シングルモードファイバウィキ：タイプと用途について

2022年06月07日 Sheldon より更新

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シングルモードファイバとは何ですか？

光ファイバ技術では、シングルモードファイバ（SMF）またはモノモードファイバは、一度に伝播するキャリアとして単一の光線または光のモードの伝送用に設計された光ファイバです。一般的に、シングルモードケーブルは、コアの直径が8〜10µm（マイクロメートル）であり、1310nmおよび1550nmの波長で伝播できます。シングルモードファイバでは、すべての信号がエッジ（下図の青い線）で跳ね返ることなく真ん中に沿って直進します。これにより、光パルスの重なりによって生じる可能性のある歪みがなくなります。ケーブルテレビ、インターネット、電話などの信号は、通常、単一モードの光ファイバで伝送され、巨大な束にまとめられます。シングルモードの光ファイバは、シングルライトモードによる信号の減衰が少ないため、100km（60マイル）などの長距離でデータを送信するのに最適です。

Figure 1 Single Mode Fiber Diagram.jpg

シングルモードファイバタイプ：OS1とOS2

ご存知のように、マルチモードファイバは通常、OM1、OM2、OM3、OM4、OM5ファイバタイプに分けられます。シングルモードファイバータイプの場合、SMFファイバ仕様であるOS1とOS2ファイバに分類できます。OS1とOS2は、標準のシングルモード光ケーブルであり、それぞれ1310nmおよび1550nmの波長に使用され、最大減衰は1dB/kmと0.4dB/kmです。OS1ファイバは、最大距離が10 kmの屋内アプリケーション（キャンパスやデータセンターなど）で使用するために設計されたタイトバッファーケーブルです。OS2ファイバは、最大距離が200kmまでの屋外ケース（道路、地下、埋設など）で使用するために設計されたルーズチューブケーブルです。そして、OS1とOS2の両方の光ファイバケーブルは、ギガビットおよび10Gイーサネットリンクをサポートしています。さらに、OS2ファイバは40Gおよび100Gイーサネットリンクをサポートできます。詳細については、OS1とOS2の比較をご覧ください。

シングルモードファイバのメリットとデメリットは何ですか？

通常、シングルモードファイバのメリットとデメリットは相対的な概念であり、一般的にマルチモードファイバと比較されます。

シングルモードファイバのメリット

伝送距離：シングルモードファイバは、減衰量が少ないため、マルチモードファイバーよりも長い距離をサポートします。たとえば、マルチモードファイバは通常数百メートルの距離に到達できますが、シングルモードファイバは200kmに到達する可能性があります。
帯域幅容量：シングルモード光ファイバケーブルは、マルチモード光ファイバケーブルよりも高い帯域幅を提供します。
データ分散：シングルモードファイバは1つのモードの光のみを伝送するため、モード分散は発生しません。
伝送速度：シングルモードファイバーには、モード分散、モードノイズ、およびマルチモード伝送に伴うその他の影響がありません。したがって、マルチモードファイバよりもはるかに高速かつ最大50倍の距離で信号を伝送できます。

シングルモードファイバのデメリット

厳しい許容誤差が必要：SMF内部のファイバコアの直径が小さいため、マルチモードファイバーよりもシングルモードファイバーに光を結合するのは困難です。小さいコア（8〜10µm）は、マルチモードファイバーの大きいコア（62.5/50µm）に光を結合するよりもはるかに厳しい許容誤差を必要とします。
コストが高い：シングルモードファイバのコンポーネントと機器は、マルチモードファイバーよりも高価です。マルチモードファイバそのものに対しては複数の光モードをサポートでき、その価格はシングルモードファイバーよりも高くなります。ただし、機器の面では、シングルモードファイバは通常、半導体レーザーダイオードを使用するため、シングルモードファイバ機器はマルチモードファイバ機器よりも高価です。詳細については、シングルモードとマルチモードとの違いについて参照してください。
より厳密な技術：MMFよりもSMFの製造と取り扱いが困難です。

シングルモード光ファイバケーブルの用途

シングルモードファイバの用途は、さまざまなカテゴリ応じて次の4つの主要な場合に分類できます。

カテゴリ	アプリケーションシナリオ
従来の/標準のシングルモードファイバ	メトロポリタンおよびアクセスネットワーク
負の非ゼロ分散シフトファイバ	大都市および中距離ネットワーク
正の非ゼロ分散シフトファイバ	長距離および高データレートの大都市ネットワーク
高正の非ゼロ分散シフトファイバ	高速、大容量、無中継の海底ネットワーク

さらに、シングルモードファイバは、シングルモード光ファイバアダプター、光ファイバアッテネーター、ピグテールおよび光パッチケーブルなどの光ファイバコンポーネントや機器の製造に幅広い用途があります。たとえば、屋内シングルモード光ファイバは、ピグテールまたは光パッチケーブルに製造することでシングルモード光ファイバ機器に接続できます。