La fibra multimodale guadagna terreno per l'uso ad alta velocità su brevi distanze

Con la continua crescita della domanda di trasmissione dati, la necessità di soluzioni di comunicazione a corto raggio economiche ed efficienti non è mai stata così grande. La fibra multimodale (MMF) è emersa come la scelta preferita per le reti aziendali, i data center e gli ambienti campus, offrendo vantaggi unici che riducono i costi delle apparecchiature espandendo al contempo i confini delle applicazioni attraverso la continua innovazione tecnologica.

La fibra multimodale funge da pietra angolare per la trasmissione dati a breve distanza, supportando applicazioni all'interno di edifici o reti campus. In grado di fornire velocità di trasmissione dati fino a 800 Gbit/s, MMF soddisfa i moderni requisiti di rete per un'elevata larghezza di banda. A differenza della fibra monomodale (SMF), MMF presenta un diametro del core maggiore che consente a più modalità di luce di propagarsi simultaneamente. Tuttavia, questo design introduce la dispersione modale, che limita le distanze di trasmissione.

Nonostante questa limitazione, MMF rimane popolare grazie alla sua convenienza. Le apparecchiature per la comunicazione MMF costano in genere significativamente meno rispetto ai sistemi SMF. In termini di prestazioni, MMF può raggiungere:

• 100 Mbit/s su 2 km (utilizzando lo standard 100BASE-FX)
• 1 Gbit/s su 1.000 metri
• 10 Gbit/s su 550 metri

Con la sua elevata capacità e affidabilità, MMF funge comunemente da dorsale per le reti degli edifici. Sempre più spesso, gli utenti stanno estendendo la fibra ai desktop o alle aree di lavoro per sfruttare appieno i vantaggi ottici. Architetture standardizzate come il cablaggio centralizzato e la fibra all'armadio delle telecomunicazioni consentono di concentrare le apparecchiature elettroniche nelle sale telecomunicazioni, riducendo l'elettronica attiva su ogni piano.

Oltre alla rete, MMF svolge ruoli critici in:

• Trasmissione di segnali ottici per apparecchiature spettroscopiche in fibra ottica in miniatura
• Sviluppo di spettrometri portatili
• Trasmissione di segnali ottici ad alta potenza per applicazioni come la saldatura laser

La differenza fondamentale tra MMF e SMF risiede nel diametro del core. Il core più grande di MMF (in genere 50–100 μm) consente a più modalità di luce di propagarsi, semplificando l'allineamento e l'installazione riducendo al contempo i costi. Ciò rende MMF ideale per la trasmissione dati a corto-medio raggio nelle reti aziendali, nei data center e negli ambienti campus, supportando velocità di trasmissione dati fino a 100 Gbps su distanze tipicamente comprese tra 300 e 550 metri (a seconda del tipo di fibra: OM3, OM4, OM5).

I sistemi MMF possono utilizzare sorgenti luminose a basso costo come LED e laser a emissione superficiale a cavità verticale (VCSEL), riducendo ulteriormente i costi di sistema mantenendo al contempo prestazioni affidabili. Questi operano a lunghezze d'onda di 850 nm e 1300 nm, rispetto alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni di 1310 nm o 1550 nm di SMF. Tuttavia, il prodotto larghezza di banda-distanza di MMF rimane inferiore a quello di SMF.

Le dimensioni maggiori del core rendono MMF suscettibile alla dispersione modale, in cui diverse modalità di luce viaggiano a velocità variabili. Inoltre, le sorgenti LED producono più lunghezze d'onda che si propagano a velocità diverse, causando la dispersione cromatica, un altro fattore che limita la lunghezza del cavo MMF. Al contrario, i laser SMF generano luce coerente a singola lunghezza d'onda.

Gli standard di settore differenziano MMF e SMF attraverso i colori della guaina: giallo per SMF, arancione o acqua per MMF (a seconda del tipo), con il viola che a volte indica fibra OM4 ad alte prestazioni.

MMF è caratterizzata da diametri del core e del rivestimento (ad esempio, 62,5/125 μm) e può presentare profili refrattivi a gradino o a indice graduato, ciascuno con distinte proprietà di dispersione che influenzano la distanza di propagazione. Lo standard ISO 11801 classifica MMF come OM1, OM2, OM3, OM4 o OM5 in base alla larghezza di banda modale.

Le tradizionali fibre 62,5/125 μm (OM1) e 50/125 μm (OM2) hanno servito gli interni degli edifici per anni, supportando applicazioni da Ethernet a 10 Mbit/s a Gigabit Ethernet a 1 Gbit/s. Le nuove implementazioni utilizzano in genere MMF 50/125 μm ottimizzata per laser (OM3), che supporta Ethernet a 10 Gigabit fino a 300 metri. Da allora, i produttori hanno migliorato i processi per consentire il supporto di 10 GbE a 400 metri.

La transizione a MMF (LOMMF)/OM3 ottimizzata per laser è accelerata man mano che gli utenti passano a reti a velocità più elevate. Mentre i LED raggiungono un massimo di 622 Mbit/s di velocità di modulazione, i VCSEL supportano oltre 10 Gbit/s e alimentano molte reti ad alta velocità.

Gli sviluppi recenti includono il multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM) su MMF per Ethernet a 200/400 Gigabit, che ha portato alla standardizzazione nel 2017 della fibra OM5 che supporta lunghezze d'onda di 850-953 nm.

I colori della guaina aiutano a identificare i tipi di MMF: arancione per OM1/OM2, acqua per OM3/OM4, verde lime per OM5, con alcuni fornitori che utilizzano il viola per le varianti "OM4+".

La dispersione modale, misurata attraverso il ritardo modale differenziale (DMD), rimane una sfida chiave. Le tecniche di produzione LOMMF ora riducono al minimo le variazioni della fibra che influiscono sulla propagazione degli impulsi luminosi, migliorando i profili dell'indice di rifrazione per mantenere l'integrità del segnale su distanze maggiori.

La tabella seguente riassume le distanze minime di trasmissione delle varianti Ethernet su vari tipi di MMF:

*Cavo di collegamento per la condizionamento della modalità richiesto