尽管单模光纤 (SMF) 和多模光纤(MMF)光缆类型广泛用于各种应用，但单模光纤和多模光纤之间的差异仍然令人困惑。本文将从基本构造、光纤距离、成本、光纤颜色等方面，对单模和多模光纤类型进行深入比较。
单模与多模光纤电缆概述
单模意味着光纤一次可以传播一种类型的光模式。而多模意味着光纤可以传播多种模式。单模和多模光缆的区别主要在于纤芯直径、波长和光源、带宽、颜色护套、距离和成本。
芯径
单模光纤纤芯直径远小于多模光纤。即使有其他可用的，其典型的核心直径也是 9 µm。而多模光纤的纤芯直径通常为50 µm和62.5 µm，这使其具有更高的“聚光”能力并简化了连接。单模和多模光纤的包层直径为125 µm。
多模光纤的衰减比单模光纤高，因为它的纤芯直径更大。单模光缆的纤芯非常细，因此通过这些光缆的光不会被反射太多次，从而使衰减保持在最低水平。
| 9/125 单模光纤单工 | 50/125 OM3 多模光纤 | ||
|---|---|---|---|
| 1310nm 衰减 | 0.36 分贝/公里 | 850 nm 处的衰减 | 3.0 分贝/公里 |
| 1550nm 衰减 | 0.22 分贝/公里 | 1300 nm 处的衰减 | 1.0 分贝/公里 |
波长和光源
由于多模光纤纤芯较大，多模光缆中使用了一些工作在850nm和1300nm波长的低成本光源，如LED（发光二极管）和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。而单模光纤通常使用激光或激光二极管来产生注入光缆的光。而常用的单模光纤波长为1310nm和1550nm。
带宽
多模光纤带宽受其光模限制，目前最大带宽为OM5光纤的28000MHz*km。而单模光纤的带宽在理论上是无限的，因为它一次只允许一种光模通过。
彩色护套
根据TIA-598C标准定义，对于非军事应用，单模光缆外包黄色外护套，多模光纤外包橙色或浅绿色护套。在此处查找有关光纤电缆颜色代码的更多详细信息。
单模与多模光纤距离
众所周知，单模光纤适用于长距离应用，而多模光纤专为短距离传输而设计。那么当谈到单模与多模光纤距离时，可量化的差异是什么？
| 光缆类型 | 光纤距离 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 快速以太网 100BA SE-FX | 1Gb 以太网 1000BASE-SX | 1Gb 以太网 1000BA SE-LX | 10Gb 基础 SE-SR | 25Gb 基础 SR-S | 40Gb 基础 SR4 | 100Gb 基础 SR10 | ||
| 单模光纤 | 操作系统2 | 200米 | 5,000米 | 5,000米 | 10公里 | / | / | / |
| 多模光纤 | OM1 | 200米 | 275米 | 550m（需要模式调节跳线） | / | / | / | / |
| OM2 | 200米 | 550米 | / | / | / | / | ||
| OM3 | 200米 | 550米 | 300米 | 70m | 100米 | 100米 | ||
| OM4 | 200米 | 550米 | 400米 | 100米 | 150米 | 150米 | ||
| OM5 | 200米 | 550米 | 300米 | 100米 | 400米 | 400米 | ||
从图中我们可以看出，在1G到10G的数据速率下，单模光纤的传输距离要比多模光纤电缆长很多，但是OM3/OM4/OM5多模光纤支持更高的数据速率。由于多模光纤芯径大，支持多模光，其光纤距离受模态色散的限制，模态色散是多模阶跃折射率光纤中普遍存在的现象。而单模光纤则不是。这就是它们之间的本质区别。另外，OS2单模光纤在40G和100G链路上可以支持更远的距离，表中没有列出。
单模与多模光纤成本
“单模与多模光纤成本”是一些论坛的热门话题。不少人发表了自己的看法。他们的观点主要集中在光模块成本、系统成本和安装成本上。
光模块成本
与单模收发器相比，多模收发器的价格要低近两三倍。下表以 FS 兼容的 Cisco 单模收发器和多模收发器为例。
| 速度 | 收发器 | 收发器说明 | 价格 | 差价 |
|---|---|---|---|---|
| 1G | 单模 SFP | FS 兼容 GLC-LH-SMD 1000BASE-LX/LH SFP 1310nm 10km DOM 收发器 | 10.00 美元 | 1.00 美元 |
| 多模 SFP | FS 兼容 GLC-SX-MMD 1000BASE-SX SFP 850nm 550m DOM 收发器 | 9.00 美元 | ||
