單模光纖的規格怎麼讀？

單模光纖在指定工作波長導引一個基礎空間模式；「9/125」是常見通訊光纖的標稱尺寸寫法，不是所有單模光纖的固定尺寸。單模光纖廣泛用於長距通訊；高功率雷射則須依波長、模式品質與功率條件選擇相應的光纖設計。

本文回答一個問題：單模光纖的規格怎麼讀？ 答案分四層：單模條件（V 參數）、G.652/655/654/657 標準、MFD 與色散、OS1/OS2 衰減。

圖 1｜左欄看功率損失，右欄看群延遲及可能的脈衝展寬。衰減柱長是指定波長的產品上限，不是實測光譜；LEAF 的色散範圍與零分開，避免混淆 G.655 和 G.653。脈衝形狀為定性示意，數值依指定產品資料 [5–8]。本文所有圖都可點開看原尺寸。

1. 單模條件：V 參數、9/125

對弱導引階躍型模型，V 參數小於 2.405 是單模條件：V = 2π·a·NA/λ，a 是纖芯半徑、NA 是由折射率差得到的數值開口、λ 是波長。在 NA 不變時，纖芯越小或波長越長，V 越小；特殊折射率剖面的光纖須依相應模型判斷^[9]。

「9/125」只指定約 9 μm 纖芯／125 μm 包層。是否單模仍要同時看 NA 與波長，不能因為直徑是 9 μm 就直接斷定。圖 2 假設 a = 4.5 μm、NA = 0.12，算得 V ≈ 2.59 @1310 nm、2.19 @1550 nm；這是階躍型教學算例，並非 G.652 產品規格。

9 μm 纖芯的單模光纖，耦合到雷射或探測器時要微米級對準，這是它比多模貴的原因之一——多模 50 μm 纖芯耦合寬鬆，單模 9 μm 要精確對準。

單模只有一個模式，所以沒有模態色散（不同模式走不同速度）——這是單模能跑長距的根本原因。

V 是歸一化頻率參數，決定模型可導引的模式條件，並非模式數本身。實際型號還須區分裸纖截止與成纜截止的測試。例如 SMF-28 Ultra 的成纜截止規格為 λcc ≤1260 nm；1260 nm 是上限，不是每根光纖恰好相同的截止值^[5][9]。

實際選型時確認工作波長位於產品的單模使用範圍，並核對截止測試、NA 定義及其他傳輸條件。不能把遠場功率門檻所定義的 NA，未經確認就代入理想階躍型公式。

圖 2｜固定 a =4.5 μm、NA =0.12 的弱導引階躍型算例，在 1310 nm 可導引高階空間模式，在 1550 nm 只有基模；λc ≈1411 nm 並非 G.652 的產品截止。光斑是各模式的定性強度形狀，不是模式疊加或數值解。下方曲線顯示固定幾何及 NA 時，波長越長，V 越小 [9]。

不同波長與產品：MFD 要連同型號讀

Thorlabs 的單模光纖產品涵蓋紫外、可見光到近紅外波段。以下保留跨波段的型號與規格範例；不同版本的產品資料可能不同，MFD 必須連同測試波長、標稱值／範圍與公差判讀，採購與驗收以指定型號的現行資料為準^[12–14]。

對同一光纖設計，MFD 會隨波長改變。例如 SMF-28 Ultra 的 MFD 從 9.2 ±0.4 μm @1310 nm，增至 10.4 ±0.5 μm @1550 nm^[5]。但跨產品不能只靠波長推定 MFD：SM1950 在 1950 nm 的標稱 MFD 為 8.0 μm，小於上述 1550 nm 的例子^[14]。圖 3 用共同刻度顯示這個差別。

圖 3｜藍底的兩列是同一型號在不同波長的規格；綠色列是其他設計。圓點是標稱值，粗橫線是所列公差，細線方便對照共同刻度。SM1950 只標示標稱值，沒有自行推定公差。這不是不同產品連成的通用 MFD 曲線 [5][13][14]。

V 公式中的 a 是物理纖芯半徑，不能以 MFD/2 直接取代；MFD 是模式光場的有效寬度，光場可延伸到包層。選型先確認工作波長落在產品的單模使用範圍，再核對 MFD、耦合及其他條件。

2. G.652/655/654/657

ITU 定義了幾種單模光纖標準，各有用途^[4]：

• G.652：零色散波長在 1310 nm 附近，常在 1550 nm 有較低衰減。不同子類對傳輸參數與測試條件有不同要求；應讀具體標準版本及產品資料，不能把 D 子類當成所有參數都相同的固定規格^[5]。
• G.655（NZDSF）：在 1530–1565 nm 保持非零色散，以減少某些 DWDM 非線性效應。它不能畫成在 1550 nm 零色散；將零色散區移向 1550 nm 的標準是 G.653^[7][8]。圖 1 的 LEAF（G.655.D）規格為 2.0–5.5 ps/(nm·km) @1530 nm、4.5–6.0 @1565 nm，皆不跨過零^[6]。
• G.654：截止位移且針對 1550 nm 區域低損耗傳輸設計；部分型號採較大有效面積，以降低非線性效應。應依子類及工作波段確認相容性^[11]。
• G.657：抗彎曲、能忍受緊彎曲，用於 FTTH（光纖到戶）。

