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Série 101 : Multimode par rapport au monomode

Mark Mullins

Le câblage fibre optique est disponible en deux types : multimode et monomode. La plupart d’entre vous savent probablement que les distances de câblage multimode sont plus courtes que le monomode, et le monomode est donc déployé pour les applications de fibre optique longue distance en extérieur, tandis que le mode multimode est le premier choix pour les centres de données et les applications sur site.

La fibre optique monomode est cependant de plus en plus populaire dans les applications à plus courte portée en raison de ses capacités de bande passante intrinsèquement plus élevée et plus de techniciens sont confrontés à la mise en place d’installations à la fois monomode et multimode de fibre optique. Il nous est venu à l’esprit que tout le monde ne comprend pas les différences techniques entre les deux types de fibres. Nous allons y jeter un coup d’œil.

Qu’est-ce qu’un mode ?

Dans la transmission de données par fibre optique, le terme « mode » est utilisé pour décrire les moyens par lesquels un signal lumineux traverse l’âme en verre de la fibre - un mode est simplement le chemin que suit la lumière. Ainsi, dans une fibre optique monomode, la lumière parcourt un chemin, tandis que dans une fibre multimode, la lumière parcourt plusieurs chemins.

Pensez-y de cette façon. Lorsque vous descendez un toboggan aquatique, vous rebondissez sur les parois de la descente. Chaque angle de déplacement est un mode. La lumière dans une âme en verre multimode fonctionne de la même manière. La lumière touche le verre selon un angle spécifique et est réfléchie à nouveau, en déplaçant la lumière le long de la longueur de l’âme. Pourquoi la lumière ne brille-t-elle pas hors du noyau ? Tout d’abord, la lumière frappe le verre à un angle faiblement incliné, ce qui fait que le verre agit comme un miroir. Deuxièmement, il y a une couche autour du noyau appelé le revêtement. Pour conserver la lumière à l’intérieur du noyau, le revêtement a un profil d’indice de réfraction différent, qui est le paramètre technique qui détermine la quantité de lumière qui est courbée ou réfractée lors de l’entrée au sein d’un matériau.

En revanche, la lumière voyageant à travers une fibre monomode se déplace en un seul mode rectiligne sans rebondir sur les bords en raison de la taille plus petite du noyau, qui est d’environ un dixième de la taille du noyau de fibre optique multimode.

Retard limiteur de bande passante

Pourquoi la fibre monomode prend en charge une bande passante et des distances significativement plus grandes ? L’envoi de la lumière en un seul mode élimine ce que l’on appelle le retard en mode différentiel (DMD), qui est le principal facteur limitant la bande passante de la fibre multimode.

Lorsque plusieurs modes de transport traversent une fibre multimode, certains se déplacent vers le centre, tandis que d’autres empruntent des chemins plus proches de l’interface de gainage du noyau. Ceux qui se déplacent sur le bord extérieur sont appelés modes d’ordre supérieur, tandis que ceux qui se trouvent près du centre du noyau sont des modes d’ordre inférieur. Les modes d’ordre supérieur et inférieur se déplacent à des vitesses différentes et le DMD est la différence de temps de parcours.

Plus le DMD est petit, moins les impulsions de lumière s’étalent au fil du temps et plus la bande passante est élevée. Lorsque la différence de temps entre les impulsions est plus grande, le récepteur peut ne pas être en mesure de distinguer correctement les impulsions. Le DMD est directement lié à la distance, il augmente à mesure que la longueur de la fibre augmente. C’est pourquoi la fibre multimode a des exigences de distance beaucoup plus courte que la monomode, jusqu’à environ 500 mètres pour la multimode par rapport à 10 kilomètres pour la fibre optique monomode.

Le DMD peut également être causé par des imperfections dans la fibre optique et les fabricants de fibres ont appris à limiter le DMD en optimisant soigneusement le profil de l’indice de réfraction de la fibre. Plutôt que les modes viennent se réfracter uniquement là où le noyau rencontre le revêtement, la fibre multimode utilise un profil d’indice de fibre gradué qui change continuellement du centre du noyau à la limite du revêtement du noyau. Cela crée une voie parabolique (c’est-à-dire une courbe symétrique) qui ralentit le déplacement des modes d’ordre inférieur parcourant la plus courte distance près de l’âme de la fibre et des modes d’ordre supérieur parcourant de plus longues distances près du bord du noyau pour se déplacer plus rapidement. Cela minimise les retards de temps entre les impulsions, diminuant ainsi le DMD et permettant une plus grande bande passante.

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Des différences plus évidentes

Certaines des différences les plus évidentes entre les fibres optiques multimodes et monomodes incluent la couleur du câble, les sources lumineuses et les tests. Le monomode est presque toujours jaune, alors que le multimode est généralement de couleur turquoise. Différents types de multimodes peuvent aussi être de couleurs différentes - alors que l’OM3 est presque toujours turquoise, l’OM4 multimode est parfois de couleur rose appelée violet Erika pour aider à le distinguer de l’OM3, et la dernière génération de fibre multimode, l’OM5, est vert citron.

Une autre différence clé est la source de lumière et le coût associé de l’équipement de transmission. La fibre monomode nécessite une source de lumière laser à faible largeur spectrale, ce qui requiert des émetteurs-récepteurs plus coûteux. Bien que le câble monomode en soi soit moins cher que le câble multimode, les émetteurs-récepteurs monomodes coûtent de 1,5 à 4 fois plus cher que les émetteurs-récepteurs multimodes.

Et lorsqu’il s’agit de tester des câbles multimodes ou monomodes, il est important de comprendre que les deux types de fibres ne peuvent pas être mélangés et que les cordons d’amorce doivent correspondre au type de fibre testé. Le test des fibres multimodes nécessite également des tests de flux inscrit (EF), qui caractérisent la façon dont la lumière est injectée dans le câblage testé. Le test EF limite le nombre de modes injectés pour réduire la variabilité et atteindre des résultats de tests précis et répétables. Cliquez ici pour plus d’informations sur les tests de flux inscrit ou téléchargez le livre blanc si vous voulez vraiment plus de détails.


 
 
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