單模光纖和多模光纖的區別 -科普篇

[導讀]由於單模光纖固有的高帶寬能力，其在較短距離應用中的受歡迎程度也越來越高，越來越多的技術人員面臨著同時安裝單模和多模光纖的問題。

光纖布線分為兩種類型——多模和單模。大多數人可能都知道，多模布線的長度比單模布線短，因此單模適用於室外長距離光纖應用，而多模是數據中心和建築內部應用的主要選擇。

然而，由於單模光纖固有的高帶寬能力，其在較短距離應用中的受歡迎程度也越來越高，越來越多的技術人員面臨著同時安裝單模和多模光纖的問題。但我們發現並不是每個人都了解這兩種光纖類型之間的技術差異。我們接下來深入了解一下。

模式是什麼？

在光纖數據傳輸領域，術語「模式」用於描述光信號在光纖玻璃纖芯內的傳播方式——即模式是光的傳播路徑。因此，單模光線中，光沿著一條路徑傳播；而在多模光纖中，光在多條路徑中傳播。

大家可以這樣設想：從水滑梯頂部往下滑時，您在滑梯的兩側擋板之間不斷彈跳下滑的情景。下滑過程中的每個角度都是一個模式。光在多模光纖纖芯內的傳播方式與上述情況相同。光以一個角度照射到玻璃上，然後反射回來，同時沿著纖芯的長度傳播。為什麼光不會從纖芯內照射出來？首先，光以小角度照射到玻璃上，使得玻璃就像鏡子一樣將光反射。其次，在纖芯外部有一層包層。為了使光留在纖芯內部，包層具有不同的折射率特性，該技術參數決定了光照射進入材料時的反射或折射量。

相比之下，在單模光纖中，光沿直線傳播，因為單模光纖的纖芯尺寸較小(約為多模光纖纖芯的十分之一)，光不會反彈。

帶寬限制延遲

為何單模光纖支持較高帶寬以及較長距離？以單一模式發送光可以消除差分模式延遲(DMD)，而DMD是限制多模光纖帶寬的主要因素。

在多模光纖中以多種模式傳播時，有些光會沿光纖中心移動，而另一些光則沿著靠近纖芯包層的路徑移動。在外側邊緣的傳播模式被稱為高階模式，靠近纖芯中心的傳播模式被稱為低階模式。高階和低階模式的傳播速度不同，DMD即為傳播時間的差值。

DMD越小，光脈衝隨時間的擴散就越少，帶寬也越高。脈衝之間的時間差異越大，則接收器可能無法正確區分脈衝。DMD與距離直接相關——隨著光纖長度的增加而增加。這就是為什麼多模光纖比單模光纖的距離要求要短得多，多模光纖最長500米，而單模光纖的長度可達10公裡。

光纖缺陷也是造成DMD的原因之一，光纖製造商已經掌握了通過仔細優化光纖折射率分布來限制DMD。模式折射不僅發生在纖芯與包層的交界處，多模光纖採用漸變式折射率分布，纖芯中心到纖芯與包層邊界處的折射率不斷變化。這就形成了一條拋物線(即對稱曲線)路徑，導致低階模式在靠近光纖纖芯的較短距離內較慢移動，而高階模式則在靠近纖芯邊緣的較長距離內較快移動。這樣就能最大程度降低脈衝之間的時間延遲，從而降低DMD，實現較高帶寬。

更為顯著的差異

多模和單模之間更為顯著的差異包括電纜顏色、光源和測試等。單模幾乎都是黃色的，而多模通常為淺綠色。不同類型的多模也可能具有不同顏色——OM3幾乎都是淺綠色，OM4多模有時採用一種被稱為Erika Violet(埃裡卡紫羅蘭)的粉色，以幫助與OM3區分，而最新一代多模光纖OM5為灰綠色。

另一個關鍵差異點在於光源以及傳輸設備相關成本。單模光纖要求具有窄光譜寬度的雷射光源，因此接收器的成本較高。與多模光纜相比，單模光纜本身的價格要低一些，但單模光纖接收器的費用是多模接收器的1.5到4倍。

對於多模和單模的測試方法，重要的是要了解這兩種光纖類型不能混合，接入線必須與被測光纖的類型匹配。測試多模光纖還要求環形通量(EF)測試，用以表示有多少光被射入至被測光纜中。EF測試限制發射模式的數量以減少變異性，實現精確的、可重複的測試結果。