單模光纖
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2021-02-27
單模光纖的實例教程
圖4：單多模光纖傳輸距離對比
從圖表中可以看出，在1G和10G速率下，單模光纖的傳輸距離比多模光纖的傳輸距離遠的多，那么數據中心為什么不全部采用單模光纖呢？這是由于數據中心的建設以短距離傳輸為主，在短距離傳輸環境下，多模光纖與單模光纖的性能一致，但成本更低；同時，OM3、OM4多模光纖能支持更高的速率，在目前高速率網絡時代，多模光纖的需求量也不容小覷。
三、單模光纖和多模光纖的成本對比
上面提到了多模光纖的成本比單模光纖低，這主要是由于設備硬件成本產生的，比如光源的成本差異，材質的成本差異。
同樣采用多模光纖系統和單模光纖系統的成本差異也類似，多模光纖系統搭建成本比單模系統低。以飛速(FS)的解決方案為例，一套多模傳輸系統的成本（多模光模塊和跳線）在3300元至5300元不等，而一套單模傳輸系統（單模光模塊和跳線）的成本通常會超過6700元，價格差在1000元以上。
四、單模光纖和多模光纖常見問答
1、單模光纖和多模光纖可以混合使用嗎？
一般情況下不可以，單模光纖與多模光纖的傳輸模式不一樣，如果將兩根光纖混合或直接連接在一起，會造成鏈路損耗，產生線路抖動。不過通過單多模轉換跳線，可以將單模和多模鏈路連接起來。
2、可以在單模光纖上使用多模光模塊嗎？在多模光纖上使用單模光模塊呢？
單模光纖上不能使用多模光模塊，會產生較大的損耗；在多模光纖上可以使用單模光模塊，但是需要使用到光纖收發器轉換光纖類型，例如，通過使用光纖收發器，1000BASE-LX單模光模塊可以在多模光纖上運行，如下圖。光纖收發器也可用于解決單模光模塊和多模光模塊之間的連接問題。
3、單模光纖與多模光纖應該如何選擇？
在單模光纖和多模光纖的選擇上，應根據實際傳輸距離和成本進行考慮。
展開 在頭3000英尺的距離下，多模光纖可能損失其LED光信號強度的50%，而單模在同樣距離下只損失其激光信號的6.25%。
單模的帶寬潛力使其成為高速和長距離數據傳輸的唯一選擇。最近的測試表明，在一根單模光纜上可將40G以太網的64信道傳輸長達2，840英里的距離。
在安全應用中，選擇多模還是單模的最常見決定因素是距離。如果只有兒英里，首選多模，因為LED發射/接收機比單模需要的激光便宜得多。如果距離大于5英里，單模光纖最佳。另外一個要考慮的問題是帶寬;如果將來的應用可能包括傳輸大帶寬數據信號，那么單模將是最佳選擇。
單模光纖只有單一的傳播路徑，一般用于長距離傳輸，多模光纖有多種傳播路徑，多模光纖的帶寬為50MHz~500MHz/Km，單模光纖的帶寬為2000MHz/Km，光纖波長有850nm，1310nm和1550nm等。850nm波長區為多模光纖通信方式；1550nm波長區為單模光纖通信方式；1310nm波長區有多模和單模兩種；850nm的衰減較大，但對于2~3MILE（1MILE=1604m）的通信較經濟。光纖尺寸按纖維直徑劃分有50μm緩變型多模光纖、62.5μm緩變增強型多模光纖和8.3μm突變型單模光纖，光纖的包層直徑均為125μm，故有62.5/125μm、50/125μm、9/125μm等不同種類。
光纜外套標識，50/125,62.5/125為多模，9/125(g652)為單模光纖可磨接后用100/200倍放大鏡察看，一個小黑點的是單模，大一點有雙環的是多模。纖芯在熔接機內也能分辯出，在熔接機顯示器看中間是空的是單模，看上去一體的是多模。
簡單的用途區別：多模一般應用在園區內較近的地方之間；
單模傳輸距離較遠，一般應用在電信領域。
展開 仿真是選擇BeamPROP模塊的波束包絡法對偏心單模光纖進行仿真，圖1為仿真模型，紅色柱體為單模光纖的包層，包層折射率為1.45，藍色和綠色為單模光纖的纖芯，纖芯折射率為1.46。其中藍色纖芯與綠色纖芯相偏差4μm。建立好模型設置好參數后，設置路徑，并且對路徑的能量進行監測。
圖1 偏心單模光纖建模圖
如圖2分別波長1550nm和1560nm的偏心結構的縱向功率分布圖，光源從纖芯輸入，到中間偏心部分后光被分成兩部分一部分進入纖芯，另一部分進入包層，然后纖芯中的光和包層中的光再匯入單模光纖，由于纖芯和包層的折射率不同，所以傳播相等距離后兩部分匯聚的光會產生光程差，從而產生馬赫—曾德干涉儀(Mach-Zehnder; inter-ferometer)。
圖2 縱向功率分布圖
通過掃描多個波長的縱向功率分布，最后可以得出1560~1650nm波長范圍干涉儀的透射光譜，仿真得到透射光譜如圖3所示，從圖中可以看出透射譜有明顯的干涉峰，可以作為傳感的參考點。當外界環境或者光線自身發生微小變化時參考峰發生移動，從而實現傳感。
圖3 透射光譜
最后對模型進行優化，可以改變偏移量、長度、光線類型等，最后求出合適的模型結構，提高靈敏度。如圖4是將偏芯光纖長度縮短為一半仿真出的透射譜，偏芯長度越短，自由光譜范圍約小。
圖4 優化后的透射光譜
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展開 模式色散會使多模光纖的帶寬變窄，降低了其傳輸容量，因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。
多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑約在50μm左右。
2）單模光纖