選標準時須核對系統波段、距離、色散容限、非線性與既有光纖相容性。DWDM 不只可用 G.655；不同系統也會使用 G.652 或 G.654。G.657 的抗彎能力則仍須連同型號、波長與彎曲測試條件讀，不能直接視為可任意緊彎。

3. MFD 與色散

MFD（mode field diameter）：模式光場的有效直徑，需連同波長、定義與公差讀^[1]。以 SMF-28 Ultra 為例，MFD 為 9.2 ±0.4 μm @1310 nm、10.4 ±0.5 μm @1550 nm^[5]；這不是所有 G.652 型號的固定值。耦合取決於光場重疊^[10]。圖 4 在同軸、同偏振、同波長且共平面束腰的高斯近似下，用 η = [2w₁w₂/(w₁²+w₂²)]² 計算純 MFD 不匹配；10.4 與 12 μm 的示例得到 η ≈0.980、損耗約 0.089 dB。這是理想算例，實際熔接還受偏移、角度、場形與端面等因素影響。

圖 4｜先看光場寬度，再看重疊效率。圖中的 MFD =2w 採高斯場定義：半徑 w 處的強度降到峰值的 1/e²，圓線不是纖芯邊界。兩條剖面以各自峰值歸一化；η 由歸一化場重疊計算。此算例無其他界面損耗，不代表實際熔接性能 [10]。

色散：G.652 的零色散波長在 1310 nm 附近，並非每根光纖都恰好是 1310 nm。圖 1 的 SMF-28 Ultra 規格為 λ₀ =1304–1324 nm、D ≤18 ps/(nm·km) @1550 nm^[5]。以同一產品資料對照：

• 1310 nm：接近零色散區；衰減規格上限為 0.32 dB/km。
• 1550 nm：衰減規格上限為 0.18 dB/km；色散仍須核對。

1550 nm 的低損耗有利於長距傳輸，但波長選擇仍依收發器、傳輸速率、調變與鏈路預算，不能一概把 1310 nm 當成低速、1550 nm 當成高速。對窄光譜與近似常數 D，可用 ΔT ≈ |D|LΔλ 估算色散群延遲展寬^[3]；實際脈衝還受啁啾與補償方式影響。色散管理可涉及光學補償或 DSP，所需方法依系統決定。

4. OS1/OS2 與衰減

OS1/OS2 是通訊佈線中的單模光纖類別；常見成纜衰減上限示例如下，適用波長與測試條件須依標準版本及纜線資料核對^[2]：

• OS1：衰減 ≤ 1 dB/km（短距用）
• OS2：衰減 ≤ 0.4 dB/km（長距用）

OS2 也是短距單模佈線的常見選擇，不能只以距離區分 OS1 與 OS2。圖 1 的裸纖產品上限與成纜／完整鏈路的損耗條件不同；整段鏈路還須加上接頭、熔接與彎曲損耗。低水峰設計在 1383 nm 的性能也應查產品資料，不應一律畫成固定 OH 高峰^[5]。

5. 適用與限制

單模光纖適合長距、高速、高功率的應用。它能跑長距（衰減低、無模態色散），是長距通訊的主幹。

典型應用：長距通訊、資料中心互連（DCI）、高功率光纖雷射、感測。高功率光纖雷射用單模光纖傳輸信號光（9 μm 纖芯），保持光束品質（M² 接近 1^[15]）；泵浦光用大口徑光纖（20–100 μm^[16]）——因為泵浦光功率高，要大口徑降低功率密度（見特殊光纖篇）。

熔接須採用與光纖型號相容的流程，確認對準、損耗與機械強度。MFD 匹配有助於降低光場不匹配損耗，仍不能取代實際熔接的量測與驗收。

限制：

• 纖芯小（9 μm），耦合困難、要精確對準
• 熔接/耦合成本比多模高
• 1550 nm 要管理色散

單模光纖的規格要逐項讀：標稱幾何、工作波長／截止、ITU 類型、MFD、色散與成纜衰減。應依系統支援的光纖與波段選型，再確認損耗、色散、彎曲及耦合條件。

實務流程是確認系統與工作波段 → 核對光纖及纜線類別 → 評估損耗與色散預算 → 確認 MFD、連接器及安裝條件。把具體型號與測試條件寫進規格表，避免將典型值視為保證值。

常見誤解

• 「單模一定比多模好」：錯。單模跑長距但耦合困難、貴；多模便宜、耦合寬鬆，短距夠用。依距離選。
• 「所有單模光纖都一樣」：不同。G.652/655/654/657 各有用途；OS1/OS2 衰減也不同。
• 「MFD 就是纖芯直徑」：MFD 是光場的有效直徑，纖芯直徑是幾何尺寸；兩者的數值都依設計與波長條件判讀。

給讀者的自我檢查

• 你能說出單模條件（V 參數）嗎？
• G.652 與 G.655 的差別是什麼？
• 為什麼長距用 1550 nm 而不是 1310 nm？

回到開頭的問題：單模光纖的規格怎麼讀？依序確認單模條件、ITU 類型、MFD、色散與成纜衰減。本文的產品上限與教學算例各有不同條件，不能合併成所有單模光纖的通用規格；總覽篇及特殊光纖篇另說明相關參數與用途。