光通信において、光信号の長距離伝送に必要な光導波路は、光ファイバー（または単に光ファイバー）と呼ばれる円筒形の誘電体導波路です。{0}光ファイバー）。光ファイバーは、光周波数で動作する誘電体導波路であり、光エネルギーをその軸に平行な方向に沿って伝播させます。
光ファイバーの構造と分類
光ファイバーの構造：
光ファイバー (OF) は、光を導くために使用される透明な誘電体ファイバーです。実際の光ファイバーは複数の透明な誘電体層で構成されています。図 2-1 に示すように、光ファイバの典型的な構造は、屈折率の高いコア、屈折率の低いクラッド、および外側のコーティングの 3 つの層に分けることができます。コアとクラッドの構造は光誘導の要件を満たし、コアに沿った光波の伝播を制御します。コーティングは主に保護機能を果たします（光を通さないため、さまざまな色に染色できます）。
(図2-1 一般的な光ファイバの構造)
(1) ファイバコア ファイバコアは光ファイバ（直径5～80μm）の中心にあります。その組成は高純度の二酸化ケイ素であり、二酸化ゲルマニウムや五酸化リンなどの微量のドーパントが添加されています。これらの少量のドーパントを追加する目的は、ファイバー コアの屈折率 (n) を適切に増加させることです。通信用光ファイバの場合、コア径は5～10μm（シングルモードファイバ）または50～80μm（マルチモードファイバ）です。
(2) クラッド: クラッドはファイバ コア (直径は約 125 μm) の周囲にあり、その組成も非常に少量のドーパントを含む高純度の二酸化ケイ素です。-ドーパント (三酸化ホウ素など) の役割は、クラッドの光屈折率 (n2) を適切に低下させ、ファイバ コアの屈折率よりわずかに低くすることです。さまざまな導光要件を満たすために、クラッドを単層または複数層として作成できます。
(3) 被覆光ファイバの最外層はアクリレート、シリコーンゴム、ナイロンからなる被覆であり、光ファイバの機械的強度と柔軟性を高めます。塗装は一般に一次塗装と二次塗装に分けられます。二次コーティングは、一次コーティングの上に適用される熱可塑性材料の追加層であるため、クラッディングとも呼ばれます。被覆光ファイバの外径は一般に１．５ｃｍ程度である。
ファイバコアの厚さ、コア材料の屈折率分布、およびクラッド材料の屈折率は、光ファイバの伝送特性に決定的な役割を果たします。クラッド材料は通常、一定の屈折率を持つ均質な材料です。複数のクラッド層がある場合、各クラッド層の屈折率は異なります。ファイバーコアの屈折率は均一であることも、コア半径 r に沿って変化することもできます。したがって、半径に沿った屈折率分布関数 n(r) は、コアの屈折率の変化を特徴付けるために一般的に使用されます。
光ファイバーの分類:
画像のテキストの英語訳は次のとおりです。
「現在、光ファイバには多くの種類がありますが、その分類方法は、ファイバの屈折率分布による分類、伝送モードによる分類、使用波長による分類、ジャケットやクラッドの材質による分類の4つに大別されます。また、光ファイバの構成成分の違いにより、最も一般的に使用されている石英光ファイバのほかに、フッ化物光ファイバやプラスチック光ファイバなどがあります。
(1) ファイバーの屈折率分布による分類: ステップ インデックス ファイバー (SIF) とグレーデッド インデックス ファイバー (GIF) に分けることができます。
1.ステップインデックス光ファイバ:屈折率分布が均一で、値が一定であり、屈折率分布がステップ-状の層状構造を呈するファイバコアおよびクラッド領域を指します。屈折率の変化は段階的です-。ステップインデックス光ファイバの屈折率分布を図 2-2 に示します。
その屈折率分布式は次のようになります。
n(r) = {n₁(r 以下₁)
{n₂ (a₁< r a 以下₂)
ステップインデックス光ファイバーは、光ファイバーの初期の構造形式です。その後、マルチモード光ファイバは徐々にグレーデッド インデックス光ファイバに取って代わられるようになりました（グレーデッド インデックス光ファイバはマルチモード光ファイバの持つモード色分散を大幅に低減できるため）。しかし、光ファイバー内でパルス光を伝送するためにそれを使用することは依然として比較的一般的です。現在、商用光ファイバの主力製品としてシングルモード光ファイバがマルチモード光ファイバに徐々に取って代わられている現在、ステップインデックス光ファイバ構造は、シングルモード光ファイバの唯一の構造形式となっている-。ステップ状でなければならない-。
