光ファイバーケーブルとは？仕組みや種類・メリットをわかりやすく解説

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光ファイバーケーブルとは、光を使ってデータを送受信するケーブルのことである。

髪の毛ほどの細さのガラスやプラスチックの繊維でできており、電気信号ではなく光信号を使って情報を伝送する。

光ファイバーケーブルの仕組み

光ファイバーケーブルは、髪の毛ほどの細さのガラスやプラスチックの繊維でできている。内部構造は同心円状の3層構造になっており、中心から「コア」「クラッド」「被覆」で構成されている。それぞれの役割は以下の通りである。

コア: 中心部分にあるガラスまたはプラスチック製の繊維。光信号を伝搬させる役割を持つ。
クラッド: コアの周囲を覆うガラスまたはプラスチック製の層。コアよりも屈折率が低く設定されており、コア内を伝搬する光を全反射させることで、光信号を閉じ込めて伝送する役割を持つ。
被覆: ケーブルを外部からの衝撃や水分から保護する役割を持つ。

光ファイバーケーブルはこの構造により、光信号を長距離かつ高速に伝送することができる。

光ファイバーケーブルの中を進む光は、コアとクラッドの境界面で全反射を繰り返しながら進む。この全反射は、光が屈折率の高い媒質（コア）から屈折率の低い媒質（クラッド）に進む際に、入射角がある一定の角度（臨界角）を超えると起こる現象である。

光ファイバーケーブルはこの原理を利用することで、光信号を減衰させることなく長距離伝送することを可能にしている。

光ファイバーケーブルは、伝送方式や構造、用途などによって様々な種類に分類される。ここでは、代表的な分類方法である「伝送モード」と「コア径」による分類を中心に解説する。

光ファイバーケーブルは、光信号の伝わり方によって、「シングルモード」と「マルチモード」の2種類に大別される。

マルチモード光ファイバーケーブルは、コア径によってさらに細かく分類される。

GI型: グラディッドインデックス型。コアの屈折率が中心から周辺に向かって徐々に低くなるように設計されている。
- 各モードの伝搬速度を均一化することで、モード分散を抑制し、伝送帯域を向上させている。
- 主に、LANやデータセンター内などの短距離通信に利用される。
SI型: ステップインデックス型。コアの屈折率が一定である。
- GI型に比べてモード分散が大きく、伝送帯域が狭い。
- 製造コストが低いため、短距離・低速通信用途に利用される。

光ファイバーケーブルは、従来の銅線ケーブルに比べて多くのメリットを持つ。そのため、近年では様々な分野で光ファイバーケーブルが採用されている。主なメリットは以下の通りである。

光ファイバーケーブルは、光信号を利用してデータ伝送を行うため、銅線ケーブルよりもはるかに高速なデータ通信が可能である。また、伝送できるデータ容量も大きいため、大容量のデータ通信にも適している。

光ファイバーケーブルは、銅線ケーブルに比べて信号の減衰が少ない。そのため、長距離伝送でも信号品質を維持することができる。これは、銅線ケーブルでは距離が長くなるほど信号が弱くなってしまう問題を解決するものである。

光ファイバーケーブルは、電磁ノイズの影響を受けにくい。そのため、工場や医療施設など、ノイズの多い環境でも安定した通信が可能である。銅線ケーブルは電磁ノイズの影響を受けやすく、通信エラーやデータ破損の原因となることがある。

光ファイバーケーブルは、銅線ケーブルに比べて軽量である。そのため、敷設や取り回しが容易であり、設置スペースも削減できる。

光ファイバーケーブルは、盗聴が困難である。これは、光信号を盗聴するためにはケーブルを物理的に切断する必要があるためである。そのため、セキュリティレベルの高い通信に適している。

これらのメリットにより、光ファイバーケーブルは、通信、ネットワーク、医療、産業など、様々な分野で利用されている。

光ファイバーケーブルは、高速大容量通信、低損失、耐ノイズ性などの優れた特性を持つケーブルである。通信、ネットワーク、医療、産業など、様々な分野で利用されており、今後も更なる普及が期待される。