Het verschil: singlemode- en multimode-glasvezelkabels
Glasvezelkabels zijn een type kabel dat veel wordt gebruikt in netwerk- en telecommunicatietechnologie. In vergelijking met conventionele koperen kabels bieden zij aanzienlijk hogere transmissiesnelheden en een groter bereik. In veel gebieden vervangen glasvezelkabels de bestaande koperen bekabeling. Het technische werkingsprincipe verschilt fundamenteel van dat van koperen kabels. Terwijl informatie op koperdraden wordt overgebracht met behulp van elektrische signalen en elektronen die zich verplaatsen, gebeurt dit op glasvezelkabels met lichtdeeltjes (fotonen). Met glasvezelkabels kunnen lange afstanden worden overbrugd zonder versterkers en ze bieden daarnaast ondersteuning voor hoge bandbreedtes. Bij het gebruik van glasvezelkabels moet er rekening mee worden gehouden dat er een groot aantal verschillende soorten vezels zijn met verschillende transmissie-eigenschappen. In principe wordt onderscheid gemaakt tussen zogenaamde multimode- en singlemode-vezels. In het volgende artikel worden de technische kenmerken van de verschillende vezeltypes en hun voor- en nadelen toegelicht, en de toepassingen waarvoor zij vooral geschikt zijn.
Basisstructuur en werking van optische vezels
Optische vezels zijn gemaakt van kunststof of glas, hebben zeer kleine diameters en zijn flexibel. Zij vereisen een deskundige behandeling tijdens de installatie. Informatieoverdracht door middel van lichtvoortplanting in de kabel is gebaseerd op het principe van totale reflectie. De vezels hebben een vezelkern en een omhulsel van vezels met verschillende optische eigenschappen. De kern heeft een iets hogere brekingsindex dan de mantel. Hierdoor wordt de lichtstraal weerkaatst op de overgang tussen de vezel en de cladding. De lichtstraal verspreidt zich bijna zonder lichtverlies in de vezelkern. De vezelkern en de vezelmantel zijn gemaakt van diëlektrisch materiaal en zijn niet metaalhoudend en niet geleidend. De glasvezels zijn omgeven door de coating, een plastic laag die ter bescherming op de glasvezelmantel wordt aangebracht. Daarnaast zijn er gewoonlijk nog een of meer mantels ter bescherming tegen invloeden van buitenaf. De verschillende soorten glasvezels onderscheiden zich vooral wat betreft de diameter van de kern en de cladding (singlemode- of multimode-vezels) en het verloop van de brekingsindex (step-index- of gradient-indexvezels). Afhankelijk van het type kunnen verschillende aantallen lichtmodi zich in de lichtgolvengeleider voortplanten en is de weerkaatsing van het lichtsignaal 'zacht' of 'hard'.
Glasvezelkabels bieden de volgende voordelen ten opzichte van koperen kabels:
- Ongevoelig voor elektromagnetische storingen
- Geen opwekking van elektromagnetische storende straling
- Geen massaproblemen
- Er kunnen grote afstanden worden overbrugd
- Er kunnen hoge transmissiesnelheden worden gerealiseerd
- Goede afluisterbeveiliging
- Lage lijndemping, ook bij hoge frequenties
- Gebruik van verschillende golflengtes licht als draaggolven binnen één vezel mogelijk
Als nadelen kunnen worden genoemd:
- Hogere productiekosten
- Meer veeleisende installatie
- Optische/elektrische signaalomzetting noodzakelijk
- Complexere aansluit- en stekkertechnologie
- Gevoeliger voor mechanische belastingen
- Beperkingen bij de installatie doordat minimale buigradii moeten worden aangehouden
Het onderscheid tussen singlemode- en multimode-glasvezel
Singlemode-kabels hebben een aanzienlijk kleinere vezelkerndiameter dan multimode-kabels. De vezelkern van singlemode-kabels heeft een diameter van 9 µm, in tegenstelling tot multimode-kabels, die een vezelkern met een diameter van 50 µm of 62,5 µm hebben. Het omringende bekledingsglas heeft in beide gevallen een diameter van 125 µm.
Voortplanting van licht in de glasvezelkabel
De volgende illustratie laat zien hoe licht zich voortplant in de glasvezelkabel. Het verschil tussen singlemode en multimode is te zien in de schematische tekening. In de grotere vezelkern van multimode-kabels plant het licht zich anders voort dan in de singlemode-vezel met een vezelkern van slechts 9µm in diameter. (Verdere technische details worden verderop in de tekst toegelicht.)
