光ファイバー通信の基本的な考え方.
光ファイバーは誘電体光導波路であり、光を遮断し軸方向に光を伝播する導波路構造です。
石英ガラスや合成樹脂などからなる極細繊維。
シングルモードファイバー: コア 8-10um、クラッド 125um
マルチモードファイバー: コア 51um、クラッド 125um
光ファイバーを利用して光信号を伝送する通信方式を光ファイバー通信といいます。
光波は電磁波のカテゴリーに属します。
可視光の波長範囲は390～760nmで、760nmより大きい部分が赤外光、390nmより小さい部分が紫外光です。
光波作業ウィンドウ (3 つの通信ウィンドウ):
光ファイバー通信で使用される波長域は近赤外線領域です。
短波長域（可視光、肉眼ではオレンジ色の光） 850nmのオレンジ色光
長波長域（不可視光域） 1310nm（理論最小分散点）、1550nm（理論最小減衰点）
繊維の構造と分類
1.繊維の構造
理想的なファイバー構造: コア、クラッド、コーティング、ジャケット。
コアとクラッドは石英材料でできており、機械的特性は比較的脆弱で壊れやすいです。したがって、繊維の柔軟な性能がプロジェクトの実用化要件に達するように、通常、樹脂タイプとナイロンタイプの2層のコーティング層が追加されます。
2.光ファイバーの分類
（１）ファイバは、ファイバ断面の屈折率分布に応じてステップ型ファイバ（均一ファイバ）とグレーデッドファイバ（不均一ファイバ）に分けられる。
コアの屈折率が n1、クラッドの屈折率が n2 であると仮定します。
コアが光を長距離伝送できるようにするためには、光ファイバーを構築するための必要条件は n1>n2 です。
均一なファイバーの屈折率分布は一定です
不均一なファイバーの屈折率分布の法則:
このうち、△－比屈折率差
Ａ−屈折率、α＝∞−ステップ型屈折率分布ファイバ、α＝２−二乗則屈折率分布ファイバ（グレーデッドファイバ）。このファイバは他のグレーデッド ファイバと比較されます。モード分散が最小で最適です。
(1) コア内で伝送されるモードの数に応じて、マルチモード ファイバとシングル モード ファイバに分けられます。
ここでのパターンとは、光ファイバー内を伝送される光の電磁場の分布を指します。フィールド分布が異なれば、モードも異なります。
シングルモード (ファイバー内で 1 つのモードのみが送信される)、マルチモード (ファイバー内で複数のモードが同時に送信される)
現在、首都圏ネットワークは、伝送速度の要求の高まりと伝送数の増加により、高速化、大容量化が進んでおり、その多くがシングルモードステップファイバとなっています。 (マルチモードファイバよりもそれ自体の伝送特性が優れています)
(2) 光ファイバの特性：
①光ファイバの損失特性：光ファイバ中を光は伝播し、伝送距離が長くなるにつれて光パワーは徐々に減少します。
ファイバ損失の原因には、結合損失、吸収損失、散乱損失、および曲げ放射損失が含まれます。
結合損失は、ファイバーとデバイス間の結合によって生じる損失です。
吸収損失は、繊維材料や不純物による光エネルギーの吸収によって引き起こされます。
散乱損失は、レイリー散乱（屈折率の不均一性）と導波路散乱（材料の不均一性）に分けられます。
曲げ放射損失は、ファイバの曲げによって引き起こされる放射モードにつながるファイバの曲げによって生じる損失です。
②光ファイバの分散特性：光ファイバで伝送される信号は周波数成分が異なると伝送速度が異なり、終端に到達する際に信号パルスが広がって歪みが生じる物理現象を分散といいます。
分散はモード分散、材料分散、導波路分散に分けられます。
光ファイバー通信システムの基本コンポーネント
送信部分:
電気送信機（電気端子）から出力されたパルス変調信号は光送信機（プログラム制御された信号）に送られます。スイッチ処理され、波形が整形され、パターンの逆が変更されて…適切な電気信号に変換され、光送信機に送信されます）
光トランスミッタの主な役割は、電気信号を光信号に変換し、ファイバに結合することです。
受信部：
光ファイバーを通して伝送された光信号を電気信号に変換する
電気信号の処理は元のパルス変調信号に復元され、電気端子に送信されます（光受信機から送信された電気信号が処理され、波形が整形され、パターンの反転が行われます...適切な電気信号がプログラマブルに送り返されるスイッチ)
送信部：
シングルモードファイバ、光中継器（電気再生中継器（光－電気－光変換増幅、伝送遅延が大きくなる、波形整形やタイミングにパルス判定回路を使用）、エルビウムドープファイバ増幅器（増幅を完了）光学レベル、波形整形なし）
(1) 光トランスミッタ：電気と光の変換を実現する光トランシーバです。光源、ドライバー、変調器で構成されます。その機能は、電気機械からの光波を光源から発せられる光波に変調して減光波にし、変調された光信号を光ファイバまたは光ケーブルに結合して伝送することです。
(2) 光受信器：光と電気の変換を実現する光トランシーバです。実用新案は光検出回路と光増幅器で構成されており、光ファイバや光ケーブルで伝送された光信号を光検出器で電気信号に変換し、微弱な電気信号を増幅して光信号を出力する機能を持っています。増幅回路を介して信号に送信されるのに十分なレベル。電気機械の受信側が進みます。
(3) ファイバー/ケーブル: ファイバーまたはケーブルは光の伝送経路を構成します。この機能は、送信側から送信された調光信号を光ファイバーまたは光ケーブルを介して長距離伝送した後、受信側の光検出器に送信し、情報を送信するタスクを完了することです。
(4) 光中継器: 光検出器、光源、判定再生回路から構成されます。機能は 2 つあります。1 つは光ファイバー内を伝送される光信号の減衰を補償することです。もう1つは波形歪みのパルスを整形することです。
(5) 光ファイバーコネクタ、カプラーなどの受動部品 (別途電力を供給する必要はありませんが、デバイスには依然として損失があります): ファイバーまたはケーブルの長さはファイバーの引き抜きプロセスやケーブルの構造条件によって制限されるため、ファイバーの長さも制限されています (例: 2km)。このため、１つの光ファイバ線路内に複数の光ファイバが接続されるという問題が生じる可能性がある。そのため、光ファイバ同士の接続や、光ファイバと光トランシーバとの接続や結合、光コネクタやカプラなどの受動部品の使用が必須となります。
光ファイバー通信の優位性
伝送帯域が広く、通信容量が大きい
伝送損失が少なく中継距離が長い
強力な耐電磁妨害
(ワイヤレスを超えて: ワイヤレス信号には、マルチパスの利点、シャドウ効果、レイリー フェージング、ドップラー効果など、多くの影響があります。
同軸ケーブルに比べて光信号が大きく、秘匿性が高い）
光波の周波数は非常に高く、他の電磁波と比較して干渉は小さいです。
光ケーブルの欠点: 機械的特性が悪く、壊れやすい (機械的性能の向上、耐干渉性に影響)、構築に時間がかかり、地理的条件の影響を受ける。