La fibra óptica es el producto más básico y comúnmente utilizado en el campo de las comunicaciones. La fibra óptica se puede dividir en fibra óptica monomodo y fibra óptica multimodo. En una frase corta, la fibra óptica monomodo es adecuada para la transmisión de comunicaciones a larga distancia, mientras que la fibra óptica multimodo es adecuada para la transmisión de comunicaciones a corta distancia.
Tabla de contenidos
- Fibra Óptica Monomodo
- Fibra Óptica Multimodo
- Tipos de Fibra Monomodo y Multimodo
- Diferencias entre Fibra Óptica Monomodo y Multimodo
- Preguntas Frecuentes
- ¿Qué tipo de fibra óptica debería elegir?
- ¿Por qué la distancia de transmisión de la fibra óptica multimodo no es tan larga como la de la monomodo?
- Diferencias entre los transceptores de fibra óptica multimodo y monomodo
- ¿Se pueden mezclar fibras ópticas monomodo/multimodo con módulos ópticos monomodo/multimodo?
- ¿Cómo elegir el cable de fibra óptica adecuado?
- ¿Cómo decidir entre una conexión fija o desmontable en fibra óptica?
- En las conexiones fijas de fibra óptica, ¿se debería elegir la unión mecánica o la fusión por calor?
Fibra Óptica Monomodo
Cuando las dimensiones geométricas de la fibra óptica (principalmente el diámetro del núcleo) son cercanas a la longitud de onda de la luz, como un diámetro del núcleo d1 en el rango de 5～10µm, la fibra óptica solo permite la propagación de un modo (modo básico HE11), con los demás modos superiores completamente atenuados. La fibra óptica que transmite de esta manera se llama fibra óptica monomodo.
La tasa de transmisión de la fibra óptica monomodo es de 100M/s o 1G/s, con una distancia de transmisión de más de 5km. Generalmente, la fibra óptica monomodo se utiliza para la transmisión de señales a larga distancia. Su fuente de luz es una fuente de luz láser, con longitudes de onda aplicables de 1310nm/1550nm. El color del cable es generalmente amarillo, y los conectores son mayormente azules o verdes.
Dado que solo tiene un modo de propagación, evita el problema de la dispersión modal, por lo tanto, la fibra óptica monomodo tiene un ancho de banda muy amplio, especialmente adecuado para la comunicación de fibra óptica de gran capacidad. Por lo tanto, para lograr la transmisión en modo único, es necesario que los parámetros de la fibra óptica cumplan con ciertas condiciones. Por ejemplo, mediante cálculos de fórmulas, para una fibra óptica con NA=0.12 y para lograr la transmisión en modo único a longitudes de onda superiores a λ=1.3µm, el radio del núcleo de la fibra debe ser ≤4.2µm, es decir, su diámetro del núcleo d1 debe ser ≤8.4µm. Dado que el diámetro del núcleo del cable fibra óptica monomodo es muy pequeño, esto plantea requisitos más estrictos para su proceso de fabricación.
Fibra Óptica Multimodo
Cuando las dimensiones geométricas de la fibra óptica (principalmente el diámetro del núcleo d1) son mucho mayores que la longitud de onda de la luz, pueden existir decenas o incluso cientos de modos de propagación en la fibra óptica. La fibra óptica que transmite de esta manera se llama fibra óptica multimodo.
El núcleo del cable fibra óptica multimodo es de 50μm/62.5μm, con una tasa típica de 100M/s, y la distancia de transmisión puede alcanzar los 2km, 1 G/s puede alcanzar los 1000m, y 10 G/s puede alcanzar los 550m. Su fuente de luz es una fuente de luz LED, con longitudes de onda aplicables de 850nm/1310nm. El color del cable para Gigabit es mayormente naranja, y para 10 Gigabit es mayormente azul agua, con conectores mayormente en gris blanco.
Debido a que los diferentes modos de propagación tienen diferentes velocidades y fases de propagación, la transmisión a larga distancia puede resultar en retrasos y ensanchamiento de los pulsos de luz. Este fenómeno se llama dispersión modal de la fibra óptica (también llamada dispersión intermodal). La dispersión modal hace que el ancho de banda de la fibra óptica multimodo se estreche, reduciendo su capacidad de transmisión, por lo tanto, la fibra óptica multimodo solo es adecuada para la comunicación de fibra óptica de capacidad más pequeña.
Tipos de Fibra Monomodo y Multimodo
Entre los tipos de fibra óptica monomodo se encuentran G652, G655 y G657. Por otro lado, los tipos de fibra óptica multimodo incluyen OM1, OM2, OM3, OM4 y OM5.
Los cables de parcheo OM5 suelen ser de color verde lima. A diferencia de los cables de parcheo OM4, que solo admiten la transmisión de una sola longitud de onda a la vez, los OM5 pueden admitir hasta cuatro longitudes de onda simultáneamente y tienen una distancia de transmisión más larga. Esto los hace ampliamente aplicables a la infraestructura de cableado de 40G/100G en centros de datos. OM1/OM2 se usa ampliamente en interiores y generalmente son de color naranja. OM3/OM4 suelen ser de color azul agua, pero también hay disponibles en violeta y magenta, y se utilizan principalmente para cableado de 10G a 40G/100G en centros de datos.
