咱行业有一个常见的问题，光纤怎么区分单模多模？

一般问这个问题的，主要有两大类人，一类是光模块厂/光芯片厂/光器件厂的工程师们，一类是光纤通信相关专业的高校学生们，这些人的实验室的桌面上会摊着很多很多的光纤，经常需要找到单模或多模光纤，来搭建测试环境调测光学参数。

能够经常被拿来拿去的光纤，以短跳纤居多，这一类场景可以通过跳纤的logo或颜色来识别。

比如下图：

跳纤的外层有印刷的标识，放大，写着FIBER CABLE MM 50/125UM OM3

Cable，就是缆，这很容易理解，光缆电缆的缆。

Fiber是纤维的意思，这里特征光导纤维，就是光纤。

MM，MultiMode，多模的简写。一会儿我再解释什么是光纤的模式，怎么算是“多”模。这个MM经常和长度单位毫米mm混淆。

50/125UM，UM是微米μm的意思，有些标注用了大写，有些是小写，不重要，意思是一样的，这是长度单位。125微米说的是光纤包层的直径，50微米是光纤波导直径。

OM3，是多模光纤标准中的其中一个类别。咱们用到的多模的光纤类别主要有OM3, OM4,OM5, 对于传输性能有区别，OM4比OM3的模式带宽积更大一些，今天不展开细聊。

再看一根光纤，放大logo

SM，Single Mode，单模的意思。

9/125um，um微米，125微米是光纤包层的直径，9微米是波导的直径。

G652，是单模光纤标准G.652的意思。常用的单模光纤的标准有G.652和G.654，当然还有一些不太常用的如G.653，G.657等等。G.652标准的单模光纤，还分了G.652A, G.652B, …  G.652D等细类。

光纤其实是很细的，125微米=0.125毫米，不方便我们在实验室拿来拿去，而且光纤是玻璃细丝，也很容易被折断，所以大家手头看到的光纤是层层保护后的“光纤”，刚才看到的两根纤，外部直径是3mm，拿在手头就容易“捏”住。

如果是做硅光芯片封装的，就经常会用毛细纤，也就是能看到涂覆层这个级别，涂覆层不是光纤，而是最靠近光纤的第一个保护层，一般用树脂涂覆在玻璃光纤的表面，通常直径为250微米，也就是0.25毫米。

硅光芯片需要4x、8x、16x…的光纤带，就是这个尺寸级别。有些涂覆层有颜色，有些没有。这个尺度是头发丝差不多细，很难看到logo，那需要从包装盒或其他关联的部件上去找单模多模的一些痕迹。

接下来，我基于涂覆层直径的尺度上去解释一下单模和多模光纤的区别。

首先界定一下前提，下边一段区分OM3和G652的多模单模，也就是50微米波导9微米波导直径的差异，不是所有的单模和多模都是这个尺寸的。

涂覆层可以理解为硬塑料层，不是用来导光的。导光的是玻璃材料。

光纤是一个玻璃棒加热拉成细丝的，这个玻璃丝的直径125微米。也就是我们俗称的“包层”直径。涂覆层和包层是可以分离的，用剥线钳就能剥去涂覆层。

波导就是能导光的区域，和光纤的包层是一体的，二者都是玻璃，并不能被外界分开，也无法简单通道肉眼识别。

光波导和包层，是光纤制造时，通过控制材料的折射率来实现的。常见的工艺是在玻璃的一部分区域掺入锗离子，有锗离子的地方，光学折射率增大，形成波导区。

再重复一下，就是现在常用的光纤是玻璃光纤，波导的工艺通过掺杂控制折射率来实现的。 换句话说如果是塑料光纤，空芯光纤等特殊光纤的话，波导材料与设计就有所差异了。

包层和波导都是玻璃，二者不能够分开，是一体的。

多模光纤的波导直径，OM3标准定义的是50微米，也就是0.05毫米。

单模光纤G.652的波导直径是9微米，也就是0.009毫米。

这就是咱们光模块产业链经常用的多模和单模光纤的50/125um，9/125um，这两个尺寸的来源。

多模的模式，是横模的模式数量比较多，将波导直径减小一些，只允许一个基础模式传输的话，就是单模光纤。

50微米直径的波导，容易耦合，劣势是多模。 9微米直径的波导，可以实现单模，劣势是耦合损耗大，耦合难度大，耦合精度要求高，还需要精确控制光纤稳定度，避免出现位移。

什么是横模？ 光具有波动特性，在光的传输方向的横截面的光模式，就是横模，把手电筒的光打在墙上看光斑，只有一个亮点，就是单模，有好多个亮点就是多模。

单模虽小，但只有一个模式，在光纤里的传输方式就很单一，性能很好，可以传输较长距离。相比较而言，多模的模式很多（除了基础模式外，其他的模称为高阶模），每一个模式在光纤里的传输的细微路径是不同的，就会出现模式和模式在传输一段距离后，产生了“模式之间的延时”，导致性能劣化。

400G多模模块，800G多模模块，传输距离一般用几十米来表示，就算是很长的，也就是一两百米就破了天荒了。

单模光模块，800G FR4的单模可以传2公里，800G DR8的单模模块可以传500m，400G DP-QPSK的相干光模块可以传几百公里甚至是几千公里，2023年的记录是7000公里。

单模和多模，宏观上区分，就是在材料结构一致的前提下，单模的波导直径更小，多模的直径要大一些。 在学术上有明确的公式来区分的，今天科普，就不写公式。

再来区分一个常见的表述误区。

单模光纤用于长波长，多模用于短波长？ 这句话既对也不对，

说它对，是标准确实是这么定义的，G652的单模是1260-1650nm波长，OM3的通信波导850nm附近。

说的不对，是因果倒置了。 单模并不是只能用于长波长，而是现在的单模光纤是玻璃做的，玻璃材料对于1310nm和1550nm这两个波段的损耗是比较低的，我们设计这个波段的激光器来迁就光纤的玻璃材料而已。 如果咱们不用实芯玻璃光纤，而是用空芯光纤，那单模的波长也可以换成850nm啊，空芯光纤的低损耗窗口可以是850nm的。

多模也可以用1260-1650nm这个波段啊，只要把波导直径弄大一些就可以的。产业没选是因为1260-1650nm波段的激光器比850nm的激光器贵一些，咱的多模传输性能很短，人家一千公里要考虑损耗，咱一百米那损耗也没多大，要啥自行车啊，就用便宜的短波长激光器吧。

产业形成的单模长波长的应用，源于要提高性能，总体的成本比较高。多模短波长的应用是迁就低成本方案而已。

短波长激光器，850nm-940nm，可以做成多模，也可以做成单模。 长波长的激光器1260nm-1650nm，可以做成单模，也可以做成多模。同理，光纤可以在850nm-940nm实现单模通信，也可以多模通信，光纤在1260nm-1650nm可以做单模通信，也可以多模通信。

长久以来，产业形成了850nm短波长的多模搭配，与长波长的单模搭配，而已，罢了。产业的选择源于性价比的权衡，短波长搭配多模通信价格更低，长波长搭配单模通信性能更好。

空芯光纤是可以结合短波长的低成本和单模的高性能的优势。缺点是空芯光纤很难制造。