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 一般問(wèn)這個(gè)問(wèn)題的，主要有兩大類人，一類是光模塊廠/光芯片廠/光器件廠的工程師們，一類是光纖通信相關(guān)專業(yè)的高校學(xué)生們，這些人的實(shí)驗(yàn)室的桌面上會(huì)攤著很多很多的光纖，經(jīng)常需要找到單模或多模光纖，來(lái)搭建測(cè)試環(huán)境調(diào)測(cè)光學(xué)參數(shù)。

 能夠經(jīng)常被拿來(lái)拿去的光纖，以短跳纖居多，這一類場(chǎng)景可以通過(guò)跳纖的logo或顏色來(lái)識(shí)別。

比如下圖

Cable，就是纜，這很容易理解，光纜電纜的纜。  

Fiber是纖維的意思，這里特征光導(dǎo)纖維，就是光纖。 

MM，MultiMode，多模的簡(jiǎn)寫。一會(huì)兒我再解釋什么是光纖的模式，怎么算是“多”模。這個(gè)MM經(jīng)常和長(zhǎng)度單位毫米mm混淆。 

50/125UM，UM是微米μm的意思，有些標(biāo)注用了大寫，有些是小寫，不重要，意思是一樣的，這是長(zhǎng)度單位。125微米說(shuō)的是光纖包層的直徑，50微米是光纖波導(dǎo)直徑。  

OM3，是多模光纖標(biāo)準(zhǔn)中的其中一個(gè)類別。咱們用到的多模的光纖類別主要有OM3, OM4,OM5, 對(duì)于傳輸性能有區(qū)別，OM4比OM3的模式帶寬積更大一些，今天不展開細(xì)聊。 

再看一根光纖，放大logo

SM，Single Mode，單模的意思。 

9/125um，um微米，125微米是光纖包層的直徑，9微米是波導(dǎo)的直徑。 

G652，是單模光纖標(biāo)準(zhǔn)G.652的意思。常用的單模光纖的標(biāo)準(zhǔn)有G.652和G.654，當(dāng)然還有一些不太常用的如G.653，G.657等等。G.652標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖，還分了G.652A, G.652B, …  G.652D等細(xì)類。 

光纖其實(shí)是很細(xì)的，125微米=0.125毫米，不方便我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室拿來(lái)拿去，而且光纖是玻璃細(xì)絲，也很容易被折斷，所以大家手頭看到的光纖是層層保護(hù)后的“光纖”，剛才看到的兩根纖，外部直徑是3mm，拿在手頭就容易“捏”住。

如果是做硅光芯片封裝的，就經(jīng)常會(huì)用毛細(xì)纖，也就是能看到涂覆層這個(gè)級(jí)別，涂覆層不是光纖，而是最靠近光纖的第一個(gè)保護(hù)層，一般用樹脂涂覆在玻璃光纖的表面，通常直徑為250微米，也就是0.25毫米。

硅光芯片需要4x、8x、16x…的光纖帶，就是這個(gè)尺寸級(jí)別。有些涂覆層有顏色，有些沒(méi)有。這個(gè)尺度是頭發(fā)絲差不多細(xì)，很難看到logo，那需要從包裝盒或其他關(guān)聯(lián)的部件上去找單模多模的一些痕跡。

接下來(lái)，我基于涂覆層直徑的尺度上去解釋一下單模和多模光纖的區(qū)別。 

首先界定一下前提，下邊一段區(qū)分OM3和G652的多模單模，也就是50微米波導(dǎo)9微米波導(dǎo)直徑的差異，不是所有的單模和多模都是這個(gè)尺寸的。

涂覆層可以理解為硬塑料層，不是用來(lái)導(dǎo)光的。導(dǎo)光的是玻璃材料。

光纖是一個(gè)玻璃棒加熱拉成細(xì)絲的，這個(gè)玻璃絲的直徑125微米。也就是我們俗稱的“包層”直徑。涂覆層和包層是可以分離的，用剝線鉗就能剝?nèi)ネ扛矊印?/span>

波導(dǎo)就是能導(dǎo)光的區(qū)域，和光纖的包層是一體的，二者都是玻璃，并不能被外界分開，也無(wú)法簡(jiǎn)單通過(guò)肉眼識(shí)別。 

光波導(dǎo)和包層，是光纖制造時(shí)，通過(guò)控制材料的折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常見的工藝是在玻璃的一部分區(qū)域摻入鍺離子，有鍺離子的地方，光學(xué)折射率增大，形成波導(dǎo)區(qū)。 

再重復(fù)一下，就是現(xiàn)在常用的光纖是玻璃光纖，波導(dǎo)的工藝通過(guò)摻雜控制折射率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 換句話說(shuō)如果是塑料光纖，空芯光纖等特殊光纖的話，波導(dǎo)材料與設(shè)計(jì)就有所差異了。 

