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(dāng)它在光纖中傳播時(shí)，根據(jù)波動(dòng)光學(xué)、電磁場(chǎng)以及麥克斯韋式方程組求解等理論發(fā)現(xiàn)：

當(dāng)光纖纖芯的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)，光在光纖中會(huì)以幾十種乃至幾百種傳播模式進(jìn)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。

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(1) 多模光纖

 

當(dāng)光纖的幾何尺寸(主要是纖芯直徑d1)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光波波長時(shí)(約1μm)，光纖中會(huì)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(dǎo)致長距離的傳輸之后會(huì)產(chǎn)生時(shí)延、光脈沖變寬。這種現(xiàn)象叫做光纖的模式色散(又叫模間色散)。

 

模式色散會(huì)使多模光纖的帶寬變窄，降低了其傳輸容量，因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。

 

多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑約在50μm左右。

 

(2) 單模光纖

 

當(dāng)光纖的幾何尺寸(主要是芯徑)可以與光波長相近時(shí)，如芯徑d1 在5～10μm范圍，光纖只允許一種模式(基模HE11)在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。

 

由于它只有一種模式傳播，避免了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用于大容量的光纖通信。因此，要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿足一定的條件，通過公式計(jì)算得出，對(duì)于NA=0.12 的光纖要在λ=1.3μm以上實(shí)現(xiàn)單模傳輸時(shí)，光纖纖芯的半徑應(yīng)≤4.2μm，即其纖芯直徑d1≤8.4μm。

 

由于單模光纖的纖芯直徑非常細(xì)小，所以對(duì)其制造工藝提出了更苛刻的要求。