کابل کشی فیبر نوری در دو نوع می باشد - چند حالته (Multimode) و تک حالته.(Singlemode) اکثر شما به احتمال زیاد می دانید که در مسافت های طولانی از فیبر نوری تک حالته (Singlemode) استفاده می شود و فیبرنوری چندحالته (Multimode) در مسافت های کوتاه تر استفاده می گردد و به همین دلیل فیبر نوری تک حالته (Singlemode) درفضاهای خارجی مستقر میگردند، در حالی که فیبر نوری چند حالته (Multimode) انتخاب اول برای مراکز داده میباشند.
محبوبیت فیبر نوری تک حالته (Singlemode) با توجه به قابلیت های پهنای باند ذاتی که دارند، درحال رشد میباشد. بیشتر تکنسین ها با نصب فیبرنوری چند حالته (Multimode) و تک حالته (Singlemode) مواجه می باشند. برای ما پیش آمده است که با افرادی مواجه شدیم که تفاوت های فنی بین این دو نوع فیبرنوری را نمیدانند. بیایید نگاهی دقیقتری داشته باشیم.
Mode (حالت) چیست؟
در انتقال داده در فیبر نوری، اصطلاح Mode (حالت) برای توصیف وسیله ای که یک سیگنال نور را از طریق هسته شیشه ای فیبر حرکت می دهد بکار برده می شود- به طور ساده می توان گفت یک Mode (حالت) مسیری است که نور آن را دنبال می کند. بنابراین در یک فیبرنوری تک حالته (Singlemode)، نور در یک مسیر حرکت می کند، در حالی که در فیبرنوری چند حالته (Multimode)، نور در چند مسیر حرکت می کند.
اینطوری فکر کنید. وقتی از یک سرسره آبی پایین میروید، به دیواره های سرسره برخورد می کنید. هر زاویه ای که شما برخورد می کنید و حرکت می کنید یک حالت (Mode) هست. نور در داخل یک هسته شیشه ای چند حالته به همین شیوه عمل می کند. نور در زاویه ای به شیشه برخورد می کند و دوباره منعکس میشود و به همین طریق نور در امتداد هسته حرکت می کند.
چرا نور از هسته خارج نمی شود؟ اول از همه، نور در یک زاویه کم عمق به شیشه برخورد می کند که باعث می شود شیشه مانند یک آینه عمل کند. دوم اینکه، یک لایه ای دراطراف هسته به نام روکش وجود دارد. برای نگه داشتن نور داخل هسته، روکش دارای ضریب شکست متفاوتی است که پارامتر فنی میباشد که تعیین می کند که نورهنگام وارد شدن به ماده چه مقدار خم شود یا منعکس شود.
در مقابل، نوری که از طریق فیبرنوری تک حالته (Singlemode) در حال حرکت هست در یک جهت و به صورت مستقیم حرکت می کند و به دلیل اینکه اندازه هسته کوچک میباشد و درحدود یک دهم هسته فیبرنوری چند حالته (Multimode) میباشد نور برخوردهای زاویه داری با دیواره ها ندارد.
تاثیر تاخیر در محدودیت پهنای باند
چرا فیبر نوری تک حالته (Singlemode) به طور قابل ملاحظه ای از پهنای باند و مسافت بیشتری پشتیبانی می کند؟ ارسال نور در فیبرنوری تک حالته (Singlemode) باعث حذف مشکل (DMD-Differential Mode Delay) تاخیرمد دیفرانسیل میشود که از عوامل اصلی محدودیت پهنای باند در فیبرهای نوری چندحالته (Multimode) می باشد.
هنگامی که مدهای متعددی از طریق فیبرنوری چندحالته (Multimode) حرکت می کنند، برخی از آنها از مرکز حرکت می کنند درحالیکه مابقی در مسیری نزدیک به روکش حرکت می کنند. آنهایی که در لبه بیرونی حرکت می کنند از اهمیت و اولویت بالاتری برخوردار هستند درحالیکه مدهایی که درمرکز هسته حرکت می کنند از اولویت پایین تری برخوردار میباشند. مدها با اولویت و ارزش بالاتر و پایین تر در سرعت های مختلفی حرکت می کنند و DMD تفاوت در طول زمان حرکت میباشد.
