光纤的常见类型有哪些？都具有什么特性？

光纤的种类很多，根据用途不同，所需要的功能和性能也有所差异。但对于有线电视和通信用的光纤，其设计和制造的原则基本相同。

光纤的常见类型主要根据 传输模式、折射率分布 以及 材料/特殊用途 来分类，每种类型具有不同的特性和适用场景：

一、按传输模式分类 (这是最常见和应用最广的分类方式)

单模光纤
- 特性:
  - 纤芯极细： 直径通常为 8-10 微米 (µm)。仅允许光在 一个基本模式 (基模) 下沿轴向传播，避免了模式间的干扰。
  - 低色散： 主要是材料色散和波导色散，没有模式色散，带宽极高（理论上可达 100 THz以上）。
  - 低衰减： 在 1310 nm (典型值：0.32-0.4 dB/km) 和 1550 nm (典型值：0.19-0.25 dB/km) 窗口衰减最低。
  - 高带宽长距离传输： 由于其极小的色散和衰减，非常适合 超长距离（几十到上百公里以上） 和 超高带宽 的通信，如长途干线、城域网核心层、光纤到户。
  - 光源要求高： 通常需要使用昂贵的 窄线宽激光器（LD） 作为光源。
- 常见标准型号: ITU-T G.652 (标准单模光纤)， G.653 (色散位移光纤)， G.654 (超低损耗光纤 - 主要用于海底光缆)， G.655 (非零色散位移光纤)， G.657 (弯曲不敏感光纤 - 抗弯单模)。
多模光纤
- 特性:
  - 纤芯较粗： 直径通常为 50 µm 或 62.5 µm。允许光在 多个模式 下同时传输。
  - 存在模式色散： 不同模式传播路径长度不同、速度不同，导致脉冲展宽，限制了带宽和传输距离（主要限制因素）。
  - 较高衰减： 衰减比单模光纤高，尤其在长波长窗口（例如在 850nm 典型值：2.5-3.5 dB/km, 在 1300nm 典型值：0.6-1.0 dB/km）。
  - 较短距离传输： 受限于模式色散，传输距离较短（几百米到几公里）。
  - 光源成本低： 可以使用相对便宜的 LED（发光二极管） 或 VCSEL（垂直腔面发射激光器）。
  - 易耦合： 纤芯粗，与光源和连接器的耦合对准更容易。
- 常见标准型号 (基于带宽/OM分级)：
  - OM1: 传统 62.5µm， 850nm带宽 ~200 MHz*km，橙色护套。
  - OM2: 传统 50µm， 850nm带宽 ~500 MHz*km，橙色护套。
  - OM3: 优化 50µm (激光优化)， 850nm带宽 > *1500 MHzkm (万兆可达 300米)，水蓝色** 护套。
  - OM4: 更优化的 50µm (激光优化)， 850nm带宽 > *3500 MHzkm (万兆可达 550米)，蓝绿**/紫色护套。
  - OM5 (宽波多模光纤 WWDM): 50µm，波长范围扩展到 850-953nm，支持 短波波分复用 (SWDM)，以更高效地支持 40G/100G/400G传输（尤其对超过OM4距离或有更高要求）， 柠檬绿 护套。

二、按折射率分布分类

阶跃折射率光纤
- 特性: 纤芯的折射率均匀分布且高于包层，在两者界面处发生突变（阶跃）。这是最基础的结构。
- 应用: 只存在于多模光纤 (如上面提到的 OM1)。模式色散较大，带宽较低。现在基本被渐变型多模光纤取代。
渐变折射率光纤
- 特性: 纤芯的折射率从中心轴向外逐渐连续降低（接近抛物线分布），包层为恒定低折射率。光线路径变为光滑曲线而非锯齿状。
- 优势: 极大降低了多模光纤中的模式色散，从而提高了带宽（如上面提到的 OM3/OM4/OM5）。是现代高速多模光纤的标准结构。
- 应用: 所有现代高速多模光纤（OM3, OM4, OM5 及以上）。

三、按材料/特殊用途分类 (特种光纤)

