【基本】光ファイバー

光ファイバーとは、透過率の高い材質で作られた光伝送路です。材質としては、性能と経済性・生産性を考慮して石英やアクリルなどの樹脂で作られています。形状は、細い繊維状となっており、中心部のコアの周囲にクラッドと呼ばれる少し材質の異なった部分の外径125µmの同心円形状、さらに外側にはφ250µmの被覆があり内部を保護しているタイプもあります(ファイバ素線)。コアの屈折率はクラッドより高くなっており、全反射や屈折を利用することで光を伝搬することができます。

光ファイバの特長として、下記があげられます。
・低損失
・広帯域
・低電磁ノイズ
・軽量

構造で分類すると、マルチモードファイバ(MMF)、シングルモードファイバ(SMF)、ダブルクラッドファイバなどがあります。

マルチモードファイバは、コア径が約50µmや62.5µmと大きくファイバー内を光が進むときに複数の経路があるタイプです。コアの屈折率が一定のステップインデックス(SI)型と屈折率が半径方向に変化するグレートインデックス(GI)型があります。伝送速度が遅くなるためSI型は光のパワーを伝送する場合に、GI型は短距離情報伝送に使用されます。

シングルモードファイバは、コア径がφ9~10µmと小さく通信用に多用されています。コア径が小さく、光が直線的に進むため、多くのパルスを正確に送ることができます。

ダブルクラッドファイバは、直径の異なるコアが同心円状に2つあり、ファイバーレーザーなどに利用されています。

ファイバの材質は、石英、他成分のガラス、フッ化物、カルコゲナイト、樹脂などがあります。それぞれ、特徴がありますので、用途に合わせて選択することになります。伝送に適する波長も材質によって決まります。

適した波長は、石英ファイバは0.3~2µm、他成分のガラスファイバは0.5~1µm、樹脂ファイバは0.5~1.6µm、フッ化物ファイバは0.4~5µm、カルコゲナイトは2~9µmとなります。

ファイバを評価する指標には、以下のようなものがあります。

・損失:光がファイバを通過すると徐々に減衰しますが、その程度のことです。
・伝達帯域:通常、多くの情報を一度に流したいので、その速度を示す帯域が重視されます。
・カットオフ波長:光を伝達/非伝達の境となる波長のことです。
・開口数(NA):光を入射できる最大の角度のことです。

光ファイバの用途としては、上にあげたように光通信用途が圧倒的です。通信は、銅線を用いたDSLが主流でしたが、近年はその速度や安定性から光ファイバーが用いられることが非常に多くなりました。また、車載などの情報ネットワーク、照明、センサ、FA機器に用いられます。レーザー産業では、ファイバーレーザーにも用いられています。

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