インターネットがどうやって光速で移動しているのか不思議に思ったことがあるだろうか。 光ファイバーケーブル.しかし、それは一体何でできているのだろうか？ご心配なく。この記事では、できるだけ簡単な方法で説明します。分かりにくい専門用語や複雑な略語を心配する必要はない。ステップ・バイ・ステップで説明していきますので、光ファイバーの世界が初めての方でも、簡単に理解することができます。

目次

概要光ファイバー・ケーブルには何が入っているのか？

ケーブルの構造を簡単に説明しよう：

レイヤー 役割
コア
光/データを運ぶ
クラッディング
コア内に光を保つ
コーティング
キズや湿気からの最初の保護
バッファ層
耐衝撃性と絶縁性を高める
ストレングス・メンバー
機械的強度を与え、張力を吸収する
水のブロック
ケーブルへの湿気の侵入を防ぐ
アウタージャケット
環境の危険からケーブルを保護

まず、光ファイバーケーブルとは何か？

光ファイバー・ケーブルは、1本のファイバーとは違います。バスのように考えてください。バス自体がケーブル全体であり、中の乗客は個々の光ファイバーです。

  • 光ファイバー・ケーブル

  • 光ファイバー＝内部にある小さなガラス糸

通常、1本の光ファイバー・ケーブルには、1本以上のファイバーと、ファイバーを安全に保つための数層の保護層が含まれています。これらのケーブルは、長距離のデータを超高速で、信号損失をほとんど発生させずに送るように設計されています。そのため、現代の通信システムのバックボーンとなっています。

24芯の光ファイバーケーブル断面のクローズアップ。ファイバーチューブと中央の強度部材が見える。
216芯ルースチューブ光ファイバーケーブルの断面図。内部のファイバー配列と構造を示す。

では、光ファイバーケーブルの内部には何があるのか？

光ファイバー・ケーブルは一見、普通の電線に見えるかもしれない。しかし、その内部は入念に設計された構造体なのです。各層にはそれぞれの役割があり、地下トンネルや海中、街の屋根の上といった過酷な環境でも、ケーブルが迅速かつ確実に、そして安全にデータを伝送できるようになっています。

光ファイバー・ケーブルはさまざまな場所で使用されるため、決まったデザインはありません。しかし、一般的に、ほとんどすべての光ファイバーケーブルは層構造を共有しています。それぞれの層について詳しく見ていきましょう。

ダクトケーブル、空中ケーブル、海底ケーブル、屋内ファイバー構造物など、さまざまなタイプの光ファイバーケーブルの断面図を図解。

光ファイバー - ケーブルの心臓部

その中心にあるのが光ファイバーで、実際に光（ひいてはデータ）を伝送する部分だ。このファイバーは非常に細く、人間の髪の毛ほどの幅で、超高純度ガラスでできている。

光ファイバー自体には3つの主要部分がある：

  • コア - 光が通る中央のガラスの通路
  • クラッディング - 光をコア内部に閉じ込め、外に漏れないようにする周囲のガラス層
  • コーティング - 傷、ほこり、湿気からガラスを保護する薄い保護プラスチック層。

繊維には大きく分けて2つのカテゴリーがある：

  • シングルモード・ファイバー（SMF）長距離・高速伝送に最適で、通信ネットワークや海底ケーブルによく使われる。
  • マルチモードファイバ（MMF）建物内、キャンパス、データセンターなどの短距離に使用される。

シングルモード・ファイバーは長距離移動用の高速道路のようなもので、マルチモード・ファイバーは短距離移動用のローカル道路のようなものだ。

光ファイバー・ケーブルは何でできているのか-インナー・レンダリング

バッファー・レイヤー - 追加保護

ガラス繊維は単体で扱うにはもろすぎるため、保護のための緩衝層が必要になる。大きく分けて2つのスタイルがある：

  • タイトなバッファコーティングはファイバーに直接施される。このため、ケーブルは柔軟で扱いやすく、屋内環境に最適です。
  • ルース・バッファファイバーは、ゲルや場合によっては乾燥した素材で満たされた小さな保護チューブの中に収まっている。この設計により、ファイバーは多少の「呼吸スペース」を持ち、温度変化に応じて膨張・収縮することができる。一般的に屋外で使用される。