Belangrijke vaktermen met betrekking tot glasvezeloptica
Voor een meer gedetailleerde uitleg van de verschillen tussen singlemode- en multimode-glasvezelkabels, is het noodzakelijk enkele belangrijke technische termen rondom glasvezel te kennen en te begrijpen. Dit zijn:
- Brekingsindex
- Modi
- Dispersie
De brekingsindex is een maat voor de optische dichtheid van een materiaal en geeft aan wat de verhouding is tussen de snelheid van licht in een optisch medium ten opzichte van de lichtsnelheid in een vacuüm. Hoe hoger de brekingsindex, hoe groter de optische dichtheid van het medium. Op de grenzen van twee optische media met verschillende brekingsindexen wordt licht gebroken of weerkaatst.
Modi zijn verschillende manieren waarop licht zich voortplant in een optische vezel. Multimode-vezels ondersteunen vele manieren van voortplanting, singlemode-vezels slechts één.
Dispersie zorgt ervoor dat een puls die in een optische vezel wordt ingevoerd, in de loop van tijd geleidelijk breder wordt langs het voortplantingspad. Dit kan leiden tot overlappingen met volgende pulsen en kan transmissiefouten veroorzaken. Laserdiodes genereren pulsen met een breedte van enkele nanometers, zodat bij hoge bandbreedtes de effecten van dispersie worden geminimaliseerd.
Technische kenmerken van singlemode-glasvezel
Singlemode-vezels, ook wel monomode-vezels genoemd, worden gekenmerkt door een zeer kleine diameter van de vezelkern. Met een gebruikelijke totale diameter van 125 µm is de kerndiameter gewoonlijk slechts 9 µm, dus slechts enkele malen groter dan de golflengte van licht. Door deze kleine diameter kan zich slechts één lichtsoort in de kern voortplanten. Zogenoemde hogere transversale modi planten zich niet voort in de vezelkern. Doordat zich slechts één enkele lichtmodus voortplant, zijn zeer lage dempingswaarden en minimale signaalvertraging haalbaar. Met singlemode-vezels kunnen grote afstanden worden overbrugd zonder noodzaak tot versterking en filteren van de signalen. De lasers die nodig om het licht toe te voeren, kosten echter wel meer. Daarnaast maakt dit het lassen en de te gebruiken connectors duurder. De reden hiervoor is dat de zeer kleine kerndiameters bij het aansluiten precies op elkaar moeten worden afgestemd om te voorkomen dat signaalverliezen en grotere dempingswaarden optreden.
De voor- en nadelen van singlemode-vezels
Voordelen:
- Geringe signaaldemping
- Nauwelijks signaalvertragingen
- Er kunnen lange afstanden worden overbrugd
- Hoge bandbreedtes mogelijk
Nadelen:
- Er zijn duurdere lasers nodig voor de lichtpulsen
- Gecompliceerde productie van de glasvezels vanwege de zeer kleine vezelkernen
- Grote precisie vereist bij het verbinden van de optische vezels door middel van connectors of lassen
Typische toepassingsgebieden van singlemode-glasvezels
Singlemode-glasvezelkabel wordt altijd gebruikt wanneer grote afstanden moeten worden overbrugd of wanneer bijzonder hoge datasnelheden moeten worden bereikt. Er kan een minimum aan transmissiefouten en interferentie worden gerealiseerd, zelfs bij transmissieafstanden van meerdere kilometers. Singlemode-glasvezels worden ook steeds populairder als patchkabels, omdat zij voldoen aan de steeds groeiende vraag naar bandbreedte zonder de maximaal mogelijke verbindingslengtes te beperken. Typische toepassingen zijn de realisatie van CWDM- (Coarse Wavelength Division Multiplexing) en DWDM- (Dense Wavelength Division Multiplexing) systemen met transmissiesnelheden in het terabitbereik.
Technische kenmerken van multimode-glasvezel
In vergelijking met singlemode-vezels is de kerndiameter van multimode-vezels veel groter. Deze is gewoonlijk 50 µm en maakt de voortplanting van verschillende lichtmodi mogelijk. Als gevolg van de verschillende voortplantingsmodi zijn de signaaldemping en de signaalvertraging groter. Hoe hoger de datasnelheid, hoe kleiner de maximaal overbrugbare afstand. Daarom is dit soort vezels geschikter voor verbindingen over korte afstanden, zoals in een LAN. Dankzij de grotere kerndiameters kunnen verbindingen tussen afzonderlijke multimodevezels of tussen multimodevezels en overige apparatuur gemakkelijker tot stand worden gebracht.
