七彩穎欣老師

單模光纖與多模光纖的全面易懂的介紹

作為通信人，光纖跳線(xiàn)作為最基本、最常用的產(chǎn)品，其分類(lèi)與應(yīng)用大多都能信手拈來(lái)。但作為路人甲或普通用戶(hù)，對(duì)這些不同顏色的線(xiàn)確實(shí)有點(diǎn)蒙圈，用一句通俗易懂的話(huà)來(lái)介紹，單模光纖（通常為黃色）適用于遠(yuǎn)距離通信傳輸，多模光纖（通常為橙色、水藍(lán)色等其他顏色）適用于短距離通信傳輸。

一、單多模光纖基本區(qū)別

單模光纖（Single Mode Fiber）以一種模式傳輸，纖芯為9μm，速率在100M/s或1G/s，傳輸距離5km以上，光源為激光光源。線(xiàn)纜顏色多為黃色，連接頭多為藍(lán)色或綠色，適用波長(zhǎng)為1310nm~1550nm；

多模光纖（Multi Mode Fiber）支持多種模式傳輸，纖芯為50μm/62.5μm，典型速率為100M/s，傳輸距離可達(dá)2km，1 G/s可達(dá)1000m，10 G/s可達(dá)550m，光源為L(zhǎng)ED光源。線(xiàn)纜顏色千兆多位橙色、萬(wàn)兆多為水藍(lán)色，連接頭多位灰白色，適用波長(zhǎng)為850nm/1310nm。

二、單/多模光纖分類(lèi)

單模光纖有G652 G655 G657；多模光纖有OM1、OM2、OM3、OM4、OM5。

新型OM5光纖跳線(xiàn)多為石灰綠色，相對(duì)OM4光纖跳線(xiàn)，OM4一次只支持單個(gè)波長(zhǎng)傳輸，而OM5一次可以支持4個(gè)波長(zhǎng)，傳輸距離也更長(zhǎng)，將廣泛應(yīng)用于40G/100G數(shù)據(jù)中心布線(xiàn)。OM1/OM2廣泛用于室內(nèi)，多為橙色；OM3/OM4多為水藍(lán)色，也有紫羅蘭色、品紅色等，多用于數(shù)據(jù)中心10G—40G/100G。

既然單模光纖能傳輸更遠(yuǎn)距離，為什么不都使用單模光纖呢？

與單模光纖最大的不同在于，多模光纖具有更大的直徑。更大的纖芯直徑意味著，多模光纖可以支持多個(gè)傳輸模式，雖然這導(dǎo)致其價(jià)格高于單模光纖，但是單模光纖多采用固態(tài)激光二極管作為光源，而多模光纖多采用LED作為光源，顯然前者的設(shè)備比后者的設(shè)備更昂貴，導(dǎo)致使用多模光纖的成本遠(yuǎn)小于使用單模光纖的成本，加之，在短距離光傳輸條件下，特別是局域網(wǎng)布線(xiàn)場(chǎng)景中，多模光纖與單模光纖的工作狀態(tài)一樣良好，因而在成本優(yōu)勢(shì)的推動(dòng)下，多模光纖更適合用于數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

光纖是一種由擠壓的玻璃或塑料制成的柔韌的透明纖維，略粗于人的頭發(fā)。光纖是兩端傳輸光最常用的一種手段，并廣泛地應(yīng)用于光纖通信中。光纖有著比有線(xiàn)電纜更長(zhǎng)的傳輸距離和更高的帶寬。光纖通常由低折射率的透明纖芯和透明包層材料組成。光纖作為光波導(dǎo)體，使光在纖芯內(nèi)發(fā)生全反射的現(xiàn)象。

一般來(lái)說(shuō)，有兩種光纖：支持的多種傳播路徑或橫向模式的光纖被稱(chēng)為多模光纖(MMF)，而支持單一模式的被稱(chēng)為單模光纖（SMF）。但它們之間有什么區(qū)別呢？閱讀這篇文章將有助于你得到答案。

一、什么是單模光纖？

在光纖通信中，單模光纖（SMF）是一種在橫向模式直接傳輸光信號(hào)的光纖。單模光纖運(yùn)行在100M/s或1 G/s的數(shù)據(jù)速率，傳輸距離都可以達(dá)到至少5公里。通常情況下，單模光纖用于遠(yuǎn)程信號(hào)傳輸。

二、什么是多模光纖？

多模光纖（MMF）主要用于短距離的光纖通信，如在建筑物內(nèi)或校園里。典型的傳輸速度是100M/s，傳輸距離可達(dá)2km（100BASE-FX），1 G/s可達(dá)1000m，10 G/s可達(dá)550m。有兩種類(lèi)型的折射率：漸變折射率和階躍折射率。

