シングルモードとマルチモード光ファイバー：最適な種類の選び方

適切な光ファイバーケーブルの選択は、ネットワーク構築における最も重要な判断の一つです。選択を誤ると、不要な容量に過剰投資するか、数年以内に高額な再敷設が必要となる帯域の上限に直面します。

光ファイバーには**シングルモードファイバー（SMF）とマルチモードファイバー（MMF）**という2つの基本タイプがあります。コア設計、伝送距離、コストがそれぞれ異なります。このガイドでは技術的な違いを一つずつ説明し、マルチモードのOMグレードを紹介した上で、適切なタイプを選ぶための判断基準を示します。

簡易比較：シングルモードとマルチモードの光ファイバー

この表では主な違いをまとめています。以下の節でそれぞれ詳しく説明します。

シングルモード光ファイバーとは？

シングルモード光ファイバーのコアは非常に細く、通常 9/125 μm（コア径9 μm、クラッド径125 μm）です。コアが非常に細いため、光はファイバー内を単一モードで伝搬します。これにより、複数の光路から到着する光の時間差で信号がぼやけるモード分散を防ぎます。

モード分散がないため、シングルモード光ファイバーケーブルは非常に長い距離を伝送できます。使用するトランシーバーと波長によっては、信号再生なしで100 km以上の伝送が可能です。

シングルモード光ファイバーの主な特性

• **コア／クラッド：**9/125 μm（ITU-T G.652 により標準化）
• **動作波長：**1310 nm および 1550 nm
• 標準グレード： OS2（低ウォーターピークで、CWDM/DWDMに適合）
• **減衰量：**1310 nmで約0.35 dB/km、1550 nmで約0.20 dB/km
• 被覆色： 黄（業界の慣行）
• コネクタ研磨形式： 通常はAPC（緑）またはUPC（青）

単一モード光ファイバーは、世界の通信ネットワークの基盤です。海底ケーブル、長距離地上回線、さらにFTTH（光ファイバー・トゥ・ザ・ホーム）の大半で使われています。

OS2 — シングルモードの標準

OS1またはOS2と表示されたシングルモード光ファイバーを見かけることがあります。OS1は、減衰がやや大きい旧式のタイトバッファ屋内ケーブルを指し、減衰量は1.0 dB/kmです。OS2はルースチューブおよびエアブロー式ケーブルの現行標準で、減衰量は1310 nmで0.4 dB/km、1550 nmで0.3 dB/kmです。新規設置ではOS2を選択してください。

マルチモードファイバーとは？

マルチモードファイバーのコアははるかに大きく、50/125 μmまたは62.5/125 μmです。コアが広いため、複数のモード（光路）が同時に伝送されます。一方、各モードが少し異なるタイミングで受信端に到達する「モード分散」が起こり、帯域幅と最大伝送距離が制限されます。

マルチモード光ファイバーは主に850 nmの短波長で動作し、低価格のVCSEL（垂直共振器面発光レーザー）トランシーバーを使用します。そのため短距離リンクのシステム全体コストを抑えられます。

マルチモードファイバーの主な特性

• **コア／クラッド：**50/125 μm（OM3、OM4、OM5）または 62.5/125 μm（OM1、OM2）
• 動作波長： 850 nm（主）、1300 nm（副）
• 標準グレード OM1、OM2、OM3、OM4、OM5
• 減衰量： 850 nm時に約3.0 dB/km（OM3/OM4）
• **ジャケット色：**オレンジ（OM1/OM2）、アクア（OM3/OM4）、ライムグリーン（OM5）
• **コネクターの研磨：**UPC（標準）

データセンターや企業ビル内では、リンク長が数百メートルを超えることがまれなため、マルチモードファイバーが主流です。

シングルモードとマルチモードの詳細比較

ネットワーク設計で重要な技術的違いを、各寸法ごとに解説します。

コアサイズと光の伝搬

コア径は物理的な違いを決める要素です。シングルモードファイバーのコア径 9 μmは、マルチモードファイバーのコア径 50 μmのおよそ5分の1です。コアが小さいためコネクター嵌合時にはより厳密な位置合わせが必要ですが、モード分散がなく、伝送距離を大幅に伸ばせます。