Maar er is nog een criterium aan de hand waarvan multimodevezels kunnen worden onderscheiden. Er zijn vezels met een zogenoemd step-indexprofiel en vezels met een gradient-indexprofiel. De vezel met een step-indexprofiel heeft een scherp afgetekende brekingsindex tussen kern en bekleding. Dit leidt tot een harde weerkaatsing van het licht direct bij de overgang tussen kern en mantel. Als gevolg van deze harde reflectie verslechteren de transmissie-eigenschappen. Vezels met een gradient-indexprofiel hebben een betere eigenschappen voor de signaaloverdracht. De brekingsindex neemt bij dit soort vezels van de kern naar de bekleding in parabolische vorm af. Hierdoor wordt een zachte weerkaatsing van het licht verkregen, met betere transmissie-eigenschappen tot gevolg. Waar vezels met een step-indexprofiel een typische diameter van 200 tot 500 µm hebben, heeft de vezel met een gradient-indexprofiel gewoonlijk een totale diameter van 125 µm.
De voor- en nadelen van multimodevezels
Voordelen:
- Minder gecompliceerde productie van de glasvezels
- Eenvoudigere verbindingstechniek dankzij de grotere kerndiameter
- Vezels verkrijgbaar met step-index- en gradient-indexprofielen
Nadelen:
- Grotere signaaldemping en -vertraging
- Lagere maximale bandbreedtes
- Er kunnen kortere afstanden worden overbrugd
- Versterker of signaalfilter nodig voor langere afstanden
Typische toepassingsgebieden van multimode-glasvezels
Typische toepassingen van glasvezelkabels met step-indexprofiel zijn verbindingskabels voor toepassingen op korte afstand, bijvoorbeeld in patchpanelen. Glasvezelkabels met gradiëntindexprofiel hebben betere transmissie-eigenschappen en kunnen worden gebruikt voor iets langere afstanden, zoals voor het aansluiten van switches en andere netwerkcomponenten in het gebouw of op de verdieping. Gangbare transmissiesnelheden van multimode-glasvezelkabels zijn tot tien of honderd gigabit per seconde.
De verschillende categorieën multimode- en singlemode-glasvezels
Net als bij koperen kabels bestaan er verschillende categorieën voor glasvezelkabels, waarin de transmissie-eigenschappen en toepassingsgebieden van de verschillende vezels nader worden gespecificeerd. Er worden categorieën en optische klassen gedefinieerd om de prestaties en de maximale bandbreedtes te classificeren. Voor multimode-glasvezels zijn er de klassen OM1, OM2, OM3, OM4 en OM5, voor singlemode-glasvezels de klassen OS1 en OS2. Bij het grote aantal klassen dat nu bestaat is rekening gehouden met de steeds hogere eisen in de communicatietechnologieën. Internationaal genormaliseerd zijn de categorieën volgens ISO/IEC 11801 en 24702.
Hier volgt een kort overzicht van de verschillende vezelcategorieën:
- Vezelcategorie OM1 – kern-/manteldiameter: 62,5/125 µm, kleurcode: oranje - typisch voor led-toepassingen
- Vezelcategorie OM2 – kern-/manteldiameter: 50/125 µm, kleurcode: oranje - typisch voor led-toepassingen
- Vezelcategorie OM3 – kern-/manteldiameter: 50/125 µm, kleurcode: aqua - voor hogesnelheidstoepassingen zoals 10/40/100 Gigabit Ethernet of Fibre Channel
- Vezelcategorie OM4 – kern-/manteldiameter: 50/125 µm, kleurcode: violet - voor hogesnelheidstoepassingen zoals 10/40/100 Gigabit Ethernet of Fibre Channel
- Vezelcategorie OM5 – kern-/manteldiameter: 50/125 µm, kleurcode: lime - voor hogesnelheidstoepassingen zoals 10/40/100 Gigabit Ethernet of Fibre Channel
- Vezelcategorie OS1 - Kern/mantel diameter: 9/125 µm, kleurcode: geel - voor het overbruggen van grote afstanden en voor hoge bandbreedtes
- Vezelcategorie OS2 – kern-/manteldiameter: 9/125 µm, kleurcode: geel - voor het overbruggen van grote afstanden en voor hoge bandbreedtes
Voor meer informatie over kleurcodering, zie de pagina: Kleuren en kleurcodes van glasvezelkabels
Zijn singlemode- en multimode-glasvezelkabels compatibel met elkaar?
