現代社会では、世界中に送信されるメッセージからリアルタイムで配信されるビデオまで、データの動きはかつてないほど速い。しかし、この目に見えないスピードの背後には、シンプルな科学の奇跡がある： ガラスを伝わる光.

これが光ファイバーの原理であり、人類史上最も偉大な技術革新のひとつである。光ファイバーは、銅線と電気に頼る代わりに、光信号を使って膨大な量のデータを長距離に運びます。.

ファイバー・ネットワークがどのようにして大陸を越えて情報を伝送しているのか、その詳細に踏み込む前に、まず基本的なことから説明しよう： 光はどのようにして細いガラスを抜けずに進むことができるのだろうか？

シングルモードファイバーケーブル

目次

光ファイバーを支える物理学：屈折と反射

光ファイバーを理解するには、光について2つの基本的なことを知っておく必要がある。 屈折 そして 全反射.

光がある物質から別の物質へ（例えば空気からガラスや水へ）通過するとき、光は速度を変える。この速度の変化によって、光は ベンド, と呼ばれる現象である。 屈折.

光の屈折と反射

水の入ったコップにストローを挿すと、水面が曲がって見えたり、割れて見えたりする。これは、光が空気中よりも水中の方が遅く進むため、光の向きが変わるからである。.

水中にレーザー光線を照射することを想像してみよう。少しずつ角度を大きくしていくと、光が空中に出なくなり、水中で完全に反射するポイントがある。この点を 臨界角, と呼ばれている。 全反射.

光内部反射

これが光ファイバーの秘密だ。ファイバー内部では、光は逃げずにガラスのコア内で反射し続け、左右に跳ね返る。.

光の「跳ね返り廊下」のように考えることができ、反射のたびに信号が進路を失うことなく前進し続ける。.

光ファイバーケーブルの構造

光ファイバー構造

一本の光ファイバーは単純に見えるかもしれないが、それは驚くべき工学の一部である。光ファイバーは何層にも重なり、それぞれが特定の目的を果たす：

  1. コア - これは、光信号が実際に伝わるガラスやプラスチックの細い繊維です。コアの純度と屈折率によって、光がどの程度とどまるかが決まる。.
  2. クラッディング - コアを取り囲むクラッドの屈折率はわずかに低く、内部全反射が起こり、光が漏れないようになっている。.
  3. コーティング（またはバッファー層） - これは、機械的ストレスや湿気から繊維を保護するポリマー層である。.
  4. アウタージャケット - 最外層は通常耐久性のあるプラスチック製で、繊維束を環境による損傷や折り曲げ、破砕から保護する。.

これらのレイヤーを組み合わせることで、光ファイバーは（精度の点では）驚くほど繊細であり、（実際の性能の点では）驚くほど耐久性がある。.

ファイバーの一方の端に入った光はコアを通り、クラッド境界に沿って毎秒数千回反射し、もう一方の端からほとんど無傷で出てくる。.

それを視覚化するには、ガラス管の中を走る小さな「光の高速道路」を思い浮かべてほしい。これが光ファイバーが光を導く基本的な仕組みだ。.

シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの比較

すべての光ファイバーが同じというわけではありません。大きく分けて シングルモードファイバー（SMF） そして マルチモード・ファイバー（MMF）, この2つの違いは主にコアの大きさと、光がどのようにコアを通過するかという点である。.

光ファイバーケーブル シングルモード
  • シングルモード・ファイバー（SMF）：
    コアは非常に小さく、およそ 8～10マイクロメートル 広い。光の通り道は1つだけ、つまり1つの「モード」しか通ることができない。この設計により、反射と分散が最小限に抑えられ、信号の伝送が可能になる。 数十キロから数百キロ ロスが非常に少ない。.
    → 用途長距離伝送、通信バックボーン、高速データリンク。.
  • マルチモード・ファイバー（MMF）：
    コアはより大きく、通常は 50～62.5マイクロメートル. .これにより、複数の光路または「モード」が同時に進むことができる。しかし、それぞれの光路は微妙に異なるルートを通るため、到着時刻は異なる。 モード分散, これは距離と帯域幅を制限する。.
    → 用途LANやデータセンターなどの近距離アプリケーション。.

それを想像するのはいい方法だ：

  • シングルモード・ファイバーは 新幹線 - ワントラック、長距離、最小限の干渉。.
  • マルチモード・ファイバーは 市内バス路線 - 多くの乗客（光線）が路線を共有し、短距離の移動には最適だが、長距離では遅くなる。.

一方は長距離の効率性、もう一方は短距離の密度だ。.

光ファイバーによるデータの伝送

さて、光がファイバー内部に留まる仕組みがわかったところで、次の質問だ： 光は実際にどのようにデータを運ぶのか？

テキストメッセージから4Kビデオに至るまで、あらゆるデジタル情報の断片は、以下のものから構築されている。 バイナリコード, の連続である。 0と1. .光ファイバー・ネットワークでは、これらの0と1は次のように表されます。 光パルス:

  • A 光パルス = 1
  • 無灯火 = 0

電子メールを送信したり、ビデオ通話を開始したりすると、デバイスはそのデータを何百万もの高速な光の点滅に変換する。これらのパルスは、全内部反射によってコアに沿って跳ね返りながら、ほぼ光速で光ファイバー内を進みます。.

