Differenza tra fibra multimodale e monomodale in elettronica

 Il multimodale e il monomodale sono i tipi di cavo in fibra ottica (in inglese Multimode and Single-mode Fiber). Queste varianti di cavi in ​​fibra ottica possono essere differenziate dal modo in cui la luce viene trasmessa attraverso queste fibre.

La differenza principale tra fibra multimodale e monomodale è che il diametro del nucleo e del rivestimento in fibra multimodale è compreso tra 50 e 85 μm e 125-400 μm. D’altra parte, il single-mode ha il diametro di 8-12 e 125 μm rispettivamente di nucleo e rivestimento.

In modalità singola e modalità multipla, la modalità si riferisce alla distribuzione del campo incrociato che si propaga lungo la fibra priva cambiando la distribuzione del campo a meno che la fase non cambi. In parole semplici, una modalità può essere interpretata come il possibile percorso che un raggio diretto può occupare.

Fibra multimodale

Le fibre multimodali furono ideate prima della fibra monomodale negli anni ’60. Il diametro del nucleo e del rivestimento della fibra multimodale è maggiore rispetto alla lunghezza d’onda operativa del segnale luminoso, ed è anche maggiore del modo singolo. Il suo diametro del nucleo è di circa 50-85 μm.

La fibra multimodale utilizza un modello ottico geometrico per la propagazione della luce in cui il raggio di luce rimbalza avanti e indietro e si riflette dal rivestimento centrale della fibra. Vengono trasmessi più raggi nella fibra che si propaga in un percorso diverso. Il loro percorso alla fine corrisponde alla modalità fibra e questi raggi si muovono a velocità diverse.

I dispositivi essenziali richiesti per la propagazione delle onde luminose sono le sorgenti luminose e i ricevitori. Le sorgenti luminose utilizzate nelle fibre multimodali sono laser semiconduttori compatti e LED. Tra questi tipi di sorgenti luminose, un laser è più potente del LED mentre il LED produce una bassa potenza in uscita. Quindi i laser possono coprire distanze maggiori. Il LED come sorgente luminosa richiede l’installazione di rigeneratori ogni pochi chilometri.

Le unità rigenerative sono piuttosto costose. I laser usati ai vecchi tempi erano di modalità multilongitudinale (MLM). I laser MLM emettono luce in un ampio spettro di pochi nanometri. Si chiama multilongitudinale perché opera su più modalità differenti in cui i raggi di luce si propagano a velocità diverse poiché le lunghezze del percorso sono distinte. Questa caratteristica della fibra multimodale attenua il segnale ed è anche nota come dispersione intermodale.

C’è uno svantaggio della fibra multimodale è che produce molto rumore e attenuazione. La ragione di ciò è che la presenza di più raggi provoca interferenze e sicuramente deteriora il segnale.

Fibra monomodale

La fibra monomodale è stata sviluppata dopo la fibra multimodale nel 1984. Supera i limiti della fibra multimodale, cioè la dispersione intermodale e aumenta le velocità di trasmissione e la distanza tra i rigeneratori. La fibra monomodale ha un diametro del nucleo relativamente piccolo di circa 8-12 μm, che è un piccolo multiplo della lunghezza d’onda operativa del segnale luminoso. Questa gamma di diametri spinge tutta l’energia del raggio di luce a essere percorsa in modalità singola. Quindi coinvolge un singolo raggio di luce.

La fibra monomodale ha introdotto un altro tipo di dispersione noto come dispersione cromatica. L’energia nel segnale luminoso o impulso è associata a una larghezza di banda limitata. In effetti, la fibra monomodale può provocare la sbavatura dell’impulso a causa della generazione della velocità di propagazione distinta dei componenti della frequenza dell’impulso. Ciò è dovuto alle proprietà fisiche del vetro. La sbavatura dell’impulso a causa della dispersione cromatica aumenta con l’ampliamento dello spettro dell’impulso, in ultima analisi dipende dalla lunghezza d’onda del segnale.

Non c’è problema di dispersione cromatica quando si utilizza la fibra ottica a base di silice con banda da 1.3 μm. Ma genera dispersione nella banda di 1,55 μm. Per eliminare la dispersione cromatica, fibra spostata dalla dispersione e DFB (Distributed-Feedback)il laser si è evoluto. Il laser a feedback distribuito diminuisce lo spettro dell’impulso trasmesso vicino alla sua larghezza di banda di modulazione che riduce la perdita di dispersione cromatica.

Differenza tra fibra multimodale e monomodale

Di seguito le principali differenze:

1. La fibra multimodale ha rispettivamente un diametro del nucleo e del rivestimento di 50-85 μm e 125-400 μm. D’altra parte, la fibra monomodale ha un diametro di nucleo e rivestimento di 8-12 μm e 125 μm.
2. Poiché la fibra monomodale può coprire la grande distanza fino a 20-40 km, il rigeneratore è posizionato tra la distanza di 20-40 km. Al contrario, la fibra multimodale copre brevi distanze e richiede di posizionare il rigeneratore ogni 2 km.
3. La fibra multimodale coinvolge più di un raggio di luce mentre la modalità singola include un singolo raggio di luce.
4. Il costo della fibra multimodale è maggiore della fibra monomodale. Inoltre, il costo dell’installazione e dei connettori è inferiore in caso di fibra multimodale rispetto alla modalità singola.
5. Come nella fibra multimodale, vengono impiegati più raggi che generano interferenza e attenuazione. Al contrario, la fibra monomodale produce una qualità di trasmissione superiore e perdite minori.
6. La lunghezza d’onda del segnale prodotto attraverso il LED nel multimodale è compresa tra 850 nm e 1300 nm. Al contrario, in modalità singola, è compreso tra 1260 nm e 1640 nm.
7. La fibra multimodale coinvolge applicazioni come LAN, SAN, data center. Al contrario, la modalità singola viene utilizzata in WAN, MAN, ecc.

Conclusioni

Infine si può concludere dicendo che, la fibra monomodale è un successore della fibra multimodale che elimina i limiti della fibra multimodale come copertura a breve distanza, problemi di attenuazione, uso eccessivo di rigeneratori o ripetitori a costo elevato della fibra. Tuttavia, la fibra multimodale è un’alternativa conveniente per una portata più breve poiché l’installazione della fibra multimodale e il costo dei connettori è inferiore in confronto.