光ファイバーの構造とは?通信する仕組みを簡単に解説!

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光回線が主流になり、光ファイバーなしではこの情報社会は実現しなかったでしょう。

ではこの光ファイバーってどうやって通信しているのか?

仕組みを理解したいよって方へ。

今回は実際に光ファイバーがどのようにデータを通信しているか解説していきます!

光ファイバーに興味のある方通信関係にお勤めの方で知識を深めたいへ、この記事を読めば光ファイバーの構造と通信する仕組みがわかります!

悩んでる人

確かに光ファイバーって実際どのように通信しているのかよくわかりません。
光ファイバーの中が光ってるような感じなのかな?

totonet

私も仕事で毎日のように光ファイバーを触っています!
電気ケーブルは中に電気が通電しているのは理解しやすいと思うけど、光ファイバーはなかなかイメージしづらいよね!
わかりやすく簡単に解説していきたいと思います。

筆者はこんなひと
totonet
totonet(トトネット)@totonet6

職業:電気通信設備事業、IT関連事業

  • 手掛けた光工事、電話工事年間1000件以上合計2万件以上
  • 工事担任者総合種取得
  • 光回線、電話回線、ネットワーク、最新技術のことならお任せください!

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目次

光ファイバーとは?

光ファイバー

光ファイバーとは、透過率の高い石英ガラスやプラスチックで構成された光信号の伝送路のこと。

一本一本は非常に細く繊維状。

それらが束になってインターネットに使用しているのが光ケーブル

皆様おなじみ光回線になります。

悩んでる人

光ファイバーの中は石英ガラスやプラスチックなんですね!

光ファイバーの構造

光ファイバーは石英ガラスやプラスチックで構成されています。

中の構造はこの様になっている。

光ファイバー構造


参照:住友電工

コアとクラッドの二層の構造になっています。

コアとは・・・中心部、核、芯材のこと。

クラッドとは・・・コアを覆う部分。コアを物理保護し、光を全反射させコア内に閉じ込める役割をもつ。

totonet

光がコアの中を通っていく仕組みだね!
クラッドによって全反射して伝送する。

光ファイバーの種類を知っておこう

光ファイバーには伝送する様式に合わせてマルチモードシングルモードの2種類に分類できます。

更にマルチモードの光ファイバーは屈折率の違いにより、「ステップインデックス」「グレーデッドインデックス」に分けられる。

シングルモードの光ファイバーにおいては零分散波長により「汎用シングルモード」「分散シフト・シングルモード」「非零分散シフト・シングルモード」に分けられます。

マルチモード→/ステップインデックス(SI)/グレーデッドインデックス(GI)
シングルモード→/汎用シングルモード(SM)/分散シフト・シングルモード(DSF)/非零分散シフト・シングルモード(NZ-DSF)

シングル、マルチ違い

参照:サンワサプライ株式会社

上記の図のようにシングルモードとはコア直径が約9ミクロン(μm=1ミリの1000分の1)で、光信号が単一の波長で進行する。

光の反射を大幅に抑えた設計で光のロス、減衰を低減しています。

シングルモードの光ファイバーは主に長距離に渡る配線、ネットワークの構築に使用されています。

totonet

電柱から電柱に構築されている光ケーブルはシングルモードのケーブルってことになります。
NTTの光ケーブルにも1SMケーブルって書いてあるよね!

マルチモードとは外経は125ミクロンでシングルモードと同じですが、コア直径が50〜62.5ミクロンと大きく、多数のデータを伝送する仕組み。

光の伝送経路が複数あるモードです。

ただコアが大きく、曲げ等には強いケーブルですが長距離の伝送には向かない。

中距離や社内LANとしての伝送に適しています

シングルモード、マルチモード種類詳細

ステップインデックス・マルチモード(SI)

マルチモードではコアが大きい為多くのモードに分けて信号が伝送できます。

コアの屈折率が一定の為、伝送信号が何度も反射を繰り返すと他の信号とズレが生じて通信が安定しない可能性がある。

現在ではほとんどステップインデックスの使用はなく、LANの用途としてはグレーデッドインデックスが使われています。

グレーデッドインデックス・マルチモード(GI)