もう一方の端には 受光素子 光信号は電気信号に変換され、コンピューターや電話が画像、音声、テキストとして解釈する。.

このプロセスは ナノ秒, 瞬く間に海を渡ることができる。人間の髪の毛よりも細いファイバー1本で、次のようなデータを伝送することができる。 テラビット/秒, 何百万人ものユーザーの情報を同時に送信する。.

光ファイバーが銅より優れている理由

光ファイバーが一般的になる以前は、ほとんどのデータ伝送は光ファイバーに頼っていた。 銅線. .銅線が電気信号を使うのに対し、光ファイバーは光を使う。.

特徴 銅ケーブル 光ファイバーケーブル
伝送媒体
電気
ライト
スピード
制限付き（～1 Gbps）
超高速（10 Gbps～1 Tbps）
距離
信号がすぐに弱くなる
数十キロの移動が可能
妨害
電磁ノイズの影響
干渉を受けない
サイズと重量
厚くて重い
薄くて軽い
帯域幅
限定
非常に高い - 大規模なデータフローをサポート

要するに、光ファイバーは 高帯域幅、低損失、高信頼性. .世界的な電気通信だけでなく、データセンター、医療用画像処理、産業用オートメーション、さらには家庭用インターネット接続（FTTH - Fiber to the Home）でも使用されている。.

最も印象的な点のひとつは、光の信号が移動できることだ。 海中, 巨大な海底ファイバー・ネットワークで大陸を結ぶ。これがなければ、現代のインターネットやグローバルなクラウド・コンピューティングは存在しなかっただろう。.

ファイバーシステムにおける信号品質の維持

光が光ファイバーを通って効率よく進むとはいえ、いくつかの要因が性能に影響することがある：

  • スプライシングまたはコネクタの紛失 - どの接続ポイントでも、通常はデシベル（dB）単位で測定される微小なロスが発生する。.
  • 曲げ - ファイバーがきつく曲げられると、光が逃げてしまう。 曲げ損失.
  • 汚染 - コネクタの端に付着したほこりや油は光を散乱させ、信号を弱めます。.

そのため、設置の品質とコンポーネントの精度が非常に重要になります。コネクターやアダプターからパッチコードに至るまで、ファイバー経路がスムーズであればあるほど、ネットワークの性能は向上します。.

で インフェン・コミュニケーション, 私たちは、このようなファイバーネットワークを可能にする以下のようなコンポーネントを専門としています。 ファイバーコネクター そして アダプター への パッチコード, スプリッター 終端ボックス.

当社の製品は、すべての光信号が安定し、低損失で、正確に整列するように設計されており、グローバルなネットワーク構築業者がより高速で信頼性の高いファイバー接続を実現できるよう支援します。.

データセンターであれ、FTTHの展開であれ、電気通信のバックボーンであれ、私たちの使命は、よりスマートで、より接続性の高いファイバー通信への世界の移行をサポートすることです。.

光ファイバーのインパクト

各国を結ぶ光ファイバーが光る地球のイラスト - 全世界をカバー

光ファイバーは人類のコミュニケーション方法を一変させた。その歴史は 長距離電気通信 への FTTH, そして、世界中のデータセンター、都市、そして人々をつなぐ目に見えない網を形成している。.

この技術は、クラウド・コンピューティング、リアルタイム・ビデオ・ストリーミング、スマート・シティの台頭を可能にした。あなたがウェブを閲覧したり、ビデオ会議に参加したり、世界中にデータを送信したりするたびに、それは光として何千キロメートルもの光ファイバーを通って移動している可能性が非常に高い。.

新世代のファイバー・システムは、スピード、効率、持続可能性の限界を押し広げ続けている。.

よくある質問光ファイバーの基礎知識

光ファイバーケーブルの内部で光はどのように留まるのか？

光はコア内部で反射を繰り返す。 全反射, そのため、側面から空気が漏れることはない。.

シングルモードファイバーは増幅なしで80-200kmまで到達できるが、マルチモードファイバーは短距離（2km以下）に最適である。.

ファイバーケーブルは光信号のみを伝送するため、電磁干渉の影響を受けず、電気的環境でも安全に使用できる。.

光は電気信号よりも速く伝わり、エネルギーの損失が少ないため、ファイバー接続は、はるかに長い距離にわたって安定した高速データを提供することができる。.

曲げに弱いファイバー、高密度コネクター、光増幅器など、現在進行中の技術革新により、ファイバー・ネットワークはより高速で信頼性の高いものとなっています。.

まとめ

光ファイバーの魔法は、シンプルかつ強力な原理にあります。 ライト を使用して情報を伝送しています。ガラス内部の光の屈折から、大陸を越えて信号を伝送する精密工学ファイバーまで、光ファイバーは物理学と技術革新の完璧な融合を象徴しています。.

髪の毛ほどの太さのガラス繊維に導かれた1本の光線が、いまや地球全体を、かつてないほど速く、クリーンに、そして確実につないでいる。.

光ファイバーは単なる技術ではなく、デジタルの未来を支えるバックボーンなのだ。.