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光ファイバー

光ファイバ-

光ファイバ一は、光の「全反射』という性質を応用したものです。 屈折率の異なる2つの媒質の境界で屈析が起きるとき、同時に反射も起こります。その様子を右の図黒い矢印で描かれています。

屈折率の大きい媒質から、屈折率の小さい媒質に入射して屈折をするとき、次のようになります。

 

 

屈折角が存在するためには、次の式が成り立つ必要があります。

この式が成立しないときは屈折光は存在せす、反射のみが起きます{上図の青い矢印}これを全反射といいます。

全反射が起きるのは、入射角が次の式で定義される臨界角 Ic より大きいときです。

光ファイパーは「コアJと「クラッド」と呼ばれる2つの部分からできています。
中心近くのコアは屈折率の大きなガラスでできています。透過率が高いことも絶対条件です。
クラッドはコアよりも屈折率の小さなガラスでできています。

光が’光ファイバーを伝播するとき、光はコアを通ります。 光ファイバーが曲がっていたとしても、光ファイバーが細いために、コアからクラッドに入射するときの入射角度は臨界角より大きくなり、全反射します。
その結果、コアから外に出ることなく、コアの中を光が伝播していきます。
また通常ガラスは固く曲がりにくいですが、光ファイバーは髪の毛ように細いため自由に曲げることができます。
光ファイバ-は光通信によく使われます。電気信号を光のパルスに変換して、光ファイバーを過して通信します。 光通信の優れたところは、情報量が多いことです。それは光の振動数が電気に比へて高いことから来ています。
単位時聞にたくさんのパルスを送ることができるため多くの情報量を短時間に送れるということです。

構造からの分類

ステップインデックス・マルチモード光ファイバ(SI)

以下本色箇所 住友電気工業 Webサイト様より転載

コアの屈折率が一定の光ファイバで、光はコア内を多くのモード(光の通り道)に分かれて伝搬します。右図の中のモードを比較すると、一方はまっすぐ最短距離で進むのに対し、もう一方は反射を繰り返して遠回りしており、その結果、伝搬信号は大きく歪んでしまいます。このため「ステップインデックス」は狭帯域になり、現在ではほとんど使用されていません。

 

グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバ(GI)

コアの屈折率を滑らかに分布させた光ファイバで、標準的には、50、または62.5のコア径をもっています。コア内の屈折率を滑らかに変化させることにより、「ステップインデックス」に見られた伝搬信号の歪みが、大幅に改善されました。右上図では、伝搬距離の異なるモードが複数存在していますが、最短距離を進むモードは屈折率の高いコア中心を通るため光の速度が遅く、遠回りするモードは屈折率の低い部分を通るため光の速度が速くなり、相対的にどのモードの光も同じ速度で伝搬することになります。「グレーデッドインデックス」は、次に紹介する「シングルモード」に比べ伝送損失が大きいのですが、光ファイバ接続が簡単でネットワーク機器も圧倒的に安価なため、LANなどの近距離情報通信用途として広く使用されています。

汎用シングルモード光ファイバ(SM)

コア径を小さくすることでモードを1つにした光ファイバで、マルチモードで見られたようなモードの違いによる伝搬信号の歪みは発生せず、極めて広帯域な特性を有します。汎用のシングルモード光ファイバは、1310nm帯に零分散波長があるため、伝送損失が低く優れた特性を有し、高品質で安定した通信が求められる幹線網に用いられています。

分散シフト・シングルモード光ファイバ(DSF)

分散シフト・シングルモード光ファイバは、伝送損失が1310nm帯よりも低い1550nm帯を零分散波長としたシングルモード光ファイバです。長距離伝送に適しています。

非零分散シフト・シングルモード光ファイバ(NZ-DSF)

非零分散シフト・シングルモード光ファイバは、零分散波長を1550nm帯から少しずらすことにより、1550nm帯での非線形現象を抑制した光ファイバです。波長分割多重(WDM)伝送に向き、超高速の長距離伝送に適しています。

材料からの分類

光ファイパに使用される材料には,大別して石英ガラス,多成分ガラス,プラスチックの3種類がある。

石英系光ファイバ

石英系光ファイバは、材料の精製技術、寸法精度、低損失性においてもっとも商品質なものが得られる。

多成分ガラス系光ファイバ

量産性かつ経済性に富む。しかし損失は比較的大きく,少ないものでも5dB/Kmある。

プラスチック光ファイバ

コア径が約1mmとほかのファイバと比べて比較的大きく接続が容易な事。安価
しかし損失は20dB/Kmと大きい。 近距離向け

複合系光ファイバ

石英ガラスより小さい屈折率をもつプラスチックをコアのまわりに形成したもので,石英系光ファイバのように添加剤そ加えて屈折率を制御よる必要がなく製造が容易である。しかし,コアとクラッドの境界面が乱れることによる損失は避けられない。

コアおよびクラッドにそれぞれ組み合せて使用され,その代表的なものを下記に示します。

 

 

 

 

 

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