ルーズバッファ付きケーブルは、クッション性があり、環境ストレスによる損傷を防ぐことができるため、長距離や屋外のアプリケーションに特に有効です。

ストレングスメンバー - ケーブルのバックボーン

コーティングやバッファーがあっても、ファイバー自体は物理的なストレスにはあまり耐えられない。引っ張ったり、曲げたり、伸ばしたりすると、簡単に破損してしまいます。そのため、光ファイバーケーブルには、ケーブルに構造を与え、張力を吸収する材料である強度部材が含まれています。

強度部材はケーブルの異なる部分に配置することができる：

  • 中央強化メンバー - 中央を貫くソリッドロッド
  • 周辺強度部材 - 繊維を取り囲む素材がサポート力を強化

一般的な強度材料には以下のようなものがある：

  • メタリック: 亜鉛メッキ鋼線または鋼ストランド (非常に強く、空中および地下ケーブルに使用)
  • 非金属：アラミド糸（ケブラー）、FRP（繊維強化プラスチック）、またはグラスファイバー（軽量で、ケーブルが電気的干渉を避ける必要がある場合に使用される）

例えば、電柱と電柱の間にぶら下がっている空中ケーブルは、重力と風による張力を処理するために非常に強い強度部材を必要とする。

遮水材 - 湿気を防ぐ

湿気は光ファイバーにとって大敵の一つである。水分が染み込むと、信号の損失や腐食を引き起こしたり、ケーブル内部で凍結して亀裂が入ったりすることもある。これを防ぐため、光ファイバーケーブルには特殊な遮水材が使用されている：

  • ジェル充填デザインバッファーチューブの中に厚いゲルを入れて水を遮断する。これは信頼性が高いが、設置時に面倒なことがある。
  • ドライデザイン濡れると膨潤し、水の浸入を遮断するパウダー、ヤーン、テープ。これらは取り扱いが簡単で、作業も清潔である。
  • セミドライ・デザインチューブ内のゲルとコア内のドライ素材の組み合わせで二重のプロテクションを実現。

この層は水を防ぐだけでなく、振動や機械的衝撃から繊維を保護する。

5.アウタージャケット - ケーブルの鎧

アウター・ジャケットは、外側に見える丈夫な保護層です。ファイバー・ケーブルの鎧のようなもので、繊細な内部パーツを外界から守っていると考えてください。これがなければ、ファイバーは日々の消耗に耐えられません。

このジャケットは、以下のことを防いでくれる：

  • 機械的損傷 - 曲げる、切る、砕く
  • 日光（紫外線暴露） - 長期屋外使用
  • 化学薬品とオイル - 特に産業環境において
  • 湿気と異常気象 - 雨・雪・湿気
  • 高温と低温 - 砂漠の暑さから北極の寒さまで

一般的なジャケット素材は以下の通り：

  •  ポリエチレン（PE） - 丈夫で紫外線に強く、屋外で広く使用されている
  • PVC（ポリ塩化ビニル） - フレキシブル、室内で使用
  • LSZH（低煙ゼロハロゲン） - 火災時に煙の放出が少ないため、火災の安全性が重要視される屋内で使用される。
  • 水分バリア - アルミニウム-ポリエチレンラミネートテープのように、湿度の高い場所や塩分による腐食のある場所で使用される。
道路に埋設された光ファイバーケーブル