Diferencias entre Fibra Óptica Monomodo y Multimodo
Diámetro del Núcleo
La principal diferencia entre la fibra óptica monomodo y multimodo es el diámetro del núcleo; la multimodo tiene un diámetro mayor, típicamente de 50 o 62.5µm. Mientras que el diámetro típico del núcleo de la fibra monomodo es de 8 y 10µm, ambos tipos tienen un diámetro de revestimiento de 125µm.
Fuente de Luz
La fibra óptica generalmente utiliza láseres o LED como fuente de luz. Las fuentes de luz láser, que son significativamente más caras que los LED, generan luz que puede ser precisamente controlada y tienen una alta potencia. Los LED generan luz más dispersa (muchos modos de luz), que generalmente se utiliza para fibra multimodo. Mientras tanto, las fuentes de luz láser (que generan luz cercana a un solo modo) se utilizan generalmente para fibra óptica monomodo.
Ancho de Banda
La fibra óptica multimodo, con su mayor tamaño de núcleo, permite múltiples modos de transmisión, lo que resulta en dispersión modal y un ancho de banda más estrecho. Esto resulta en una mayor tasa de expansión de pulsos, limitando la capacidad de transmisión de información de la fibra multimodo. Por otro lado, la dispersión modal en la fibra monomodo es mucho menor que en la multimodo, lo que le confiere un ancho de banda mucho más amplio, especialmente adecuado para comunicaciones de alta capacidad.
Color del Revestimiento
El color del revestimiento a veces se utiliza para distinguir entre los cables de parcheo de fibra óptica monomodo y multimodo. Según la norma TIA-598C, en aplicaciones no militares, la fibra monomodo utiliza un revestimiento exterior amarillo, mientras que la fibra multimodo utiliza un revestimiento naranja o aqua. Dependiendo del tipo, algunos fabricantes utilizan otros colores para diferenciar la fibra OM5 de alto rendimiento de otros tipos de fibra.
Precio
Aunque la fibra multimodo puede admitir múltiples modos de luz y su precio es más alto que el de la monomodo, los dispositivos para fibra monomodo generalmente utilizan diodos láser de estado sólido, que son más costosos. Mientras que los módulos de fibra monomodo pueden transmitir hasta 150-200 km, los módulos de fibra multimodo solo pueden alcanzar hasta 2 km. Sin embargo, los dispositivos utilizados en módulos de fibra monomodo son aproximadamente el doble de caros que los de los módulos de fibra multimodo, por lo que el costo del equipo de cable monomodo es mucho mayor que el de cable multimodo.
En condiciones de transmisión de luz a corta distancia, especialmente en escenarios de cableado de redes locales, la fibra multimodo funciona tan bien como la monomodo. Por lo tanto, impulsada por la ventaja de costos, la fibra multimodo es más adecuada para la construcción de centros de datos.
Preguntas Frecuentes
¿Qué tipo de fibra óptica debería elegir?
La elección de la fibra óptica debe basarse en la distancia de transmisión y el presupuesto total. Si la distancia es de unos pocos millas, la fibra óptica multimodo funcionará bien y el costo del sistema de transmisión (emisores y receptores) variará entre 500 y 600 dólares. Si la distancia de transmisión supera los 6-10 kilómetros, se debe optar por fibra óptica monomodo, pero debido al aumento en el costo de los diodos láser, el costo del sistema de transmisión generalmente excederá los 1000 dólares. Para uso en exteriores, deben utilizarse cables de fibra óptica con armadura.
¿Por qué la distancia de transmisión de la fibra óptica multimodo no es tan larga como la de la monomodo?
Las longitudes de onda operativas de la fibra óptica incluyen la corta longitud de onda de 850nm, así como 1310nm y 1550nm. La pérdida en la fibra óptica generalmente disminuye a medida que la longitud de onda aumenta. La pérdida a 850nm es de 2.5dB/km, y la fibra óptica multimodo opera en esta longitud de onda, lo que resulta en una pérdida considerable. Por otro lado, las longitudes de onda operativas para la fibra óptica monomodo son 1310nm con una pérdida de 0.35dB/km, y 1550nm con una pérdida de 0.20dB/km, que son las pérdidas más bajas en la fibra óptica.
Diferencias entre los transceptores de fibra óptica multimodo y monomodo
- Precio: Los transceptores de fibra óptica multimodo son más baratos, mientras que los de fibra óptica monomodo son más caros.
- Distancia: Los transceptores de fibra óptica multimodo se utilizan para distancias menores a 2KM, mientras que los transceptores de fibra óptica monomodo pueden alcanzar distancias de más de 100KM.
