單模光纖是ZX玻璃芯很細(xì)(一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光纖。因此，單模光纖模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但存在著材料色散和波導(dǎo)色散，對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。

單模光纖的發(fā)展

　　自1976年以來，用戶帶寬需求的日益增長促進(jìn)了光纖傳輸系統(tǒng)不斷地向著高速率、長距離和大容量的發(fā)展，推動了單模光纖類型和性能的研究。光纖、光電子器件、調(diào)制格式和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，推動了光纖傳輸系統(tǒng)從低速率到高速率、從短距離到長距離、從小容量到大容量的發(fā)展。

　　20世紀(jì)80年代，在1310nm、1550nm長波長半導(dǎo)體激光器相續(xù)問世的背景下，光纖研究人員先后開發(fā)出單模光纖(G.652光纖)、色散位移單模光纖(G.653光纖)、截止波長位移單模光纖(G.654光纖)。G.652、G.653和G.654光纖的特點分別是1310nm的零色散、1550nm的零色散和低衰減以及1550nm的超低衰減。這些光纖的優(yōu)點滿足了565Mb/s以下的準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)傳輸系統(tǒng)和10Gb/s以下同步數(shù)字體系(SDH)傳輸系統(tǒng)發(fā)展的需要。

　　20世紀(jì)90年代，在密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng)進(jìn)入商用以后，研究人員發(fā)現(xiàn)G.653單模光纖(1550nm零色散)在DWDM系統(tǒng)中產(chǎn)生四波混頻，導(dǎo)致相鄰信道之間的串?dāng)_，嚴(yán)重影響DWDM系統(tǒng)傳輸性能。為此，相關(guān)研究人員專門為DWDM系統(tǒng)開發(fā)出了G.655單模光纖。G.655單模光纖的特點是以1550nm波長處的非零色散YZ四波混頻，使其用于長途干線和城域光網(wǎng)絡(luò)的核心層。

　　為了使城域網(wǎng)絡(luò)邊緣實現(xiàn)低成本擴(kuò)容，人們發(fā)明了稀疏波分復(fù)用(CWDM)系統(tǒng)。為此，光纖研究人員開發(fā)了低水峰單模光纖(G.652C/D)，G.652C/D工作波長覆蓋1280～1625nm全波帶，可以提高CWDM系統(tǒng)信道數(shù)量。CWDM的信道間隔大于200GHz，復(fù)用信道數(shù)為4、8、16個波長，可以采用波長精度和穩(wěn)定性要求寬松的光器件(如直接調(diào)制光源、光合/分波器等)，降低CWDM系統(tǒng)設(shè)備成本。

　　20世紀(jì)末，用戶寬帶需求持續(xù)增長，S、C、L三波帶的寬帶光纖放大器問世。為了確保DWDM系統(tǒng)可以在S、C、L三波帶工作，通過增加復(fù)用信道數(shù)量來提高DWDM系統(tǒng)傳輸容量，研究人員開發(fā)出了寬帶光傳輸用的G.656單模光纖。G.656單模光纖具有較小的色散斜率、降低了色散補(bǔ)償?shù)某杀竞蛷?fù)雜性、寬闊的工作波長范圍增加了系統(tǒng)的復(fù)用的波長數(shù)量，使其成為寬帶DWDM系統(tǒng)使用的光纖。

　　隨著多媒體寬帶業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，光纖和光器件的成本日益下降，加快了光纖接入網(wǎng)的進(jìn)程。光進(jìn)銅退和光纖到戶(FTTH)是接入網(wǎng)建設(shè)策略。FTTH中的光纖路由空間狹小、彎曲頻繁、操作困難，需要使用優(yōu)越的耐彎曲性能的光纖。為此，研究人員研制出了接入網(wǎng)用的彎曲不敏感的單模光纖(G.657光纖),從而滿足了FTTH建設(shè)發(fā)展的需要。

　　進(jìn)入21世紀(jì)以來，4K/8K超高清晰電視、4G/5G寬帶移動以及10GE、100Mb/s的FTTH寬帶業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，推動了數(shù)字信號處理的相干光纖傳輸系統(tǒng)發(fā)展。數(shù)字相干傳輸系統(tǒng)中的光發(fā)射端，高階調(diào)制提高系統(tǒng)頻譜效率，正交頻分復(fù)用、偏振復(fù)用和空分復(fù)用提高系統(tǒng)傳輸容量;在光接收端，電域的數(shù)字信號處理可以解決色散和偏振模色散限制問題。光纖衰減和非線性成為限制數(shù)字相干傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)高質(zhì)量傳輸?shù)钠款i。集超低損耗和大有效面積為一體的光纖，是確保新一代系統(tǒng)實現(xiàn)超高速率、超長距離、超大容量和超高頻效率的傳輸光纖。

