ITU-T の勧告によれば、通信ファイバーは G.651、G.652、G.653、G654、G655、G656、G.657 に分類されます。このブログでは、主な特徴と適用原理を紹介します。各ファイバーの説明と、光通信伝送の背後にある科学について説明します。
G.651 光ファイバー
G.651 はマルチモード ファイバ、G.652 ～ G.657 はシングルモード ファイバです。光ファイバは主にコア、クラッド、コーティング層の 3 つの部分で構成されます。ファイバコアは光信号を伝送するコア部分です。クラッドはファイバ コアを囲んで光損失を制限し、反射面を提供します。一方、コーティングはファイバを水蒸気や機械的損傷から保護します。
クラッド層の直径は通常125μm、コーティング層（着色後）の直径は通常250μmです。しかし、ファイバコアの直径の違いはファイバの伝送性能に大きな変化をもたらすため、ファイバコアの直径は一定の値ではありません。
図1.ファイバーの構造図
マルチモードファイバのコア径は一般的に50μm～100μmで、コア径が小さくなるとファイバの伝送性能は大幅に向上します。 1つのモードでしか光を伝送できないシングルモードファイバとは異なり、マルチモードファイバは複数の横導波モードの伝送をサポートできます。ファイバコアの直径が小さくなると、光信号の伝送モードも少なくなり、各伝送モード間の干渉が少なくなります。
図 2. マルチモードおよびシングルモードのファイバー伝送モード
G.652 光ファイバー
G.652 ファイバーは最も広く使用されているファイバーです。現在、FTTH (Fiber to the Home) ケーブルに加えて、長距離および大都市圏ではほぼすべての G.652 ファイバーが使用されています。光エネルギー分布によれば、シングルモード ファイバーの光信号は伝送されるだけではありません。コアだけでなくクラッドにもあります。シングルモードファイバ内の光エネルギーの集中度を説明するために、ファイバ内の 2 点間の最大距離がモードフィールド直径として定義されます。モードフィールド直径は、光強度が 1/(e^ 2) 軸での最大光強度。
ファイバーの伝送距離に影響を与える最も重要な要素の 1 つはファイバーの減衰であり、ファイバーの減衰係数は波長に依存します。従来のシングルモードファイバのフェージング係数を図１に示す。 5. この図から、ファイバの減衰は 1310nm と 1550nm で小さく、1310nm と 1550nm がシングルモード ファイバで最も一般的に使用される 2 つの波長ウィンドウになっていることがわかります。
図3.伝送損失
G.653 光ファイバー
光通信システムの速度がさらに増加すると、信号の伝送はファイバの分散の影響を受け始めます。分散とは、信号 (パルス) の異なる周波数成分または異なるモード成分が異なる速度で伝播し、一定の距離に到達するときに信号が歪む (パルスの広がり) 現象を指します。
図4.分散の図
ファイバの分散は波長によって異なり、シングルモード ファイバの減衰係数は 1550nm で最小になりますが、この波長では分散係数が大きくなります。そこで人々は、1550nm で分散係数 0 のシングルモード ファイバを開発しました。この一見完璧なファイバが G.653 です。
G.654 光ファイバー
G.654 光ファイバーは主に海底ケーブル通信システムで使用されます。海底ケーブル通信の長距離・大容量化のニーズに応えるため、G.654光ファイバは2つの面で改良されています。 （１）光ファイバの損失を低減する。 G.652の0.22dB/kmから0.19dB/km（標準値）まで。 （２）ファイバのモードフィールド直径を大きくする。ファイバのモードフィールドの直径が大きくなると、ファイバの断面全体のエネルギー密度が小さくなり、ファイバの非線形効果が改善され、ファイバ通信システムの信号対雑音比が向上する。
G.655 光ファイバー
G.653 ファイバーは 1550nm の波長でゼロ分散を持ち、WDM システムを使用しません。したがって、波長 1550nm で分散が小さいがゼロではないファイバ、つまり G.655 ファイバが開発されました。 G.655 ファイバーは、1550nm 付近での減衰と分散が最も小さく、WDM システムで使用できます。したがって、G.655 ファイバは長い間、長距離幹線の最初の選択肢でした。しかし、分散補償技術の成熟に伴い、G.655 ファイバは徐々に G.652 ファイバに取って代わられています。主な理由は、ファイバーの価格の違い。
G.657 光ファイバー
G.657 ファイバーは、G.652 を除いて最もよく使用されるファイバーです。 G.657 ファイバーは、主に屋内ファイバー配線に使用される、曲げに鈍感なファイバーの一種です。G.657 ファイバーは、電話回線よりも細い FTTH ケーブルに使用されます。
図5.分散の図