимается с помощью прецизионного инструмента, напоминающего устройство для снятия изоляции с тонких электрических проводов. До этого момента процесс очень похож на работу с электрическим кабелем, но дальше начинаются отличия. Освобожденное от оболочек оптоволокно смазывается быстротвердеющей эпоксидной смолой и вставляется в прецизионно выполненное отверстие или канавку штифта, конец оптоволокна при этом выходит из отверстия наружу. Затем на разъеме устанавливаются элементы механической разгрузки кабеля, и он готов к завершающим операциям. Штифт помещается в специальное приспособление, в котором торчащий конец оптоволокна скалывается. На это уходит одна-две секунды, после чего разъем устанавливается в специальное зажимное приспособление, где выполняется полировка скола с помощью специальных пленок двух или трех степеней шероховатости. На все, не считая пяти минут на затвердевание эпоксидной смолы, уходит 5-10 минут в зависимости от мастерства монтажника.
Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC.
Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.
Среди многих людей распространено предубеждение о трудностях установки разъемов на оптоволоконные кабели, поскольку они слышали «о сложном процессе скола и полировки стеклянного волокна». Когда им показывают, что этот «сложный процесс» выполняется с помощью очень простого приспособления и занимает меньше минуты, то окутывающая его «тайна» мгновенно улетучивается. Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC. После обучения, которое занимает от 30 минут до часа, наибольшее время при установке оптических разъемов расходуется на ожидание затвердевания эпоксидной смолы. Тем не менее предубеждение остается широко распространенным, и для таких потребителей некоторые фирмы выпускают оптические разъемы так называемого быстрого монтажа. Они устанавливаются на кабели с помощью разнообразных механических зажимных систем, клеевых расплавов, быстросохнущих клеев (а иногда и вообще без химических клеящих составов). Некоторые из этих разъемов даже поставляются с заранее отполированным отрезком оптоволокна, вставленного в штифт, что вообще позволяет исключить процедуру окончательной обработки. Хотя установка этих разъемов действительно чуть более проста, никому не следует бояться и стандартного метода монтажа с использованием эпоксидной смолы и полировкой торца световода. На рис. 6 показана последовательность установки типового разъема ST на оптоволоконный кабель.
Рис. 6. Этапы монтажа разъема ST на оптоволоконный кабель
Также распространены оптические разъемы SMA, SC и FCPC. Все они подобны в смысле использования штифта, прецизионно совмещаемого с таким же штифтом в ответной части разъема, а отличаются только конструкцией механического соединения. Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.
Оптические коннекторы применяются при оконцовке оптических волокон для их стыковки с пассивным или активным телекоммуникационным оборудованием.
Сегодня на рынке представлено большое количество специализированных оптических коннекторов. В телекоммуникациях и сетях кабельного телевидения наибольшее распространение получили коннекторы типов SC, FC, ST, имеющие стандартные размеры и миниатюрные LC. Оптические коннекторы могут соединять как одно, так и несколько волокон.
Оптический коннектор состоит из корпуса, внутри которого расположен наконечник (феррула) с прецизионным продольным концентрическим каналом. Диаметр канала зависит от того, какое оптическое волокно будет использоваться - одномодовое или многомодовое. Для одномодового волокна диаметр канала феррулы равен 125,5-127 мкм, для многомодового 127-130 мкм. Наиболее распространенный внешний диаметр феррул - 2,5 мм, но в оптических коннекторах с малым форм-фактором используются феррулы диаметром 1,25 мм. Стандартно в качестве материала феррул используется диоксид циркония.
Феррула соединяется с оптическим волокном: волокно без оболочки вставляется в канал наконечника и фиксируется, выступающий конец волокна скалывается параллельно с поверхностью торца ферула, сам торец ферула полируется. Далее феррула с волокном совмещается с корпусом разъема. После соединения волокна и феррулы, сборка тестируется на наличие дефектов (на микроскопе или интерферометре). Для одномодового волокна точность выравнивания волокна в ферруле должна быть выше, чем 0,5 мкм, угловое отклонение не более 5 гр., а возвратные потери не менее 40 дБ.
Существует несколько наиболее часто используемых типов коннекторов, каждый из которых требует своего метода сборки. Но минимум два шага этих методов являются общими для всех типов.