| 10G | 单模 SFP+ | FS 兼容 SFP-10G-LR 10GBASE-LR SFP+ 1310nm 10km DOM 收发器 | 27.00 美元 | 7.00 美元 |
| 多模 SFP+ | FS 兼容 SFP-10G-SR 10GBASE-SR SFP+ 850nm 300m DOM 收发器 | 20.00 美元 | ||
| 25G | 单模 SFP28 | FS 兼容 SFP-25G-LR-S 1310nm 10km | 59.00 美元 | 20.00 美元 |
| 多模 SFP28 | FS 兼容 SFP-25G-SR-S 850nm 100m | 39.00 美元 | ||
| 40G | 单模 QSFP+ | FS 兼容 QSFP-40G-LR4 40GBASE-LR4 和 OTU3 QSFP+ 1310nm 10km LC DOM 收发器 | 309.00 美元 | 270.00 美元 |
| 多模 QSFP+ | FS 兼容 QSFP-40G-SR4 40GBASE-SR4 QSFP+ 850nm 150m MTP/MPO DOM 收发器 | 39.00 美元 | ||
| 100克 | 单模QSFP28 | FS 兼容 QSFP28 Cisco QSFP-100G-LR4-S 100GBASE-LR4 1310nm 10km 收发器 | 499.00 美元 | 400.00 美元 |
| 多模 QSFP28 | FS 兼容 QSFP28 Cisco QSFP-100G-SR4-S 100GBASE-SR4 850nm 100m 收发器 | 99.00 美元 |
从表中我们可以看出，价格差异随着速度的增加而大幅增加。
系统成本
为了利用通常适用于长距离应用的单模光纤的基本属性，需要带有激光器的收发器，这些激光器在更长的波长下工作，具有更小的光斑尺寸和通常更窄的光谱宽度。这些收发器特性加上对更高精度对齐的需求以及对更小芯径的更严格连接器公差导致单模光纤互连的收发器成本和整体互连成本显着增加。
针对与多模光纤一起使用而优化的基于 VCSEL 的收发器的制造方法更容易制造成阵列设备，并且比等效的单模收发器成本更低。尽管使用了多个光纤通道和多个收发器阵列，但与在单工-双工连接上采用单通道或多通道操作的单模技术相比，可以显着节省成本。多模光纤系统提供最低的系统成本和升级到 100G 的路径，适用于使用基于并行光学互连的基于标准的驻地应用。
安装费用
单模光纤的成本通常低于多模光纤。在构建您希望最终能够达到 10G 或更快速度的 1G 光纤网络时，单模光纤成本的节省可以节省大约一半的价格。而多模 OM3 或 OM4 光纤使 SFP 模块的成本增加了 35%。单模光学器件更昂贵，但更换多模器件的人工成本要高得多，尤其是如果遵循 OM1—OM2—OM3—OM4。如果您愿意查看使用过的前光纤通道 SFP，单模 1G 的价格会跌破底线。如果您有预算并且需要 10G 短连接，最后检查的经济性仍然支持多模。不过请留意这些经济因素，因为历史表明单模的价格溢价将会下降。
关于单模与多模光纤电缆的常见问题
问：单模或多模光纤类型哪种更好？
A：上面已经提到，单模光纤和多模光缆在成本和应用上各有优势。没有单模光纤比多模光纤更好的说法。只需为您的应用程序选择最合适的一个就可以了。
问：我可以混合使用单模和多模光纤类型吗？
答：这个问题的答案是“否”。多模光纤和单模光纤的纤芯尺寸不同，传输的光模数也不同。如果混合使用这两种光纤，或将它们直接连接在一起，则会损失大量光损耗，从而导致链路抖动或中断。请记住，切勿随意混合使用不同类型的电缆。
问：我可以在单模光纤电缆上使用多模收发器吗？
A：一般来说，答案是否定的。如果多模收发器与单模光纤相连，会产生较大的光损耗。然而，反之亦然。例如，1000BASE-LX 单模 SFP 可以通过使用模式调节光缆在多模光缆上工作。有时，光纤媒体转换器也可以用来解决单模收发器和多模收发器之间的此类问题。
问：单模与多模光纤电缆类型：我应该选择哪种？
答：在选择单模和多模光缆时，首先要考虑的因素是您实际需要的光纤距离。例如，在数据中心，多模光缆足以传输 300-400 米的距离。而在需要长达数千米距离的应用中，单模光纤是最佳选择。并且在可以使用单模和多模光纤的应用中，还应考虑成本和未来升级要求等其他因素以供您选择。
概括
从单模与多模光缆的比较可以看出，单模光纤布线系统适用于长距离数据传输应用，广泛部署于运营商网络、城域网和无源光网中。多模光纤布线系统的传输距离较短，广泛部署在企业、数据中心和局域网中。无论选择哪一种，在光纤总成本的基础上，选择最适合自己网络需求的是每一个网络设计者的重要任务。