三、單模、多模光纖有何區(qū)別？

1、核心直徑

多模和單模光纖之間的主要區(qū)別是，前者具有更大的直徑，通常是50或62.5μm的纖芯直徑，而典型的單模光纖是8和10μm的纖芯直徑，兩者的包層直徑都為125μm。

2、光源

通常激光器和LED都作為光源。激光光源明顯比LED光源更昂貴，因?yàn)樗a(chǎn)生的光，可以精確地控制，并具有高的功率。而LED光源產(chǎn)生的光較分散（許多模式的光），這些光源多使用于多模光纖跳線(xiàn)。同時(shí)激光光源（產(chǎn)生接近單一模式的光）通常用于單模光纖跳線(xiàn)。

3、帶寬

由于多模光纖比單模光纖具有更大的纖芯尺寸，它支持多個(gè)傳輸模式。此外，像多模光纖一樣，單模光纖也表現(xiàn)出由多個(gè)空間模式引起的模態(tài)色散，但單模光纖的模態(tài)色散小于多模光纖。因?yàn)檫@些原因，單模光纖比多模光纖具有一個(gè)更高的帶寬。

4、護(hù)套顏色

護(hù)套的顏色有時(shí)被用來(lái)區(qū)分多模光纖跳線(xiàn)和多模光纖跳線(xiàn)。根據(jù)TIA-598C標(biāo)準(zhǔn)定義，非軍事用途，單模光纖采用黃色外護(hù)套，且多模光纖采用橙色或水綠色外護(hù)套。根據(jù)不同的類(lèi)型，一些廠(chǎng)商使用紫色來(lái)區(qū)分高性能OM4光纖和其他類(lèi)型光纖。

5、模態(tài)色散

LED光源有時(shí)用于多模光纖，去創(chuàng)造不同的速度傳播的一系列波長(zhǎng)。這將導(dǎo)致多模態(tài)色散，它限制了多模光纖跳線(xiàn)的有效傳輸距離。與之相反，用于驅(qū)動(dòng)單模光纖的激光器產(chǎn)生一個(gè)單一波長(zhǎng)的光。因此，它的模態(tài)色散遠(yuǎn)小于多模光纖。由于模態(tài)色散，多模光纖比單模光纖具有更高的脈沖擴(kuò)展速率，限制了多模光纖的信息傳輸容量。

6、價(jià)格

對(duì)于多模光纖可以支持多個(gè)光模式，它的價(jià)格高于單模光纖。但在設(shè)備方面，由于單模光纖通常采用固態(tài)激光二極管，因此，單模光纖的設(shè)備比多模光纖的設(shè)備更昂貴。因此，使用多模光纖的成本遠(yuǎn)小于使用單模光纖的成本。

四、應(yīng)該選擇什么樣的光纖？

對(duì)被覆蓋的傳輸距離以及整體預(yù)算的考慮，。如果距離不到幾英里，多模光纖將工作良好，傳輸系統(tǒng)的成本（發(fā)射器和接收器）將在3300元至5300元不等。如果被覆蓋的距離超過(guò)6-10公里，應(yīng)選擇單模光纖，但由于激光二極管的成本增加，傳輸系統(tǒng)的成本通常會(huì)超過(guò)6700元。

一個(gè)模式就是光在光纖中的一種可能的能量分布狀態(tài)。同樣的波長(zhǎng)下，光纖越粗，所能容納的模式越多。同樣的光纖直徑和折射率下，光波長(zhǎng)越短，光纖能夠容納的模式越多。所以通常多模光纖比同波長(zhǎng)的單模光纖更粗。
對(duì)單模光纖，傳播的所有能量都在一個(gè)模式里，通常是最低的HE11模式。對(duì)于多模光纖，傳播的能量在各個(gè)模式間分?jǐn)?，而且可以隨著光纖彎折，能量在不同模式間重新分配。所以多模光纖受到碰觸、 彎折變形之后出射光能量分布就很容易變化。相對(duì)的，單模光纖受到碰觸，出射光基本不受影響。模式就是電磁波的分布結(jié)構(gòu)，多模光纖是具有多種模式，單模光纖只有一種模式可以傳播。

1）從結(jié)構(gòu)看，單模光纖纖芯?。?～9微米）；多模光纖纖芯比較大（50～62.5微米）。光纖外徑一般都是125微米。

2）從折射率看，單模光纖纖芯是均勻的高折射率，和包層折射率的按照一定的述職孔徑（NA）匹配，形成在應(yīng)用波長(zhǎng)的單模形式（僅支持基模）。

多模光纖的纖芯有兩類(lèi)，階躍型擁有均勻的纖芯，漸變折射率擁有中心高周?chē)饾u降低的結(jié)構(gòu)（根據(jù)帶寬不同，OM1，OM2...OM5），可以形成“自聚焦”。