1) Волокно закрепляется в оптическом коннекторе с помощью эпоксидной смолы. Этот процесс важен с точки зрения обеспечения надежности соединения. Эпоксидная смола предотвращает движение оптического волокна, что позволяет производить равномерную полировку торцов феррулы и оптического волокна.
2) Торец феррулы полируется для обеспечения наиболее плотного соединения коннекторов. Это необходимо для того, чтобы снизить в точке соединения коннекторов вносимое в линию затухание и обратное отражение.
Существует несколько типов полировки
- РС (Physically Contact)
- UPC (Ultra Physically Contact)
- APC (Angled Physically Contact)
- SPS (Super Physically Contact)
В случае полировки UPC плоскость торца феррулы перпендикулярна оптическому волноводу волокна, при APC - наклонена под углом 8°.
В телекоммуникациях стандартно используются оптические коннекторы с полировкой UPC, обозначаемые синим цветом, реже - APC, обозначаемые зеленым цветом. Оптические коннекторы с полировкой APC не совместимы с другими типами коннекторов, они нашли широкое применение в сетях кабельного телевидения.
Выбор метода полировки зависит от материала наконечника. Если материал наконечника очень твердый, например керамика, то, как правило, наконечник закруглен в районе торцевого конца, и на него ссылаются как на предварительно закругленный. Мягкие материалы наконечника, такие, как композитные термопластики или стеклокерамика, могут полироваться плоско. Эти материалы интенсивно используются, так как изнашиваются примерно с такой же скоростью, что и оптоволокно, и поддерживают высокое качество физического контакта.
Торцевые концы волокна закругляются, для того, чтобы свет не отражался непосредственно назад к источнику (угол отражения равен углу падения). В случае закругления торца, отражение происходит назад под углом и рассеивается, а волокна соприкасаются наиболее выступающими точками, приходящимися на среднюю часть светонесущей сердцевины волокна. Таким образом, воздушный зазор исключен.
Обратное отражение может быть снижено еще больше, если использовать угловой физический контакт APC (Angled Physically Contact). Угловой контакт отражает свет в оболочку волокна, а не в сердцевину.
Возвратные потери оптического коннектора должны быть, как уже говорилось, не меньше 40 дБ.
Еще одна важная характеристика оптического коннектора - количество циклов соединения. Оно определяется числом соединений/разъединений, начиная с которого характеристики коннектора начнут ухудшаться. Это число, как показывает опыт, колеблется от 200 до 600 соединений. В конце жизненного цикла потери на коннекторе не должны увеличиваться более чем на 0,2 дБ.
Требования, предъявляемые к коннекторам:
- Малые вносимые потери
- Малое обратное отражение
- Устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям
- Высокая надежность и простота конструкции, незначительное ухудшение параметров после многократных повторных соединений
Типы оптических коннекторов
Коннекторы ST были разработаны в середине 80-х годов. Удачная конструкция этих коннекторов обусловила появление на рынке большого числа их аналогов. В настоящее время коннекторы ST получили широкое распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Керамический наконечник диаметром 2,5 мм, с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Для защиты торца волокна от повреждений при прокручивании в момент установки применяется боковой ключ, входящий в паз розетки, вилка на розетке фиксируется байонетным замком.
Коннекторы ST просты и надежны в эксплуатации, легко устанавливаются, относительно недороги. Однако, простота конструкции имеет и отрицательные стороны: чувствительность к резким усилиям, прилагаемым к кабелю, а также к значительным вибрационным и ударным нагрузкам, ведь наконечник представляет собой единый узел с корпусом и хвостовиком. Этот недостаток ограничивает применение подобного типа коннекторов на подвижных объектах. Детали коннекторов ST обычно изготавливаются из цинкового сплава с никелированием, реже из пластмассы.
При сборке коннекторов арамидные нити упрочняющей оплетки кабеля укладываются на поверхность задней части корпуса, после чего надвигается и обжимается металлическая гильза. Такая конструкция позволяет в значительной мере снизить вероятность обрыва волокна при выдергивании коннектора. Для дополнительного увеличения механической прочности соединительных шнуров в коннекторах ряда производителей предусматривается обжим на задней части корпуса не только арамидных нитей, но и внешней оболочки миникабеля.
В настоящее время ST-коннектор заменяется на более прогрессивный FC-коннектор.
