多模光纖的案例
什么情況選單模光纖，什么情況選多模光纖，哪個更合適？
在當今網絡建設中，光纖由于速率高、速度快得到了廣泛的應用，其中以單模光纖和多模光纖最為普遍。關于這兩種光纖類型的區別、應用等方面仍然有很多疑問，接下來將從兩者的基本結構、傳輸距離、成本等方面深入分析單模光纖和多模光纖的差別。
一、單模光纖和多模光纖基本結構對比
光纖的基本結構一般由外護套、包層、纖芯、光源組成，單模光纖和多模光纖存在以下不同點：
外護套顏色差異
在實際應用中，光纖的外護套顏色可用來快速區分單模光纖和多模光纖。根據TIA-598C標準定義，單模光纖OS1、OS2采用黃色外護套，多模光纖OM1、OM2采用橙色外護套，OM3、OM4采用水藍色外護套（在非軍事用途下）。
圖1：單多模光纖外護套顏色
纖芯的直徑差異
多模光纖和單模光纖在纖芯直徑上有明顯差異，多模光纖的纖芯直徑通常是50或62.5μm，單模光纖的纖芯直徑是9μm。鑒于這種區別，單模光纖在較窄的芯徑上只能傳輸波長為1310nm或1550nm的光信號，但纖芯小帶來的好處是，光信號在單模光纖中沿著直線傳播，不會發生折射，色散較小，帶寬高；多模光纖纖芯寬，它可以在給定的工作波長上傳輸多種模式，但同時由于多模光纖中傳輸的模式多達數百個，各個模式的傳播常數和群速率不同，使光纖的帶寬窄，色散大，損耗也大。
圖2：單多模光纖纖芯直徑圖
備注：大多數光纖的標準包層直徑是125um，標準外保護層直徑是245um，不區分單多模。
光源的差異
光源通常有激光光源和LED光源兩種。單模光纖采用激光光源，多模光纖采用LED光源。
圖3：單多模光纖光源圖
二、單模光纖和多模光纖傳輸距離對比
眾所周知，單模光纖適用于長距離傳輸，多模光纖適用于短距離傳輸，下表展示了不同種類的單多模光纖具體的傳輸距離。
展開 多模光纖和單模光纖區別
6、從單模光纖通信技術誕生之日起，就意味著多模光纖通信方式的淘汰。目前用多模光纖傳輸的已經很少了，只是因為市場的慣性而延續至今，對光纖通信這一行業的人來說，這早已是不爭的事實。我們認為應該本照著對用戶負責，對用戶長遠需求負責的精神提出合理建議
根據傳輸點模數的不同，光纖可分為單模光纖和多模光纖。所謂"模"是指以一定角速度進入光纖的一束光。單模光纖采用固體激光器做光源，多模光纖則采用發光二極管做光源。多模光纖允許多束光在光纖中同時傳播，從而形成模分散(因為每一個“模”光進入光纖的角度不同它們到達另一端點的時間也不同，這種特征稱為模分散。)，模分散技術限制了多模光纖的帶寬和距離，因此，多模光纖的芯線粗，傳輸速度低、距離短，整體的傳輸性能差，但其成本比較低，一般用于建筑物內或地理位置相鄰的環境下。單模光纖只能允許一束光傳播，所以單模光纖沒有模分散特性，因而，單模光纖的纖芯相應較細，傳輸頻帶寬、容量大，傳輸距離長，但因其需要激光源，成本較高。
多模光纖
多模光纖中光信號通過多個通路傳播;通常建議在距離不到英里時應用。
多模光纖從發射機到接收機的有效距離大約是5英里。可用跟離還受發射/接收裝置的類型和質量影響;光源越強、接收機越靈敏，距離越遠。研究表明，多模光纖的帶寬大約為4000Mb/s。
制造的單模光纖是為了消除脈沖展寬。由于纖芯尺寸很小(7-9微米)，因此消除了光線的跳躍。在1310和1550nm波長使用聚焦激光源。這些激光直接照射進微小的纖芯、并傳播到接收機，沒有明顯的跳躍。如果可以把多模比作獵愴，能夠同時把許多彈丸裝人槍筒，那么單模就是步木倉，單一光線就像一顆子彈。
單模光纖
單模光纖的纖芯較細，使光線能夠直接發射到中心。建議距離較長時采用。
另外，單模信號的距離損失比多模的小。
展開 Ansys Zemax｜多模光纖耦合
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本文展示了利用幾何圖像分析特性來計算多模光纖耦合效率的方法。
還有使用IMAE操作數優化多模光纖耦合效率的方法。該方法只適用于包含大量模式的多模光纖。
簡介
我們可以使用OpticStudio中的幾何圖像分析（Geometric Image Analysis）來計算多模光纖的耦合效率。
如果想使用幾何光線來模擬多模光纖耦合，那么光纖的纖芯直徑至少要比波長大10倍以上，這樣纖芯可以支持很多很多的橫模。如果光纖是可以傳播二階或三階模的少模光纖，那我們必須使用物理光學來進行光纖耦合分析。在這篇文章中，“多模”定義為光纖支持太多種橫模了，以至于光纖可以被視為一個導光管。
