Yksimuoto- ja monimuotokuitu

Valokuidut jaetaan kahteen päätyyppiin, jotka eroavat toisistaan ennen kaikkea ytimen koon ja valon etenemistavan osalta: yksimuotokuituun ja monimuotokuituun. Valinta vaikuttaa etäisyyteen, nopeuteen ja kustannuksiin. Oikean tyypin valitseminen yhteydelle on keskeinen taito, ja kokeessa pyydetään säännöllisesti yhdistämään kumpikin tyyppi sen vahvuuksiin. Tässä oppitunnissa niitä verrataan selkeästi, jotta ette sekoita niitä keskenään.

Muoto tarkoittaa reittiä, jota pitkin valo voi kulkea kuidussa. Leveä ydin päästää valoa sisään monista kulmista, joten valo kulkee samanaikaisesti monia reittejä eli muotoja pitkin. Erittäin kapea ydin pakottaa valon käytännössä yhdelle suoralle reitille eli yhteen muotoon. Ytimen halkaisija on keskeinen ero, joka antaa kummallekin kuitutyypille sen nimen ja ominaisuudet.

Yksimuotokuidussa (SMF) on erittäin pieni, noin 9 mikronin ydin, joka sallii vain yhden valon reitin. Koska muotoja on vain yksi, valo pysyy tiiviinä ja puhtaana, joten se kulkee erittäin pitkiä etäisyyksiä — useita kilometrejä — erittäin suurella kaistanleveydellä. SMF käyttää laservalolähteitä, ja sitä käytetään tietoliikenteen runkoverkoissa, pitkissä kampusalueiden yhteyksissä ja palveluntarjoajien yhteyksissä.

Monimuotokuidussa (MMF) on suurempi, noin 50 tai 62,5 mikronin ydin, joka sallii valon kulkea samanaikaisesti monia reittejä. Siksi se on edullisempi valmistaa ja helpompi käsitellä, ja se sopii hyvin yhteen edullisten LED- tai VCSEL-valolähteiden kanssa. Monet reitit kuitenkin rajoittavat siirtoetäisyyttä, joten MMF soveltuu lyhyempiin vetoihin, kuten rakennuksen tai datakeskuksen sisäisiin yhteyksiin, yleensä enintään muutaman sadan metrin matkoille.

Miksi monimuotokuidun siirtoetäisyys on lyhyempi? Syynä on muotodispersio. Eri reittejä kulkeva valo saapuu hieman eri aikoina, joten terävä pulssi leviää ja sumenee matkan aikana, kunnes vastaanotin ei enää pysty lukemaan sitä luotettavasti. Yksimuotokuidussa on käytännössä yksi reitti, joten sen pulssit pysyvät terävinä paljon pidempään. Muotodispersio on keskeinen syy siirtoetäisyyksien eroon.

Monimuotokuidut jaetaan OM-luokkiin — OM1, OM2, OM3, OM4 ja OM5 — joista suuremmat numerot tukevat suurempaa kaistanleveyttä ja pidempää siirtoetäisyyttä. OM3 ja OM4 ovat yleisiä vähintään 10 gigabitin yhteyksissä datakeskuksissa, ja niiden väri on usein akva. Yksimuotokuidun vaippa on yleensä keltainen. Värikoodaus auttaa teknikoita erottamaan kuitutyypit toisistaan nopeasti.

Painakaa mieleenne keskeiset erot:

• Yksimuotokuitu — pieni ydin, laserlähde, pitkä siirtoetäisyys, suuremmat kustannukset, keltainen vaippa.
• Monimuotokuitu — suurempi ydin, LED/VCSEL-lähde, lyhyempi siirtoetäisyys, pienemmät kustannukset, akvanoranssi vaippa.

Yksimuotokuitu voittaa siirtoetäisyydessä ja kaistanleveydessä, kun taas monimuotokuitu on edullisempi lyhyissä vedoissa.

Vastoin yleistä oletusta yksimuotokuituinen kaapeli voi olla yhtä edullinen kuin monimuotokuituinen, mutta yksimuotoiset lähetinvastaanottimet ja laserit ovat tarkkuutensa vuoksi kalliimpia. Monimuodon edullisempi optiikka tekee siitä taloudellisen vaihtoehdon rakennuksen sisäisiin lyhyisiin yhteyksiin. Kustannuspäätös koskee siis todella optiikkaa ja etäisyyttä, ei pelkästään lasia — tämä on yksityiskohta, jota kokeessa saatetaan testata.

Nyrkkisääntö on yksinkertainen: käyttäkää yksimuotokuitua pitkillä etäisyyksillä (rakennusten välillä, kaupungin alueella ja tietoliikenteessä) ja monimuotokuitua lyhyillä etäisyyksillä (rakennuksen tai datakeskuksen sisällä). Älkää koskaan yhdistäkö yksimuoto- ja monimuotosegmenttiä suoraan toisiinsa, sillä niiden ytimet eivät vastaa toisiaan ja yhteys katkeaa tai toimii huonosti. Sovittakaa kuitutyyppi, lähetinvastaanotin ja liittimet toisiinsa koko yhteyden matkalla.

Kaksi kuitutyyppiä käyttävät erilaisia valolähteitä. Yksimuotokuitu käyttää tarkkoja, kohdistettuja lasereita, jotka syöttävät valon sen pieneen ytimeen. Monimuotokuidussa käytetään yleensä edullisempia LED-valoja tai VCSEL-lasereita (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers), jotka sopivat sen suurempaan ytimeen. Tämä on yksi syy siihen, että yksimuoto-optiikka maksaa enemmän. Lisäksi lähetinvastaanotin on suunniteltu tietylle kuitutyypille — monimuotomoduulia ei voi vaihtaa vapaasti yksimuotokuituyhteyteen.

Käytännössä internetpalveluntarjoaja vetää yksimuotokuitua alueen halki asuinalueellenne, datakeskus käyttää OM4-monimuotokuitua muutaman metrin päässä toisistaan olevien räkkikytkinten välillä, ja kampusalueella kaksi etäällä toisistaan olevaa rakennusta yhdistetään yksimuotokuidulla. Näiden tilanteiden tunnistaminen auttaa vastaamaan tilannekysymyksiin, joissa etäisyys ja ympäristö osoittavat selvästi toisen kuitutyypin toista sopivammaksi.

Vertailitte kahta kuitutyyppiä. Yksimuotokuidussa on pieni ydin ja yksi valon reitti, se käyttää lasereita ja yltää suurella kaistanleveydellä pitkille etäisyyksille — siksi se sopii erinomaisesti runkoverkkoihin ja rakennusten välisiin yhteyksiin. Monimuotokuidussa on suurempi ydin ja monia valon reittejä, se käyttää edullisempaa LED/VCSEL-optiikkaa ja soveltuu lyhyisiin vetoihin, koska muotodispersio sumentaa sen pulsseja etäisyyden kasvaessa. Monimuotokuidut jaetaan OM-luokkiin (OM3/OM4 ovat yleisiä), yksimuotokuitu on keltaista ja monimuotokuitu usein akvan väristä. Yhdistäkää etäisyys ja käyttöympäristö oikeaan kuitutyyppiin.