マルチモード光ファイバーはコア径が大きく、LEDやVCSEL光源から光を結合しやすいため、トランシーバーの価格を抑えられます。

帯域幅とデータレート

シングルモード光ファイバーは、実用上帯域幅が無制限です。制限要因は常にトランシーバーであり、ファイバーではありません。OS2ファイバー1本で、異なるトランシーバー技術を使って1Gから400G以上まで対応できます。

マルチモードファイバーの帯域幅は、MHz·kmで測定される**実効モーダル帯域幅（EMB）**で制限されます。OMグレードが高いほどEMBも高く、長距離でのデータ転送速度が向上します。

距離

ここが、2種類の光ファイバーの違いが最も大きく現れる点です。

約500mを超えるリンクでは、シングルモード光ファイバーが現実的な唯一の選択肢です。

波長と光源

シングルモード光ファイバーでは、分布帰還型（DFB）レーザーまたは外部変調レーザー（EML）が生成する1310 nmと1550 nmの波長を使用します。これらの長波長はガラス内での減衰が小さくなります。

マルチモードファイバーは、VCSELが生成する850 nmの波長を使用します。VCSELは製造コストが低く、消費電力も少ないため、トランシーバーのコストを抑えられます。

色分け

光ファイバー業界では、ジャケットの色でファイバーの種類を一目で識別します。

APC（Angled Physical Contact）研磨は、ほぼシングルモードファイバー専用です。マルチモードコネクタにはUPC（Ultra Physical Contact）研磨を使用します。

マルチモード光ファイバーのグレードを解説

マルチモード光ファイバーはすべて同じではありません。ISO/IEC 11801 が定める**OM（光マルチモード）**分類では、帯域性能に基づいて5つのグレードに分けられます。

OM1とOM2：旧世代のグレード

OM1（62.5 μm）と OM2（50 μm）は旧式のファイバー規格です。1990sや初期の 2000s でFast EthernetおよびGigabit Ethernet用に広く敷設されました。いずれも実用的な距離で 10G Ethernetをサポートしません。既存ビルで OM1 または OM2 を見つけた場合は、10G 以上へ更新する際の交換を計画してください。

OM3とOM4 — 現在主力の規格

OM3とOM4は、現在最も一般的に導入されているマルチモード光ファイバーのグレードです。どちらも50 µmコアを使用し、850 nm VCSELレーザー向けに最適化されています。OM4は実効モーダル帯域幅が高く（4700 MHz·km対2000 MHz·km）、10G以上で到達距離が延びます。

ほとんどのデータセンターや企業向け設備では、OM4を推奨します。OM3に対する価格差はわずかで、余裕のある伝送距離は大きな利点になります。

OM5 — 広帯域マルチモード

OM5は最新グレードで、**短波長波長分割多重（SWDM）**に対応します。SWDMでは1本のファイバーに850、880、910、940 nmの4波長を使用し、少ないファイバーで40Gおよび100G伝送を実現します。OM5はOM3およびOM4と850 nmで下位互換性があります。

OM5の採用は予想より遅れています。OM4を使用する並列光伝送（SR4、SR8）が、多くのデータセンター事業者にとって引き続き経済的だからです。将来の高速リンクでファイバー心数を削減したい場合は、OM5を検討してください。

シングルモード光ファイバーを選ぶ場面

次のいずれかに該当する場合は、シングルモード光ファイバーが適しています。

長距離リンク。 500 メートルを超えるリンクにはシングルモードファイバーを使用してください。建物間のキャンパス幹線、都市圏ネットワーク、長距離通信回線が該当します。

**FTTH（Fiber-to-the-Home）。**住宅・企業向けブロードバンドのPONでは、シングルモードファイバーのみを使用します。GPON、XGS-PON、25G-PON はすべて 1310/1490/1550 nm 波長帯のシングルモードファイバーで動作します。

波長分割多重（WDM） CWDM・DWDMで一対の光ファイバーに多くのチャネルを多重化する場合、シングルモードが必要です。DWDMは一本で96以上のチャネルを運び、合計速度は毎秒テラビット規模になります。

