光ファイバーの基本構造

通常、光ファイバの裸ファイバは、コア、クラッド、コーティングの 3 つの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、中心は高屈折率ガラス コア (ゲルマニウム ドープ シリカ)、中央は低屈折率シリカ ガラス クラッド (純シリカ) です。光は特定の入射角でファイバーに入射し、全放射がファイバーとクラッドの間で発生するため (クラッドの屈折率はコアよりもわずかに低いため)、光はファイバー内を伝搬することができます。

コーティングの主な機能は、光ファイバーの柔軟性を高めながら、光ファイバーを外部損傷から保護することです。前述のように、コアとクラッドはガラス製で、曲がったり壊れたりすることはありません。コーティング層を使用することで、ファイバーを保護し、寿命を延ばします。

露出していないファイバに外側のシース層が追加されます。それを保護することに加えて、異なる色の外被は、さまざまな光ファイバーを区別するためにも使用できます。

光ファイバーは、伝送モードによっ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放射が発生します。直径が小さい場合、光の一方向のみが通過できます。つまり、シングルモード ファイバです。ファイバー径が大きい場合は光を通すことができます。複数の入射角で注入および伝播します。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とは、光ファイバーの単位長さあたりの減衰量を dB/km で表したものです。光ファイバ損失のレベルは、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。ファイバー分散とは、ファイバーによって伝送される信号が異なる周波数成分と異なるモード成分によって運ばれ、異なる周波数成分と異なるモード成分の伝送速度が異なり、信号の歪みにつながるという事実を指します。

ファイバ分散は、材料分散、導波路分散、および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ために発生し、後者の種類の分散は、信号が単一モードではないために発生します。信号は単一モードではなく、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放射が発生します。直径が短くなると、一方向の光しか通過できなくなります。つまり、シングルモード ファイバです。モード ファイバの中央のガラス コアは非常に細く、コアの直径は一般に 8.5 または 9.5 μm で、1310 nm 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 ファイバのコア径は比較的大きいため、異なるモードの光を 1 本のファイバで伝送できます。マルチモードの標準波長は、それぞれ850nmと1300nmです。また、850nm から 953nm の間の波長を使用する WBMMF (Wideband Multimode Fiber) と呼ばれる新しいマルチモード ファイバー規格もあります。

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径は 125 μm です。

シングルモードファイバーまたはマルチモードファイバー?

伝送距離

シングルモード ファイバの直径が小さいほど、反射がより緊密になり、1 つのモードの光のみが移動できるようになり、光信号がより遠くまで移動できるようになります。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、信号がさらに伝搬されます。モード間分散がないか、モード間分散が小さいため、シングルモード ファイバは信号に影響を与えずに 40 キロメートル以上伝送できます。そのため、シングルモードファイバーは一般的に長距離データ伝送に使用され、通信会社やケーブルテレビプロバイダー、大学などで広く使用されています。

マルチモード ファイバはコアの直径が大きく、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、コアサイズが大きいため、モード間分散が大きくなります。つまり、光信号の「拡散」が速くなります。長距離伝送中は信号品質が低下するため、マルチモード ファイバーは通常、短距離、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 ファイバーは高伝送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、情報を運ぶ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あり、その中で最も重要なのがモード分散です。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伝送できます。マルチモードファイバーは干渉、干渉、および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良くありません。最新世代のマルチモード ファイバー帯域幅 OM5 は 28000MHz/km に設定されていますが、シングルモード ファイバー帯域幅ははるかに大きくなっています。