单模和多模是描述激光或光纤传输中能量分布状态的概念。
单模
定义:单模激光器在工作时只产生一种模式的激光输出。
特点:
能量强度由中心至外缘逐步减弱,能量分布形式为高斯曲线,称为基模高斯光束。
光束质量高,光束直径小,发散角小,能量分布接近理想高斯曲线。
聚焦特性好,聚焦光斑小且模式稳定性强,适用于需要强去除的清洗场景,如铁锈等。
多模
定义:多模激光器输出的光斑由多种模式组合而成,光斑内能量分布较为均匀。
特点:
与单模相比,光束质量较差,发散角更大,需要更大通光孔径的光学系统传输。
聚焦光斑比单模要大,适用于短距离传输和对光束质量要求不高的应用。
光纤中的单模和多模
单模光纤
定义:纤芯直径与光波长相近,只允许一种模式(基模)传播,其余高次模全部截止。
特点:
由于只有一种模式传播,避免了模式色散问题,具有极宽的带宽,适用于大容量的光纤通信。
传输距离长,通常在几十公里甚至数百公里。
多模光纤
定义:纤芯直径远大于光波波长,存在多种传播模式。
特点:
折射率分布通常为抛物线分布即渐变折射率分布,纤芯直径约在50µm左右。
由于存在多种传播模式,传输过程中会产生时延和光脉冲变宽,适用于短距离传输。
光模块中的单模和多模
单模模块
定义:使用单模光纤,通常用于中长距离传输。
特点:
采用单模光纤,核心非常细(一般为9/125μm),光以单一模式传播,减少了模式色散。
工作波长一般为1310nm或1550nm,采用FD-LD激光器或DFB-LD激光器作为光源。
多模模块
定义:可以传输多种模式的光,通常用于短距离传输。
特点:
可以使用多模光纤,工作波长一般为850nm,传输距离限制在2000米以内。
总结
单模指的是激光器或光纤传输中只允许一种模式,具有高能量分布、小光束直径、小发散角和强聚焦特性,适用于远距离和高带宽应用。
多模指的是激光器或光纤传输中允许多种模式,能量分布较为均匀,光束质量较差,发散角大,适用于短距离传输和对光束质量要求不高的应用。