Этот тип коннектора широко применяется как для одномодового, так и для многомодового волокна. SC-коннектор относится к классу коннекторов общего пользования и применяется как в сетях с большой длиной секций, так и в локальных сетях. В устройстве используется механизм сочленения "push-pull".
Коннектор SC базового типа состоит из сборки (вилки), содержащей наконечник, вставленной в корпус разъема, центрирующую наконечник. Оптический SC-коннектор может объединяться в модуль, состоящий из нескольких разъемов. В этом случае модуль может использоваться для дуплексного соединения (одно волокно которого используется для передачи в прямом, а другое в обратном направлениях). Коннектор имеет ключ, предотвращающий неправильное соединение волокон.
Коннекторы типа FC ориентированы, в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи, специализированных системах и сетях кабельного телевидения. Керамический наконечник диаметром 2,5мм с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Наконечник изготавливается со строгими допусками на геометрические параметры, что гарантирует низкий уровень потерь и минимум обратных отражений. Для фиксации коннектора FC на розетке используется накидная гайка с резьбой М8 х 0,75. В данной конструкции подпружиненный наконечник жестко не связан с корпусом и хвостовиком, что усложняет и удорожает коннектор, однако такое дополнение окупается повышенной надежностью.
Уровень вносимых потерь коннектора типа FC составляет <0,4 дБ. Они имеют средства для настройки. Ключ настройки позволяет настраивать уровень вносимых потерь до нескольких десятых дБ. После того, как позиция минимальных потерь найдена, ключ может быть зафиксирован.
Коннекторы типа FC устойчивы к воздействию вибраций и ударов, что позволяет применять их на соответствующих сетях, например, непосредственно на подвижных объектах, а также на сооружениях, расположенных вблизи железных дорог.
Миниатюрные LC-коннекторы имеют размеры примерно в два раза меньше, чем обычные варианты SC, FC, ST с диаметром наконечника 1,25 мм, вместо стандартного 2,5 мм. Это позволяет реализовать большую плотность при установке на коммутационной панели и плотную схему установки в стойку.
Коннектор фиксируется с помощью прижимного механизма, исключающего случайное разъединение.
D4-коннектор
Этот тип оптических коннекторов особенно широко используется для одномодового волокна. Он во многих отношениях похож на FC-коннектор, но имеет наконечник меньшего диаметра - 2,0 мм.
FDDI-коннектор
Разъем FDDI спроектирован как двухканальный, использует два керамических наконечника и механизм боковых защелок. Прочный кожух защищает наконечники от случайных повреждений, тогда как плавающий стык обеспечивает ему плотное сочленение без усилий. Уровень вносимых потерь составляет порядка 0,3 дБ для одномодового волокна и порядка 0,5 дБ для многомодового. FDDI - технология локальных сетей, используемая для пакетной передачи данных со скоростью 100 Мбит/с в соответствии со стандартом ANSI.
Оптический разъем Е-2000 и F-3000
Разъемы Е-2000 представляют из себя достаточно сложную конструкцию. Для разъединения разъема требуется специальный ключ, поэтому вероятность случайного разъединения разъема Е-2000 сводится к нулю. После разъединения коннектора, отверстие закрывают специальные шторки. Данные разъемы отличает большое количество циклов соединений - до 2000.
Оптические разъемы F-3000 являются усовершенствованной версией разъема Е-2000. Отличие заключается в диаметре ферула - 1,25 мм (у F-3000) и в материале шторок, у F-3000 они металлические.
Существует еще большое количество типов оптических разъемов - HDSC, FJ, SC-Compact, MU, SCDC, SCQC, Mini-MT, MT-RJ, Mini-MPO, Optoclip II, VF-45 и прочие. Эти разъемы имеют узкое прикладное назначение и в настоящее время не получили широкого применения.
В настоящее время существует множество оптических разъемов, отличающихся размерами и формами, методами крепления и фиксации. Выбор типа оптического коннектора зависит от используемого активного оборудования, задач монтажа ВОЛС и требуемой точности.
Классификация оптических разъемов в целом одинакова и основана на следующих параметрах:
- стандарт коннектора (разъема);
- тип шлифовки;
- тип волокна (одномодовое или многомодовое);
- тип коннекторов (одинарный или дуплекс).
