シングルモード光ファイバー（SMF）ケーブルとマルチモード光ファイバー（MMF）ケーブルは様々な用途で広く使用されていますが、その違いは分かりにくい場合があります。この記事では、シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーの基本的な構造、光ファイバーの距離、コスト、光ファイバーの色などに焦点を当て、それぞれの光ファイバーの種類を詳細に比較します。

シングルモードとマルチモードの比較

シングルモード光ファイバーは、一度に1つのモードの光のみを伝送します。マルチモード光ファイバーは、複数のモードを伝送します。シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーの主な違いは、コア径、波長と光源、帯域幅、ジャケットの色、伝送距離、そしてコストです。

コア径

シングルモード光ファイバーのコア径は、マルチモード光ファイバーよりもはるかに小さいです。他の種類も存在しますが、シングルモード光ファイバーのコア径は通常9µmです。一方、マルチモード光ファイバーのコア径は通常50µmと62.5µmで、集光能力が高く、接続が簡素化されます。シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーのクラッド径はどちらも125µmです。

マルチモード光ファイバーはコア径が大きいため、シングルモード光ファイバーよりも減衰率が高くなっています。シングルモード光ファイバーはコア径が非常に細いため、通過する光は反射回数が少なく、減衰率が最小限に抑えられます。

波長と光源

マルチモード光ファイバーはコアサイズが大きいため、850nmや1300nmの波長で動作するLED（発光ダイオード）やVCSEL（垂直共振器面発光レーザー）などの低コストの光源が一般的に使用されています。一方、シングルモード光ファイバーでは、ケーブルに注入する光を生成するために、通常、レーザーまたはレーザーダイオードが使用されます。一般的なシングルモード光ファイバーの波長は1310nmと1550nmです。

帯域幅

マルチモード光ファイバーの帯域幅は光モードによって制限されます。現在の最大帯域幅は、OM5光ファイバーで28000MHz*kmです。シングルモード光ファイバーは、一度に1つの光モードしか通過できないため、理論上は無制限です。

カラーシース

TIA-598Cによれば、非軍事用途では、シングルモード光ファイバーの外装ジャケットは黄色、マルチモード光ファイバーの外装ジャケットはオレンジまたは薄緑色です。光ファイバーケーブルのカラーコードの詳細については、こちらをクリックしてください。

シングルモードおよびマルチモードファイバーの動作距離

シングルモード光ファイバーは長距離伝送に適しており、マルチモード光ファイバーは短距離伝送に適していることはよく知られています。では、シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーの伝送距離における定量的な違いは何でしょうか？

表からわかるように、1Gから10Gのデータレートでは、シングルモード光ファイバーはマルチモード光ファイバーよりもはるかに長い伝送距離を実現しますが、OM3/OM4/OM5マルチモード光ファイバーはより高いデータレートをサポートします。マルチモード光ファイバーはコアサイズが大きく、複数の光モードをサポートするため、伝送距離はモード分散によって制限されます。これはマルチモードステップインデックス光ファイバーによく見られる現象です。シングルモード光ファイバーではモード分散は発生せず、両者の根本的な違いを表しています。さらに、OS2シングルモード光ファイバーは、表には記載されていませんが、40Gおよび100Gリンクでより長い伝送距離をサポートできます。

シングルモードのコストとマルチモードのコスト

シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーのコストは、フォーラムでよく話題になっています。多くの人が、主に光モジュールのコスト、システムコスト、設置コストに焦点を当てて意見を述べています。

光トランシーバーのコスト

シングルモード光モジュール と比較して、マルチモード光モジュールは2～3倍近く安価です。次の表は、Fibermart対応のCiscoシングルモードおよびマルチモード光モジュールを例として示しています。

表からわかるように、速度が上がるにつれて価格差も大幅に大きくなります。

システムコスト

シングルモード光ファイバーは一般的に長距離用途に適していますが、その本質的な特性を最大限に活用するには、より長い波長、より小さなスポットサイズ、そして一般的により狭いスペクトル幅で動作するレーザーを搭載したトランシーバーが必要です。これらのトランシーバー特性に加え、より細い光ファイバーコア径に対応するため、より高精度なアライメントとより厳しいコネクタ公差が必要となるため、トランシーバーのコストとシングルモード光ファイバー相互接続における全体的な相互接続コストが大幅に増加します。