包層和波導(dǎo)都是玻璃，二者不能夠分開，是一體的。

多模光纖的波導(dǎo)直徑，OM3標(biāo)準(zhǔn)定義的是50微米，也就是0.05毫米。

單模光纖G.652的波導(dǎo)直徑是9微米，也就是0.009毫米。

這就是咱們光模塊產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)常用的多模和單模光纖的50/125um，9/125um，這兩個(gè)尺寸的來(lái)源。

多模的模式，是橫模的模式數(shù)量比較多，將波導(dǎo)直徑減小一些，只允許一個(gè)基礎(chǔ)模式傳輸?shù)脑挘褪菃文９饫w。 

50微米直徑的波導(dǎo)，容易耦合，劣勢(shì)是多模。 9微米直徑的波導(dǎo)，可以實(shí)現(xiàn)單模，劣勢(shì)是耦合損耗大，耦合難度大，耦合精度要求高，還需要精確控制光纖穩(wěn)定度，避免出現(xiàn)位移。

什么是橫模？ 光具有波動(dòng)特性，在光的傳輸方向的橫截面的光模式，就是橫模，把手電筒的光打在墻上看光斑，只有一個(gè)亮點(diǎn)，就是單模，有好多個(gè)亮點(diǎn)就是多模。

單模雖小，但只有一個(gè)模式，在光纖里的傳輸方式就很單一，性能很好，可以傳輸較長(zhǎng)距離。相比較而言，多模的模式很多（除了基礎(chǔ)模式外，其他的模稱為高階模），每一個(gè)模式在光纖里的傳輸?shù)募?xì)微路徑是不同的，就會(huì)出現(xiàn)模式和模式在傳輸一段距離后，產(chǎn)生了“模式之間的延時(shí)”，導(dǎo)致性能劣化。 

400G多模模塊，800G多模模塊，傳輸距離一般用幾十米來(lái)表示，就算是很長(zhǎng)的，也就是一兩百米就破了天荒了。 

單模光模塊，800G FR4的單模可以傳2公里，800G DR8的單模模塊可以傳500m，400G DP-QPSK的相干光模塊可以傳幾百公里甚至是幾千公里，2023年的紀(jì)錄是7000公里。

單模和多模，宏觀上區(qū)分，就是在材料結(jié)構(gòu)一致的前提下，單模的波導(dǎo)直徑更小，多模的直徑要大一些。 在學(xué)術(shù)上有明確的公式來(lái)區(qū)分的，今天科普，就不寫公式。

 再來(lái)區(qū)分一個(gè)常見表述誤區(qū)。 

單模光纖用于長(zhǎng)波長(zhǎng)，多模用于短波長(zhǎng)？ 

這句話既對(duì)也不對(duì)， 

說(shuō)它對(duì)，是標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)是這么定義的，G652的單模是1260-1650nm波長(zhǎng)，OM3的通信波導(dǎo)850nm附近。 

說(shuō)的不對(duì)，是因果倒置了。 單模并不是只能用于長(zhǎng)波長(zhǎng)，而是現(xiàn)在的單模光纖是玻璃做的，玻璃材料對(duì)于1310nm和1550nm這兩個(gè)波段的損耗是比較低的，我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)波段的激光器來(lái)遷就光纖的玻璃材料而已。 如果咱們不用實(shí)芯玻璃光纖，而是用空芯光纖，那單模的波長(zhǎng)也可以換成850nm啊，空芯光纖的低損耗窗口可以是850nm的。 

多模也可以用1260-1650nm這個(gè)波段啊，只要把波導(dǎo)直徑弄大一些就可以的。產(chǎn)業(yè)沒(méi)選是因?yàn)?260-1650nm波段的激光器比850nm的激光器貴一些，咱的多模傳輸性能很短，人家一千公里要考慮損耗，咱一百米那損耗也沒(méi)多大，要啥自行車啊，就用便宜的短波長(zhǎng)激光器吧。 

產(chǎn)業(yè)形成的單模長(zhǎng)波長(zhǎng)的應(yīng)用，源于要提高性能，總體的成本比較高。多模短波長(zhǎng)的應(yīng)用是遷就低成本方案而已。 

短波長(zhǎng)激光器，850nm-940nm，可以做成多模，也可以做成單模。 長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光器1260nm-1650nm，可以做成單模，也可以做成多模。同理，光纖可以在850nm-940nm實(shí)現(xiàn)單模通信，也可以多模通信，光纖在1260nm-1650nm可以做單模通信，也可以多模通信。 

長(zhǎng)久以來(lái)，產(chǎn)業(yè)形成了850nm短波長(zhǎng)的多模搭配，與長(zhǎng)波長(zhǎng)的單模搭配，而已，罷了。產(chǎn)業(yè)的選擇源于性價(jià)比的權(quán)衡，短波長(zhǎng)搭配多模通信價(jià)格更低，長(zhǎng)波長(zhǎng)搭配單模通信性能更好。 

空芯光纖是可以結(jié)合短波長(zhǎng)的低成本和單模的高性能的優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是空芯光纖很難制造。

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