　　在單模光纖傳輸系統(tǒng)容量逐漸接近香農(nóng)極限時，空分復(fù)用和高階調(diào)制是提高系統(tǒng)傳輸容量和頻譜效率的有效方法。多芯單模光纖是通過在一根光纖中的多個纖芯(物理空間)同時傳輸多個空間復(fù)用的光信號來提高系統(tǒng)的傳輸容量。少模光纖則是通過在一根光纖中同時傳輸多個模分復(fù)用的光信號來提高系統(tǒng)的傳輸容量。

單模光纖性能特點

　　1、常用單模光纖

　　G.652光纖是Z佳工作波長為1310nm的單模光纖。根據(jù)光纖是否存在水峰，G.652單模光纖分為4個子類，即G.652A、G.652B、G.652C和G.652D，其中G.652C和G.652D是低水峰光纖(消除了1383nm的水峰)，可以在1260～1675nm全波帶工作。G.652各個子類的主要差別是光纜鏈路偏振模色散Zda設(shè)計值PMDQ和衰減系數(shù)的不同。G.652D集小PMDQ和寬闊工作帶寬為一體，成為傳輸速率10Gb/s以下的DWDM系統(tǒng)的shou選G.652D光纖子類。

　　G.654單模光纖是以極小衰減系數(shù)(0.15～0.19dB/km)、更長的截止波長(1530nm)實現(xiàn)超長距離傳輸?shù)墓饫w。按照模場直徑、彎曲損耗和PMDQ的不同，G.654單模光纖可以分為4個子類：即G.654A、G.654B、G.654C和G.654D。G.654D同時具有極小衰減系數(shù)、超大模場直徑和優(yōu)越的抗彎曲性能，使其成為越洋、跨海底或陸地超長傳輸系統(tǒng)使用的光纖。

　　G.655單模光纖是C+L波帶DWDM系統(tǒng)使用的光纖。按照模場直徑、色散系數(shù)、彎曲損耗和PMDQ的不同，G.655單模光纖可以分為5個子類，即G.65、G.655B、G.655C、G.655D和G.655E。G.655光纖通過小的正負(fù)色散和大有效面積YZ非線性四波混頻，以低色散斜率擴(kuò)大工作波長，降低系統(tǒng)色散補(bǔ)償成本，曾使G.655單模光纖被廣泛應(yīng)用在國家干線、省級干線的10Gb/s以上的DWDM傳輸系統(tǒng)。在100Gb/s及其以上數(shù)字相干傳輸系統(tǒng)進(jìn)入商用以后，色散、偏振模色散已不限制系統(tǒng)傳輸性能指標(biāo)，DWDM系統(tǒng)不會再大量使用G.655單模光纖。

　　G.657單模光纖是用于接入網(wǎng)的彎曲不敏感的光纖。根據(jù)Z小彎曲半徑分別為10mm、7.5mm、5mm和彎曲圈數(shù)分別為10圈、1圈的不同。G.657單模光纖可以分為4個子類，即G.657A1、G.657A2、G.657B2和G.657B3。G.657A光纖除了與G.652光纖的性能基本一致外，它還具有好的耐彎曲性能。G.657B3允許的正常工作的Z小彎曲半徑為5mm，它是FTTH使用的Z理想的光纖。

　　2、新型單模光纖

　　為了滿足400Gb/s及以上系統(tǒng)超高速、超長傳輸性能的要求，新型單模光纖的兩個研究方向分別是降低損耗和擴(kuò)大有效面積。研究人員先后開發(fā)出超低損耗大有效面積單模光纖(ULL-LEAF-SMF)和多芯單模光纖(MC-SMF)。

　　ULL-LEAF-SMF是在G.654光纖基礎(chǔ)上，通過采用純硅芯減小散射損耗，降低光纖衰減;使用下凹內(nèi)包層或匹配內(nèi)包層，增加有效面積，提高彎曲性能，從而使ULL-LEAF-SMF獲得超低損耗，降低非線性效應(yīng)。

　　多芯-單模光纖(MC-SMF)是由一個共同包層中包含有多個纖芯的單模光纖。MC-SMF是在G.652光纖的基礎(chǔ)上，通過套管工藝或鉆孔工藝制造出多芯預(yù)制棒，然后加溫將多芯預(yù)制棒拉絲而成。MC-SMF又在波分復(fù)用、偏振復(fù)用的基礎(chǔ)上，再通過一根光纖中的多個纖芯構(gòu)建的多個物理空間信道，即空分復(fù)用實現(xiàn)多路傳輸?shù)姆绞?，克服光纖傳輸香農(nóng)容量限制，達(dá)到擴(kuò)大系統(tǒng)傳輸容量的目的。