光ファイバ 光ファイバ住友電工Optigate
光ファイバ 基礎知識光ファイバ
光は、コアに閉じこめられた状態で伝搬
光ファイバの構造光ファイバは、石英ガラスやプラスチックで形成される細い繊維状の物質で、右図のように中心部のコアと、その周囲を覆うクラッドの二層構造になっています。コアは、クラッドと比較して屈折率が高く設計されており、光は、全反射という現象によりコア内に閉じこめられた状態で伝搬します。
全反射とは……
下図のAのように、光が屈折率の高い「物質1」から屈折率の低い「物質2」に到達すると、その角度を変えて進入していきます。光の進入角度がBのように浅くなると、透過する角度も小さくなり、境界面に対して平行に近くなります。そこでさらに進入角度を小さくすると、Cのように光は「物質2」に透過することができなくなり、すべての光が境界面で反射されることになります。このようにすべての光が反射されることを全反射と呼び、このときの入射角度を臨界角と呼びます。
光ファイバ
主要な光ファイバは5種類
光ファイバの分類現在、情報通信用途に最も使用されている光ファイバは、品質上コア・クラッドとも石英ガラスでできています。光ファイバは、光の伝搬するモードの数によって「マルチモード」と「シングルモード」の2種類に分類されます。さらに、マルチモード光ファイバは、コアの屈折率分布によって、「ステップインデックス」と「グレーデッドインデックス」に分けられます。また、シングルモード光ファイバは、零分散波長により、「汎用シングルモード」と「分散シフト・シングルモード」、「非零分散シフト・シングルモード」に分けられます。これらのうち、LANで使用するのは、主に「グレーデッドインデックス」と「汎用シングルモード」です。
ステップインデックス・マルチモード光ファイバ(SI)
ステップインデックス・マルチモード光ファイバ(SI)コアの屈折率が一定の光ファイバで、光はコア内を多くのモード(光の通り道)に分かれて伝搬します。右図の中のモードを比較すると、一方はまっすぐ最短距離で進むのに対し、もう一方は反射を繰り返して遠回りしており、その結果、伝搬信号は大きく歪んでしまいます。このため「ステップインデックス」は狭帯域になり、現在ではほとんど使用されていません。
グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバ(GI)

グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバ(GI)コアの屈折率を滑らかに分布させた光ファイバで、標準的には、50、または62.5のコア径をもっています。コア内の屈折率を滑らかに変化させることにより、「ステップインデックス」に見られた伝搬信号の歪みが、大幅に改善されました。右上図では、伝搬距離の異なるモードが複数存在していますが、最短距離を進むモードは屈折率の高いコア中心を通るため光の速度が遅く、遠回りするモードは屈折率の低い部分を通るため光の速度が速くなり、相対的にどのモードの光も同じ速度で伝搬することになります。「グレーデッドインデックス」は、次に紹介する「シングルモード」に比べ伝送損失が大きいのですが、光ファイバ接続が簡単でネットワーク機器も圧倒的に安価なため、LANなどの近距離情報通信用途として広く使用されています。

汎用シングルモード光ファイバ(SM)
汎用シングルモード光ファイバ(SM)コア径を小さくすることでモードを1つにした光ファイバで、マルチモードで見られたようなモードの違いによる伝搬信号の歪みは発生せず、極めて広帯域な特性を有します。汎用のシングルモード光ファイバは、1310nm帯に零分散波長があるため、伝送損失が低く優れた特性を有し、高品質で安定した通信が求められる幹線網に用いられています。
分散シフト・シングルモード光ファイバ(DSF)
分散シフト・シングルモード光ファイバは、伝送損失が1310nm帯よりも低い1550nm帯を零分散波長としたシングルモード光ファイバです。長距離伝送に適しています。
非零分散シフト・シングルモード光ファイバ(NZ-DSF)
非零分散シフト・シングルモード光ファイバは、零分散波長を1550nm帯から少しずらすことにより、1550nm帯での非線形現象を抑制した光ファイバです。波長分割多重(WDM)伝送に向き、超高速の長距離伝送に適しています。
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