将来への備え。 シングルモード光ファイバーに実質的な帯域幅の上限はありません。今日敷設したファイバーは、今後 20～30 年に登場するトランシーバー技術にも対応できます。長寿命が見込まれる局外設備やバックボーンでは、シングルモードがより安全な投資となります。

広域ネットワーク（WAN）。 オフィス、データセンター、クラウド接続拠点間の企業WAN接続では、距離要件のためシングルモード光ファイバーがほぼ必須です。

マルチモードファイバーを選ぶ場合

マルチモードファイバーは、特定の用途でコスト面の利点があります。

**100 m未満のデータセンター内接続。**スイッチ、サーバー、ストレージ間のリンクの多くは 100 m未満です。VCSELトランシーバー（SR、SR4、SR8）を用いるマルチモードファイバーは、10G、25G、40G、100G でポート当たりのコストを最小化します。

企業内LAN。 同一ビル内の水平配線や立ち上がり配線は、通常 300 メートルを超えません。この距離なら OM4 マルチモードファイバーで 10G を十分に実現できます。多数のポートではトランシーバーの低コストも大きな差になります。

コストを重視する短距離リンク。 リンク全体の予算を重視し、距離が短い場合、マルチモードファイバーとVCSELトランシーバーの組み合わせは、同等のシングルモード構成よりもリンクあたりのコストを30%～50%削減できます。削減効果の大部分はトランシーバー側から生じます。

既存のマルチモード設備。 建物にOM3またはOM4光ファイバーがすでに敷設され、目標データレートに必要な距離を満たしているなら、撤去して敷き直す必要はありません。既設のマルチモード設備を活用し、他のアップグレードに投資を回せます。

コネクター互換性

光ファイバー配線の便利な点の1つは、シングルモードとマルチモードで同じ種類のコネクターを使えることです。ファイバーの種類が変わっても、物理コネクターの形状は変わりません。

シングルモードとマルチモードの両方の光ファイバーで使われる代表的な光ファイバーコネクターの種類は次のとおりです。

• LC コネクター ― 現代のデータセンターと通信ネットワークの主流。小型で、1.25 mm フェルールとプッシュプル式ラッチを採用しています。SFP、SFP+、SFP28、QSFP モジュールで使用します。
• SCコネクター — FTTH/PON設備や従来型通信網で広く使用。2.5 mmフェルール、プッシュプル式のスナップロック。
• STコネクタ — バヨネット式のツイストロックコネクタで、古いLAN設備に見られます。現在も産業用および軍用アプリケーションで使用されています。
• MPO/MTP コネクター — データセンターで並列光通信（40G SR4、100G SR4、400G SR8）に使用する多芯プッシュオンコネクター。12-fiber と 24-fiber の構成があります。

代表的な2種類のコネクタを詳しく比較するには、LCとSCコネクタの比較ガイドをご覧ください。

色分けは重要です

コネクターは物理的には同じですが、色分けでパッチケーブルがシングルモードかマルチモードかを判別できます。リンク内で異なる種類の光ファイバーを混用しないでください。シングルモードのパッチコードをマルチモード幹線（またはその逆）に接続すると、信号が大きく減衰したり、リンクが完全に切断されたりします。

• 黄色のパッチケーブル＝シングルモード
• オレンジ色のパッチケーブル = マルチモードOM1/OM2
• アクア色のパッチケーブル＝マルチモード OM3/OM4
• ライムグリーンのパッチケーブル＝マルチモードOM5

APCとUPCの研磨タイプ

シングルモードコネクターには2種類の端面研磨があります。青色フェルール先端の**UPC（Ultra Physical Contact）と、緑色フェルール先端のAPC（Angled Physical Contact）**です。APCコネクターは8-degreeの角度付き端面を持ち、反射を-65 dB未満に抑えるため、アナログ映像、CATV、PON用途で不可欠です。