3）從應(yīng)用方式看，單模光纖一般應(yīng)用在長(zhǎng)距離傳輸，多模光纖多應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。

能量光纖（激光應(yīng)用）也可能會(huì)用到多模，但是非通訊應(yīng)用，關(guān)注的光學(xué)性能完全不同。

一、多模光纖

1、什么是多模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)（約1μm），光纖中會(huì)存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式具有不同的傳播速度與相位，導(dǎo)致長(zhǎng)距離的傳輸之后會(huì)產(chǎn)生時(shí)延、光脈沖變寬。這種現(xiàn)象叫做光纖的模式色散（又叫模間色散）。

模式色散會(huì)使多模光纖的帶寬變窄，降低了其傳輸容量，因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。

總之多模光纖芯徑大（62.5mm或50mm），允許上百個(gè)模式傳輸，色散大，工作波長(zhǎng)在850nm。

2、多模光纖的傳輸距離

相對(duì)于雙絞線(xiàn)，多模光纖能夠支持較長(zhǎng)的傳輸距離；

在10mbps及100mbps的以太網(wǎng)中，多模光纖最長(zhǎng)可支持2000米的傳輸距離；

而于1GbpS千兆網(wǎng)中，多模光纖最高可支持550米的傳輸距離；

在10Gbps萬(wàn)兆網(wǎng)中，多模光纖OM3可到300米，OM4可達(dá)500米；

二、單模光纖

1、什么是單模光纖

當(dāng)光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與光波長(zhǎng)相近時(shí)，如芯徑d1 在5～10μm范圍，光纖只允許一種模式（基模HE11）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。

由于它只有一種模式傳播，避免了模式色散的問(wèn)題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用于大容量的光纖通信。因此，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿(mǎn)足一定的條件，通過(guò)公式計(jì)算得出，對(duì)于NA=0.12 的光纖要在λ=1.3μm以上實(shí)現(xiàn)單模傳輸時(shí)，光纖纖芯的半徑應(yīng)≤4.2μm，即其纖芯直徑d1≤8.4μm。

由于單模光纖的纖芯直徑非常細(xì)小，所以對(duì)其制造工藝提出了更苛刻的要求。

2、單模光纖傳輸距離

單模光纖的纖芯直徑為8.3μm，包層外直徑125μm，單模光模塊的工作波長(zhǎng)為1310nm、1550nm，單模光纖相比于多模光纖可支持更長(zhǎng)傳輸距離，在100Mbps的以太網(wǎng)以至1G千兆網(wǎng)，單模光纖都可支持超過(guò)5000m的傳輸距離。

單模光模塊中使用的器件是多模光模塊的兩倍，所以單模光模塊的總體成本要高于多模光模塊；單模光模塊的傳輸距離可達(dá)150至200km；多模光模塊的傳輸距離僅可達(dá)2km。

這里我們對(duì)常用的布線(xiàn)距離做個(gè)總結(jié)：

不同的網(wǎng)絡(luò)下、不同的波長(zhǎng)多模與單模傳輸距離。

從表中，明顯可以看出，多模光纖的傳輸距離有限，現(xiàn)在在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)用的比較少了。

為什么多模光纖傳輸距離沒(méi)有單模遠(yuǎn)呢？
光纖的工作波長(zhǎng)有短波長(zhǎng)850nm、長(zhǎng)波長(zhǎng)1310nm和1550nm。光纖損耗一般是隨波長(zhǎng)加長(zhǎng)而減小，850nm的損耗為2.5dB/km，多模光纖在這一波長(zhǎng)工作，損耗過(guò)大。

1310nm的損耗為0.35dB/km，1550nm的損耗為0.20dB/km，單模光纖的工作波長(zhǎng)，也是光纖的最低損耗。

三、多模光纖收發(fā)器與單模光纖收發(fā)器的區(qū)別

區(qū)別

價(jià)格：多模的便宜，單模的貴

距離：多模的小于2KM，單模的能傳100KM以上

波長(zhǎng)：多模850/1310NM，單模1310/1550NM

備注

多模收發(fā)器和多模光纖對(duì)應(yīng), 單模和單模對(duì)應(yīng), 不能混用。

目前市場(chǎng)上, 多模的收發(fā)器價(jià)格低廉, 基本200元左右的就很不錯(cuò)了，企業(yè)級(jí)的300多也夠用了，帶寬都是100Mbps。

