單模光纖(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光纖。因此，其模間色散很小，適用於遠程通訊，但還存在著材料色散和波導色散，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩定性要好。後來又發現在1.31μm波長處，單模光纖的材料色散和波導色散一為正、一為負，大小也正好相等。這樣，1.31μm波長區就成了光纖通信的一個很理想的工作視窗，也是現在實用光纖通信系統的主要工作波段1.31μm常規單模光纖的主要參數是由國際電信聯盟ITU－T在G652建議中確定的，因此這種光纖又稱G652光纖。
單模光纖相比於多模光纖可支持更長傳輸距離，在100Mbps的乙太網以至1G千兆網，單模光纖都可支持超過5000m的傳輸距離。
從成本角度考慮，由於光端機非常昂貴，故採用單模光纖的成本會比多模光纖光纜的成本高。
折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有8~10 μm，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因為這種光纖只能傳輸一個模式（兩個偏振態簡併），所以稱為單模光纖，其信號畸變很小。
基本介紹
- 中文名：單模光纖
- 外文名：SingleModeFiber
- 分類：網路傳輸設備
- 定義：只傳單一基模的光纖
簡介,分類,主要區別,參數對比,研製歷程,特性參數,光纖波長,套用情況,
簡介
"單模光纖" 在學術文獻中的解釋：一般v小於2.405時,光纖中就只有一個波峰通過,故稱為單模光纖,它的芯子很細,約為8一10微米,模式色散很小.影響光纖傳輸頻寬度的主要因素是各種色散,而以模式色散最為重要,單模光纖的色散小,故能把光以很寬的頻帶傳輸很長距離。
單模光纖具備10 micron的芯直徑，可容許單模光束傳輸，可減除頻寬及振模色散(Modal dispersion)的限制，但由於單模光纖芯徑太小，較難控制光束傳輸，故需要極為昂貴的雷射作為光源體，而單模光纜的主要限制在於材料色散(Material dispersion)，單模光纜主要利用雷射才能獲得高頻寬，而由於LED會發放大量不同頻寬的光源，所以材料色散要求非常重要。
圖1 單模光纖從成本角度考慮，由於光端機非常昂貴，故採用單模光纖的成本會比多模光纖電纜的成本高。
單模光纖（SingleModeFiber, SMF）
單模光纖與多模光纖相比較，芯徑細很多，僅為8～10μm。因只傳一個模式，無模間色散，總色散小，頻寬寬。單模光纖使用在1.3～1.6μm的波長區域，通過對光纖折射率分布的適當設計，並選用純度很高的材料製備比纖芯大7倍的包層，可在此波段同時實現最低損耗與最小色散。
單模光纖用於長距離、大容量光纖通信系統，光纖局部區域網和各種光纖感測器中。
分類
652單模光纖
滿足ITU-T.G.652要求的單模光纖，常稱為非色散位移光纖，其零色散位於1.3um視窗低損耗區，工作波長為1310nm（損耗為0.36dB/km）。我國已敷設的光纖光纜絕大多數是這類光纖。隨著光纖光纜工業和半導體雷射技術的成功推進，光纖線路的工作波長可轉移到更低損耗（0.22dB/km）的1550nm光纖視窗。
單模光纖和多模光纖
單模光纖和多模光纖653單模光纖
滿足ITU-T.G.653要求的單模光纖，常稱色散位移光纖（DSF=Dispersion Shifled Fiber），其零色散波長移位到損耗極低的1550nm處。這種光纖在有些國家，特別在日本被推廣使用，我國京九幹線上也有所採納。美國AT&T早期發現DSF的嚴重不足，在1550nm附近低色散區存在有害的四波混頻等光纖非線性效應，阻礙光纖放大器在1550nm視窗的套用。但在日本，將色散補償技術*用於G.653單模光纖線路，仍可解決問題，而且未見有日本的G.655光纖，似屬個謎。
655單模光纖
滿足ITU-T.G.655要求的單模光纖，常稱非零色散位移光纖或NZDSF（=NonZero Dispersion Shifted Fiber）。屬於色散位移光纖，不過在1550nm處色散不是零值（按ITU-T.G.655規定，在波長1530-1565nm範圍對應的色散值為0.1-6.0ps/nm*km），用以平衡四波混頻等非線性效應。商品光纖有如AT&T的TrueWave光纖，Corning的SMF-LS光纖（其零色散波長典型值為1567.5nm，零色散典型值為0.07ps/nm2*km）以及Corning的LEAF光纖。我國的"大寶實"光纖等。
單模光纖
單模光纖主要區別
這些都是ITU給光纖規定的標準種類：
G.651是多模光纖。
