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爱德泰科普 | 单模光纤和多模光纤小知识
发布时间:2021-07-08
作者:陆佰
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光纤跳线按模式分为两种,即单模光纤和多模光纤,众所周知,多模光纤的传输距离相较单模光纤短,因此单模光纤多用于室外长距离光纤布线,而多模光纤则多用于数据中心和建筑内部应用的光纤布线。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在布线工程中面临着单模和多模光纤的选择问题。实际上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。

 

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。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

 

多模光纤和单模光纤之间更为显著的差异包括电缆颜色、光源和测试等。单模光纤几乎都是黄色的,而多模光纤通常为浅绿色。不同类型的多模光纤也可能具有不同颜色——OM3几乎都是浅绿色,OM4多模光纤则为粉色,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。

对于多模光纤和单模光纤的测试方法,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。

 

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