Fibra monomodale o multimodale: differenze e come sceglierle

Febbraio 15, 2022

Sappiamo tutti che ci sono single mode (SM) e multimode (MM) per la fibra ottica. Quindi, quali sono le loro differenze e quale scegliere quando ho bisogno di un cavo in fibra ottica? HOC (Hone Optical Communications) ha 19+ anni di esperienza sulla comunicazione ottica e ODN. Continua a leggere per conoscerli una volta per tutte!

Fibra ottica

La fibra può essere divisa in monomodale e multimodale secondo la modalità di trasmissione ottica.

Diametro

Il diametro del nucleo della fibra multimodale è di 50 o 62,5μm, e ha un rivestimento esterno di 125μm. Così, una fibra ottica multimodale è spesso descritta come 50/125μm o 62,5/125μm. Il diametro del nucleo della fibra monomodale è 9μm, il diametro esterno del rivestimento è 125μm. Una fibra monomodale è 9/125μm.

Lunghezza d’onda di lavoro

Attualmente, le lunghezze d’onda della fibra che funzionano maggiormente sono 850nm, 1310nm e 1550nm.

La perdita ottica della fibra è generalmente ridotta con l’aumento della lunghezza d’onda. La perdita a 850nm è generalmente 2.5dB/km, a 1310nm è generalmente 0.35dB/km. Mentre 1550nm ha una perdita ottica generalmente 0.20dB/km, che è la perdita più bassa della fibra ottica. La perdita tende ad aumentare con una lunghezza d’onda di 1650nm e oltre.

Poiché l’assorbimento di OHˉ (picco dell’acqua), ci sono picchi di perdita ottica nella gamma di 900nm ~ 1300nm e 1340nm ~ 1520nm. Pertanto, queste 2 gamme non sono completamente utilizzate.

Larghezza di banda

Tabella 1: Applicazione del cavo ottico multimodale

Cavo in fibra ottica

Cavo SM

La fibra SM ha un nucleo molto sottile, e solo un modo di luce può essere trasmesso. Pertanto, la dispersione intermodale è molto piccola, il che è adatto per la comunicazione a distanza.

Ma ci sono anche la dispersione del materiale e la dispersione della guida d’onda. Di conseguenza, la fibra monomodale ha requisiti più elevati per l’ampiezza spettrale e la stabilità della sorgente luminosa. Cioè, la larghezza spettrale dovrebbe essere stretta e con una migliore stabilità.

Si trova che la dispersione totale della fibra monomodale è zero a 1310nm. Dalle caratteristiche di perdita ottica di una fibra ottica, 1310nm è solo una finestra di bassa perdita. Pertanto, la regione di lunghezza d’onda 1310nm è diventata una finestra di lavoro ideale. Ed è anche la principale lunghezza d’onda di lavoro del sistema pratico di comunicazione ottica. I parametri principali della fibra SM da 1310nm sono determinati da ITU-T nella proposta G652, quindi questo tipo di fibra è anche chiamato fibra G.652.

Come menzionato sopra, a causa dell’assorbimento di OH, ci sono picchi di perdita ottica nella gamma di 900nm ~ 1300nm e 1340nm ~ 1520nm, che sono chiamati picchi di acqua. Allo stesso tempo, poiché G.652D è l’ultimo indice della fibra SM, è l’indice più rigoroso di tutti i livelli G.652 ed è completamente compatibile verso il basso. Quindi, se solo G.652 è specificato, significa la specifica delle prestazioni di G.652A, a cui si dovrebbe prestare particolare attenzione.

La fibra SM trasmette solo il modo principale, cioè la luce trasmette solo lungo l’asse della fibra, che evita completamente la dispersione e lo spreco di energia ottica. Inoltre, SM usa generalmente laser con lunghezza d’onda 1310nm o 1550nm, che è vicino alla lunghezza d’onda di attenuazione minima 1550nm del quarzo. La distanza di trasmissione del cavo SM è come mostrato nella seguente tabella 3.

Tabella 3: Applicazione del cavo ottico multimodale

Suggerimento di selezione

  1. Distanza di trasmissione.

Se si vuole supportare la trasmissione a 10 Gigabit in futuro, e si tratta di una lunga distanza, si dovrebbe considerare l’utilizzo di un cavo ottico monomodale.

  1. Costo.

La fibra ottica zero water peak fornisce il 50% in più di larghezza di banda rispetto alla normale fibra ottica SM, ma il costo è simile.

Cavo in fibra MM

Non come la fibra SM, una fibra multimodale (MM) può trasmettere più modi di luce allo stesso tempo. Quando la fibra ottica multimodale trasmette il modo principale o diversi altri modi, la luce si riflette continuamente lungo la parete della fibra MM.