В результате различных комбинаций всех этих типов получается огромное множество модификаций коннекторов и адаптеров. На картинке ниже приведены далеко не все из них.
Что означают все эти буквы?
Возьмем для примера типичную маркировку оптического патчкорда: SC/UPC-LC/UPC MultiMode Duplex .
- SC и LC - это типы коннекторов. Здесь мы имеем дело с патчкордом-переходником, так как на нем установлены два разных типа разъемов;
- UPC - тип шлифовки;
- Multimode - вид волокна, в данном случае многомодовое волокно, оно также может быть обозначено аббревиатурой MM . Одномодовое маркируется как SinglеMode или SM ;
- Duplex - два разъема в одном корпусе, для более плотного расположения. Противоположный случай - Simplex , один коннектор в одном корпусе.
Типы оптических разъемов
В настоящее время наиболее распространены три типа оптических разъемов: FC , SC и LC .
FC
Разъемы FC , как правило, используются в одномодовых соединених. Корпус разъема выполнен из никелированной латуни. Резьбовая фиксация позволяет обеспечить надежную защиту от случайных разъединения.
- подпружиненное соединение, за счет чего достигается "вдавливание" и плотный контакт;
- металлической колпачок обеспечивает прочную защиту;
- коннектор вкручивается в розетку, а значит, не может выскочить, даже если случайно дернуть;
- шевеление кабеля не влияет на соединение.
Однако плохо подходит для плотного расположения разъемов - необходимо пространство для вкручивания/выкручивания.
SC
Более дешевый и удобный, но менее надежный аналог FC. Легко соединяется (защелка), разъемы могут располагаться плотно.
Однако пластиковая оболочка может сломаться, а на затухание сигнала и обратные отражения влияют даже прикосновения к коннектору.
Данный тип разъемов используется наиболее часто, но не рекомендован на важных магистралях.
Тип разъема SC используется как для многомодового волокна, так и одномодового. Диаметр наконечника 2,5 мм, материал - керамика. Корпус коннектора выполнен из пластика. Фиксация коннектора осуществляется поступательным движением с защелкиванием.
LC
Уменьшенный аналог SC. За счет малого размера применяется для кроссовых соединений в офисах, серверных и т.п. - внутри помещений, там где требуется высокая плотность расположения разъемов.
Диаметр наконечника разъема 1,25 мм, материал - керамика. Фиксация разъема происходит за счет прижимного механизма - защелки, аналогично разъему типа RJ-45, которая исключает непредвиденное разъединение.
При использовании дуплексных патчкордов возможно соединение коннекторов клипсой. Используется для многомодовых и одномодовых волокон.
Автор разработки этого типа коннектора - ведущий производитель телекоммуникационного оборудования, Lucent Technologies (США) - изначально прогнозировал своему детищу судьбу лидера рынка. В принципе, так оно и есть. Особенно учитывая то, что этот тип разъема относится к соединениям с повышенной плотностью монтажа.
ST
В настоящее время ST коннектор широко не применяется из-за недостатков и возросших потребностей по плотности монтажа. Фиксация коннектора происходит за счет поворота вокруг оси, подобно BNC разъему.
Типы полировки (шлифовки) оптоволоконных разъемов
Шлифовка или полировка оптоволоконных разъемов служит для обеспечения идеально плотного соприкосновения сердечников оптоволокна. Между их поверхностями не должно быть воздуха, так как это ухудшает качество сигнала.
На данный момент используются такие типы полировки, как PC , SPC , UPC и APC .
PC
PC — Physical Contac . Прародитель всех остальных видов полировки. Разъем, обработанный методом PC (в том числе вручную), представляет собой скругленный наконечник.
В первых вариациях полировки был предусмотрен исключительно плоский вариант коннектора, однако жизнь показала, что плоский вариант дает место воздушным зазорам между световодами. В дальнейшем торцы коннекторов получили небольшое закругление. В класс PC входят заполированные вручную и изготовленные по клеевой технологии коннекторы. Недостаток данной полировки заключается в том, что возникает такое явление как «инфракрасный слой» — в инфракрасном диапазоне происходят негативные изменения на торцевом слое. Данное явление ограничивает применение коннекторов с такой полировкой в высокоскоростных сетях (>1G).
Обратите внимание, на рисунке видно, что соединение коннекторов с плоским торцом чревато, как упоминалось ранее, возникновением воздушной прослойки. В то время как скругленные торцы соединяются более плотно.
