Fibra óptica multimodo

La fibra óptica multimodo es un tipo de fibra óptica que se utiliza principalmente para la comunicación a corta distancia, como dentro de un edificio o en un campus universitario. Los enlaces multimodo permiten velocidades de datos de hasta 800 Gbit/s . La fibra multimodo tiene un diámetro de núcleo relativamente grande que permite la propagación de múltiples modos de luz y limita la longitud máxima del enlace de transmisión debido a la dispersión modal . El estándar G.651.1 define las formas más utilizadas de fibra óptica multimodo.

El equipo utilizado para comunicaciones a través de fibra óptica multimodo es menos costoso que el utilizado para fibra óptica monomodo . ^{[ 1 ]}

Debido a su alta capacidad y fiabilidad, la fibra óptica multimodo se utiliza generalmente para aplicaciones troncales en edificios. Cada vez más usuarios aprovechan las ventajas de la fibra óptica para conectarla directamente al escritorio o a la zona de trabajo. Arquitecturas que cumplen con los estándares, como el cableado centralizado y la fibra hasta el armario de telecomunicaciones, permiten a los usuarios aprovechar el alcance de la fibra al centralizar los equipos electrónicos en salas de telecomunicaciones, en lugar de tenerlos en cada planta.

La fibra multimodo se utiliza para transportar señales luminosas hacia y desde equipos de espectroscopia de fibra óptica en miniatura (espectrómetros, fuentes y accesorios de muestreo) y fue fundamental en el desarrollo del primer espectrómetro portátil.

La fibra multimodo también se utiliza cuando se requiere transmitir altas potencias ópticas a través de una fibra óptica, como en la soldadura láser .

La fibra óptica multimodo presenta un diámetro de núcleo mayor (típicamente de 50 a 100 μm), lo que permite que múltiples modos de luz se propaguen simultáneamente. ^{[ 2 ]} Este diseño simplifica la alineación y la instalación, lo que hace que la MMF sea rentable e ideal para la transmisión de datos de corta a media distancia en redes empresariales, centros de datos y entornos de campus. ^{[ 3 ]} La MMF admite altas velocidades de datos (hasta 100 Gbps) en distancias que suelen oscilar entre 300 y 550 metros, según el tipo de fibra (OM3, OM4, OM5). ^{[ 4 ]} Además, la MMF puede utilizar fuentes de luz de menor coste, como diodos emisores de luz (LED) y láseres de emisión superficial de cavidad vertical (VCSEL), lo que reduce el coste total del sistema manteniendo un rendimiento fiable. ^{[ 5 ]}

Los LED y VCSEL operan a longitudes de onda de 850 nm y 1300 nm, mientras que las fibras monomodo utilizadas en telecomunicaciones suelen operar a 1310 o 1550 nm. ^{[ 6 ]} Sin embargo, en comparación con las fibras monomodo, el límite del producto ancho de banda-distancia de la fibra multimodo es menor. Debido a que la fibra multimodo tiene un tamaño de núcleo mayor que la fibra monomodo, admite más de un modo de propagación ; por lo tanto, está limitada por la dispersión modal , mientras que la monomodo no lo está.   

Las fuentes de luz LED que a veces se utilizan con fibra multimodo producen un rango de longitudes de onda, cada una de las cuales se propaga a velocidades diferentes. Esta dispersión cromática constituye otra limitación para la longitud útil del cable de fibra óptica multimodo. En cambio, los láseres que se utilizan para controlar las fibras monomodo producen luz coherente de una sola longitud de onda. Debido a la dispersión modal, la fibra multimodo presenta tasas de dispersión de pulso más elevadas que la fibra monomodo, lo que limita su capacidad de transmisión de información.

Las fibras monomodo se utilizan con frecuencia en la investigación científica de alta precisión porque, al restringir la luz a un solo modo de propagación, se puede enfocar en un punto intenso y limitado por difracción .

El color de la cubierta se utiliza a veces para distinguir los cables multimodo de los monomodo. La norma TIA-598C recomienda, para aplicaciones no militares, el uso de una cubierta amarilla para la fibra monomodo y naranja o aguamarina para la fibra multimodo, según el tipo. ^{[ 7 ]} Algunos fabricantes utilizan el violeta para distinguir la fibra de comunicaciones OM4 de alto rendimiento de otros tipos. ^{[ 8 ]}

Las fibras multimodo se describen por los diámetros de su núcleo y revestimiento . Así,  una fibra multimodo de 62,5/125 μm tiene un núcleo de 62,5 micrómetros (μm) y un revestimiento de 125  μm. La transición entre el núcleo y el revestimiento puede ser abrupta, lo que se denomina perfil de índice escalonado , o gradual, lo que se denomina perfil de índice gradual . Los dos tipos presentan características de dispersión diferentes y, por lo tanto, distancias de propagación efectivas distintas. ^{[ 9 ]} Las fibras multimodo pueden construirse con un perfil de índice gradual o escalonado . ^{[ 10 ]}

Además, las fibras multimodo se describen mediante un sistema de clasificación determinado por la norma ISO 11801 — OM1, OM2 y OM3 — que se basa en el ancho de banda modal de la fibra multimodo. OM4 (definido en TIA-492-AAAD) se finalizó en agosto de 2009, ^{[ 11 ]} y fue publicado a finales de 2009 por la TIA . ^{[ 12 ]} El cable OM4 admite  enlaces de 125 m a 40 y 100 Gbit/s . Las letras OM significan "multimodo óptico".

