Światłowód jednomodowy a wielomodowy

Światłowody dzielą się na dwa główne rodzaje, różniące się przede wszystkim rozmiarem rdzenia i sposobem przemieszczania się światła: jednomodowe i wielomodowe. Wybór wpływa na zasięg, prędkość i koszt. Dobór właściwego rodzaju do łącza jest podstawową umiejętnością, a na egzaminie regularnie pojawiają się pytania wymagające dopasowania każdego rodzaju do jego zalet. W tej lekcji porównamy je w jasny sposób, aby nie mylili ich Państwo ze sobą.

Mod to droga, którą światło może przebyć we włóknie. Szeroki rdzeń pozwala światłu wnikać pod wieloma kątami, dlatego jednocześnie biegnie ono wieloma drogami, czyli modami. Bardzo wąski rdzeń wymusza zasadniczo jedną prostą drogę — pojedynczy mod. Średnica rdzenia jest kluczową różnicą, która nadaje każdemu rodzajowi światłowodu jego nazwę i właściwości.

Światłowód jednomodowy (SMF) ma bardzo mały rdzeń (około 9 mikrometrów), który pozwala na przejście tylko jednej drogi światła. Dzięki jednemu modowi światło pozostaje skupione i czyste, dlatego może pokonywać bardzo duże odległości — wiele kilometrów — przy bardzo dużej przepustowości. SMF wykorzystuje laserowe źródła światła i jest wybierany do szkieletów sieci telekomunikacyjnych, długich połączeń kampusowych oraz łączy operatorów.

Światłowód wielomodowy (MMF) ma większy rdzeń (około 50 lub 62,5 mikrometra), który pozwala światłu poruszać się wieloma drogami jednocześnie. Dzięki temu jest tańszy w produkcji i łatwiejszy w obsłudze, a także dobrze współpracuje z niedrogimi źródłami światła LED lub VCSEL. Jednak wiele dróg ogranicza jego zasięg, dlatego MMF nadaje się do krótszych odcinków, na przykład wewnątrz budynku lub centrum danych, zazwyczaj do kilkuset metrów.

Dlaczego światłowód wielomodowy ma krótszy zasięg? Z powodu dyspersji modalnej. Światło biegnące wieloma drogami dociera w nieco różnych momentach, więc ostry impuls rozciąga się i rozmywa wraz z odległością, aż odbiornik nie może już odczytać go prawidłowo. Światłowód jednomodowy ma zasadniczo jedną drogę, dlatego jego impulsy pozostają ostre znacznie dłużej. Dyspersja modalna jest główną przyczyną różnicy w zasięgu.

Światłowody wielomodowe dzieli się na kategorie OM — OM1, OM2, OM3, OM4 i OM5 — przy czym wyższe numery oznaczają większą przepustowość i większy zasięg. OM3 i OM4 są często stosowane w łączach 10-gigabitowych i szybszych w centrach danych, a ich kolor to zazwyczaj turkusowy. Światłowody jednomodowe mają zwykle żółty płaszcz zewnętrzny. Kodowanie kolorami pomaga technikom odróżnić je na pierwszy rzut oka.

Należy zapamiętać najważniejsze różnice:

• Jednomodowy — mały rdzeń, źródło laserowe, duży zasięg, wyższy koszt, żółty płaszcz.
• Wielomodowy — większy rdzeń, źródło LED/VCSEL, krótszy zasięg, niższy koszt, turkusowy lub pomarańczowy płaszcz.

Światłowód jednomodowy wygrywa pod względem zasięgu i przepustowości, a wielomodowy — kosztu na krótkich odcinkach.

Paradoksalnie kabel jednomodowy może kosztować tyle samo co wielomodowy, ale jednomodowe transceivery i lasery są droższe ze względu na wymaganą precyzję. Tańsza optyka wielomodowa sprawia, że jest on ekonomiczny w przypadku wielu krótkich łączy wewnątrz budynku. Decyzja dotycząca kosztów zależy więc przede wszystkim od optyki i zasięgu, a nie tylko od samego szkła — to szczegół, o który może zapytać egzamin.

Zasada jest prosta: należy używać światłowodu jednomodowego na duże odległości (między budynkami, przez miasto, w telekomunikacji), a wielomodowego na krótkie odległości (wewnątrz budynku lub centrum danych). Nie należy bezpośrednio łączyć odcinka jednomodowego z wielomodowym, ponieważ ich rdzenie nie pasują do siebie, a łącze przestanie działać lub będzie działać nieprawidłowo. Na całej trasie należy dopasować typ światłowodu, transceiver i złącza.

Oba rodzaje światłowodów współpracują z różnymi źródłami światła. Światłowód jednomodowy wykorzystuje precyzyjne, skupione lasery, które wprowadzają światło do jego bardzo małego rdzenia. Wielomodowy zazwyczaj korzysta z tańszych diod LED lub VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers), dopasowanych do większego rdzenia. To dopasowanie jest jednym z powodów, dla których optyka jednomodowa kosztuje więcej. Oznacza ono również, że transceiver jest przeznaczony do konkretnego rodzaju światłowodu — nie można dowolnie podłączyć modułu wielomodowego do łącza jednomodowego.

W praktyce operator Internetu prowadzi światłowód jednomodowy przez cały region do Państwa okolicy, centrum danych wykorzystuje wielomodowy światłowód OM4 między przełącznikami szaf znajdującymi się kilka metrów od siebie, a kampus łączy dwa odległe budynki światłowodem jednomodowym. Rozpoznawanie tych wzorców pomaga odpowiadać na pytania sytuacyjne, w których odległość i miejsce zastosowania wyraźnie wskazują jeden rodzaj światłowodu zamiast drugiego.

Sprawdź swoją wiedzę o rodzajach światłowodów.

Porównali Państwo oba rodzaje światłowodów. Jednomodowy ma mały rdzeń i jedną drogę światła, wykorzystuje lasery i umożliwia przesyłanie danych na duże odległości przy dużej przepustowości — idealnie nadaje się do szkieletów sieci i połączeń między budynkami. Wielomodowy ma większy rdzeń z wieloma drogami światła, korzysta z tańszej optyki LED/VCSEL i nadaje się do krótkich odcinków, ponieważ dyspersja modalna rozmywa jego impulsy wraz z odległością. Światłowody wielomodowe dzieli się na kategorie OM (często stosuje się OM3/OM4); jednomodowe są żółte, a wielomodowe często turkusowe. Należy dopasować typ światłowodu do odległości i miejsca zastosowania.