G.652是常規單模光纖，零色散點在1300nm，此點色散最小；同時根據PMD又分為G. 652A、B、C、D四種。
G. 653是色散位移光纖（DSF），以1550nm為零色散點，原理是通過波導色散進行色散平移，使低損耗與零色散在同一工作波長上。但同時零色散不利於多信道WDM傳輸，因為當復用的信道數較多時，信道間距較小，這時就會產生一種稱為四波混頻（FWM）的非線性光學效應，這種效應使兩個或三個傳輸波長混合，產生新的、有害的頻率分量，導致信道間發生串擾。如果光纖線路的色散為零，FWM的干擾就會十分嚴重；如果有微量色散，FWM干擾反而會減小，針對這一現像，科學家們研製了一種新型光纖，NZ-DSF。
G. 654光纖是超低損耗光纖，主要用於跨洋光纜，其纖芯是純二氧化矽，而普通的光纖纖芯要摻鍺。在1550nm附近的損耗最小，僅為0.185dB/km，但在此區域色散比較大，約17～20 ps/〔nm*km〕，在1300nm波長區域色散則為零。
G. 655光纖是非零色散位移光纖（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特點是1550nm的色散接近零，但不是零。是一種改進的色散位移光纖，以抑制四波混頻。
G. 656光纖是未來導向光纖，G656的工作波長明顯增大，包括S，C和L波段（1460到1625nm）。
G.657光纖，國際電信聯盟ITU-T於2006年12月發布了《接入網用彎曲損耗不敏感單模光纖和光纜的特性》的標準建議，即G.657光纖標準。G.657光纖劃分成了A大類和B大類光纖，同時按照最小可彎曲半徑的原則，將彎曲等級分為1，2，3三個等級，其中1對應10mm最小彎曲半徑，2對應7.5mm最小彎曲半徑，3對應5mm最小彎曲半徑。結合這兩個原則，將G.657光纖分為了四個子類，G.657.A1、G.657.A2、G.657.B2和G.657.B3。
區別
1、 單模傳輸距離遠
2、 多模傳輸頻寬大
3、 單模不會發生色散，質量可靠
4、 單模通常使用雷射作為光源，貴，而多模通常用便宜的LED
5、 單模價格比較高
6、 多模價格便宜，近距離傳輸可以
參數對比
技術參數 | G.655 | G.652 | |
工作波長(nm) | 1530-1565 | 1310 | 1550 |
衰減(dB/km) | ≤0.22 | ≤0.36 | ≤0.22 |
零色散波長(nm) | 1300-1324 | ||
零色散斜率(ps/nm2*km) | 0.045-0.1 | 0.093 | |
色散(ps/nm* km) | 1≤|D|≤6 | 3.5 | 18 |
色散範圍(nm) | 1530-1565 | 1288-1339 | 1550 |
偏振模色散(ps/√km) | 單盤：≤0.125 鏈路（≥20盤光纜）：≤0.10 | 單盤：≤0.20 鏈路（≥20盤光纜）：≤0.15 | |
光有效面積(m2) | 55-85 | 80 | |
模場直徑(m) | 8.0 ～ 11.0 | 8.8 ～ 9.5 | 10.5 |
彎曲特性(dB) | 1.0 | 0.5 | 0.5 |
從表中參數可以看出，兩種光纖的衰減係數並沒有太大差異，G.652 光纖的色散係數在1550nm 波長為18ps/nm*km，當傳輸10Gb/s 的TDM 和WDM 系統時，為了增加中繼距離，需要介入具有負色散係數的光纖進行色散補償。G.655 光纖1530-1560nm 波長區色散通常為1.0-6ps/nm*km，傳輸相同的10Gb/s 系統時，因色散很低，勿需採取色散補償措施;但G.655 光纖因在1550nm 處色散較小,其非線性效應比G.652 光纖大；G.652與G.655 光纖的PMD 建議指標相同，實際測試時，G.655 光纖 PMD 指標小於G.652光纖。目前G.655 光纖的價格較高，其市場價格約為G.652光纖的1 倍。兩種光纖的工程套用列於下表。
採用光纖類型 | 傳輸2.5Gb/s TDM 和WDM 系統 | 傳輸10Gb/s TDM 和WDM 系統 |
G.652 | 滿足 | 滿足， 但需採取色散補償措施 |
G.655 | 滿足 | 滿足 |
表中比較表明，對於傳輸2.5Gb/s 的TDM 和WDM 系統，兩種光纖均能滿足。對於傳輸10Gb/s 的TDM 和WDM 系統時，G.652 光纖需採取色散補償措施，並需要對已敷設的光纜進行PMD 測試，在滿足要求的前提下，才可開通基於10Gb/s 的傳輸系統。G.655 光纖不需頻繁採取色散補償措施，但光纖價格偏高。
研製歷程
