多模光纤和单模光纤科普小知识

光纤布线分为两种类型——多模和单模。大多数人可能都知道，多模布线的长度比单模布线短，因此单模适用于室外长距离光纤应用，而多模是数据中心和建筑内部应用的主要选择。

然而，由于单模光纤固有的高带宽能力，其在较短距离应用中的受欢迎程度也越来越高，越来越多的技术人员面临着同时安装单模和多模光纤的问题。但我们发现并不是每个人都了解这两种光纤类型之间的技术差异。我们接下来深入了解一下。

模式是什么？

在光纤数据传输领域，术语“模式”用于描述光信号在光纤玻璃纤芯内的传播方式——即模式是光的传播路径。因此，单模光线中，光沿着一条路径传播；而在多模光纤中，光在多条路径中传播。

大家可以这样设想：从水滑梯顶部往下滑时，您在滑梯的两侧挡板之间不断弹跳下滑的情景。下滑过程中的每个角度都是一个模式。光在多模光纤纤芯内的传播方式与上述情况相同。光以一个角度照射到玻璃上，然后反射回来，同时沿着纤芯的长度传播。为什么光不会从纤芯内照射出来？首先，光以小角度照射到玻璃上，使得玻璃就像镜子一样将光反射。其次，在纤芯外部有一层包层。为了使光留在纤芯内部，包层具有不同的折射率特性，该技术参数决定了光照射进入材料时的反射或折射量。

相比之下，在单模光纤中，光沿直线传播，因为单模光纤的纤芯尺寸较小(约为多模光纤纤芯的十分之一)，光不会反弹。

带宽限制延迟

为何单模光纤支持较高带宽以及较长距离？以单一模式发送光可以消除差分模式延迟(DMD)，而DMD是限制多模光纤带宽的主要因素。

在多模光纤中以多种模式传播时，有些光会沿光纤中心移动，而另一些光则沿着靠近纤芯包层的路径移动。在外侧边缘的传播模式被称为高阶模式，靠近纤芯中心的传播模式被称为低阶模式。高阶和低阶模式的传播速度不同，DMD即为传播时间的差值。

DMD越小，光脉冲随时间的扩散就越少，带宽也越高。脉冲之间的时间差异越大，则接收器可能无法正确区分脉冲。DMD与距离直接相关——随着光纤长度的增加而增加。这就是为什么多模光纤比单模光纤的距离要求要短得多，多模光纤最长500米，而单模光纤的长度可达10公里。

光纤缺陷也是造成DMD的原因之一，光纤制造商已经掌握了通过仔细优化光纤折射率分布来限制DMD。模式折射不仅发生在纤芯与包层的交界处，多模光纤采用渐变式折射率分布，纤芯中心到纤芯与包层边界处的折射率不断变化。这就形成了一条抛物线(即对称曲线)路径，导致低阶模式在靠近光纤纤芯的较短距离内较慢移动，而高阶模式则在靠近纤芯边缘的较长距离内较快移动。这样就能大程度降低脉冲之间的时间延迟，从而降低DMD，实现较高带宽。

更为显著的差异

多模和单模之间更为显著的差异包括电缆颜色、光源和测试等。单模几乎都是黄色的，而多模通常为浅绿色。不同类型的多模也可能具有不同颜色——OM3几乎都是浅绿色，OM4多模有时采用一种被称为Erika Violet(埃里卡紫罗兰)的粉色，以帮助与OM3区分，而新一代多模光纤OM5为灰绿色。

另一个关键差异点在于光源以及传输设备相关成本。单模光纤要求具有窄光谱宽度的激光光源，因此接收器的成本较高。与多模光缆相比，单模光缆本身的价格要低一些，但单模光纤接收器的费用是多模接收器的1.5到4倍。

对于多模和单模的测试方法，重要的是要了解这两种光纤类型不能混合，接入线必须与被测光纤的类型匹配。测试多模光纤还要求环形通量(EF)测试，用以表示有多少光被射入至被测光缆中。EF测试限制发射模式的数量以减少变异性，实现精确的、可重复的测试结果。