2.グレーデッドインデックス光ファイバ：半径rに応じて屈折率分布が変化する光ファイバを指します。中心からの距離が増加し、徐々に減少するにつれて、半径は徐々に小さくなります。その変動規則は一般にべき乗指数規則に準拠します。ファイバのコアとクラッドの境界面に到達すると、クラッドに対応する値に切り詰められます。クラッド領域では、その屈折率分布は均一、つまり n2 です。グレーデッドインデックス光ファイバの屈折率分布を図2-3に示します。
その屈折率分布は次のように表されます。
「式中、g は屈折率分布番号です。異なる屈折率分布での異なる値を表します。n1 はファイバ コアの中心の屈折率です。n2 はクラッドの屈折率です。a1 はコアの半径です。Δ は相対屈折率差、Δ=(n1² -) n₂²)/2n₁²=(n₁ - n₂)/n₁。
グレーデッドインデックス光ファイバのモード間分散が低減される主な理由は、モード分散が低減され、伝送距離が延長され、伝送容量が増大することである。
(2) 伝送モードによる分類：マルチモード ファイバー（MMF）とシングルモード ファイバー（SMF）に分けられます。-名前が示すように、マルチモード光ファイバーは複数のモードを伝送できますが、シングルモード光ファイバーは基本モードと電界モードのみを伝送できます。-シングルモード光ファイバはマルチモード光ファイバよりもはるかに遠くまで伝送できるため、新世代の伝送ソリューションはシングルモード光ファイバが主流になるはずだと一般に考えられています。{4}}伝送媒体の損失と分散が同じ場合、シングルモード変調後の情報伝送容量は、マルチモード変調後の情報伝送容量よりもはるかに高くなります。
特定の使用波長条件下では、光ファイバには多くの伝送モードがあり、これらのファイバ モードはマルチモード光ファイバです。マルチモード光ファイバのモード屈折率はファイバ コアの屈折率とほぼ同じで、モードの数は V (正規化周波数) の 2 乗にほぼ比例します。したがって、グレーデッドマルチモード光ファイバとも呼ばれます。その後、徐々にグレーデッドインデックス光ファイバーになりました。
特定の使用波長条件下で、光ファイバー内に伝送モードが 1 つだけある場合、それはシングルモード光ファイバーと呼ばれます。{0}}シングルモード光ファイバは基本モード (軸モード) のみを伝送でき、このモードで伝送する場合にはモード間分散はありません。多数の高次モードを持つマルチモード光ファイバーと比較して、これは高速光ファイバー通信システムに非常に役立ちます。-
(3) 使用波長による分類: 短波長光ファイバ-と長波長光ファイバ-に分けることができます。
1.短波長光ファイバ-: 光ファイバ通信開発の初期段階では、一般的に使用される波長は0.6〜0.9μmでした。当時の主な理由は、この波長帯域で動作する半導体レーザー光源と検出器が比較的成熟していて、短波長の光ファイバーが主力製品であったためです。現在では、ほとんど使用されていません。
2.長波長光ファイバ-: 研究が進むにつれ、1.31 μm と 1.55 μm の波長帯域に入ると、これら 2 つの波長帯域は低損失、ゼロ分散、最小曲げ損失特性を示しました。したがって、研究作業は徐々にこれら 2 つの波長帯域に移行し、より優れた性能を備えた光ファイバーが登場しました。 1.0 ~ 2.0 μm の波長では、光ファイバーは短波長の光ファイバーに比べて損失が低いことが実際に証明されています。-
(4)長波長光ファイバは、低減衰や広帯域幅などの利点があるため、長距離、大容量の光ファイバ通信に特に適しています。--
1.従来の光ファイバ：ファイバのコアにゲルマニウムをドープし、クラッドとコアの屈折率分布を一定の比率で組み合わせた光ファイバを指します。このタイプの光ファイバは特性が良く、製造が比較的容易であるため、数世代に渡って改良が重ねられてきました。
これはゲルマニウムを原料とした素材の膨張係数が高いためです。低温では縮んで割れてしまいます。応力複屈折が発生し、光ファイバーに非対称性が加わります。
2.分散-シフト光ファイバー: ゲルマニウムをドープした後に熱処理を受け、零分散点を波長の 3 倍や 3 倍ではなく 1 つの波長内に移動させた光ファイバーを指します。-。
このタイプの光ファイバーの製造プロセスは比較的複雑です。このうち、光ファイバを最適化するには、コア径とドーピングの程度を一致させる必要があります。したがって、まだ広く使用されていません。」
