Światłowód jednomodowy i światłowód wielomodowy to dwa ważne typy włókien optycznych w komunikacji światłowodowej, które mają znaczne różnice w trybie transmisji, charakterystyce transmisji i scenariuszach zastosowań.
Przede wszystkim sposób transmisji światłowodu jednomodowego i światłowodu wielomodowego jest inny. Światłowód jednomodowy przesyła tylko jeden mod sygnału optycznego, czyli mod podstawowy, natomiast światłowód wielomodowy może przesyłać wiele modów sygnałów optycznych. Dzieje się tak, ponieważ średnica włókna i współczynnik załamania światła są różne, co powoduje różne sposoby i ścieżki propagacji światła we włóknie.
W przypadku światłowodu jednomodowego, ze względu na jego małą średnicę (zwykle od 10-6 do 10-5 metrów), światło może rozchodzić się tylko wzdłuż osi światłowodu, zatem w światłowodzie może rozchodzić się tylko jeden określony mod światła. Tryb ten zależy od długości fali światła, średnicy włókna i współczynnika załamania światła materiału włóknistego. Ponieważ przesyłany jest tylko jeden mod, światłowód jednomodowy ma większą przepustowość i dłuższą odległość transmisji.
Z drugiej strony światłowód wielomodowy umożliwia jednoczesną propagację wielu modów. Dzieje się tak, ponieważ włókno wielomodowe ma większą średnicę (zwykle od 50 do 1000 mikrometrów) i niższy współczynnik załamania światła, co pozwala na propagację wielu długości fal i wielu kątów światła we włóknie. Tryby te zakłócają się wzajemnie, co może prowadzić do osłabienia sygnału i wzrostu szumów.
Oprócz trybu transmisji istnieją również różnice w charakterystyce transmisji pomiędzy światłowodem jednomodowym i wielomodowym.
Po pierwsze, przepustowość jest jednym z ważnych parametrów oceniających wydajność włókien optycznych. Ponieważ światłowód jednomodowy transmituje tylko jeden mod, jego przepustowość jest zwykle większa niż w przypadku światłowodu wielomodowego. Przy danej długości fali szerokość pasma światłowodu jednomodowego jest znacznie większa niż w przypadku światłowodu wielomodowego, co wskazuje, że może zapewnić większą szybkość transmisji danych i mniejsze tłumienie sygnału w szybkich systemach komunikacyjnych.
Po drugie, tłumienie jest kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na wydajność transmisji włókien optycznych. W procesie transmisji sygnały optyczne mogą ulegać tłumieniu spowodowanemu różnymi czynnikami, w tym materiałami światłowodowymi, temperaturą otoczenia, ciśnieniem i zginaniem. Ogólnie rzecz biorąc, współczynnik tłumienia światłowodu jednomodowego jest o jeden rząd wielkości niższy niż w przypadku światłowodu wielomodowego, co wskazuje, że światłowód jednomodowy może utrzymać wyższą siłę sygnału na tej samej odległości transmisji.
Wreszcie dyspersja jest kolejną ważną cechą włókien optycznych. W światłowodach wielomodowych przesyłanych jest jednocześnie wiele modów, co skutkuje różnymi prędkościami dla różnych długości fal światła i prowadzi do dyspersji. Może to powodować zniekształcenie sygnału i wzrost bitowej stopy błędów. Ponieważ jednak w światłowodzie jednomodowym przesyłany jest tylko jeden mod, dyspersję można zignorować, dzięki czemu nadaje się on do transmisji na duże odległości.
W oparciu o powyższe różnice, światłowód jednomodowy i wielomodowy mają swoje zalety w różnych scenariuszach zastosowań.
Światłowód jednomodowy charakteryzuje się dużą przepustowością, niskim tłumieniem i niską dyspersją, dzięki czemu jest szeroko stosowany w systemach komunikacji na duże odległości i przy dużej szybkości. Na przykład w dalekobieżnych liniach telefonicznych i transmisji danych głównym medium transmisyjnym jest światłowód jednomodowy. Ponadto wraz z rozwojem technologii 5G światłowód jednomodowy jest również szeroko stosowany w bezprzewodowych sieciach typu backhaul, aby spełnić wymagania dotyczące dużej przepustowości i małych opóźnień.
Światłowód wielomodowy ma możliwość jednoczesnego przesyłania wielu modów, dzięki czemu nadaje się do systemów komunikacji na małe odległości i o niskiej prędkości. Na przykład w sieciach lokalnych (LAN) i komunikacji wewnętrznej w budynkach powszechnie stosuje się światłowód wielomodowy, ponieważ może przesyłać wiele sygnałów jednocześnie. Ponadto światłowód wielomodowy nadaje się również do zastosowań takich jak transmisja wideo i systemy audio, które wymagają wysokiej wydajności w czasie rzeczywistym.
Wniosek
Światłowód jednomodowy i światłowód wielomodowy to dwa różne typy włókien optycznych z wyraźnymi różnicami w trybie transmisji, charakterystyce transmisji i scenariuszach zastosowań. Światłowód jednomodowy nadaje się do systemów komunikacji na duże odległości i o dużej prędkości ze względu na dużą szerokość pasma, niskie tłumienie i niską dyspersję; podczas gdy światłowód wielomodowy nadaje się do systemów komunikacji na małe odległości i przy niskiej prędkości ze względu na jego zdolność do jednoczesnego przesyłania wielu modów.