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2025-06-24
一般問這個問題的，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，這些人的實驗室的桌面上會攤著很多很多的光纖，經(jīng)常需要找到單?；蚨嗄９饫w，來搭建測試環(huán)境調(diào)測光學(xué)參數(shù)。
能夠經(jīng)常被拿來拿去的光纖，以短跳纖居多，這一類場景可以通過跳纖的logo或顏色來識別。
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，多模的簡寫。一會兒我再解釋什么是光纖的模式，怎么算是“多”模。這個MM經(jīng)常和長度單位毫米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，這是長度單位。125微米說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)中的其中一個類別。咱們用到的多模的光纖類別主要有OM3, OM4,OM5, 對于傳輸性能有區(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。
光纖其實是很細(xì)的，125微米=0.125毫米，不方便我們在實驗室拿來拿去，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)常會用毛細(xì)纖，也就是能看到涂覆層這個級別，涂覆層不是光纖，而是最靠近光纖的第一個保護(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，就是這個尺寸級別。有些涂覆層有顏色，有些沒有。這個尺度是頭發(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，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尺寸的。
涂覆層可以理解為硬塑料層，不是用來導(dǎo)光的。導(dǎo)光的是玻璃材料。
光纖是一個玻璃棒加熱拉成細(xì)絲的，這個玻璃絲的直徑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，也無法簡單通過肉眼識別。
光波導(dǎo)和包層，是光纖制造時，通過控制材料的折射率來實現(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)的工藝通過摻雜控制折射率來實現(xiàn)的。 換句話說如果是塑料光纖，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，這兩個尺寸的來源。
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，只允許一個基礎(chǔ)模式傳輸?shù)脑?，就是單模光纖。
50微米直徑的波導(dǎo)，容易耦合，劣勢是多模。 9微米直徑的波導(dǎo)，可以實現(xiàn)單模，劣勢是耦合損耗大，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，只有一個亮點，就是單模，有好多個亮點就是多模。
單模雖小，但只有一個模式，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），每一個模式在光纖里的傳輸?shù)募?xì)微路徑是不同的，就會出現(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”，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表示，就算是很長的，也就是一兩百米就破了天荒了。
單模光模塊，800G FR4的單?？梢詡?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)上有明確的公式來區(qū)分的，今天科普，就不寫公式。
再來區(qū)分一個常見表述誤區(qū)。
單模光纖用于長波長，多模用于短波長？
這句話既對也不對，
說它對，是標(biāo)準(zhǔn)確實是這么定義的，G652的單模是1260-1650nm波長，OM3的通信波導(dǎo)850nm附近。
說的不對，是因果倒置了。 單模并不是只能用于長波長，而是現(xiàn)在的單模光纖是玻璃做的，玻璃材料對于1310nm和1550nm這兩個波段的損耗是比較低的，我們設(shè)計這個波段的激光器來遷就光纖的玻璃材料而已。 如果咱們不用實芯玻璃光纖，而是用空芯光纖，那單模的波長也可以換成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這個波段啊，只要把波導(dǎo)直徑弄大一些就可以的。產(chǎn)業(yè)沒選是因為1260-1650nm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多大，要啥自行車啊，就用便宜的短波長激光器吧。
產(chǎn)業(yè)形成的單模長波長的應(yīng)用，源于要提高性能，總體的成本比較高。多模短波長的應(yīng)用是遷就低成本方案而已。
短波長激光器，850nm-940nm，可以做成多模，也可以做成單模。 長波長的激光器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。
長久以來，產(chǎn)業(yè)形成了850nm短波長的多模搭配，與長波長的單模搭配，而已，罷了。產(chǎn)業(yè)的選擇源于性價比的權(quán)衡，短波長搭配多模通信價格更低，長波長搭配單模通信性能更好。
空芯光纖是可以結(jié)合短波長的低成本和單模的高性能的優(yōu)勢。缺點是空芯光纖很難制造。
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