Какие типы оптического кабеля используются для передачи данных?

Два основных типа - одномодовый и многомодовый. Они отличаются диаметром сердцевины - 62,5 мк (редко 50 мк) в многомодовых кабелях и 8 мк в одномодовых. Внешний диаметр оптоволокна в них одинаковый - 125 мк. Но это, тысызыть, чисто внешнее отличие, а суть в другом.

Что это такое: мода - это режим распространения или генерации колебаний в системе. Оптический кабель - это, в конечном итоге, как раз система передачи колебаний. Принцип его - полное внутреннее отражение от границы раздела двух сред. Показатель преломления сердцевины больше, чем показатель преломления оболочки, поэтому луч света, идущий под небольшим углом (почти вдоль оси кабеля), от этой границы раздела отражается. Но там ведь есть целый диапазон углов - от нуля (луч идёт строго по оси кабеля) до какого-то минимального. Каждому из доступных значений угла отражения, при котором свет ещё передаётся по сердевине и не выходит за её пределы, соответствует своя мода.

Чем хорошо и чем плох многомодовый кабель: хорош тем, что он дешевле в производстве, и такой кабель легче сращивать и легче стыковать с оконечными устройствами. Плох тем, что путь, который должен пройти луч света, зависит от его моды. Ну ясно, даже из простых геометрических соображений, что луч, идущий строго вдоль оси (основная, или аксиальная, мода), идёт по прямой и поэтому для него расстояние - минимальное. Лучи всех остальных мод идут уже по какой-то ломаной, поэтому для них оптическая длина пути будет больше, и к тому же будет зависящей от моды. Оно бы и ничего - ну разная и разная. Но это приводит к тому, что из прямоугльного импульсного сигнала на входе получается сглаженный импульс на выходе - какая-то часть сигнала, соответствующая основной моде, пришла с минимальной задержкой, какая-то - чуть позже, какая-то ещё - ещё позже... Причём чем длинее кабель - тем заметнее этот разброс задержек передачи сигнала. А значит, в таком кабеле возникают ограничения по информационной полосе: чем он длиннее - тем реже должны следовать импульсы, чтоб не накладываться друг на друга (слишком короткие или идущие слишком часто импульсы просто не пройдут - фронт размажется настолько, что к этому времени уже подоспеет срез, а то и следующий импульс). Поэтому длина линии связи на многомодовых кабелях не превышает единиц километров. Можно и длиннее, но тогда уже сильно падает пропускная способность.

В одномодовых кабелях из-за очень маленького диаметра сердцевины может распространяться только одна мода - аксиальная. Поэтому частотных искажений, вызываемых наложением колебаний разных мод (приходящих с разной задержкой) на выходе такого кабеля, не возникает. Поэтому на одномодовых кабелях можно без репитеров - промежуточных блоков, восстанавливающих сигнал и запускающий его в следующее колено линии передачи, - можно передавать сигнал на десятки километров - от 16 до 50 в зависимости от выбранной длины волны (обычно для сверхдальних передач берётся длина волны 1550 нм, для линий средней дальности - 1310 нм). Это существенное преимущество одномодовых кабелей. Поэтому хоть они и дороже, хоть их труднее сращивать и сочленять с приёмниками и передатчиками оптического сигнала, для серьёзных случаев применяются именно одномодовые кабели.

Ну и есть ещё одна разновидность. Тоже многомодовый (с диаметром сердцевины 62,5 мк), но градиентный. То есть показатель преломления между сердцевиной и оболочкой меняется не скачком, как в обычном кабеле, а плавно. В этом случае свет неаксиальной моды идёт не по ломаной линии, а по кривой, напоминающей синус. И тут в чём фишка-то: поскольку скорость распространения света тем больше, чем меньше показатель преломления, то моды, сильнее отклоняющиеся от оси, проходят бoльшую часть пути по стеклу с меньшим показателем преломления. Тем самым в значительной степени компенсируется разброс задержки распространения сигнала для разных мод, поэтому градиентные многомодовые кабели сохраняют широкополосность линии передачи даже при существенной длине тракта. Не такой, как в одномодовых, но заметно большей, чем в обычных многомодовых со ступенчатым профилем показателя преломления.