VCSELベースのトランシーバの製造方法はマルチモード光ファイバー向けに最適化されているため、同等のシングルモードトランシーバと比較して、アレイ化が容易でコストも低くなります。複数の光ファイバーチャネルと複数のトランシーバアレイを使用するにもかかわらず、シングルモード技術は、シングルチャネル構成またはマルチチャネル構成で動作するシングルモード技術と比較して、シンプレックス-デュプレックス接続において大幅なコスト削減を実現します。マルチモード光ファイバーシステムは、パラレル光ファイバー相互接続を使用する標準ベースの屋内アプリケーションにおいて、システムコストが最も低く、100Gへのアップグレードパスを提供します。

設置費用

シングルモード ファイバーは、一般的にマルチモード ファイバーよりも安価です。1G ファイバー ネットワークを構築していて、最終的に 10G 以上の速度に拡張したいと考えている場合、シングルモード ファイバーによるコスト削減によって価格がほぼ半分になる可能性があります。一方、マルチモード OM3 または OM4 ファイバーの SFP モジュール コストは 35% 増加します。シングルモード ファイバーは高価ですが、特に OM1 から OM2、OM3、そして最終的に OM4 に移行した後は、マルチモード ファイバーを交換するための人件費も高くなります。中古のファイバー チャネル SFP を検討していただければ、シングルモード 1G の価格が大幅に下がる可能性があります。予算があり、短距離で 10G 接続が必要な場合は、経済面では依然としてマルチモードが有利です。ただし、過去の経験から、シングルモード ファイバーの価格プレミアムは低下することが示唆されているため、この経済面には注意が必要です。

シングルモードファイバーとマルチモードファイバーに関するよくある質問

Q:シングルモードとマルチモードのどちらのタイプのファイバーの方が優れていますか?

A: 前述の通り、シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーは、コストと用途の面でそれぞれ独自の利点を持っています。どちらか一方が優れている、あるいは劣っているということはありません。用途に最適な光ファイバーをお選びください。

Q:シングルモードとマルチモードのファイバータイプを混在させることはできますか?

A: この質問への答えは「いいえ」です。マルチモード光ファイバーとシングルモード光ファイバーはコアサイズが異なり、伝送する光モードの数も異なります。これら2種類の光ファイバーを混在させたり、直接接続したりすると、大きな光損失が発生し、リンクジッタや中断が発生します。異なる種類のケーブルを混在させないでください。

Q:シングルモード光ファイバーケーブルでマルチモードトランシーバーを使用できますか?

A: 一般的に言えば、答えは「いいえ」です。マルチモード光モジュールをシングルモード光ファイバに接続すると、大きな光損失が発生します。しかし、その逆もまた真なりです。例えば、1000BASE-LXシングルモードSFPは、モード調整された光ファイバケーブルを使用することで、マルチモード光ファイバケーブル上で動作できます。場合によっては、シングルモード光モジュールとマルチモード光モジュール間のこの問題を解決するために、光ファイバメディアコンバータを使用することもできます。

Q:シングルモード光ファイバーケーブルとマルチモード光ファイバーケーブルの種類: どちらを選択すべきですか?

A: シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーのどちらを選ぶかは、実際に必要な光ファイバー伝送距離を第一に考慮する必要があります。例えば、データセンターでは、300～400メートルの伝送距離であればマルチモード光ファイバーで十分です。しかし、数キロメートルの伝送距離が必要なアプリケーションでは、シングルモード光ファイバーが最適です。シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーの両方を使用できるアプリケーションでは、コストや将来のアップグレードの必要性など、他の要素も考慮する必要があります。

まとめ

シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーを比較すると、以下のことがわかります。シングルモード光ファイバー配線システムは長距離データ伝送に適しており、キャリアネットワーク、メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）、パッシブ光ネットワーク（PON）で広く導入されています。マルチモード光ファイバー配線システムは伝送距離が短く、エンタープライズネットワーク、データセンター、ローカルエリアネットワーク（LAN）で広く導入されています。どちらの方法を選択する場合でも、光ファイバーの総コストに基づいてネットワークニーズに最適なソリューションを選択することは、すべてのネットワーク設計者にとって重要な作業です。