當在物面上定義了一個具有確定尺寸和形狀的擴展光源后，幾何圖像分析可以生成任何表面的輻照度分布。此外，如果光線入射到待測面時的角度大于設定的閾值時，它可以過濾掉這部分光線。使用示例文件，我們將演示如何使用幾何圖像分析功能來計算多模光纖耦合效率。
使用幾何圖像分析計算多模光纖耦合效率
下載并打開本文示例文件。該系統模擬的是將光耦合到纖芯半徑為0.1 mm、數值孔徑為0.2的多模光纖中。現在，我們先暫時忽略空氣與玻璃分界面上(包括光纖上的分界面)產生的菲涅爾(反射)損耗。
纖芯的尺寸是通過在圖像表面上指定半徑為0.1 mm的圓型孔徑來模擬的。在此文件中，孔徑類型為“浮動（Floating）”，圓型孔徑的大小是用像面的半徑來控制的。
在分析選項卡（Analysis）>擴展場景分析（Extended Scene Analysis）>幾何圖像分析（Geometeric Image Analysis）下打開幾何圖像分析窗口：幾何圖像分析可以產生在任何表面的輻照度，從一個擴展的源與特定的尺寸和形狀在物體表面。
展開 Ansys Zemax | 多模光纖耦合
本文展示了利用幾何圖像分析特性來計算多模光纖耦合效率的方法。
還有使用IMAE操作數優化多模光纖耦合效率的方法。該方法只適用于包含大量模式的多模光纖。
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簡介
我們可以使用OpticStudio中的幾何圖像分析（Geometric Image Analysis）來計算多模光纖的耦合效率。
如果想使用幾何光線來模擬多模光纖耦合，那么光纖的纖芯直徑至少要比波長大10倍以上，這樣纖芯可以支持很多很多的橫模。如果光纖是可以傳播二階或三階模的少模光纖，那我們必須使用物理光學來進行光纖耦合分析。在這篇文章中，“多模”定義為光纖支持太多種橫模了，以至于光纖可以被視為一個導光管。
當在物面上定義了一個具有確定尺寸和形狀的擴展光源后，幾何圖像分析可以生成任何表面的輻照度分布。此外，如果光線入射到待測面時的角度大于設定的閾值時，它可以過濾掉這部分光線。使用示例文件，我們將演示如何使用幾何圖像分析功能來計算多模光纖耦合效率。
使用幾何圖像分析計算多模光纖耦合效率
下載并打開本文示例文件。該系統模擬的是將光耦合到纖芯半徑為0.1 mm、數值孔徑為0.2的多模光纖中。現在，我們先暫時忽略空氣與玻璃分界面上(包括光纖上的分界面)產生的菲涅爾(反射)損耗。
纖芯的尺寸是通過在圖像表面上指定半徑為0.1 mm的圓型孔徑來模擬的。在此文件中，孔徑類型為“浮動（Floating）”，圓型孔徑的大小是用像面的半徑來控制的。
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RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第四部分）
對于具有大 V 的階躍折射率光纖，在計算兩個偏振方向時，可以使用以下公式進行估算：
具有較少導模的光纖，例如 V 數在 3 到 10 之間的光纖，有時稱為少模光纖。
如果需要傳輸空間相干性差的光，則需要多模光纖。例如，典型的高功率激光二極管的輸出就是這種情況，例如二極管條。盡管它們的輸出功率只有很小一部分可以發射到單模光纖中，但對于纖芯足夠大和/或 NA 高的多模光纖來說，發射效率非常高。另一個例子是使用發光二極管( LED ) 代替激光二極管作為光纖鏈路中的廉價信號源。其他應用存在成像，例如；圖像信息的傳輸需要具有多種空間模式的設備。
多模光規格
多模光纖的基本規格包括多模光纖的芯徑和外徑。常見的電信光纖（中距離光纖通信用光纖）為50/125 μm 和62.5/125 μm 光纖，芯徑分別為50 μm 或62.5 μm，包層直徑為125 μm。這種光纖支持數百種導模。 也可以使用具有甚至更大的芯直徑（數百微米）的大芯光纖。
將光發射到多模光纖中
與單模光纖相比，多模光纖更容易發射光，尤其是在它支持多種導模的情況下。為了高效啟動，必須滿足兩個條件：
輸入光基本上應該只照射核心，而不是包層。
輸入光不應包含大量以大于 arcsin NA 的角度傳播的功率。
如果輸入光的 M 2 因子足夠小，則可以同時滿足這兩個條件。有效發射具有超高斯輪廓的光束的最大 M 2因子可以從以下公式估算：
如果光功率很好地分布在所有模式上，這實際上是來自光纖的近似光束品質因數。
