マルチモードファイバー（MMF）とは？

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マルチモードファイバーとシングルモードファイバーには、肉眼で区別できる違いがありますか？なぜシングルモードよりも伝送距離がそれほど短いのですか？

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一、肉眼能分辨多模光纤和单模光纤的区别吗？

物理构造と外観から見て、肉眼で区別できるかどうかは、ベアファイバーを観察しているのか、それとも完成品の光ファイバーパッチコードを観察しているのかによります。

1. ベアファイバーを直接観察する（コアを目視で直接区別するのは非常に困難）

シングルモードファイバーでもマルチモードファイバーでも、最も外側のガラス**クラッド（Cladding）の標準外径は同じで、通常は 125\ \mu\text{m} （髪の毛一本ほどの太さ）です。最も外側のプラスチックコーティング（Coating）の外径も通常は同じです（例： 245\ \mu\text{m} または 250\ \mu\text{m} ）。
両者の根本的な違いは、クラッド内部のコア（Core）**の直径にあります。

  • シングルモードファイバー（SMF）：コアは非常に狭く、通常は約 9\ \mu\text{m} です。
  • マルチモードファイバー（MMF）：コアは太く、一般的なものは 50\ \mu\text{m} （例：OM2、OM3、OM4）または 62.5\ \mu\text{m} （例：OM1）です。

コアは同じ大きさで完全に透明なガラスクラッドに覆われているため、肉眼で直接見てもコアの大きさを識別することはできません。

2. 光ファイバーパッチコードの外被色による（最も直感的で、肉眼で容易に区別可能）

光ファイバーがプラスチック外被付きの光ファイバーパッチコードに加工されている場合、国際標準（例：TIA-598-C）によって非常に明確なカラーコードが定義されており、肉眼で一目で違いがわかります。

  • シングルモード光ファイバーパッチコード：外被は通常**黄色（Yellow）**です。
  • マルチモード光ファイバーパッチコード：
    • オレンジ色（Orange）：旧式のOM1またはOM2マルチモードファイバー（ 62.5\ \mu\text{m} または 50\ \mu\text{m} ）によく使用されます。
    • 水色/アクア（Aqua）：10ギガビットクラスのOM3またはOM4マルチモードファイバーによく使用されます。
    • 紫赤色（Erika Violet）：OM5広帯域マルチモードファイバーに使用されます。

3. 端面顕微鏡検査装置を使用する（専門的な微細観察）

200倍または400倍のファイバー端面顕微鏡でフェルール端面を観察すると、コアサイズが数倍（9対50）異なるため、肉眼でも接眼レンズまたはディスプレイ上で、シングルモードとマルチモードのコアの中心領域のサイズの違いを非常にはっきりと見ることができます。

二、なぜマルチモードファイバーの伝送距離はシングルモードよりずっと短いのですか？

マルチモードファイバーの伝送距離は通常数百メートル（高速10ギガビットでは数十メートル）に過ぎませんが、シングルモードファイバーは数十キロメートル、あるいは数百キロメートルを容易に伝送できます。これは主に、次の2つの中心的な物理メカニズムによって決まります。

1. モード間分散（Modal Dispersion）—— 根本的な制限要因

マルチモードファイバーのコア（例： 50\ \mu\text{m} ）は、動作光の波長よりもはるかに大きいため、光がファイバー内で何百、何千もの異なる経路（「モード」と呼ばれる）で同時に前進伝送することを可能にします。

  • 経路の違い：一部の光線はコアの中心軸に沿って直線的に伝播し（経路が最も短く、速度が最も速い）、一部の光線は大きな角度でコアとクラッドの界面で反射や屈折を繰り返しながら進みます（経路が最も長く、速度が最も遅い）。
  • パルス広がり：これらの光モードは同時に発射されますが、各経路の物理的な長さが異なるため、受信端に到達する時間に差が生じます。この異なるモードの伝送速度の違いによって生じる現象をモード間分散と呼びます。
  • 符号間干渉：伝送距離が増加するにつれて、光パルスの時間軸上での広がりがますます深刻になります。距離が長すぎると、前のパルスの「テール」と次のパルスの「ヘッド」が時間的に重なり（符号間干渉 ISI を発生）、受信端の光電検出器がデジタル信号の「0」と「1」を正確に識別できなくなり、ビットエラー率が急増します。
  • シングルモードファイバーの利点：シングルモードファイバーのコア（約 9\ \mu\text{m} ）は、光波長の量に非常に近いほど狭いため、特定の動作波長（例： 1310\ \text{nm} または 1550\ \text{nm} ）では1種類の光モード（基本モード LP_{01} ）のみを通過させます。伝送されるモードが1種類しかないため、シングルモードファイバーにはモード間分散が全くありません。その信号パルスは広がりが極めて少なく、超長距離の高速伝送をサポートできます。

2. 光損失と減衰（Attenuation）

  • マルチモードファイバーは通常、 850\ \text{nm} または 1300\ \text{nm} の短波長ウィンドウで動作します。これらの波長では、シリカファイバーはレイリー散乱と吸収による減衰が比較的大きくなります（例： 850\ \text{nm} バンドでの減衰は約 2.5\ \text{dB/km} から 3.0\ \text{dB/km} ）。
  • シングルモードファイバーは通常、 1310\ \text{nm} （ゼロ分散波長）および 1550\ \text{nm} （最小損失波長）で動作します。 1550\ \text{nm} ウィンドウでは、シングルモードファイバーの物理的減衰は非常に低く、典型的な値はわずか約 0.2\ \text{dB/km} であり、これにより光信号は中継増幅なしで非常に長い物理距離を伝播できます。

三、OFSCN® 公式製品および設計選定参考

大成永盛（OFSCN®）は、高温・低温、分散型光ファイバーセンシングなどのさまざまな産業および科学研究環境に対応するため、特殊シングルモードおよびマルチモードファイバーに基づいた完全な製品ラインアップを取り揃えています。

1. 特殊シングルモードファイバー製品

2. 特殊マルチモードファイバー製品

光源、光学部品、またはシステムセンサーでマルチモード大口径エネルギーカップリングを行う必要がある場合は、次の高安定性マルチモードファイバーを使用できます。

3. 光ファイバーパッチコードシステムコンポーネント

  • システム接続については、大成永盛は標準環境向けの OFSCN® Standard Fiber Patch Cord および、広温度範囲（-200℃～200℃）で安定動作する金属シームレス鋼管とポリイミド光ファイバーで構成された OFSCN® 200℃ Fiber Optic Patch Cord を提供しています。このシリーズのパッチコードコンポーネントはデフォルトでシングルモードファイバーを採用していますが、さまざまなセンサーおよびデバイスリンクのニーズに対応するため、マルチモードファイバーバージョンのカスタマイズも可能です。