光ファイバー伝送通信の原理は、光ファイバー内の光信号の全反射に基づいて実現されます。
その原理は、異なる物質における光の伝播速度が異なるため、光が 1 つの物質から別の物質に向けられると、2 つの物質の界面で屈折と反射が発生するというものです。さらに、屈折した光の角度は、入射光の角度によって異なります。入射光の角度が特定の角度に達するかそれを超えると、屈折した光は消え、すべての入射光が反射されます。これを光の全反射と呼びます。
では、光信号の全反射を保証する光ファイバーの構造とはどのようなもので、すべての光信号を完全に反射できるのでしょうか。光ファイバーの構造と種類について学んでみましょう。
光ファイバーの構造と種類
光ファイバー構造: 光ファイバーの裸ファイバーは、一般的に3つの層に分かれています。中央の高屈折率ガラスコア（コア径は通常50または62.5μm）と、その中間の低屈折率シリコンガラスクラッド（通常直径125μm）です。最外層は、補強のために使用されるコーティング層です。
N.A.: ファイバー端面に入射した光はファイバーによって完全に伝送されるわけではなく、特定の角度範囲内の入射光のみが伝送されます。この角度は光ファイバーの開口数と呼ばれます。光ファイバーの開口数が大きいほど、ファイバードッキングに有利です。異なるメーカーによって製造される光ファイバーの開口数は異なります。
光ファイバーの種類:
A.光ファイバー内の光の伝送モードに応じて、シングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーに分けられます。
B. 最適伝送周波数ウィンドウで分割：従来のシングルモードファイバーと分散シフトシングルモードファイバー。
C.屈折率の分布に応じて、変異型光ファイバーと勾配型光ファイバーに分けられます。
シングルモードファイバーとマルチモードファイバーとは何か?
マルチ-モードファイバー:中心のガラスコアはより厚く（50または62.5）μm）複数の光モードを伝送できます。ただし、モード間分散が比較的大きいため、デジタル信号の伝送周波数が制限され、距離が長くなるにつれてさらに厳しくなります。たとえば、600MB / KMファイバーは、2KMで300MBの帯域幅しかありません。したがって、マルチモード光ファイバー伝送の距離は比較的近く、通常は数キロメートルにすぎません。
シングル-モード光ファイバー:中心のガラスコアは比較的細い（コア径は通常9または10μm）ため、伝送できる光のモードは1つだけです。そのため、モード間分散は小さく、遠隔通信に適していますが、色分散が大きな役割を果たします。そのため、シングルモードファイバーには、光源のスペクトル幅と安定性に対する高い要件があり、つまり、スペクトル幅は狭く、安定性は良好でなければなりません。
従来のシングルモードファイバーと分散シフトシングルモードファイバーとは何か?
従来型：光ファイバーメーカーは、1300nm などの単一の光の波長で光ファイバーの伝送周波数を最適化します。
分散置換型：光ファイバーメーカーは、光ファイバーの伝送周波数を 1300nm や 1550nm などの 2 つの光の波長に最適化します。
変異型光ファイバーと勾配型光ファイバーとは?
ミュータントタイプ:光ファイバーの中心コアからガラスクラッドまでの屈折率は急激です。低コストでモード間分散が大きく、産業用制御などの短距離低速通信に適しています。ただし、モード間分散が小さいため、シングルモードファイバーはすべてミューテーション型を採用しています。
グラデーション型ファイバー：ファイバーの中心コアからガラスクラッドまでの屈折率が徐々に低下し、高モード光が正弦波状に伝搬し、モード間分散が減少し、ファイバー帯域幅が増加し、伝送距離が長くなります。ただし、コストが比較的高くなります。現在、マルチモードファイバーは主に勾配型ファイバーです。
では、なぜケーブル伝送ではなく光ファイバー伝送を選択するのでしょうか? 光ファイバーの利点についてお話ししましょう。
- 光ファイバーの通過帯域は非常に広く、理論上は30億メガヘルツにも達します。
- 中継しない区間は数十キロメートルから100キロメートル以上あり、銅線の長さは数百メートル程度です。
- 電磁場や放射線の影響を受けません。
- 軽量で小型です。例えば、直径3インチ、重量8トン/KMのツイストペアケーブル900ペアで21000回線を接続できます。また、その10倍の通信量を持つ光ケーブルは、直径0.5インチ、重量450P/KMです。
- 光ファイバー通信は電気を使わないため、可燃性・爆発性の場所でも安全に使用できます。
- 広範囲の周囲温度で使用可能。
- 耐薬品性、耐腐食性、長寿命。