當光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與光波長相近時，如芯徑d1 在5～10μm范圍，光纖只允許一種模式（基模HE11）在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。
由于它只有一種模式傳播，避免了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用于大容量的光纖通信。因此，要實現單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿足一定的條件，通過公式計算得出，對于NA=0.12 的光纖要在λ=1.3μm以上實現單模傳輸時，光纖纖芯的半徑應≤4.2μm，即其纖芯直徑d1≤8.4μm。
由于單模光纖的纖芯直徑非常細小，所以對其制造工藝提出了更苛刻的要求。
2 、使用光纖有哪些優點？
1) 光纖的通頻帶很寬，理論可達30T。
2) 無中繼支持長度可達幾十到上百公里，銅線只有幾百米。
3) 不受電磁場和電磁輻射的影響。
4) 重量輕，體積小。
5) 光纖通訊不帶電，使用安全可用于易燃，易暴等場所。
6) 使用環境溫度范圍寬。
7) 使用壽命長。
3 、如何選擇光纜？
光纜的選擇除了根據光纖芯數和光纖種類以外，還要根據光纜的使用環境來選擇光纜的結構和外護套。
1）戶外用光纜 直埋時，宜選用松套鎧裝光纜。架空時，可選用帶兩根或多根加強筋的黑色PE外護套的松套光纜。
2）建筑物內用的光纜在選用時應選用緊套光纜并注意其阻燃、毒和煙的特性。
展開 在案例中，計算了帶有摻雜二氧化硅芯的圓柱形光纖的基本傳播模式。
磁芯具有相對介電常數和直徑。包層具有相對介電常數和直徑。我們假定磁場的切向分量在外邊界上消失。我們想在1.5附近找到兩個本征模，這是我們對有效折射率的最初猜測。基本示例propagation Mode中給出了輸入文件所需參數的詳細描述。
下圖顯示了兩個計算本征模的電場的z分量(對數尺度下)。兩者都屬于相同的有效折射率，屬于雙重簡并。特征值存儲在文件eigenvalues.jcm中。
之后彎曲單模光纖教程會說明如何計算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
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設計任務
系統構建板塊-導入透鏡文件
透鏡系統,例如本應用程序中的耦合透鏡,既可以由用戶從頭配置，也可以由制造商提供的信息導入。
系統構建模塊-光纖效率探測器
單模光纖耦合效率檢測器將效率計算為輸入場和光纖的（單）特征模的歸一化重疊積分。請注意，顧名思義，這種檢測器只適用于單模光纖。
總結——元器件
幾何光學焦距下的場追跡分析
首先利用VirtualLabFusion中的場追跡找到球形透鏡的焦距。
光纖耦合裝置的容差分析16天前
然而，光纖的耦合效率通常對系統對準極為敏感，尤其是對于纖芯直徑相對較小的單模光纖。這個例子選擇了一個設計良好的光纖耦合透鏡，并根據不同的容差因素來評估耦合效率，例如光纖末端位置的偏移和耦合透鏡的傾斜。
我們將從正常端面的單模接收光纖開始模擬（其中端面垂直于光纖光軸）。起始文件可在此處找到：“\Documents\Zemax\Samples\Sequential\Interconnects\Conic interconnect.zmx”。
在這個案例中光源為單模光纖輸出的高斯光源，波長1064nm，束寬為3.3μm. 通過疊加準直透鏡透過率函數和軸錐鏡透過率函數生成HOE的結構，利用探測器探查后方光場的分布。
圖1. HOE產生具有長焦深的貝塞爾光束
建模過程
光路編輯器如圖2所示，HOE放置在光源后方1.5mm位置，在HOE后700μm處放置了一個探測平面。
什么是波導？2個月前
單模光纖與多模光纖的對比
在光纖波導中，光可以以單模傳播，也可以按多模傳播。單模光纖的纖芯非常小，而多模光纖的纖芯則更大。單模光纖較小的纖芯只支持有限的傳播模，因此其被廣泛應用于硅光子學和長距離光通信，實現光（以及其承載信息）的遠程高效傳輸。但是，由于纖芯較小，光線很難進入波導，需要專用激光器和光學組件讓光以脈沖的形式進入光纖。
1.仿真任務
本課程演示了在由SMF（單模光纖）組成的500km光鏈路上以10Gb/s傳輸的平均光孤子系統。
光孤子通信系統脈沖器進行編碼調制，通過光功率放大器(如EDFA)對傳輸過程中信號能力衰耗進行補償、并在光纖中進行傳輸，光纖中的非線性效應抵消色散的脈沖展寬，使光孤子信號在長距離光纖穩定傳輸。
2.仿真步驟
圖1所示為光路圖。
在OpticStudio中設計LGL光譜儀
系統設置
在本例中，假設進入光譜儀的光來自單模光纖。因此，可以將入射針孔作為點光源進行建模。因此，在系統選項(System Explorer)中，孔徑類型(Aperture Type)設置為物方空間NA(Object Space NA)，孔徑值(Aperture Value)設置為0.12。此設置對應于光纖的接收角。
對于任意的WDM信號，OptiSystem采用一種非線性色散傳播的單模光纖模型，用以說明信號的振幅和相位受影響的現象和效果。在很大的條件范圍內，這個模型都可以真實的預測波形的失真、眼圖的退化和信號的其它要素。
(3) 接收器
用戶可以依據光探測器輸入端的混合信號來選擇不同的模型。如果噪聲用概率密度函數（PSD）來描述，PIN或者APD將采用基于高斯近似的準分析模型來計算噪聲的作用。
