Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern sind zwei wichtige Glasfasertypen in der Glasfaserkommunikation, die sich hinsichtlich Übertragungsmodus, Übertragungseigenschaften und Anwendungsszenarien erheblich unterscheiden.
Zunächst einmal ist der Übertragungsmodus von Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern unterschiedlich. Singlemode-Fasern übertragen nur einen Modus des optischen Signals, nämlich den Grundmodus, während Multimode-Fasern mehrere Modi optischer Signale übertragen können. Dies liegt daran, dass der Faserdurchmesser und der Brechungsindex der Faser unterschiedlich sind, was zu unterschiedlichen Wegen und Pfaden für die Ausbreitung des Lichts in der Faser führt.
Bei Singlemode-Fasern kann sich das Licht aufgrund ihres geringen Durchmessers (normalerweise zwischen 10-6 und 10-5 Metern) nur entlang der Faserachse ausbreiten, sodass sich nur ein bestimmter Lichtmodus in der Faser ausbreiten kann. Dieser Modus wird durch die Wellenlänge des Lichts, den Faserdurchmesser und den Brechungsindex des Fasermaterials bestimmt. Da nur ein Modus übertragen wird, verfügen Singlemode-Fasern über eine höhere Bandbreite und eine längere Übertragungsdistanz.
Auf der anderen Seite ermöglicht Multimode-Faser die gleichzeitige Ausbreitung mehrerer Modi. Dies liegt daran, dass Multimode-Fasern einen größeren Durchmesser (normalerweise zwischen 50 und 1000 Mikrometer) und einen niedrigeren Brechungsindex haben, wodurch sich mehrere Wellenlängen und mehrere Winkel des Lichts in der Faser ausbreiten können. Diese Modi stören sich gegenseitig, was zu Signaldämpfung und verstärktem Rauschen führen kann.
Neben dem Übertragungsmodus gibt es auch Unterschiede in den Übertragungseigenschaften zwischen Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern.
Erstens ist die Bandbreite einer der wichtigsten Parameter zur Bewertung der Leistung von Glasfasern. Da Singlemode-Fasern nur einen Modus übertragen, ist ihre Bandbreite normalerweise höher als die von Multimode-Fasern. Bei einer bestimmten Wellenlänge ist die Bandbreite von Singlemode-Fasern viel höher als die von Multimode-Fasern, was darauf hindeutet, dass sie in Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen höhere Datenraten und eine geringere Signaldämpfung bieten können.
Zweitens ist die Dämpfung ein weiterer wichtiger Faktor, der die Übertragungsleistung von Glasfasern beeinflusst. Während des Übertragungsvorgangs können optische Signale durch verschiedene Faktoren gedämpft werden, darunter Fasermaterialien, Umgebungstemperatur, Druck und Biegung. Im Allgemeinen ist der Dämpfungskoeffizient von Singlemode-Fasern um eine Größenordnung niedriger als der von Multimode-Fasern, was darauf hindeutet, dass Singlemode-Fasern über dieselbe Übertragungsdistanz eine höhere Signalstärke aufrechterhalten können.
Schließlich ist die Dispersion ein weiteres wichtiges Merkmal von Glasfasern. In Multimode-Fasern werden mehrere Modi gleichzeitig übertragen, was zu unterschiedlichen Geschwindigkeiten für verschiedene Lichtwellenlängen und damit zu Dispersion führt. Dies kann zu Signalverzerrungen und einer erhöhten Bitfehlerrate führen. Da in Singlemode-Fasern jedoch nur ein Modus übertragen wird, kann die Dispersion vernachlässigt werden, sodass sie für die Übertragung über große Entfernungen geeignet sind.
Aufgrund der oben genannten Unterschiede verfügen Singlemode- und Multimode-Fasern in unterschiedlichen Anwendungsszenarien über eigene Vorteile.
Singlemode-Fasern haben eine hohe Bandbreite, geringe Dämpfung und geringe Dispersion, weshalb sie häufig in Fern- und Hochgeschwindigkeitskommunikationssystemen eingesetzt werden. Beispielsweise sind Singlemode-Fasern bei Ferntelefonleitungen und bei der Datenkommunikation das wichtigste Übertragungsmedium. Darüber hinaus werden Singlemode-Fasern mit der Entwicklung der 5G-Technologie auch häufig in drahtlosen Backhaul-Netzwerken eingesetzt, um die Anforderungen an hohe Bandbreite und geringe Latenz zu erfüllen.
Multimode-Fasern können mehrere Modi gleichzeitig übertragen und eignen sich daher für Kommunikationssysteme mit kurzer Distanz und niedriger Geschwindigkeit. In lokalen Netzwerken (LANs) und der internen Gebäudekommunikation werden Multimode-Fasern beispielsweise häufig verwendet, da sie mehrere Signale gleichzeitig übertragen können. Darüber hinaus eignen sich Multimode-Fasern auch für Anwendungen wie Videoübertragung und Audiosysteme, die eine hohe Echtzeitleistung erfordern.
Abschluss
Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern sind zwei verschiedene Arten von Glasfasern mit deutlichen Unterschieden in Übertragungsmodus, Übertragungseigenschaften und Anwendungsszenarien. Singlemode-Fasern eignen sich aufgrund ihrer hohen Bandbreite, geringen Dämpfung und geringen Dispersion für Fern- und Hochgeschwindigkeitskommunikationssysteme; während Multimode-Fasern aufgrund ihrer Fähigkeit, mehrere Modi gleichzeitig zu übertragen, für Kurzstrecken- und Niedriggeschwindigkeitskommunikationssysteme geeignet sind.