单模光纤与多模光纤那点事2016-12-3

前言: 今天有点事推送晚了,薛哥总结了光纤类知识,不得不学的知识点 正文: 多模光纤和单模光纤区别 1、 多模光纤是光纤通信最原始的技术,这一技术是人类首次实现通过光纤来 进行通信的一项革命性的突破。 2、 随着光纤通信技术的发展,特别是激光器技术的发展以及人们对长距离、 大信息量通信的迫切需求,人们又寻找到了更好的光纤通信技术----单模光纤通 信。 3、 光纤通信技术发展到今天,多模光纤通信固有的很多局限性愈发显得突出: ①、多模发光器件为发光二极管(LED),光频谱宽、光波不纯净、光传输色散 大、传输距离小。1000M bit/s 带宽传输,可靠距离为 255 米(m)。100M bit/s 带宽 传输,可靠距离为 2 公里(km)。 ②、因多模发光器件固有的局限性和多模光纤已有的光学特性限制,多模光纤通 信的带宽最大为 1000M bit/s。 4、 单模光纤通信突破了多模光纤通信的局限: ①、 单模光纤通信的带宽大,通常可传 100G bit/s 以上。实际使用一般分为 155M bit/s、1.25G bit/s、2.5G bit/s、10G bit/s。 ②、 单模发光器件为激光器,光频谱窄、光波纯净、光传输色散小,传输距 离远。单模激光器又分为 FP、DFB、CWDM 三种。FP 激光器通常可传输 60 公 里(km),DFB 和 CWDM 激光器通常可传输 100 公里(km)。 5、 数字式光端机采用视频无压缩传输技术,以保证高质量的视频信号实时无

延迟传输并确保图像的高清晰度及色彩纯正。这种传输方式信息数据量很大,4 路以上视频的光端机均采用 1.25G bit/s 以上的数据流传输。8 路视频的数据流高 达 1.5G bit/s。 因多模光纤最大带宽仅为 1G bit/s,如果采用多模光纤传输,势必造成信息丢失、 视频图像出现大量雪花甚至白斑、数据控制失常。 另一个致命的因素就是传输距离的限制,多模光纤 1G bit/s 带宽的传输距离理论 上是 255 米(m),如果考虑到光链路损耗,实际距离还要小几十米。 6、 从单模光纤通信技术诞生之日起,就意味着多模光纤通信方式的淘汰。目 前用多模光纤传输的已经很少了,只是因为市场的惯性而延续至今,对光纤通信 这一行业的人来说,这早已是不争的事实。我们认为应该本照着对用户负责,对 用户长远需求负责的精神提出合理建议 根据传输点模数的不同,光纤可分为单模光纤和多模光纤。所谓"模"是指以一定 角速度进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源,多模光纤则采用发 光二极管做光源。多模光纤允许多束光在光纤中同时传播,从而形成模分散(因 为每一个“模”光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同,这种特 征称为模分散。),模分散技术限制了多模光纤的带宽和距离,因此,多模光纤 的芯线粗,传输速度低、距离短,整体的传输性能差,但其成本比较低,一般用 于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤只能允许一束光传播,所以单模 光纤没有模分散特性,因而,单模光纤的纤芯相应较细,传输频带宽、容量大, 传输距离长,但因其需要激光源,成本较高。 多模光纤
多模光纤中光信号通过多个通路传播;通常建议在距离不到英里时应用。

多模光纤从发射机到接收机的有效距离大约是 5 英里。可用跟离还受发射/ 接收装置的类型和质量影响; 光源越强、接收机越灵敏,距离越远。研究表明, 多模光纤的带宽大约为 4000Mb/s。
制造的单模光纤是为了消除脉冲展宽。由于纤芯尺寸很小(7-9 微米),因此消 除了光线的跳跃。在 1310 和 1550nm 波长使用聚焦激光源。这些激光直接照射 进微小的纤芯、并传播到接收机,没有明显的跳跃。如果可以把 多模比作猎怆, 能够同时把许多弹丸装人枪筒,那么单模就是步枪,单一光线就像一颗子弹。 单模光纤
单模光纤的纤芯较细,使光线能够直接发射到中心。建议距离较长时采用。 另外,单模信号的距离损失比多模的小。在头 3000 英尺的距离下,多模光 纤可能损失其 LED 光信号强度的 50%,而单模在同样距离下只损失其激光信号 的 6.25%。 单模的带宽潜力使其成为高速和长距离数据传输的唯一选择。最近的测试表 明,在一根单模光缆上可将 40G 以太网的 64 信道传输长达 2,840 英里的距离。 在安全应用中,选择多模还是单模的最常见决定因素是距离。如果只有儿英 里,首选多模,因为 LED 发射/接收机比单模需要的激光便宜得多。如果距离大 于 5 英里,单模光纤最佳。另外一个要考虑的问题是带宽;如果将来的应用可能 包括传输大带宽数据信号,那么单模将是最佳选择。 单模光纤只有单一的传播路径,一般用于长距离传输, 多模光纤有多种传播路径,多模光纤的带宽为 50MHz~500MHz/Km, 单模光纤的带宽为 2000MHz/Km,光纤波长有 850nm,1310nm 和 1550nm 等。 850nm 波长区为多模光纤通信方式;1550nm 波长区为单模光纤通信方式;1310nm