塑料光纤
- 特性: 纤芯和包层都由光学塑料制成。纤芯粗（可达1mm），极柔韧，不易折断，连接简单（可用刀切）。但衰减非常大（约为 100-500 dB/km），带宽低，不耐高温。
- 应用: 非常短距离（几十米）的数据传输、照明、装饰、车载网络、工业传感器等。
石英玻璃光纤
- 特性: 最常见的通信光纤，纤芯和包层都由超纯熔融石英玻璃（二氧化硅）制成。具有优异的低损耗和宽带宽特性。前面提到的所有单模和多模光纤均属此类。
抗弯光纤 / 弯曲不敏感光纤 (G.657)
- 特性: 对弯曲损耗高度不敏感，即使在小半径弯曲下（例如在家庭或狭小的配线箱内），信号衰减也非常小。有 G.657.A (兼容 G.652) 和 G.657.B (弯曲性能更好) 子类。
- 应用: 光纤到户、楼宇内部布线、机柜内部跳线等弯曲场景多的场合。
掺铒光纤 / 有源光纤
- 特性: 在石英玻璃纤芯中掺入稀土元素铒离子。当被特定波长的泵浦光激发时，可以实现对 1550 nm 波段通信信号的放大 (EDFA - 掺铒光纤放大器)。
- 应用: 光纤通信系统中的光放大器。
保偏光纤
- 特性: 设计成保持光波的偏振态稳定不变。通过特殊的非圆对称结构（如椭圆纤芯、熊猫型、领结型）引入大的双折射效应。
- 应用: 光纤传感（陀螺仪）、相干光通信、与激光器/调制器的接口等对偏振敏感的系统。
光子晶体光纤
- 特性: 包层由规则排列的微小空气孔构成（像蜂窝结构），纤芯可以是实心或有孔的。提供许多独特性能，如无截止单模传输、可控色散（可设计为零色散点）、大模场面积或强非线性效应、抗弯曲、空气导光等。
- 应用: 超连续谱光源、高功率激光传输与放大、非线性光学、传感等前沿科研和特定工业领域。

总结表格

特征	单模光纤	多模光纤	阶跃多模	渐变多模	塑料光纤
传输模式	一个模式 (基模)	多个模式	多个模式	多个模式	多个模式
纤芯直径	~9 µm	50 µm 或 62.5 µm	50/62.5 µm	50 µm	可达 1 mm
主要色散	材料/波导色散	模式色散为主	模式色散大	模式色散小	模式色散大
衰减水平	超低 (e.g., ~0.2 dB/km @1550nm)	较低 (e.g., ~3 dB/km @850nm)	较高	较低	非常高 (100-500 dB/km)
带宽	极高 (理论 >100 THz)	中到高 (OM1低, OM5高)	低	高 (现代标准)	非常低
传输距离	很长 (km ~ 100km+)	较短 (百米 ~ 2km)	非常短 (<500m)	较长 (可达 ~500m+)	极短 (<100m)
光源类型	激光器 (LD)	LED / 激光器 (VCSEL)	LED / VCSEL	VCSEL	LED
典型应用	长途干线, FTTx, 核心网络	短距数据中心, 局域网, 校园网	旧式低速网络	现代高速数据中心网络	短距传输, 照明, 车载
成本特点	光纤成本低, 光源贵	光纤成本略高, 光源便宜	光纤便宜	光纤略贵	光纤便宜

特种光纤类型	主要特性	典型应用
抗弯光纤 (G.657)	对弯曲损耗高度不敏感，衰减小半径弯曲小	光纤到户 (FTTH), 楼内/机柜密集布线
掺铒光纤	掺铒离子，可放大1550nm光信号 (用于EDFA)	光纤通信系统中的光中继放大器
保偏光纤	能保持光波的偏振态稳定	光纤陀螺仪, 相干光通信, 偏振敏感器件接口
光子晶体光纤	包层有周期性空气孔，特性灵活：无截止单模、大模场、可控色散、非线性强、抗弯	超连续光源、高功率激光、非线性光学、特殊传感

选择哪种光纤取决于具体的应用需求：传输距离、带宽要求、成本预算、安装环境（弯曲度）、以及对色散、衰减、偏振等的特殊要求。在现代光纤通信中，单模光纤 (G.652/G.657) 是超长距离、高速率传输的主流选择，而渐变折射率多模光纤 (OM3/OM4/OM5) 则在数据中心和短距高速接入中广泛应用。特种光纤满足特定的专业需求。