Данный тип полировки может применяться в сетях небольшой дальности, предполагающих небольшую скорость передачи данных.
SPC
SPC — Super Physical Contact . По сути та же PC, только сама полировка является более качественной, т.к. она уже не ручная, а машинная. Также был сужен радиус сердечника и материалом наконечника стал цирконий. Дефекты полировки конечно снизить удалось, однако проблема инфракрасного слоя осталась.
UPC
UPC- Ultra Physically Contact . Данная полировка осуществляется уже сложными и дорогими системами управления, в результате чего проблема инфракрасного слоя была устранена а параметры отражения значительно снижены. Это дало возможность коннекторам с данной полировкой применяться в высокоскоростных сетях.
UPC - почти плоский (но не свосем) разъем, который производится с применением высокоточной обработки поверхности. Дает отличные показатели отражательной способности (по сравнению с PC и SPC), поэтому активно применяется в высокоскоростных оптических сетях.
Коннекторы с этим типом разъема чаще всего - синие.
APC
АРС — Angled Physically Contact . На данный момент считается, что наиболее действенным способом снижения энергии отраженного сигнала является полировка под углом 8-12°. Такая полировка поверхности дает самые лучшие результаты. Обратные отражения сигнала практически сразу покидают покидают оптоволокно, и благодаря этому снижаются потери. В таком исполнении отраженный световой сигнал распространяется под большим углом, нежели вводимый в волокно.
Часто у знакомых системных администраторов, не сталкивавшихся раньше с оптическим волокном, возникают вопросы, как и какое оборудование необходимо для организации соединения. Немного почитав, становится понятно, что нужен оптический трансивер. В этой обзорной статье я напишу основные характеристики оптических модулей для приема/передачи информации, расскажу основные моменты, связанные с их использованием, и приложу много наглядных изображений с ними. Осторожно, под катом много трафика, делал кучу своих собственных фотографий.
Что и зачем
Сегодня практически любое сетевое оборудование для передачи данных в сетях Ethernet, предоставляющее возможность подключения через оптическое волокно, имеет оптические порты. В них устанавливаются оптические модули, в которые уже может подключаться волокно. В каждый модуль встроен оптический передатчик (лазер) и приемник (фотоприемник). При классической передаче данных с их использованием предполагается использовать два оптических волокна - одно для приема, другое для передачи. На изображении снизу представлен коммутатор с оптическими портами и установленными модулями.
Вот об этих маленьких электронных штуковинах дальше и пойдет речь.
Виды оптических модулей
Периодически возникают вопросы, какой же оптический приемопередатчик нужен в конкретной ситуации. Если перед глазами оказывается прайслист какой-либо, то просто разбегаются глаза от обилия всевозможных наименований. Попробую прояснить, что же значат различные буквы и цифры в названии модулей и что же из них вам может понадобиться. Оптические модули различаются формфактором (GBIC, SFP, X2...), типом технологии («прямые», CWDM, WDM, DWDM...), мощностью (в дицебелах), разъемами (FC, LC, SC).Различные формфакторы
В первую очередь модули различаются своими формфакторами. Немного расскажу про различные варианты.GBIC
GigaBit Interface Converter, активно использовался в 2000-х. Самый первый промышленно стандартизованный формат модулей. Очень часто применялся при передачи через многомодовые волокна. Сейчас же практически не используется в силу своих размеров. У меня осталась одна старая циска 3500, еще без поддержки CEF, в которой можно воспользоваться данными модулями. На изображении снизу два GBIC-модуля 1000Base-LX и 1000Base-T:
SFP
Small Form-factor Pluggable, наследник GBIC. Наверно самый распространенный на сегодняшний день формат, гораздо удобнее в силу меньших размеров. Такой формфактор позволил значительно увеличить плотность портов на сетевом оборудовании. Благодаря таким размерам стало возможно реализовать до 52 оптических портов на одной железке в один юнит. Используется для передачи данных на скоростях 100Mbits, 1000Mbits. На изображении снизу коммутатор с оптическими портами и пара модулей 1000Base-LX и 1000Base-T.