波长区有多模和单模两种;850nm 的衰减较大,但对于 2~3MILE(1MILE=1604m) 的通信较经济。光纤尺寸按纤维直径划分有 50μm 缓变型多模光纤、62.5μm 缓变 增强型多模光纤和 8.3μm 突变型单模光纤,光纤的包层直径均为 125μm,故有 62.5/125μm、50/125μm、9/125μm 等不同种类。。
光缆外套标识,50/125, 62.5/125 为多模,9/125(g652)为单模 光纤可磨接后用 100/200 倍放大镜察看,一个小黑点的是单模,大一点有双环的 是多模。纤芯在熔接机内也能分辩出,在熔接机显示器看中间是空的是单模,看 上去一体的是多模。
简单的用途区别:多模一般应用在园区内较近的地方之间; 单模传输距离较远,一般应用在电信领域。
单模传输与多模传输 在光纤通信理论中,光纤有单模、多模之分,区别在于: 1. 单模光纤芯径小(10m m 左右),仅允许一个模式传输,色散小,工作
在长波长(1310nm 和 1550nm),与光器件的耦合相对困难 2. 多模光纤芯径大(62.5m m 或 50m m),允许上百个模式传输,色散大,
工作在 850nm 或 1310nm。与光器件的耦合相对容易 而对于光端模块来讲,严格的说并没有单模、多模之分。所谓单模、多模模
块,指的是光端模块采用的光器件与何种光纤配合能获得最佳传输特性。 一般有以下区别:
1. 单模模块一般采用 LD 或光谱线较窄的 LED 作为光源,耦合部件尺寸与 单模光纤配合好,使用单模光纤传输时能传输较远距离

2. 多模模块一般采用价格较低的 LED 作为光源,耦合部件尺寸与多模光纤 配合好 1、光纤分类
光纤按光在其中的传输模式可分为单模和多模。多模光纤的纤芯直径为 50 或 62.5μm,包层外径 125μm,表示为 50/125μm 或 62.5/125μm。单模光纤的纤芯 直径为 8.3μm,包层外径 125μm,表示为 8.3/125μm。
光纤的工作波长有短波 850nm、长波 1310nm 和 1550nm。光纤损耗一般是随 波长增加而减小,850nm 的损耗一般为 2.5dB/km,1.31μm 的损耗一般为 0.35dB/km,1.55μm 的损耗一般为 0.20dB/km,这是光纤的最低损耗,波长 1.65μ m 以上的损耗趋向加大。由于 OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300nm 和 1340nm~1520nm 范围内都有损耗高峰,这两个范围未能充分利用。
2、多模光缆
多模光纤(Multi Mode Fiber) - 芯较粗(50 或 62.5μm),可传多种模式的光。 但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加 严重。因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。如下表,为多模 光缆的带宽的比较:

提到万兆多模光缆,需要作些说明,光纤系统在传输光信号时,离不开光收 发器和光纤。因传统多模光纤只能支持万兆传输几十米,为配合万兆应用而采用 的新型光收发器,ISO/IEC 11801 制定了新的多模光纤标准等级,即 OM3 类别, 并在 2002 年 9 月正式颁布。OM3 光纤对 LED 和激光两种带宽模式都进行了优 化,同时需经严格的 DMD 测试认证。采用新标准的光纤布线系统能够在多模方 式下至少支持万兆传输至 300 米,而在单模方式下能够达到 10 公里以上(1550nm 更可支持 40 公里传输)。
美国康普公司的多模光缆分为多模 OptiSPEED?解决方案(62.5/125μm)和 万兆多模 LazrSPEED? 解决方案(激光优化万兆 50/125μm)。LazrSPEED 分成 三个系列,即 LazrSPEED 150、300、550 系列,且 LazrSPEED 万兆多模光缆均 通过 UL DMD 认证。具体传输指标请看下表:
3、单模光缆 单模光纤(Single Mode Fiber):中心纤芯很细(芯径一般为 9 或 10μm),只能传
一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散 和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄, 稳定性要好。

后来发现在 1310nm 波长处,单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来 看,1310nm 正好是光纤的一个低损耗窗口。这样,1310nm 波长区就成了光纤通 信的一个很理想的工作窗口,也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。 1310nm 常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟 ITU-T 在 G652 建议中确定 的,因此这种光纤又称 G652 光纤。
上面提到由于 OHˉ(水峰)的吸收作用,900~1300nm 和 1340nm~1520nm 范围内都有损耗高峰,该现象称为水峰。目前美国康普公司提供的 TeraSPEEDTM 零水峰单模光缆,正解决了此问题,TeraSPEED 系统通过消除了 1400nm 水峰 的影响因素, 从而为用户提供了更广泛的传输带宽, 用户可以自由使用从 1260nm 到 1620nm 的所有波段, 因此传输通道从以前的 240 增加到 400,性能比 传统单模光纤多 50%的可用带宽,为将来升级为 100G 带宽的 CWDM 粗波分复 用技术打下了坚实的基础,TeraSPEED 解决方案为园区/城市级理想的主干光纤 系统。
同时,由于 G.652.D 是单模光纤的最新的指标,是所有 G.652 级别中指标最 严格的并且完全向下兼容的。如果,仅指明 G.652 意味着 G.652.A 的性能规范, 这一点应特别注意。TeraSPEED 光纤超过所有的指标均满足 G.652.A, .B, .C 和.D 的性能规范,如下表:

而我们对于单模光缆的选型建议如下:
A.从传输距离的角度,如果希望今后支持万兆传输,而距离较远应考虑采 用单模光缆。
B.从造价的角度,零水峰光缆提供比单模光纤多 50%带宽,而造价上又相 差不多,事实上美国康普公司目前已经不提供普通单模光纤,只提供零水峰光纤 这样的更高性能的产品给用户。
4、结论:单模还是多模?
综合以上的分析,我们认为,用户应从应用的角度、传输距离的角度、前瞻 性的角度、造价的角度,综合以上因素,以最低的价格投资最好的性能!


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