En el mercado actual, los transceptores multimodo son económicos, con un precio aproximado de 40 dólares suficiente para un ancho de banda de 100Mbps. En comparación, los transceptores monomodo son menos comunes y más caros, con un precio aproximado de 60 dólares y un ancho de banda de 1000Mbps.
¿Se pueden mezclar fibras ópticas monomodo/multimodo con módulos ópticos monomodo/multimodo?
Las fibras ópticas monomodo y multimodo no deben mezclarse con módulos ópticos monomodo y multimodo, respectivamente. Si se transmite con un módulo monomodo en fibra óptica multimodo, se producirá una pérdida significativa de paquetes. Además, la gran diferencia en el diámetro del núcleo entre la fibra monomodo y multimodo resultará en una pérdida de inserción demasiado alta cuando se intenta combinar ambas. Los convertidores de modo múltiple y monomodo deben tener la longitud de onda correspondiente y las funciones de transmisión y recepción de luz para realizar la conversión electro-óptica adecuadamente.
¿Cómo elegir el cable de fibra óptica adecuado?
La elección del cable de fibra óptica, además de basarse en el número de fibras y el tipo de fibra, debe considerar la estructura y la cubierta exterior del cable según el entorno de uso.
- Para el uso exterior y enterrado directamente, se recomienda elegir cables de fibra óptica con armadura holgada. Para el tendido aéreo, se pueden elegir cables aéreos de fibra óptica holgados con una o varias varillas de refuerzo y cubierta exterior de PE negro.
- Los cables de fibra óptica utilizados dentro de los edificios deben ser de tipo ajustado y prestar atención a sus características de resistencia al fuego. Generalmente, en ductos o lugares con ventilación forzada, se pueden elegir tipos resistentes al fuego con humo (Plenum) o tipos combustibles no tóxicos (LSZH), mientras que en entornos expuestos se debe elegir un tipo resistente al fuego, no tóxico y sin humo.
- Para el cableado vertical u horizontal dentro de edificios, se pueden elegir cables de fibra óptica ajustados, cables de distribución o cables de rama que son comunes en interiores.
- Según la aplicación de la red y los parámetros de aplicación del cable, elegir entre fibra óptica monomodo y multimodo; generalmente, para aplicaciones interiores y a corta distancia se prefiere la fibra multimodo, mientras que para aplicaciones exteriores y a larga distancia se prefiere la fibra monomodo.
¿Cómo decidir entre una conexión fija o desmontable en fibra óptica?
La conexión desmontable en fibra óptica se logra mediante conectores de fibra óptica. Un punto de conexión activa en la cadena de enlace de fibra es una interfaz de separación clara. En la elección entre conexiones fijas y desmontables, las conexiones fijas tienen la ventaja de un menor costo y pérdida de luz, pero son menos flexibles, mientras que las conexiones desmontables son lo contrario.
En el diseño de la red, se debe elegir flexiblemente entre el uso de conexiones fijas y desmontables según la situación completa de la cadena de enlace, asegurando flexibilidad y estabilidad, y aprovechando las ventajas de cada uno. La interfaz de conexión desmontable es un punto crítico para las pruebas, mantenimiento y cambios, facilitando la localización de fallos en la cadena de enlace y el reemplazo de componentes defectuosos, mejorando así la mantenibilidad del sistema y reduciendo los costos de mantenimiento.
En las conexiones fijas de fibra óptica, ¿se debería elegir la unión mecánica o la fusión por calor?
La unión mecánica, también conocida como empalme en frío de fibra óptica, no requiere de una máquina de empalme por fusión y utiliza técnicas de conexión mecánica para realizar una unión permanente de una o más fibras ópticas. En general, para la conexión de un pequeño número de fibras en múltiples ubicaciones dispersas, se prefiere la unión mecánica sobre el empalme por fusión.
La técnica de unión mecánica ha sido ampliamente utilizada en reparaciones de emergencia de líneas, aplicaciones de pequeña escala en situaciones especiales y otras prácticas de ingeniería. Con el despliegue masivo de fibra hasta el escritorio y fibra hasta el hogar (FTTH) en años recientes, la unión mecánica se ha reconocido como un medio importante de conexión de fibra óptica.
Para aplicaciones de fibra hasta el escritorio y fibra hasta el hogar, que se caracterizan por tener un gran número de usuarios dispersos geográficamente, cuando la escala de usuarios alcanza cierto nivel, la complejidad de la construcción y la disponibilidad de personal y equipos de empalme por fusión no pueden cumplir con los tiempos requeridos para el servicio al usuario. Debido a su operación simple, corto período de entrenamiento del personal y baja inversión en equipo, la unión mecánica ofrece la solución de conexión de fibra óptica con la mejor relación costo-beneficio para despliegues a gran escala.
Por otro lado, el empalme de fibra óptica por fusión requiere de mayor formación para el personal y equipamiento más avanzado, y se debe utilizar en rutas troncales de comunicación para garantizar la seguridad y fiabilidad de la línea.