Verschiedene Arten von Singlemode- und Multimode-Duplex-Fasern

 Glasfaserkabel sind das Medium der Wahl in der Telekommunikationsinfrastruktur und ermöglichen die Übertragung von Hochgeschwindigkeits-Sprach-, Video- und Datenverkehr in Unternehmens- und Service-Provider-Netzwerken. Abhängig von der Art der Anwendung und der zu erreichenden Reichweite können verschiedene Fasertypen in Betracht gezogen und eingesetzt werden, wie beispielsweise Singlemode-Duplex-Fasern und Multimode-Duplex-Glasfaserkabel.

Fasern gibt es in verschiedenen Konfigurationen, die jeweils ideal für eine andere Verwendung oder Anwendung geeignet sind. Frühe Faserdesigns, die heute noch verwendet werden, umfassen Singlemode- und Multimode-Fasern. Seit Bell Laboratories Mitte der 1990er Jahre das Konzept anwendungsspezifischer Fasern erfunden hat, wurden Faserdesigns für spezifische Netzwerkanwendungen eingeführt. Diese neuen Faserdesigns – die hauptsächlich für die Übertragung von Kommunikationssignalen verwendet werden – umfassen Non-Zero Dispersion Fiber (NZDF), Zero Water Peak Fiber (ZWPF), laseroptimierte 10-Gbit/s-Multimode-Faser (OM3-Glasfaserkabel) und speziell entwickelte Fasern für U-Boot-Anwendungen. Spezielle Faserdesigns wie Dispersionskompensationsfasern und Erbium-dotierte Fasern erfüllen Funktionen, die die Übertragungsfasern ergänzen. Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Übertragungsfasertypen führen zu Variationen in der Reichweite und der Anzahl der verschiedenen Wellenlängen oder Kanäle, bei denen das Licht gesendet oder empfangen wird, den Entfernungen, die diese Signale ohne Regenerierung oder Verstärkung zurücklegen können, und den Geschwindigkeiten, mit denen diese Signale kann reisen.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Glasfaserkabeln: Multimode und Singlemode (MMF und SMF). Beide werden in einer breiten Palette von Telekommunikations- und Datennetzwerkanwendungen verwendet. Diese Fasertypen haben den kommerziellen Fasermarkt seit den 1970er Jahren dominiert. Der unterscheidende Unterschied und die Grundlage für die Benennung der Fasern liegt in der Anzahl der Moden, die sich im Kern einer Faser ausbreiten dürfen. Der "Modus" ist ein zulässiger Weg für das Licht, um eine Faser entlang zu wandern. Eine Multimode-Faser ermöglicht viele Lichtausbreitungswege, während eine Singlemode-Faser nur einen Lichtweg zulässt.

Bei Multimode-Fasern ist die Zeit, die das Licht benötigt, um durch eine Faser zu wandern, für jede Mode unterschiedlich, was zu einer Spreizung des Pulses am Ausgang der Faser führt, die als intermodale Dispersion bezeichnet wird. Der Unterschied in der Zeitverzögerung zwischen den Modi wird als Differential Mode Delay (DMD) bezeichnet. Die intermodale Dispersion begrenzt die Bandbreite der Multimode-Faser. Dies ist von Bedeutung, da die Bandbreite einer Faser ihre Informationsübertragungskapazität bestimmt, d. h. wie weit ein Übertragungssystem mit einer bestimmten Bitfehlerrate arbeiten kann.

Der Lichtwellenleiter leitet das eingekoppelte Licht in den Faserkern (Abbildung 1). Der Mantel ist eine Materialschicht, die den Kern umgibt. Der Mantel ist so ausgelegt, dass das in den Kern eingestrahlte Licht im Kern enthalten ist. Wenn das in den Kern eingekoppelte Licht auf den Mantel trifft, wird das Licht von der Kern-Mantel-Grenzfläche reflektiert. Der Zustand der Totalreflexion (wenn das gesamte in den Kern eingespeiste Licht im Kern verbleibt) ist eine Funktion sowohl des Winkels, unter dem das Licht auf die Grenzfläche Kern-Mantel trifft, als auch des Brechungsindex der Materialien. Der Brechungsindex (n) ist eine dimensionslose Zahl, die die Lichtgeschwindigkeit in einem bestimmten Medium relativ zur Lichtgeschwindigkeit im Vakuum charakterisiert. Um Licht innerhalb des Kerns einer optischen Faser einzuschließen, muss der Brechungsindex für den Mantel (n1) kleiner sein als der Brechungsindex für den Kern (n2).

Fasern werden teilweise nach ihren Kern- und Mantelabmessungen klassifiziert. Singlemode-Duplex-Fasern haben einen viel kleineren Kerndurchmesser als Multimode-Duplex-LWL-Kabel. Bei Singlemode-Faserspezifikationen wird jedoch eher der Modenfelddurchmesser (MFD) als der Kerndurchmesser verwendet. Die MFD beschreibt die Verteilung der optischen Leistung in der Faser, indem sie einen "äquivalenten" Durchmesser bereitstellt, der manchmal als Spotgröße bezeichnet wird. Der MFD ist immer größer als der Kerndurchmesser mit Nennwerten zwischen 8 und 10 Mikrometer, während die Kerndurchmesser von Singlemode-Fasern ungefähr 8 Mikrometer oder weniger betragen. Im Gegensatz zu Singlemode-Fasern werden Multimode-Fasern normalerweise mit ihren Kern- und Manteldurchmessern bezeichnet. Beispielsweise wird eine Faser mit einem Kern von 62,5 Mikrometer und einem Manteldurchmesser von 125 Mikrometer als 62,5/125 Mikrometer Faser bezeichnet. Beliebte Multimode-Produktangebote haben Kerndurchmesser von 50 Mikrometer oder 62,5 Mikrometer mit einem Manteldurchmesser von 125 Mikrometer. Singlemode-Fasern haben auch 125 Mikrometer Manteldurchmesser.

Eine Singlemode-Faser mit einer einzigen Ausbreitungsmode und daher keiner intermodalen Dispersion hat eine höhere Bandbreite als eine Multimode-Faser. Dies ermöglicht höhere Datenraten über viel längere Distanzen als mit Multimode-Glasfaser erreichbar. Folglich verwenden Fernkommunikationsanwendungen nur Singlemode-Glasfaser, und sie wird in fast allen städtischen und regionalen Konfigurationen eingesetzt. Fernverkehrsunternehmen, lokale Bells und Behörden.