Durante muchos años, la fibra multimodo de 62,5/125  μm (OM1) y la convencional de 50/125 μm (OM2) se utilizaron ampliamente en aplicaciones de interiores. Estas fibras admiten fácilmente aplicaciones que van desde Ethernet ( 10 Mbit/s ) hasta Gigabit Ethernet ( 1 Gbit/s ) y, debido a su tamaño de núcleo relativamente grande, eran ideales para su uso con transmisores LED. Las implementaciones más recientes suelen utilizar fibra multimodo de 50/125 μm optimizada para láser (OM3). Las fibras que cumplen con esta designación proporcionan suficiente ancho de banda para admitir 10 Gigabit Ethernet hasta 300 metros. Los fabricantes de fibra óptica han perfeccionado enormemente su proceso de fabricación desde que se publicó ese estándar y ahora se pueden fabricar cables que admiten 10 GbE hasta 400 metros. La fibra multimodo optimizada para láser (LOMMF) está diseñada para su uso con VCSEL de 850 nm.    

Las fibras ópticas antiguas de grado FDDI, OM1 y OM2 se pueden usar para Ethernet de 10 Gigabit a través de 10GBASE-LRM. Esto requiere que la interfaz SFP+ sea compatible con la compensación electrónica de dispersión (EDC), y no todos los conmutadores, enrutadores y otros equipos son compatibles con estos módulos SFP+.

La migración a LOMMF/OM3 se ha producido a medida que los usuarios actualizan sus redes a velocidades superiores. Los LED tienen una velocidad de modulación máxima de 622 Mbit/s, ya que no pueden encenderse ni apagarse con la suficiente rapidez para soportar aplicaciones de mayor ancho de banda. Los VCSEL son capaces de modular a más de 10 Gbit/s y se utilizan en muchas redes de alta velocidad.

Algunas velocidades de Ethernet de 200 y 400 Gigabit (por ejemplo, 400GBASE-SR4.2 ) utilizan multiplexación por división de longitud de onda (WDM) incluso para fibra multimodo, ^{[ 13 ]} lo cual está fuera de la especificación para OM4 y menores. En 2017, TIA e ISO estandarizaron OM5 para WDM MMF, especificando no solo un ancho de banda modal mínimo para 850  nm, sino también una curva que abarca desde 850 hasta 953  nm.

Los cables a veces se pueden distinguir por el color de la cubierta: para 62,5/125  μm (OM1) y 50/125  μm (OM2), se recomiendan cubiertas naranjas, mientras que se recomienda aguamarina  para la fibra OM3 y OM4 "optimizada para láser" de 50/125 μm. ^{[ 7 ]} Algunos proveedores de fibra usan violeta para "OM4+". OM5 es oficialmente de color verde lima .

Los perfiles de potencia de los VCSEL, junto con las variaciones en la uniformidad de la fibra, pueden causar dispersión modal, que se mide mediante el retardo modal diferencial (DMD). La dispersión modal se produce por las diferentes velocidades de los modos individuales en un pulso de luz. El efecto resultante provoca que el pulso de luz se propague a lo largo de la distancia, introduciendo interferencia entre símbolos . Cuanto mayor sea la longitud, mayor será la dispersión modal. Para combatir la dispersión modal, la fibra LOMMF se fabrica de forma que se eliminen las variaciones en la fibra, que podrían afectar a la velocidad a la que viaja un pulso de luz. El perfil del índice de refracción se optimiza para la transmisión VCSEL y para evitar la propagación del pulso. Como resultado, las fibras mantienen la integridad de la señal a distancias mayores, maximizando así el ancho de banda.

La norma IEC 61280-4-1 (ahora TIA-526-14-B) define el flujo encerrado , que especifica los tamaños de inyección de luz de prueba (para varios diámetros de fibra) para asegurar que el núcleo de la fibra no esté sobrellenado ni subllenado, lo que permite mediciones de pérdida de enlace más reproducibles (y menos variables). ^{[ 26 ]}

• Comunicación por fibra óptica
• Fibra de índice gradual
• ISO/IEC 11801
• IEEE 802.3
• Conector de fibra óptica

• Óptica: Fibra monomodo | Demostraciones en vídeo del MIT sobre láseres y óptica
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