コアの屈折率を分散し最短距離で直進するモードと屈折して距離が長くなるモードを同じ速度にすることで伝送信号のズレを改善している。

多数のモードが同じ時間で伝送するので安定したつうしんが可能。

totonet

GIケーブルは社内の光ケーブルでよく使用しますよね。

汎用シングルモード(SM)

コアが小さく、伝送するモードは一つだけ。

広帯域にデータ伝送が可能。

高品質に安定した通信が可能です。

伝送距離は10km以上あり、伝送速度は10Gbpsまで対応、主に幹線ケーブルとしての用途が多い。

分散シフトシングルモード(DSF)

汎用シングルモードは1310nm帯での伝送だが、より伝送損失が低い1550nm帯に零分散波長をシフトさせた方式。

非零分散シフトシングルモード(NZDSF)

分散シフトシングルモードの1550nm帯にある零分散波長を少しずらし非線形現象を抑制した伝送方式。

大容量、高速伝送などの基幹用に利用されます。

光ファイバーの波長

石英系ファイバーに使用できる光の波長帯は2種類存在します。

短波長帯・・・800nm〜1000nm帯のことで実際の光ファイバーの伝送には短波長帯では850nmを使用。
長波長帯・・・1000nm〜1800nm帯のことで実際の光ファイバーの伝送には長波長台では1300nm帯.1550nm帯を使用。

悩んでる人

なぜこの二種類の波長帯なのでしょうか?

totonet

まず、850nm短距離、中距離に向いている帯域。
1550nmは帯域の中で最も伝送ロスが小さいのが特徴で長距離伝送に最適。
1300nm波長分散が発生しない零分散波長に近い帯域です。
この帯域が安定して通信できるってことだね!

光ファイバーの通信の仕組み

光ケーブル収容
悩んでた人

光ファイバーの構造は理解できました!
実際に通信するには何が光を出力するのでしょう?

totonet

では光ファイバーがデータの伝送する方法を紹介していくね!

光の点滅

光ファイバーの通信ではコアの中を光のレーザーが伝送し、高速で点滅しています。

電気信号をレーザー光の点滅(オン、オフ)に切り替えて伝送します。

ではこの電気信号を光信号に変換するにはどうするか?

ここでONUの登場です。

ONU

ONUとは・・・Optical Network Unitの略で光回線終端装置のこと。
パソコンなどの電気信号を光信号に変換し光ケーブルへ送信、受信する役割をする装置。

この機械で光ファイバーにレーザーで光信号を送受信かけることが出来ます。

悩んでた人

家の光回線にもONUが付いています!

お引越しをご検討の方へ!!

まとめ

光ファイバーとは透過率の高い石英ガラスやプラスチックで構成された光信号の伝送路のこと。

伝送する様式に合わせてマルチモードシングルモードの2種類に分類できる。

光ファイバーの構造はコアクラッドの二層の構造になっていて、コアの中に光のレーザーが伝送し、クラッドにより光信号を全反射する構造。

主に電柱間などの長距離光ケーブルはシングルモードで構築されており、1300nm1550nmの波長帯を伝送してます。

電気信号を光信号に変換するONU装置によって光ケーブルでデータを通信している。

totonet

この光回線すごい技術ですよね。
本当に光ファイバーは細いから、暗い所での光の接続作業は一苦労します。
ライト当てても見えづらいんだ。
光ファイバー接続したことがある方にはわかりますよね?

ではまた!

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この記事を書いた人

こちらのサイトへ足を運んでくれてありがとうございます!

totonet(ととねっと)と申します。

現在、通信関係の仕事をしています。

このサイトでは通信関係を中心に長年培った現場のノウハウや知識,
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資格は工事担任者総合種、電気工事士2種等保有しております。
雨の日も風の日も光回線、電話回線、ネットワーク回線と作業しております。

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