光ファイバーの基本構造

光ファイバーの裸線は通常、コア、クラッド、コーティングの3層に分かれています。

ファイバのコアとクラッドは屈折率の異なるガラスで構成されており、中心が高屈折率のガラスコア（ゲルマニウムドープシリカ）、中央が低屈折率のシリカガラスクラッド（ピュアシリカ）となっています。光は特定の入射角でファイバに入り、ファイバとクラッドの間で全発光が発生するため（クラッドの屈折率がコアよりわずかに低いため）、光はファイバ内を伝播できます。

コーティングの主な機能は、光ファイバーを外部損傷から保護し、同時に光ファイバーの柔軟性を高めることです。前述したように、コアとクラッドはガラスでできており、曲がったり壊れたりすることはありません。コーティング層の使用により、ファイバーが保護され、寿命が延びます。

外側のシースの層が非裸ファイバに追加されます。外部シースを色分けすることで、光ファイバを保護するだけでなく、各種光ファイバを識別することもできます。

光ファイバーは伝送モードに応じてシングルモードファイバー（Single Mode Fiber）とマルチモードファイバー（Multi Mode Fiber）に分けられます。光は特定の入射角でファイバーに入り、ファイバーとクラッドの間で完全な発光が発生します。直径が小さい場合、光は一方向のみを通過できます。つまり、シングルモードファイバーです。繊維径が太いと光を通すことができます。複数の入射角で入射して伝播します。今回はマルチモード ファイバーと呼ばれます。

光ファイバー伝送特性

光ファイバーには、損失と分散という 2 つの主な伝送特性があります。光ファイバーの損失は、光ファイバーの単位長さあたりの減衰を dB/km 単位で表します。光ファイバの損失レベルは、光ファイバ通信システムの伝送距離や中継局間の距離に直接影響します。ファイバ分散とは、ファイバによって伝送される信号が異なる周波数成分および異なるモード成分によって搬送され、異なる周波数成分および異なるモード成分の伝送速度が異なるため、信号の歪みが生じることを指します。

ファイバの分散は、材料の分散、導波路の分散、モード分散に分けられます。最初の 2 種類の分散は信号が単一周波数ではないことによって発生し、後者の種類の分散は信号が単一モードではないことによって発生します。信号が単一モードではない場合、モード分散が発生します。

シングルモード ファイバには基本モードが 1 つしかないため、材料分散と導波路分散のみが存在し、モード分散は存在しません。マルチモード ファイバにはモード間分散があります。光ファイバの分散は、光ファイバの伝送容量に影響を与えるだけでなく、光ファイバ通信システムの中継距離も制限します。

シングルモードファイバー

シングルモード ファイバー (シングル モード ファイバー)。光は特定の入射角でファイバーに入り、ファイバーとクラッドの間で完全な発光が発生します。直径が短くなると、光の一方向のみが通過できるようになります。つまり、シングルモードファイバーです。モードファイバーの中央のガラスコアは非常に薄く、コアの直径は一般に 8.5 または 9.5 μm で、1310 および 1550 nm の波長で動作します。

マルチモードファイバー

マルチモードファイバー (マルチモードファイバー) は、複数の導波モード伝送を可能にするファイバーです。マルチモードファイバのコア径は一般的に50μm/62.5μmです。マルチモード ファイバのコア直径は比較的大きいため、1 つのファイバ上で異なるモードの光を伝送できます。マルチモードの標準波長はそれぞれ850nmと1300nmです。 WBMMF (ワイドバンド マルチモード ファイバー) と呼ばれる新しいマルチモード ファイバー規格もあり、850nm ～ 953nm の波長を使用します。

シングルモード ファイバとマルチモード ファイバの両方のクラッド直径は 125 μm です。

シングルモードファイバーかマルチモードファイバーか?

伝送距離

シングルモード ファイバの直径が小さいほど反射が厳しくなり、1 つのモードの光だけが伝わるようになり、光信号がより遠くまで伝わるようになります。光がコアを通過すると、光の反射量が減少し、減衰が減少し、さらなる信号伝播が発生します。シングルモード ファイバは、モード間分散がないか、モード間分散が小さいため、信号に影響を与えることなく 40 キロメートル以上伝送できます。したがって、シングルモードファイバーは長距離データ伝送に一般的に使用され、通信会社、ケーブル TV プロバイダー、大学などで広く使用されています。

マルチモードファイバーはより大きな直径のコアを持ち、複数のモードで光を伝送できます。マルチモード伝送では、コア サイズが大きくなるため、モード間分散が大きくなり、光信号がより速く「拡散」します。長距離伝送中は信号品質が低下するため、マルチモード ファイバは通常、短距離のオーディオ/ビデオ アプリケーションおよびローカル エリア ネットワーク (LAN) に使用され、OM3/OM4/OM5 マルチモード ファイバは高伝送速度をサポートできます。 - 高速データ伝送。

帯域幅、容量

帯域幅は、情報を伝送する能力として定義されます。光ファイバの伝送帯域幅に影響を与える主な要因はさまざまな分散ですが、その中でモード分散が最も重要です。シングルモードファイバは分散が小さいため、広い周波数帯域の光を長距離まで伝送できます。マルチモードファイバーは干渉、干渉、その他の複雑な問題を引き起こすため、帯域幅と容量の点でシングルモードファイバーほど優れていません。最新世代のマルチモード ファイバ帯域幅 OM5 は 28000MHz/km に設定されていますが、シングルモード ファイバ帯域幅はそれよりはるかに大きくなっています。