SFP+
Enhanced Small Form-factor Pluggable. Имеют идеентичный SFP размер. Схожий размер позволил сделать оборудование с портами, поддерживающими обычные SFP и SFP+. Такие порты могут работать в режимах 1000Base/10GBase. Лишь дальнобойные CWDM-модули имеют большую длину из-за радиатора. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Малые размеры придали некоторые особенности - для дальнобойных модулей бывают случаи слишком сильного нагрева. Поэтому для передачи более чем на 80 км таких модулей пока нет. На картинке снизу два модуля SFP+ - CWDM и обычный 10GEBase-LR:
XFP
10 Gigabit Small Form Factor Pluggable. Также, как и SFP+, используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Но в отличии от предыдущих, немного шире. Увеличенный размер позволил использовать их для прострела на большие расстояние по стравнению с SFP+. Снизу дополнительная плата для Huawei с установленными XFP и пара таких модулей.
XENPAK
Модули, используемые преимущественно в оборудовании Cisco. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Сейчас уже изредка можно найти им применение, изредка можно встретить в старых линейках маршрутизаторов. Также такие модули бывают для подключения медного провода 10GBase-CX4. К сожалению, у меня нашелся лишь один XENPAK-модуль 10GEBase-LR и старая Cisco-вская плата WS-X6704-10GE под них.
X2
Дальнейшее развитие модулей формата XENPAK. Часто в разъемы X2 можно установить модуль TwinGig, в который уже можно установить два модуля SFP… Это нужно в случае, если на оборудовании нет 1GE оптических портов. В основном X2-формфактор использует Cisco. В продаже существуют адаптеры X2-SFP+ (XENPACK-to-SFP+). Интересно, что такой комплект (адаптер+SFP+ модуль) выходит дешевле одного X2 модуля.К сожалению, на руках у меня нашелся только адаптер, но чтобы понять, как выглядят эти модули и какого они размера этого вполне хватит. На рисунке снизу адаптер X2-SFP+ со вставленным SFP+ модулем.
Но если кому интересно, вот можно посмотреть больше картинок и возможностей этого разъема.
Да, я не затрагивал относительно новые формфакторы (QSFP, QSFP+, CFP). На текущий момент они еще не очень распространены.
Различные стандарты
Как известно, комитетом 802.3 принято множество разных стандартов Ethernet. Соответственно, оптические модули поддерживают один из них. Неплохая шпаргалка по стандартам Ethernet есть . В основном сейчас распространены следующие типы:- 100Base-LX - 100 мегабит по волокну на 10км
- 100Base-T - 100 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-LX - 1000 мегабит по волокну на 10 км
- 1000Base-T - 1000 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-ZX - 1000 мегабит по одномодовому волокну на 70 км
- 10GBase-LR - 10GE по одномодовому волокну на 10 км
- 10GBase-ER - 10GE по одномодовому волокну на 40 км
С использованием спектрального уплотнения
Описанные выше оптические модули передают сигнал в основном на длине волны 1310 нм или 1550 нм на двух волокнах (одно для передачи, другое для приема). Они имеют широкополосный фотоприемник (принимают все) и лазер, излучающий на определенной длине волны (грубо конечно). Но имеется возможность использовать уплотнение по длине волны. Это дает возможность использовать меньшее количество волокон для организации нескольких каналов тем самым увеличивая пропускную способность одного волокна.WDM
Такие модули работают в паре, с одной стороны сигнал передается на длине волны 1310 нм, с другой 1550 нм. Это позволяет вместо двух волокон для организации одного канала использовать одно. Приемник на таких модулях так и остается широкополосным. Бывают как для 1GE, так и для 10GE. Снизу фотографии пары WDM-модулей с различными разъемами для подключения патчкордов LC и SC.
В большинстве случаев предпочтительнее использовать WDM-модули для малых расстояний. Их цена не очень большая (по 1 тыс рублей за модуль против 500 рублей за обычный). Причина - вы экономите целое волокно, на нем можно будет потом еще один такой же канал прогнать. Хотя конечно есть и другие способы экономии волокон.
CWDM
Дальнейшее продолжение технологии WDM. С ее использованием можно добиться до 8 дуплексных каналов по одному волокну. Для этих целей используются CWDM-мультиплексоры (пассивные устройства с призмой внутри, позволяющей делить сигнал по цветам с шагом 20нм в диапазоне от 1270нм до 1610нм). Для этого также используют специальные CWDM-модули, в простонародье их называют «цветные», они передают сигнал на определенной длине волны. В то же время приемник на них широкополосный. Кроме того, такие оптические модули часто делают для передачи на большие расстояние (до 160 км). На рисунке ниже представлен малый комплект CWDM-SFP, на котором с использованием мультиплексоров можно поднять 2GE на одном волокне.