マルチモードコネクタではUPC研磨のみを使用します。コアが大きく伝送距離も短いため、APC研磨は必要ありません。

重要: APCと UPCのコネクターを嵌合してはいけません。斜めの端面と平らな端面が正しく接触せず、挿入損失が大きくなり、フェルールを損傷するおそれがあります。

コスト上の考慮事項

シングルモードとマルチモード光ファイバーのコスト比較は、一般に考えられているより複雑です。ケーブル単価だけでなく、総所有コストを評価する必要があります。

光ファイバーケーブルのコスト

マルチモード光ファイバーケーブルはシングルモードより少し安価ですが、差はわずかです。屋内ライザーまたはプレナム定格のケーブルでは、マルチモードの方がシングルモードより1メートルあたり10%～15%安い程度です。屋外敷設用ケーブルでは価格差はさらに小さくなります。

トランシーバーのコスト

実際のコスト差はここに表れます。VCSEL方式のマルチモードトランシーバー（SFP+ SR、QSFP+ SR4）は、シングルモード仕様（SFP+ LR、QSFP+ LR4）より大幅に安価です。

価格は概算で、販売元や数量によって異なります。

総所有コスト

500ポートを10Gで使用し、平均リンク長が100メートル未満のデータセンターの場合：

• マルチモード：トランシーバー約$7,500～$15,000 ＋ ケーブル約$5,000 ＝ 合計 $12,500～$20,000
• シングルモードの費用：約$15,000～$40,000（トランシーバー）+ 約$5,500（ケーブル）= $20,500～$45,500

多モードの利点は、短距離かつポート数の多い環境で明確です。

ただし、20のリンクを10Gで使用し、500 mから2 kmまでを結ぶキャンパスバックボーンの場合：

• この距離で使用できる選択肢はシングルモードだけなので、比較する意味はありません。

選定の考え方は簡単です。必要な距離にマルチモード光ファイバーが届くなら、ほぼ常にこちらのほうが安価です。届かない場合はシングルモードが唯一の選択肢です。

シングルモードとマルチモードの両用途向けに設計された、当社の光ファイバーコネクタの全製品をご覧ください。

よくあるご質問

シングルモードトランシーバーをマルチモード光ファイバーで使えますか？

技術的には、シングルモードトランシーバーからマルチモード光ファイバーへ光を送ることができ、非常に短距離（30メートル未満）なら動作する場合があります。ただし、サポート対象の構成ではありません。モードフィールドの不一致で性能が予測しづらく、トランシーバーメーカーも動作を保証しません。必ずトランシーバーの種類とファイバーの種類を一致させてください。

シングルモードファイバーはマルチモードファイバーより壊れやすいですか？

いいえ。どちらのファイバーも同じ125µmクラッドと類似した被覆材を使用します。曲げ半径の仕様と機械的耐久性も同じです。シングルモードファイバーはコア径が小さいため、コネクターでより厳しい位置合わせ公差が必要ですが、現代の製造技術では実用上問題になりません。

再配線せずにマルチモードからシングルモードへ切り替えられますか？

いいえ、直接の互換性はありません。2種類のファイバーは物理的に異なるため、相互に差し替えできません。ただし、一部の状況ではメディアコンバーターまたはモード調整パッチケーブルを一時的な中継に使用できます。恒久的にアップグレードする場合は、ファイバーを交換するのが適切です。

レーザー最適化マルチモードファイバーとは何ですか。

OM3、OM4、OM5ファイバーが「レーザー最適化」と呼ばれるのは、屈折率分布が850 nm VCSEL光源に合わせて設計されているためです。旧式のOM1およびOM2ファイバーはLED光源向けに設計されており、高速レーザートランシーバーでは性能が低下します。

将来への備えとして、すべての場所にシングルモードファイバーを敷設すべきですか？

用途によって異なります。屋外設備、キャンパスバックボーン、または将来的に長距離化する可能性のあるリンクには、シングルモードがより安心です。短距離リンクが多いデータセンター内では、VCSELトランシーバーを使うマルチモード光ファイバーが最も費用対効果に優れています。多くの組織では、バックボーンや建物間にシングルモード、建物内やデータセンター内にマルチモードを併用します。

ネットワークに適した光ファイバーコネクタの選び方

長距離通信網にシングルモードファイバーを敷設する場合でも、データセンター内でマルチモードファイバーを使う場合でも、コネクターの品質はファイバー自体と同じくらい重要です。品質の低いコネクターは挿入損失、反射、信頼性の問題を招き、時間の経過とともにネットワーク性能を低下させます。

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