展開 弱電人如何選擇單模光纖與多模光纖？
終將渡過成長的海
01
正文
1 、什么是單模與多模光纖？他們的區別是什么？
單模與多模的概念是按傳播模式將光纖分類──多模光纖與單模光纖傳播模式概念。我們知道，光是一種頻率極高（3×1014Hz）的電磁波，當它在光纖中傳播時，根據波動光學、電磁場以及麥克斯韋式方程組求解等理論發現：
當光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長時，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播，如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等（其中m、n=0、1、2、3、……）。
其中HE11模被稱為基模，其余的皆稱為高次模。
1）多模光纖
當光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑d1）遠遠大于光波波長時（約1μm），光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式具有不同的傳播速度與相位，導致長距離的傳輸之后會產生時延、光脈沖變寬。這種現象叫做光纖的模式色散（又叫模間色散）。
展開 弱電人必學的單模光纖與多模光纖知識
價格：多模的便宜，單模的貴
距離：多模的小于2KM，單模的能傳100KM左右
波長：多模850/1310NM，單模1310/1550NM
備注：多模收發器和多模光纖對應, 單模和單模對應, 不能混用。
RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第六部分）
本教程包含以下部分：
① 玻璃光纖中的導光
② 光纖模式
③ 單模光纖
④ 多模光纖
⑤ 光纖末端
⑥ 光纖接頭
⑦ 傳播損耗
⑧ 光纖耦合器和分路器
⑨ 偏振問題
⑩ 光纖的色散
? 光纖的非線性
? 光纖中的超短脈沖和信號
? 附件和工具
這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 6 部分
第六部分：光纖接頭
纖維接頭的類型
光纖可以連接在一起，從而使光有效地從一根光纖傳輸到另一根光纖。有多種可能性：
機械拼接是指通過一些機械手段將兩個光纖末端緊緊地固定在一起。這通常用于永久連接，但也可以在不損壞光纖末端的情況下拆除接頭。
另一種技術是熔接，其中纖維熔接在一起，例如使用電弧。如果兩個光纖纖芯相似，這會導致插入損耗特別低，回波損耗特別高。
對于非永久性連接，也可以使用光纖連接器（見下文）。
圖 1：光子晶體光纖（ PCF，左側）和傳統光纖（右側） 之間熔接的顯微鏡想象。可以看到 PCF 的孔圖案。照片由 NKT Photonics 友情提供。
不完美光纖接頭的耦合損耗
一個常見問題是耦合損耗有多大，例如在機械接頭處，當存在某種缺陷時，例如：
纖芯的平行偏移，
纖維軸方向之間的偏差，
核心尺寸不匹配，或
光纖末端之間的氣隙。
事實證明，對于單模和多模光纖，有些答案是完全不同的。
單模光纖
計算單模光纖的耦合損耗相對容易。本質上，來自第一根光纖（輸入）的導模在第二根光纖中產生了一些幅度分布，這可能會有些位移，例如，由于不完美的拼接。現在可以將耦合效率計算為該幅度分布與第二根光纖的導模之間的重疊積分。（不需要數值光束傳播。）
展開 RP Fiber Power 多模光纖放大器
多模光纖放大器
文件：Yb amplifier, multimode fiber .fpw
考慮多模光纖，并給定折射率分布及Yb的摻雜分布。腳本程序首先計算了傳導信號模式。其次，定義了抽運信號（設定抽運功率集中于LP01模），信號光的波長及其導波模式（忽略偏振態的差異）。
圖1為徑向模式函數曲線，表現了每個模式的增益。
圖2為所有信道功率的變化。
?RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—多模光纖放大器
考慮多模光纖，并給定折射率分布及Yb的摻雜分布。腳本程序首先計算了傳導信號模式。其次，定義了抽運信號（設定抽運功率集中于LP01模），信號光的波長及其導波模式（忽略偏振態的差異）。
圖1為徑向模式函數曲線，表現了每個模式的增益。
圖2為所有信道功率的變化。
VirtualLab | 通過多模光纖傳播
多模光纖是大多數光通信技術的組成部分.