Как можно заметить, дужки у всех разные. В зависимости от длины волны модуль имеет свою раскраску. К сожалению, у всех производителей они разные.
Здесь появляется понятие оптический бюджет . Правда его расчет выходит за рамки этой статьи. В кратце, чем больше доступных портов, тем больше вы сможете смультиплексировать каналов, тем больше будет затухание. Кроме того, различные длины волн дают различные затухания на 1 километр передаваемого сигнала. А еще нужно учитывать тип волокна…
Можно много писать о методиках подбора таких модулей, о пересечении длин волн, о нежелательных длинах, о ADD/DROP-модулях. Но это отдельная тема.
Разъемы
Это то место, куда вы будете подключать оптический патчкорд. На оптических модулях сейчас используются преимущественно два типа раъемов - SC и LC. Грубо и жаргонно - большой и мелкий квадраты. Понятно, что имея в наличии патчкорд с разъемом SC, вы не подсоедините его к разъему LC. Нужно либо менять патчкорд, либо ставить переходник-адаптер. В большинстве случаев SFP-модули имеют разъем LC, в то время как X2/XENPAK - SC. Выше на изображениях уже были модули с различными разъемами.Немного о патчкордах
Оптические патчкорды, они же оптические шнуры. Нас будут интересовать следующие характеристики: дуплекс/симплекс (количество волокон), полировка (сейчас это UPC-синие или APC-зеленые), разъем (SC, LC, FC), многомодовость и длина. Конечно, важна еще и толщина сердцевины волокна, но сейчас на многомодовые обычные шнуры используют стандартную толщину. Снизу я представил изображение с различными видами концов патчкордов.
В основном вы будете встречать следующее обозначение шнуров - ШО-2SM-SC/UPC-SC/UPC-3.0
. Это расшифровывается следующим образом: Шнур Оптический Дуплексный Одномодовый (Single-Mode) с разъемами SC и полировкой UPC с одной стороны и SC-UPC с другой длиной 3.0 метра. Соответственно, например, ШО-SM-LC/APC-SC/APC-15.0
- одномодовый дуплексный шнур с разъемами LC-LC и гравировкой APC длиной 15 метров.
Неоторые особенности
Оптические модули - активное оборудование, они потребяют электроэнергию и выделяют тепло. Это следует учитывать при подключении оборудования к электросети. Также коммутатор, заполненный мощными модулями под завязку может потребовать дополнительного охлаждения.Не стоит забывать, что в оптические модули встроены лазеры, и с ними необходимо соблюдать некоторую технику безопасности. Конечно в большинстве случаев никакой угрозы они не предоставляют в силу слабой мощности, но бывали случаи, дальнобойные мощные 10GE модули могут вполне выжечь сетчатку глаза или оставить ожог, если использовать палец в качестве аттюниатора.
Современные оптические модули имеют функцию DDM (Digital Diagnostics Monitoring) - в них встроен ряд сенсоров, через которые можно определить текущее значение некоторых параметров. Смотрится это через интерфейс оборудования, в которое установлен модуль. Самые важные параметры для вас - текущие принимаемая мощность и температура.
Ряд производителей сетевого оборудования запрещают использовать сторонние модули в их оборудовании. По крайней мере раньше Cisco не давала их запускать, они в ней просто не работали. Сейчас же в узких кругах известны
Многие путают виды оптических разъемов и с ходу мало кто может сказать какой разъем имеет какую полировку. При общении с коллегами наверно часто слышали фразы типа: «ну этот, синенький маленький разъем» или «эмм.. зелененький». В интернете большинство материалов написано сумбурно и не понятно, в данной статье мы постараемся разложить все по полочкам.
Типы полировок
Стоит отметить, что главной проблемой оптических разъемов является оптическое затухание, оно зависит от разъюстировки (поперечного отклонения) сердцевин стыкуемых оптических волокон и оказывает основное влияние на величину суммарных потерь.