هر چقدرDMD کمتر باشد پهنای باند بیشتر می شود. هنگامی که تفاوت زمانی بین پالس ها بیشتر باشد، گیرنده ممکن است قادر به تشخیص پالس ها نباشد. DMD به طور مستقیم با فاصله ارتباط دارد – با افزایش طول فیبر، افزایش می یابد. به همین دلیل است که فیبرنوری چندحالته (Multimode) برای مسافت های کوتاه تر مورد استفاده قرارمیگردد. فیبرهای نوری چند حالته (Multimode) برای مسافت هایی تا حدود 500 متر و فیبرهای نوری تک حالته (Singlemode) برای مسافت هایی تا حدود 10 کیلومتر مورداستفاده قرار می گیرند.
DMDها می توانند ناشی از نقص در فیبر باشند، و تولیدکنندگان فیبر باید با دقت در بهینه سازی ضریب شکست فیبر، DMD را تا حد امکان محدود کنند. به جای آنکه حالت ها (Mode) فقط در برخورد با روکش منعکس شوند، فیبرنوری چندحالته از یک ضریب تدریجی استفاده می کنند که به طور مستمر از مرکز هسته به مرز روکش تغییر می کنند. این عمل یک مسیر منحنی متقارنی ایجاد می کند که باعث می شود مدهایی با اولویت و ارزش پایین تر در مسافت های کوتاهتری نزدیک به هسته فیبر، با سرعت کمتری حرکت کنند و مدهایی با ارزش و اولویت بالاتری در مسافت های طولانی تر در نزدیکی لبه هسته ، با سرعت بیشتری حرکت می کنند. این عمل موجب کاهش تاخیر زمانی بین پالس ها می شود، در نتیجه باعث کاهش DMD واز طرفی باعث پهنای باند بالاتری می شود.
تفاوت های واضح تر
برخی از تفاوت های واضح تر بین فیبرهای نوری چند حالته (Multimode) و فیبرهای نوری تک حالته (Singlemode) شامل رنگ کابل، منبع نور و تست میباشد.
فیبرهای نوری تک حالته (Singlemode) تقریبا همیشه زرد میباشند، درحالی که فیبرهای نوری چند حالته (Multimode) به طور معمول آبی هستند. انواع مختلف فیبرهای نوری چند حالته (Multimode) ممکن است رنگ های مختلفی داشته باشند - OM3 تقریبا همیشه آبی است، فیبرهای نوری چند حالته OM4 به رنگ صورتی هستند که به نام Erika Violet نامیده میشوند که جهت کمک به تشخیص آن از OM3 اسفاده میگردد و آخرین نسل از فیبرهای نوری چند حالته OM5، به رنگ سبز لیمویی میباشند.
یکی دیگر از تفاوت های کلیدی بین فیبرهای نوری چندحالته و تک حالته منبع نور و هزینه های مربوط به تجهیزات انتقال است. فیبرهای نوری تک حالته نیاز به یک منبع نور لیزری با عرض طیفی باریک دارد که باعث می شود فرستنده ها گرانقیمت تر باشند. در حالی که خود فیبرهای نوری تک حالته ارزان تر از فیبرهای نوری چند حالته است، هزینه فرستنده های فیبرهای نوری تک حالته از 1.5 تا 4 برابر بیشتر از فرستنده های فیبرهای نوری چند حالته میباشد.
و هنگامی که به مقایسه تست فیبرهای نوری چندحالته و تک حالته می رسیم مهم است بدانیم که دو نوع فیبر را نمی توان ترکیب کرد و تجهیزات راه اندازی فیبرها باید با نوع فیبرهای مورد تست مطابقت داشته باشند. فیبرهای نوری چندحالته از طریق آزمایش (Encircled Flux) EF تست میگردند که مشخص می کند چگونه نور درکابل کشی های تحت آزمایش جریان دارد. تست EFبا محدود کردن تعداد حالت ها (Mode)، باعث کاهش تغییرپذیری و دستیابی دقیق می گردد، نتایج تست تکرارپذیر میباشد.