1980年，國際上，包括中國學者都在討論單模光纖與多模光纖到底哪種更好時，上海科技大學黃宏嘉院士認識到長波長單模光纖具有損耗低、色散小等優點，是遠距離大容量通信系統的理想介質。以黃宏嘉院士為首的研究小組於1979年提出開展單模光纖研究的建議。該建議得到了上海市科委的支持，並將“單模光纖研究”列為上海市重點科研項目。 至1982年5月進行了研究工作的第二階段。以上海科大與上海石英玻璃廠協作，得到了電子23所的支持和合作。於1982年5月由上海市科委主持了由中國9個單位24名專家參加的鑑定工作。鑑定委員會認為，“此次單模光纖科研工作是基礎性和開拓性的，不僅填補了中國在這個重要研究領域的空白，而且是以較快的速度趕上國際水平。”
單模光纖
單模光纖特性參數
①衰耗係數a：其規定與物理含義與多模光纖完全相同，在此不多敘述。 ②色散係數D(λ)：我們已經知道，光纖的色散可以分為三大部分即模式色散、材料色散與波導色散。而對於單模光纖而言，由於實現了單模傳輸所以不存在模式色散的問題，故其色散主要表現為材料色散與波導色散（統稱模內色散）。綜合考慮單模光纖的材料色散與波導色散，統稱色散係數。色散係數可以這樣理解：每公里的光纖由於單位譜寬所引起的脈衝展寬值。因此，L公里光纖由色散引起的脈衝展寬值為：σ=δλ·D（λ）·L（2.17）其中：δλ為光源譜寬σ為根均方展寬值色散係數越小越好。光纖的色散係數越小，就意味著其頻寬係數越大即傳輸容量越大。例如CCITT建議在波長1.31微米處單模光纖的色散係數應小於3.5ps/km.nm。經過計算，其頻寬係數在25000MHz·km以上，是多模光纖的60多倍（多模光纖的頻寬係數一般在1000MHz·km以下）。
③模場直徑d：模場直徑表征單模光纖集中光能量的程度。由於單模光纖中只有基模在進行傳輸，因此粗略地講，模場直徑就是在單模光纖的接收端面上基模光斑的直徑（實際上基模光
斑並沒有明顯的邊界）。可以極其粗略地認為（很不嚴格的說法），模場直徑d和單模光纖的纖芯直徑相近。 ④截止波長λc：我們知道，當光纖的歸一化頻率V小於其歸一化截止頻率Vc時，才能實現單模傳輸，即在光纖中僅有基模在傳輸，其餘的高次模全部截止。也就是說，除了光纖的參量如纖芯半徑，數值孔徑必須滿足一定條件外，要實現單模傳輸還必須使光波波長大於某個數值，即λ≥λc，這個數值就叫做單模光纖的截止波長。因此，截止波長λc的含義是，能使光纖實現單模傳輸的最小工作光波波長。也就是說，儘管其它條件皆滿足，但如果光波波長不大於單模光纖的截止波長，仍不可能實現單模傳輸。
單模光纖
單模光纖5、回損---ReturnLoss：反射損耗又稱為回波損耗，它是指出光端，後向反射光相對輸入光的比率的分貝數，回波損耗愈大愈好，以減少反射光對光源和系統的影響。
單模傳輸設備所採用的光器件是LD，通常按波長可分為1310nm和1550nm兩個波長，按輸出功率可分為普通LD、高功率LD、DFB-LD（分布反饋光器件）。單模光纖傳輸所用的光纖最普遍的是G.652，其線徑為9微米。
光纖波長
1310nm波長的光在G.652光纖上傳輸時，決定其傳輸距離限制的是衰減因數；因為在1310nm波長下，光纖的材料色散與結構色散相互抵消總的色散為0，在1310nm波長上有微小振幅的光信號能夠實現寬頻帶傳輸。
1550nm波長的光在G.652光纖上傳輸時衰減因數很小，單純從衰減因數考慮，1550nm波長的光在相同的光功率下傳輸的距離大於1310nm波長的光下的傳輸的距離，但是實際情況並非如此，單模光纖頻寬B與色散因數D的關係為：B=132.5/（Dl*D*L）GHz
其中L為光纖的長度，Dl為譜線寬度，對於1550nm波長的光，其色散因數如表3為20ps/(nm.km)，假設其光譜寬度等於1nm，傳輸距離為L=50公里，則有：B=132.5/（D*L）GHz=132.5MHz
套用情況
簡介
由於現在的光纖多採用塑膠做纖芯。成本已經很低了。例如市場上出售的四芯單模光纖就只有2～3元/米
而單模/多模光纖收發器的價格也在300～500之間。所以它的套用成本很低。，
過去我們在建設網路時的傳統觀念是區域網路只用雙絞線，只有高速連線網際網路時才用到光纖，有些企業或是廠礦區域網路的範圍很大，而且對網路穩定性要求更高，在這裡我們就建議使用光纖了，使用光纖的成本不比使用達標的超五類雙絞線高多少。而且不必擔心雷擊，不用考慮區域網路的有效距離，大家可以在以後的工作中參考使用。
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產品選用指南
單模光纖的芯線標稱直徑規格為（8～10）μm/125μm。規格（芯數）有2、4、6、8、12、16、20、24、36、48、60、72、84、96芯等。線纜外護層材料有普通型；普通阻燃性；低煙無鹵型；低煙無鹵阻燃型。
當用戶對系統有保密要求，不允許信號往外發射時，或系統發射指標不能滿足規定時，應採用禁止銅芯對絞電纜和禁止配線設備，或採用光纜系統。
