【电缆测试101问系列】——多模光纤VS单模光纤

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。


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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。


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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。


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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。这样就能最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,而最新一代多模光纤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。与多模电缆相比,单模电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电缆中。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。点击此处,了解更多环形通量测试相关信息,或下载该白皮书来深入了解更为详尽的信息。

 





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