光ファイバケーブルのしくみ

光ファイバというと、さまざまな用途で使用されていますが、人々が思い浮かべそうな主なアイテムは芸術的な照明やインターネット回線でしょう。照明でもデータ伝送でも仕組みは同じで、ガラスやプラスチックのストランド（より線）に光を通しています。

「光のショー」で使用される大部分の光ファイバとは異なり、データ伝送に使用されるストランドには、独自の用途を持つ保護層があります。一般的なケーブルの中心部には、まず、純ガラスやプラスチックの芯があります。その次に、純度の低いガラスやプラスチックで作られることが多いクラッドが来ます。さらにその次に、芯を保護する強化部材であるコーティング、そして最後に、すべてを収納する外側ジャケットが来ます。

クラッドは、芯内の光を維持するための障壁として機能します。他のすべての層は、保護を行うことのみを目的としています。

光ファイバケーブルの中で最も興味深い側面は、芯とクラッドだと私は考えています。この芯は、純度が高いので、長距離にわたって光を伝送しても強度が低下して役に立たなくなるということがありません。その理由のひとつは、光をすべて芯内にとどめて光が外部に拡散するのを防ぐように構成されているクラッドにあります。

光ファイバケーブルには、大きく分けてシングルモードとマルチモードの2種類があります。シングルモードは、芯を小さくし、クラッドを厚くすることで、光を1本のビームとして集束させています。したがって、信号が強くなるため、長距離伝送にはシングルモードの方が向いています。

マルチモードケーブルは、芯が大きく、クラッドが薄くなっています。このように芯を大きくすることで、より多くの伝送を可能にしています。多くの伝送を実現する仕組みは、各伝送波を別々の角度に向けることで、芯の中を途切れることなく進んでいけるようにすることです。しかし、より多くのデータを同時に転送できる反面、角度が光強度に干渉するため、マルチモードは近距離の方が向いています。

以前は、マルチモードケーブルの信号はすべてステップインデックスと呼ばれるジグザグした外観をしていました。最近のマルチモードケーブルの信号は、信号がより正弦波的なパターンを取るグラデーションインデックスに進化しており、より信頼性が高くなっています。

光ファイバは、データ伝送の中でも非常に興味深い形態であり、ここで紹介した内容以外にも学ぶべきことが多くあります。しかし、基本を楽しく学べたことを願っています。これをきっかけにもっと勉強して、お客様の次の設計に光ファイバを導入していただければと思います。