Rodzaje kabli światłowodowych – jednomodowe vs. wielomodowe

Przez wiele lat przewody, począwszy od kabli koncentrycznych po skrętki, korzystały z przesyłu sygnałów elektrycznych przez miedziane rdzenie. Wraz z rozwojem technologii na pierwszy plan wysunęły się kable światłowodowe wykorzystujące zupełnie inną zasadę działania. Światłowód zbudowany jest z niezwykle cienkich, szklanych włókien optycznych, które przekazują sygnał generowany przez źródło światła jakim jest laser. Ze względu na fakt, iż światło przemieszcza się szybciej niż prąd elektryczny, kable światłowodowe zapewniają znacznie szybszą transmisję danych oraz możliwość ich przesyłu na znacznie większe odległości. Dzięki zastosowaniu konwerterów mediów, technologię światłowodową można z powodzeniem integrować z istniejącą infrastrukturą miedzianą.

Budowa i zasada działania

Kabel światłowodowy składa się z pojedynczego lub wielu włókien optycznych, z których każdy ma rdzeń o określonej średnicy, wyrażonej w mikrometrach (μm). Rdzeń stanowi szklaną lub plastikową część włókna światłowodowego, przez którą przesyłane są impulsy świetlne. Każde włókno optyczne działa jak odrębny kanał transmisyjny pozwalający na transmisję sygnałów świetlnych. Do pełnej dwukierunkowej komunikacji zwykle wykorzystuje się dwa osobne włókna – jedno do wysyłki, drugie do odbioru sygnału. Liczba włókien w kablu jest dobierana w zależności od wymagań sieci i przewidywanego natężenia ruchu danych.

Przewaga światłowodów nad kablami miedzianymi

Światłowody oferują nie tylko znacznie wyższe prędkości transmisji danych, ale również znacznie większy zasięg niż tradycyjne kable miedziane, które zazwyczaj mają ograniczenie dystansu do około 100 metrów. W zależności od typu światłowodu — jednomodowego lub wielomodowego — dane mogą być przesyłane na setki metrów, a nawet na kilometry, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla długodystansowych i wysokowydajnych sieci.

Światłowody jednomodowe

Światłowody jednomodowe umożliwiają transmisję sygnałów na bardzo duże odległości, nawet na setki kilometrów, co czyni je idealnymi do zastosowań telekomunikacyjnych i łączących odległe lokalizacje. Rdzeń takiego włókna ma standardowo średnicę około 8–10 μm (zwykle 9 μm), a płaszcz o średnicy 125 μm. jest taki sam jak w światłowodach wielomodowych.

W światłowodach jednomodowych światło przesyłane jest w pojedynczym trybie (modzie), co oznacza, że wiązka laserowa propagowana jest jednolitą ścieżką, minimalizując dyspersję modalną (rozproszenie). Dzięki temu wszystkie promienie światła przechodzą tę samą drogę i docierają do odbiornika jednocześnie, co znacząco poprawia jakość sygnału. Emitowane światło ma długość fali w zakresie około 1300–1550 nm, bliską podczerwieni.

Moc lasera jest dostosowywana do długości toru światłowodowego; ważne jest, aby sygnał dotarł do miejsca odbioru bez istotnych strat.

Kable wielomodowe (Multimode)

Kable światłowodowe wielomodowe charakteryzują się grubszym rdzeniem niż jednomodowe, zwykle o średnicy 50 lub 62,5 μm. Umożliwia to jednoczesną transmisję wielu modów światła, ale przekłada się na fakt, iż poszczególne mody świetlne przemieszczają się wzdłuż rdzenia różnymi ścieżkami i docierają do odbiornika z różnym opóźnieniem.To zjawisko, zwane dyspersją międzymodową, powoduje rozmycie sygnału i ogranicza zasięg oraz przepustowość takich światłowodów.

Kable wielomodowe stosuje się głównie do transmisji na krótsze dystanse — zwykle do około 2 kilometrów, aczkolwiek mogą przyjmować różne wartości w zależności od klasy sprzętu i typu kabli. Światłowody wielomodowe często zasilane są za pomocą diod LED i charakteryzują się większym tłumieniem sygnału niż światłowody jednomodowe.

Ze względu na sposób propagacji światła i zmianę współczynnika załamania wyróżnia się dwa typy światłowodów wielomodowych:

Światłowody skokowe (step-index) — współczynnik załamania światła zmienia się skokowo na granicy rdzeń-płaszcz. Mody światła odbijają się pod różnymi kątami, co powoduje różne długości dróg i czasy przejścia, skutkując znaczną dyspersją i ograniczonym zasięgiem transmisji.
Światłowody gradientowe (graded-index) — rdzeń składa się z wielu warstw o stopniowo zmieniającym się współczynniku załamania, co powoduje, że światło porusza się po krzywych, a różnice w czasie przejścia poszczególnych modów są zredukowane. Dzięki temu ograniczenie dyspersji jest mniejsze i możliwa jest transmisja na większe odległości.

Typy kabli wielomodowych (OM):

OM1:Rdzeń o średnicy 62,5 μm, przepustowość do 1 Gb/s na odległość do 300 m. Stosowany w małych i średnich sieciach.
OM2: Rdzeń 50 μm, prędkość do 1 Gb/s na dystansie do 600 m, sprawdza się w większych budynkach.
OM3: Ulepszony kabel z rdzeniem 50 μm, umożliwia transmisję 10 Gb/s na 300 m. Dzięki złączom MPO możliwe prędkości 40 Gb/s i 100 Gb/s na dystansach do 100 m. Idealny do centrów danych i środowisk o dużych wymaganiach.
OM4: Ulepszona wersja OM3, pozwala na 10 Gb/s do 550 m oraz 100 Gb/s do 150 m, oferując większy zasięg przy wysokich prędkościach transmisji.

Wybór między kablem jednomodowym a wielomodowym zależy od potrzeb sieci — od dystansu, jaki sygnał ma pokonać, oraz od wymagań dotyczących przepustowości. Jednomodowe światłowody świetnie sprawdzają się na długich trasach i w instalacjach między budynkami, natomiast wielomodowe są bardziej ekonomiczne i odpowiednie do sieci lokalnych, gdzie odległości są mniejsze, a szybkość transmisji równie ważna.