對于此類結構的完整建模，光纖模式及其干擾的準確傳播是必要的。在 VirtualLab Fusion 中，可以使用貝塞爾多項式和拉蓋爾多項式來描述單芯光纖和漸變折射率光纖的光纖模式。所產生的模式也可以在同時考慮如大氣湍流等額外的影響下傳播。
LP光纖模式計算器
光纖模式計算器可用于計算具有單芯的階躍折射率光纖或具有無限拋物線輪廓的漸變折射率光纖中的線性偏振 (LP) 傳播模式.
大氣湍流下的少模光纖耦合
在這個案例中，我們重現了 Zheng 等人的實驗。[pt. Express 24 (2016)] 探討大氣湍流對自由空間光束與少模光纖耦合效率的影響.
展開 
OpTaliX | 使用單模和多模光纖計算耦合效率
OpTaliX使用單模和多模光纖計算耦合效率。在多模情況下，階躍折射率光纖或梯度折射率光纖支持的所有模式都在接收光纖中計算。在源光纖中，使用基本模式。
多模階躍折射率光纖：
瀏覽所有退出的模式
光纖參數為：n1 = 1.51,
n2 = 1.5, ra = 0.025mm, l = 1.55mm.
多模梯度折射率光纖：
瀏覽前36種模式
光纖參數為：n1 = 1.51,
n2 = 1.5, ra = 0.025mm, l = 1.55mm.
顯示的模式來自 (m,n) = (0,0) to (m,n) = (5,5).
聯合光學科技有限公司是一家專業的光學產品與軟件研發、銷售及技術咨詢服務的公司。涉及領域包括幾何光學，物理光學等方面的模擬和仿真，已蛻變為一家國際化的高科技專業技術服務公司。為廣大客戶提供全方位的光學軟件產品服務和專業化的軟件課程培訓。
聯合光學
技術交流
長按識別二維碼
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第七部分）
例如，考慮光纖半徑為 20 μm 且數值孔徑為 0.05 的少模光纖。作為測試，我們排列光纖，使彎曲沿光纖長度變得越來越緊：反曲率半徑隨傳播距離線性增加。發射的光完全都處于基本模式。
圖 2： 沿光纖增加彎曲的幅度分布。使用 RP Fiber Power 軟件 對光束傳播進行數值模擬。
圖 2 顯示了 yz 平面中的模擬幅度分布。可以看到模式變得更多并轉移到一側（彎曲曲線的外側），變得非常小，最后損失更多和光到包層。在中間（z = 100 mm），彎曲半徑已達到 50 mm；這大約是臨界彎曲半徑。
對于 LP 11模式，彎曲損耗引起的衰減變得更加嚴重，如圖 3 所示。這里，彎曲損耗設置得較早，基本上所有功率在 120 mm 之后都已經損失。
圖 3： 與圖 2 相同，但針對 LP 11模式。
通常，對于高階模式，臨界彎曲半徑要大得多。（這有時被用來濾除高階模式。）圖 4 顯示了所有模式的數值模擬彎曲損耗如何取決于彎曲半徑：
圖 4： 彎曲損耗與光纖不同導模的彎曲半徑的函數關系。
下一期將介紹第七部分：傳播損耗
敬請關注！
展開 OpTaliX | 使用單模和多模光纖計算耦合效率
OpTaliX使用單模和多模光纖計算耦合效率。在多模情況下，階躍折射率光纖或梯度折射率光纖支持的所有模式都在接收光纖中計算。在源光纖中，使用基本模式。
多模階躍折射率光纖：
瀏覽所有退出的模式
光纖參數為：n1 = 1.51,
n2 = 1.5, ra = 0.025mm, l = 1.55mm.
多模梯度折射率光纖：
瀏覽前36種模式
光纖參數為：n1 = 1.51,
n2 = 1.5, ra = 0.025mm, l = 1.55mm.
顯示的模式來自 (m,n) = (0,0) to (m,n) = (5,5).
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展開 通過多模光纖傳播
多模光纖是大多數光通信技術的組成部分.
對于此類結構的完整建模，光纖模式及其干擾的準確傳播是必要的。 在 VirtualLab Fusion 中，可以使用貝塞爾多項式和拉蓋爾多項式來描述單芯光纖和漸變折射率光纖的光纖模式。 所產生的模式也可以在同時考慮如大氣湍流等額外的影響下傳播。.
LP光纖模式計算器
光纖模式計算器可用于計算具有單芯的階躍折射率光纖或具有無限拋物線輪廓的漸變折射率光纖中的線性偏振 (LP) 傳播模式.
大氣湍流下的少模光纖耦合
在這個案例中，我們重現了 Zheng 等人的實驗。 [pt. Express 24 (2016)] 探討大氣湍流對自由空間光束與少模光纖耦合效率的影響.
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