Tuttavia, questo causa anche molta dispersione e spreco di energia ottica. La grande dispersione modale limita la frequenza di trasmissione del segnale digitale. Con la distanza si espande, questa situazione sarà più grave. La distanza di trasmissione della fibra MM è indicata nella tabella 1.

Nel sistema 10GB/s, usando un VCSEL 850nm (Vertical-cavity surface-emitting laser) come sorgente luminosa nella rete ad alta velocità, la fibra OM3 può trasmettere 300 metri e la fibra OM4 può trasmettere 550 metri.

Con la distanza di trasmissione di diverse centinaia di metri, la fibra multimodale OM3/OM4 può essere ampiamente utilizzata in data center, rete locale, centro di calcolo ad alte prestazioni e rete di stoccaggio. L’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ha proposto soluzioni parallele per reti da 40GB/s e 100GB/s utilizzando la fibra multimodale OM3/OM4.

Il sistema parallelo con la fibra OM3 può trasmettere 100m in 40GB/s e 100GB/s, e il sistema parallelo con la fibra OM4 può trasmettere 150m in 40GB/s e 100GB/s. Mentre l’85% della lunghezza delle connessioni dei data center non supera i 100 metri, e quasi il 100% della lunghezza delle connessioni dei data center non supera i 150m.

Tabella 2: Applicazione del cavo ottico multimodale

Un’altra domanda che ci si potrebbe porre è: perché la fibra multimodale OM3/OM4 non può supportare la stessa lunghezza di connessione in 40GB/s e 100GB/s come nei sistemi a 10GB/s?

Questo perché le specifiche tecniche di VCSEL sono rilassate nella connessione a 40GB/s e 100GB/s. Al fine di ridurre il costo del sistema, lo standard IEEE802.3ba ha allentato il requisito della larghezza dello spettro laser, ma allo stesso tempo viene anche il prezzo di ridurre la lunghezza della connessione di rete.

Suggerimento di selezione

Pertanto, se si vuole scegliere il cavo ottico multimodale, si devono considerare i seguenti aspetti:

  1. Sviluppo futuro

Per quanto riguarda la tendenza di sviluppo futuro, la rete di cablaggio orizzontale ha bisogno di 1GB/s di larghezza di banda al desktop, la rete dorsale dell’edificio deve essere aggiornata a 10GB/s, e la rete dorsale del parco industriale deve essere aggiornata a 10GB/s o 100GB/s.

Attualmente, le applicazioni di rete stanno crescendo ad un tasso annuo di circa il 50%. Si stima che nei prossimi cinque anni, il Gigabit al desktop diventerà comune come l’attuale larghezza di banda di 100M al desktop.

Pertanto, l’attuale pianificazione della rete dovrebbe essere orientata al futuro. Il cavo di rete CAT6 può essere considerato per la parte orizzontale, e il cavo ottico multimodale 10 Gigabit dovrebbe essere considerato per la parte trunk. In particolare, la differenza di costo tra il cavo in rame CAT6 più il cavo ottico multimodale 10 Gigabit e il cavo in rame CAT5E più il cavo ottico multimodale 1 Gigabit è inferiore al 10-20%. Dal punto di vista dell’applicazione a lungo termine, se il costo è permesso, il cavo di rete CAT6 più il cavo ottico multimodale 10 Gigabit dovrebbe essere considerato.

  1. Investire la prospettiva

Dal punto di vista dell’investimento, dove il 10G non sarà usato in almeno 10 anni, HOC OM1 (la normale fibra multimodale 62.5/125μm) è una buona scelta. Inoltre, poiché il cavo ottico OM3 utilizza apparecchiature di sorgente ottica VCSEL e 850nm a basso costo, il costo della trasmissione 10 Gigabit è notevolmente ridotto.

Conclusione

Sulla base dell’analisi di cui sopra, crediamo che si dovrebbe investire nelle migliori prestazioni ai costi più bassi dalla considerazione dell’applicazione, della distanza di trasmissione, della lungimiranza e del costo.

Ora si avrebbe un’idea generale differenza tra modalità singola e multimodale, così come ciò che la fibra ottica che si desidera per il vostro progetto. Se hai altri dubbi sulle comunicazioni ottiche, lasciaci un commento o scrivici direttamente.

Tony Lau è direttore tecnico e co-fondatore di HOC. Ama scrivere sui contenuti delle comunicazioni in fibra ottica, è specializzato in cavi in fibra ottica, Soluzioni FTTH chiavi in mano, Cavo ADSS, e reti ODN.

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