Vaak wordt gevraagd of singlemode- en multimode-glasvezelkabels compatibel zijn en met elkaar kunnen worden verbonden of gemengd gebruikt. De vraag kan eenvoudig worden beantwoord: in principe zijn singlemode-en multimode-kabels niet compatibel met elkaar. Ze kunnen niet worden samengevoegd, alleen al vanwege de verschillende kerndiameters. Zelfs als een klein deel van het lichtsignaal bij de overgang naar de andere kabel kan worden overgebracht, treden extreem hoge dempingen en onvoorspelbare effecten op, waardoor niet langer een betrouwbare signaaloverdracht mogelijk is. Binnen een complete netwerkinstallatie kunnen uiteraard verschillende soorten glasvezelkabels worden gebruikt. Zo kunnen bijvoorbeeld multimode-glasvezels met een step-indexprofiel worden gebruikt voor de verbindingen bij het patchpaneel, multimode-glasvezels met een gradient-index profiel om switches op verschillende etages te verbinden, en singlemode-glasvezels om de zogenoemde campus-backbone te realiseren. Waar overgangen moeten worden gemaakt tussen koperen bekabeling en glasvezelkabels, moeten geschikte mediaconverters worden geïnstalleerd. Op dezelfde wijze kan de overgang van singlemode naar multimode (of omgekeerd) worden gemaakt via een passende mediaconverter (Mediaconverter Singlemode / Multimode).
Meer interessante feiten over multimode- en singlemode-glasvezelkabels
Zowel singlemode- als multimode-glasvezels zijn verkrijgbaar als zogenoemde multivezelkabels. In deze kabeltypes zijn verschillende individuele vezels gebundeld tot één totale kabel. Mogelijke vezelaantallen zijn bijvoorbeeld 4, 8, 12, 24 of 48 vezels. Om flexibel en zonder extra installatiewerkzaamheden te kunnen voorzien in toekomstige behoeften aan transmissiecapaciteit van de glasvezelkabel, worden kabels gewoonlijk aangelegd met een groot aantal reservekernen.
Als glasvezelverbindingen via connectors met elkaar worden verbonden, moet ervoor worden gezorgd dat de signaaldemping bij de connectorovergangen zo laag mogelijk is. De connector moet een gelijkblijvende, hoge reproduceerbaarheid van de verbindingskwaliteit garanderen in vele verbindingen, en een consistente signaaloverdracht tijdens de lange levensduur van de kabel. In de moderne glasvezeltechniek worden verschillende connectors gebruikt voor de verschillende kabeltypes. Typische connectors zijn LC-connectors, SC-connectors, ST-connectors, FC-connectors, DIN-connectors en E2000-connectors. LC-connectors behoren tot de categorie 'small form factor' (SFF). Deze connectors hebben zeer kleine afmetingen en een hogere pakkingsdichtheid, bijvoorbeeld SC-, ST- of E-2000-connectors.
Met lastechnologie is een permanente verbinding tussen twee glasvezelkabels met zeer goede transmissie-eigenschappen en geringe demping mogelijk. Het lassen is het proces waarbij de twee vezels met behulp van een speciale lasmachine worden samengesmolten. Er moet op worden toegezien dat de kabelkern en de kabelmantel precies op één lijn liggen en dat er geen uitlijnfouten zijn. Voor het lassen van singlemode-glasvezels worden hogere eisen gesteld aan de nauwkeurigheid vanwege de aanzienlijk kleinere kerndiameter. Er kan ook een zogenaamde pigtail aan een optische vezel worden gelast. Een pigtail is een optische vezel die aan één uiteinde al een voorgemonteerde connector heeft. Hierdoor ontstaan verschillende rangschikkingsmogelijkheden tussen meerdere geïnstalleerde multimode- of singlemode-glasvezels.
In onze winkel kunt u kant-en-klare glasvezelkabels verkrijgen, bijvoorbeeld voorgemonteerd met connectors, in diverse kabeluitvoeringen en met verschillende kabellengtes. Klik hier om rechtstreeks naar de categorieën te gaan: singlemode-glasvezelkabel en multimode-glasvezelkabel
Kunt u de glasvezelkabel die u nodig hebt niet in onze winkel vinden, gebruik dan onze configurator. Met de configurator hebt u de mogelijkheid om verschillende kabeltypes (patchkabels, installatiekabels, ondergrondse kabels en breakout-kabels) te configureren met glasvezelconnectortypes zoals LC, SC, ST, E2000, DIN, F-SMA en FC, volgens uw wensen en specificaties als singlemode-kabel of als multimode-kabel.
Klik hier om direct naar onze glasvezelkabelconfigurator te gaan
Mogelijk interesseren de volgende onderwerpen u ook:
Reikwijdte glasvezelkabels en vezeltypes
Kleuren en kleurcodes bij glasvezelkabels
