光ファイバー通信のメリット
●大容量通信
●中継距離が長い
● 電磁干渉に対する耐性
● 豊富なリソース
●光ファイバーの軽量・小型化
光通信開発の歴史
● 2000 年以上前: 狼煙塔 – ライト、旗信号
● 1880年：光電話 – 無線光通信
● 1970年：光ファイバー通信
● 1966年：「光ファイバーの父」カオ・クエン博士が光ファイバー通信のアイデアを初めて提案。
● 1970: コーニング研究所のカプロンは、損失 20 dB/km の光ファイバーを製造しました。
● 1977 年: シカゴ初の商用 45 Mb/s 回線。
電磁スペクトル
光の屈折/反射と全反射
光は物質ごとに異なる速度で伝わるため、光がある物質から別の物質に伝わるとき、2 つの物質間の界面で屈折と反射が発生します。また、光の屈折角度は入射光の角度によって変化します。入射光の角度が特定の角度に達するかそれを超えると、屈折光は消え、すべての入射光が反射されて戻ります。これは全内部反射です。異なる材料は同じ波長の光を異なる角度で屈折し（つまり、異なる材料は異なる屈折率を持ちます）、同じ材料は異なる波長の光を異なる角度で屈折します。光ファイバー通信はこれらの原理に基づいています。反射率分布: 光学材料を特徴付ける重要なパラメータは、N で示される屈折率です。真空中の光の速度 C と材料内の光の速度 V の比が材料の屈折率です。
N＝C/V
光ファイバー通信に使用される石英ガラスの屈折率は約1.5です。
光ファイバー構造
裸の光ファイバー ケーブルは通常、次の 3 つの層で構成されます。
第 1 層: 高屈折率-ガラス コア（コア直径は通常 9-10μm、（シングルモード）50 または 62.5（マルチモード））。
2 番目の層: 中央の低屈折率-シリコン ガラス クラッド (直径は通常 125μm)。
3層目：最外層の強化樹脂コーティング。
光の基礎知識
1) コア: 高屈折率、光の伝達に使用されます。
2) コーティング: 低屈折率がコアとともに全反射の条件を形成します。
3) ジャケット：強度が高く、より大きな衝撃に耐え、光ファイバーを保護します。
3mm 光ファイバーケーブル オレンジ MM マルチモード
イエロー SM シングルモード
光ファイバーケーブルの寸法:
外径は通常 125μm (人間の髪の毛の平均は 100μm)
内径: シングルモード 9µm、マルチモード 50/62.5µm
開口数
光ファイバーの端面に入射した光がすべてファイバーを通過するわけではありません。特定の角度範囲内に入射する光のみが透過されます。この角度は光ファイバーの開口数と呼ばれます。開口数が大きいほど、光ファイバの接続には有利です。開口数は、異なる会社が製造する光ファイバ間で異なります。
光ファイバーの種類
ファイバー内の光の伝送モードに基づいて、光ファイバーは次のように分類できます。
マルチ-モード（MM）
シングル-モード（SM）
マルチモード ファイバー: 中央のガラス コアが厚く (50 または 62.5 μm)、複数のモードの光の伝送が可能です。ただし、モード間の分散が大きく、送信されるデジタル信号の周波数が制限され、この制限は距離が増すにつれて悪化します。たとえば、600 MB/km のファイバーは、2 km では 300 MB/km の帯域幅しかありません。したがって、マルチ-モードファイバーの伝送距離は比較的短く、通常はわずか数キロメートルです。
シングルモード ファイバ: -: 中央のガラス コアが薄く (通常は直径 9 または 10 μm)、1 つのモードの光のみを伝送できます。これは本質的にはステップ インデックス ファイバの一種ですが、コアの直径が非常に小さいです。理論的には、単一経路の直線光のみがファイバーに入射し、コア内を直線的に伝播することができます。-ファイバーパルスの広がりは最小限です。したがって、モード間分散が非常に小さいため、長距離通信に適しています。-ただし、波長分散が重要な役割を果たします。つまり、シングルモード ファイバには光源のスペクトル幅と安定性に対して高い要件が求められます。つまり、スペクトル幅が狭く、安定性が良好である必要があります。
光ファイバーの分類
素材別:
●グラスファイバー：コアもクラッドもガラスです。低損失、長い伝送距離、高コスト。
●シース付きシリコーン繊維：コアはガラス、クラッドはプラスチックです。ガラス繊維と同様の特性を持ち、低コストです。
● プラスチックファイバー: コアとクラッドの両方がプラスチックです。高損失、非常に短い伝送距離、非常に低価格。家電製品、オーディオ機器、近距離画像伝送などに広く使用されています。-
● 最適な伝送周波数ウィンドウによる: 従来のシングル-モード ファイバと分散-シフト シングル-モード ファイバ。
● 従来型: ファイバー メーカーは、1300nm などの単一波長に対してファイバーの伝送周波数を最適化します。
● 分散-シフト: ファイバー メーカーは、1300nm と 1550nm などの 2 つの波長に対してファイバーの伝送周波数を最適化します。
● 急激にシフト: 屈折率はコアからガラス クラッドまで急激に変化します。低コスト、高い複合一貫分散。産業用制御などの短距離、低速通信に適しています。-ただし、シングルモード ファイバはモード間分散が非常に低いため、すべてグレーデッド インデックス ファイバです。-
●グレーデッド インデックス ファイバ: 屈折率がコアからクラッドに向かって徐々に減少し、ハイモード光が正弦波状に伝播できるようになります。-これにより、モード間分散が減少し、ファイバ帯域幅が増加し、伝送距離が延長されますが、コストが高くなります。現在のほとんどのマルチモード ファイバーはグレーデッド インデックス ファイバーです。{4}