單模收發(fā)器與之相比, 市場(chǎng)上貨源較少, 價(jià)格較貴, 基本要400元左右一個(gè), 帶寬是1000Mbps, 比多模要高很多。

雖然多模都在淘汰中，現(xiàn)在用的比較少， 但是因?yàn)閮r(jià)格較低很多在監(jiān)控，主要在500m以下的布線(xiàn)范圍內(nèi)，近距離傳輸方面還有在用 ，但我們還是推薦單模，性能不如單模。

多模收發(fā)器接收多個(gè)傳輸模式，傳輸距離比較近。

單模收發(fā)器只接收單一的模式。傳輸距離比較遠(yuǎn)。

四、光模塊的使用

1、單模/多模光纖可以和單模/多模光模塊可以混用嗎？

答：?jiǎn)文?多模光纖可以和單模/多模光模塊混用結(jié)果如下表所示，我們可以看到它們是不能混用的，必須要將光纖和光模塊匹配好才可以正常使用。

單模光模塊在多模上傳輸會(huì)出現(xiàn)很大的丟包。

2、多模光纖能和單模光模塊一起使用嗎？如果不能，那么原因是什么？答：不能。多模光纖最好和多模光模塊一起使用，因?yàn)槎嗄：蛦文５霓D(zhuǎn)換器必須是相應(yīng)的波長(zhǎng)和光收發(fā)功能才能實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，所以多模光纖能和單模光模塊一起使用無(wú)法保障使用效果。

3、我們機(jī)房全部都是單模的光模塊，光纖是多模的，難道機(jī)房的光模塊全部要換成多模的？

答：最好全都換成多模的光模塊，不能單模和多模混用，因?yàn)閱文９饫w和多模光纖的芯徑差別很大，會(huì)導(dǎo)致兩者匹配時(shí)插損太大。

五、光纖光纜的使用

1、如何選擇光纜？

光纜的選擇除了根據(jù)光纖芯數(shù)和光纖種類(lèi)以外，還要根據(jù)光纜的使用環(huán)境來(lái)選擇光纜的結(jié)構(gòu)和外護(hù)套。

1）、戶(hù)外用光纜直埋時(shí)，宜選用松套鎧裝光纜。架空時(shí)，可選用帶兩根或多根加強(qiáng)筋的黑色PE外護(hù)套的松套光纜。

2）、建筑物內(nèi)用的光纜在選用時(shí)應(yīng)選用緊套光纜并注意其阻燃、毒和煙的特性。一般在管道中或強(qiáng)制通風(fēng)處可選用阻燃但有煙的類(lèi)型（Plenum）或可燃無(wú)毒的類(lèi)型（LSZH），暴露的環(huán)境中應(yīng)選用阻燃、無(wú)毒和無(wú)煙的類(lèi)型（Riser）。

3）、樓內(nèi)垂直或水平布纜時(shí)，可選用與建筑物內(nèi)通用的緊套光纜、配線(xiàn)光纜或分支光纜時(shí)。

4）、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和光纜應(yīng)用參數(shù)選擇單模和多模光纜，通常室內(nèi)和短距離應(yīng)用以多模光纜為主，室外和長(zhǎng)距離應(yīng)用以單模光纜為主。

2、在光纖的連接中，如何選擇固定連接和活動(dòng)連接的不同應(yīng)用？

光纖的活動(dòng)連接是通過(guò)光纖連接器實(shí)現(xiàn)的。光鏈路中的一個(gè)活動(dòng)連接點(diǎn)就是一個(gè)明確的分割界面。在活動(dòng)連接和固定連接的選擇上，固定連接的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在成本較低、光損耗較小，但靈活性較差，而活動(dòng)連接與之相反。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)整條鏈路情況，靈活選擇活動(dòng)和固定連接的使用，保證既有靈活性，又有穩(wěn)定性，從而充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。活動(dòng)連接界面是重要的測(cè)試、維護(hù)、變更的界面，活動(dòng)連接比固定連接相對(duì)容易找到鏈路中的故障點(diǎn)，為故障器件的更換增加便捷性，從而提高系統(tǒng)維護(hù)性和減少維護(hù)成本。

3、光纖越來(lái)越接近用戶(hù)終端，“光纖到桌面”的意義和系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意哪些因素？

“光纖到桌面”在水平子系統(tǒng)的應(yīng)用中，和銅纜的關(guān)系是相輔相成不可或缺的。光纖有其特有的長(zhǎng)處，比如傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸穩(wěn)定、不受電磁干擾的影響、支持帶寬高、不會(huì)產(chǎn)生電磁泄露。這些特點(diǎn)使得光纖在一些特定的環(huán)境中發(fā)揮著銅纜不可替代的作用：