光ファイバーケーブルの種類

光ファイバー・ケーブルはすべて同じではありません。使用する場所や方法によって、構造は大きく異なります。ここでは、最も一般的なデザインを紹介します：

  • 屋内ケーブル - 軽量で柔軟性があり、難燃性。
  • 屋外用ケーブル - 水、紫外線、極端な温度に強い堅牢性
  • 空中ケーブル - ポール間に吊り下げたときの張力に耐えるよう補強されている。
  • 直接埋設ケーブル - 厚く装甲が施され、余分な保護なしで地下に埋設できるように設計されている。
  • 海底ケーブル - 高い装甲性と耐圧性を備え、大洋を越えてデータを運ぶために作られた
  • タイト・バッファ・ケーブル - 剥きやすく、扱いやすい。パッチコードや短い配線によく使われる。
  • ルースチューブ・ケーブル - 長距離屋外ネットワークに最適で、水や温度変化に対する強力な保護を提供

それぞれの設計には理由があり、適切なものを選ぶかどうかは、設置環境と性能のニーズ次第です。

光ファイバーケーブルはどこで使われているのか？

光ファイバーケーブルは、いつも目にするわけではなくても、どこにでもある。光ケーブルは、現代の通信の隠れたバックボーンを形成している。いくつかの主要なアプリケーションを詳しく見てみよう：

  • ホームネットワーク（FTTH - Fiber to the Home）
    光ファイバーは、高速インターネットを住宅やアパートに直接引き込み、高速ストリーミング、オンラインゲーム、スマートホーム接続を可能にする。
  • データセンター
    巨大なデータセンター内では、ファイバーケーブルが何千台ものサーバーを接続し、コンピューターとストレージシステム間の情報転送を高速化している。
  • 通信タワーとバックボーン・ネットワーク
    ファイバーはセルタワーとコアネットワークをつなぎ、モバイル通信を可能にしている。これがなければ、4Gや5Gのサービスは機能しない。
  • 産業用制御システム
    工場や発電所でファイバーケーブルが使われているのは、ファイバーケーブルが電磁干渉に強く、銅ケーブルよりも信頼性が高いからだ。
  • 海洋・海底通信
    海底ケーブルは大陸全体をつないでいる。これらの海底光ファイバーケーブルは、95%以上の国際インターネットトラフィックを運んでいる。
  • 軍事・防衛用途
    光ファイバーケーブルは安全で盗聴が難しく、電磁波攻撃にも強いため、軍事通信には欠かせない。

おわかりのように、光ファイバー・ケーブルはインターネット・サービス・プロバイダーのためだけのものではない。光ケーブルは、接続された世界のほとんどすべての部分に電力を供給しているのだ。

光ファイバーケーブルに関するFAQ

光ファイバーケーブルと銅線ケーブルの違いは何ですか？

銅線ケーブルが電気を使うのに対し、光ファイバーケーブルは光を使ってデータを伝送する。光ファイバーはより速く、より長い距離をカバーでき、電磁干渉の影響を受けない。

内部のグラスファイバーは壊れやすいが、ケーブルの保護層（バッファー、強度部材、ジャケット）により、日常使用には十分な強度がある。適切な取り扱いをすれば、ファイバーケーブルの信頼性は非常に高い。

ファイバーケーブルは、正しく敷設されれば、環境にもよりますが、25年以上使用できます。屋外および海底ケーブルは、長期耐久性を考慮して設計されています。

  • 長距離・広帯域（テレコム、バックボーンネットワーク）にはシングルモードを選択する。
  • ビルやデータセンター内の短い配線にはマルチモードを選択する。

すべてではない。屋外ケーブルや海底ケーブルには水を遮断する素材が含まれていますが、屋内ケーブルは通常防水ではありません。設置場所によって適切なタイプを選ぶ必要がある。

なぜ重要なのか

光ファイバー・ケーブルの各層には目的があります。よく設計された光ファイバーケーブルは

  • より強く、より簡単に取り付けられる
  • 湿気、紫外線、化学薬品から保護
  • 過酷な環境でも働ける
  • 何十年にもわたって長持ちし、信頼できる

光ファイバー・ケーブルが何でできているかを理解することで、屋内配線、屋外トレンチ、深海プロジェクトなど、ニーズに合った適切なソリューションを選択することができます。

最後に：我々はファイバーを知り尽くしている

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