Другой проблемой установки оптического коннектора на конце волокна является потеря оптического сигнала, которая вызвана тем, что часть передающегося света отражается обратно в волокно к источнику этого света, лазеру. Обратное отражение (RL -Return Loss) может нарушить работу лазера и структуру передаваемого сигнала. Чтобы это явление предотвратить/уменьшить используют различные виды полировок.
На данный момент выделяют 4 типа полировки:
Хоть в основном используются последние две, давайте рассмотрим каждую по порядку.
PC — Physical Contac . В первых вариациях полировки был предусмотрен исключительно плоский вариант коннектора, однако жизнь показала, что плоский вариант дает место воздушным зазорам между световодами. В дальнейшем торцы коннекторов получили небольшое закругление. В класс PC входят заполированные вручную и изготовленные по клеевой технологии коннекторы. Недостаток данной полировки заключается в том, что возникает такое явление как «инфракрасный слой» — в инфракрасном диапазоне происходят негативные изменения на торцевом слое. Данное явление ограничивает применение коннекторов с такой полировкой в высокоскоростных сетях (>1G).
SPC — Super Physical Contact . По сути та же PC, только сама полировка является более качественной, т.к. она уже не ручная а машинная. Также был сужен радиус сердечника и материалом наконечника стал цирконий. Дефекты полировки конечно снизить удалось, однако проблема инфракрасного слоя осталась
UPC- Ultra Physically Contact . Данная полировка осуществляется уже сложными и дорогими системами управления, в результате чего проблема инфракрасного слоя была устранена а параметры отражения значительно снижены. Это дало возможность коннекторам с данной полировкой применяться в высокоскоростных сетях.
АРС — Angled Physically Contact . На данный момент считается, что наиболее действенным способом снижения энергии отраженного сигнала является полировка под углом 8-12°. В таком исполнении отраженный световой сигнал распространяется под большим углом нежели вводимый в волокно. Коннекторы с косой полировкой отличаются цветом, они обычно зеленые.
Сводные данные можно посмотреть в таблице ниже.
| Зависимость вносимых потерь от способа полировки | ||
| Серия | Вносимое затухание, ДБ | Обратное отражение, ДБ |
| PC | 0,2 | -25 .. -30 |
| SPC | 0,2 | -35 .. 0 |
| UPC | 0,2 | -45 .. 50 |
| APC | 0,3 | -60 .. 70 |
Типы разъемов
Оптический разъем FC. Разработка компании NTT. Наконечник диаметром 2,5 мм с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм. Фиксация осуществляется накидной гайкой с резьбой. Это делает дает им устойчивость к вибрациям и ударам, что позволяет использовать их например рядом с ж/д либо на подвижных объектах.
Оптический разъем ST. Разработка компании AT&T. Наконечник диаметром 2,5 мм с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм. Защита торца волокна осуществляется прокручиванием в момент установки боковым ключом, который входит в паз розетки. Вилка фиксируется байонетным замком (от фр. ba?onnette - штык. Пример байонетного замка — крепление объектива фотокамеры). Коннекторы просты в эксплуатации и довольно надежны, однако чувствительны к вибрациям.
Оптический разъем SC . Недостаток коннекторов ST и FC заключается во вращательном движении при включении это накладывает ограничение на плотность включения (сложно вкручивать, когда из рядом много воткнуто). Тип SC сделан по принципу push-pull — нажал вставил/вытащил. Фиксирующий механизм открывается при вытягивании за корпус. Коннектор можно вытащить приложив силу 40Н, тогда как при «вытягивании» ST и FC проще порвать само волокно. Соответственно, на подвижных объектах разъем SC использовать не рекомендуется.
Оптический разъем LC. Разработка компании Lucent Technologies. Керамический сердечник диаметром 1,25 мм, не связанный с пластмассовым корпусом. Фиксируется защелкой, как во всем известном RJ-45. Является самым популярным оптическим разъемом. Пара коннекторов легко объединяется в дуплекс.
Заключение.
В наименовании оптического патч-корда указываются какие коннекторы установлены на концах, а через символ «/» тип полировки. Если тип полировки не указан, значит это прямая полировка. Например, оптиковолоконный патч-корд LC-SC, это значит, что на одном конце будет разъем LC а на другом SC. В спецификации в любом магазине можно подобрать нужную полировку и нужные разъемы.