1）、當(dāng)信息點(diǎn)傳輸距離大于100m時(shí)，如果選擇使用銅纜。必須添加中繼器或增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和弱電間，從而增加成本和故障隱患，使用光纖可以輕易地解決這一問(wèn)題。

2）、在特定工作環(huán)境中（如工廠(chǎng)、醫(yī)院、空調(diào)機(jī)房、電力機(jī)房等）存在著大量的電磁干擾源，光纖可以不受電磁干擾，在這些環(huán)境中的穩(wěn)定運(yùn)行。

3）、光纖不存在電磁泄漏，要檢測(cè)光纖中傳輸?shù)男盘?hào)是非常困難的。在保密等級(jí)要求較高的地方（如軍事、研發(fā)、審計(jì)、政府等行業(yè)）是很好的選擇。

4）、對(duì)帶寬的需求較高的環(huán)境，達(dá)到了1G以上，光纖是很好的選擇。

光纖的應(yīng)用正在從主干或機(jī)房逐漸延伸到桌面和住宅用戶(hù)，這就意味著越來(lái)越多的不了解光纖特性的用戶(hù)開(kāi)始接觸到光纖系統(tǒng)。所以設(shè)計(jì)光纖鏈路系統(tǒng)和選擇產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)充分考慮系統(tǒng)當(dāng)前和未來(lái)的應(yīng)用需求，使用兼容的系統(tǒng)和產(chǎn)品，最大可能地便于維護(hù)和管理，適應(yīng)千變?nèi)f化的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和用戶(hù)安裝需求等。

4、FC連接器可以直接與SC連接器連接嗎？

可以，這僅僅是兩種不同類(lèi)型的連接器的不同連接方法。

如果你需要連接他們，你必須選擇混合的轉(zhuǎn)接適配器，使用FC/SC適配器可以分別連接兩端的FC連接器和SC連接器。這種方法要求連接器應(yīng)當(dāng)都是平面研磨，如果你一定需要連接斜角度（APC）連接器，則必采用第二種防止損傷的方法。

第二種方法是使用混合跳線(xiàn)和兩個(gè)連接適配器?；旌咸€(xiàn)是指兩端使用不同的光纖連接器類(lèi)型，這些連接器將連接至你需要連接的地方，這樣就可以在配線(xiàn)面板中使用通用的適配器與系統(tǒng)相連，但是對(duì)系統(tǒng)衰減預(yù)算帶來(lái)一個(gè)連接器對(duì)的增加量。

5、光纖的固定連接包括機(jī)械式光纖接續(xù)和熱熔接，那么機(jī)械式光纖接續(xù)和熱熔接的選用原則有哪些？

機(jī)械式光纖接續(xù)俗稱(chēng)為光纖冷接，是指不需要熱熔接機(jī)，通過(guò)簡(jiǎn)單的接續(xù)工具、利用機(jī)械連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)單芯或多芯光纖永久連接的光纖接續(xù)方式?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)小芯數(shù)多地點(diǎn)分散的光纖進(jìn)行接續(xù)時(shí)，宜采用機(jī)械接續(xù)取代熱熔接。

機(jī)械式光纖接續(xù)技術(shù)早期經(jīng)常被應(yīng)用在線(xiàn)路搶修、特殊場(chǎng)合的小規(guī)模應(yīng)用等工程實(shí)踐當(dāng)中。近年來(lái)隨著光纖到桌面和光纖到戶(hù)（ FTTH）在的大規(guī)模部署，人們認(rèn)識(shí)到機(jī)械式光纖接續(xù)作為一種重要的光纖接續(xù)手段的意義。

對(duì)于具有用戶(hù)數(shù)量大而地點(diǎn)分散的特點(diǎn)的光纖到桌面和光纖到戶(hù)應(yīng)用，當(dāng)用戶(hù)規(guī)模到一定程度后，施工復(fù)雜程度和施工人員和熔接機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)開(kāi)通服務(wù)的時(shí)間要求。機(jī)械式光纖接續(xù)方式由于操作簡(jiǎn)單，人員培訓(xùn)周期短，設(shè)備投資小等特點(diǎn)，為光纖大規(guī)模部署提供了成本效益最高的光纖接續(xù)解決方案。比如樓道高處、狹小空間內(nèi)，照明不足、現(xiàn)場(chǎng)取電不方便等場(chǎng)合，機(jī)械式光纖接續(xù)為設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)人員提供了一個(gè)方便、實(shí)用、快捷、高性能的光纖接續(xù)手段。