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光ネットワークでは、速度に加え、データ伝送距離も重要な要素です。伝送距離を制限するものは何でしょうか？まず最初に思い浮かぶのは光ファイバーケーブルでしょう。銅線と比較して、光ファイバーはより長い伝送距離、高速、高帯域幅などを実現できます。しかし、すべてが完璧というわけではありません。光ファイバーケーブルにも、伝送距離に影響を与えるいくつかの欠陥があります。さらに、トランシーバー、スプライス、コネクタなどの他の伝送媒体も伝送距離を制限する可能性があります。以下で詳細を説明します。
光ファイバーケーブルの種類
光ファイバーケーブルは、シングルモードケーブルとマルチモードケーブルに分けられます。シングルモードケーブルの伝送距離は、マルチモードケーブルよりも長くなります。これは分散によるものです。通常、伝送距離は分散の影響を受けます。分散には、波長分散とモード分散があります（下図参照）。波長分散は、光線の速度の違いによって生じる信号の時間的広がりです。モード分散は、伝搬モードの違いによって生じる信号の時間的広がりです。
シングルモード光ファイバーケーブルの場合、伝送距離に影響を与えるのは波長分散です。これは、シングルモード光ファイバーのコア径がマルチモード光ファイバーのコア径よりもはるかに小さいためです。そのため、伝送距離はマルチモード光ファイバーケーブルよりも長くなります。マルチモード光ファイバーケーブルの場合、モード分散が主な原因です。光ファイバーの欠陥により、これらの光信号は同時に到達できず、最速モードと最遅モードの間に遅延が生じます。これが分散を引き起こし、マルチモード光ファイバーケーブルの性能を制限します。
光トランシーバーモジュール
ほとんどの端末と同様に、光ファイバートランシーバーモジュールは電子ベースです。トランシーバーモジュールはEOE（電気-光-電気）変換の役割を果たします。信号変換は、トランシーバー内部のLED（発光ダイオード）またはレーザーダイオード（光ファイバートランシーバーの光源）に大きく依存します。光源は光ファイバーリンクの伝送距離にも影響を与える可能性があります。
LEDダイオードベースのトランシーバーは、短距離および低データレートの伝送しかサポートできません。そのため、高データレートおよび長距離伝送への高まる需要を満たすことができません。長距離伝送および高データレートを実現するために、現代のトランシーバーのほとんどではレーザーダイオードが使用されています。トランシーバーで最も一般的に使用されるレーザー光源は、ファブリ・ペロー（FP）レーザー、分布帰還型（DFB）レーザー、および垂直共振器面発光（VCSEL）レーザーです。次の表は、これらの光源の主な特性を示しています。
送信周波数
上記の表で述べたように、異なるレーザー光源は異なる周波数をサポートします。光ファイバー伝送システムがサポートできる最大距離は、光ファイバー信号を伝送する周波数によって決まります。一般的に、周波数が高いほど、光ファイバーシステムがサポートできる距離は長くなります。したがって、光信号を伝送するには適切な周波数を選択する必要があります。一般的に、マルチモード光ファイバーシステムでは850nmと1300nmの周波数が使用され、シングルモードシステムでは1300nmと1550nmが標準です。
帯域幅
帯域幅は伝送距離に影響を与えるもう一つの重要な要素です。通常、帯域幅が増加すると、伝送距離は比例して減少します。例えば、1キロメートルの距離で500MHzの帯域幅をサポートできる光ファイバーは、2キロメートルでは250MHz、5キロメートルでは100MHzしかサポートできなくなります。光が通過する仕組み上、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本質的に高い帯域幅を備えています。
スプライスとコネクタ
スプライスとコネクタも伝送距離を低下させる要因です。光信号が各スプライスまたはコネクタを通過する際に信号損失が発生します。損失量は、コネクタとスプライスの種類、品質、および数によって異なります。
総じて、上記の内容では、光ファイバーケーブルの種類、トランシーバーモジュールの光源、伝送周波数、帯域幅、接続、コネクタなど、伝送距離を制限する多くの要因について触れてきました。これらの要因に応じて、伝送距離を延ばすための様々な方法や選択肢があります。また、中継器や光増幅器などの機器も長距離伝送に役立ちます。つまり、伝送距離を延ばすための何らかの方法があるはずです。
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