プラスチック光ファイバーの開発と応用

プラスチック光ファイバ （POF）は、光ファイバのコアとクラッドがプラスチック材料で作られた構造です。コア径が50/125μmや62.5/125μmといった大口径石英ガラスマルチモード光ファイバと比較すると、プラスチック光ファイバのコア径は200～1000μm程度と小さく、光ファイバ位置決めスリーブを必要とせず、安価な射出成形プラスチックコネクタをそのまま使用できるため、光ファイバ接続部（SMIC）のアライメントで±30μmの誤差が生じても、接続損失に影響を与えません。このプラスチック光ファイバ構造は、迅速な施工と接続、低コストを実現します。さらに、コア径が100μm以上で、石英ガラスマルチモード光ファイバのモールド成形時に発生するノイズを除去することが可能です。

近年、欧州や日本などの国々では、POF光ファイバの開発において重要な進歩を遂げました。プラスチック光ファイバの開発により、光損失率は25dB/kmから9dB/kmに低下しました。その波長は870ミクロン（近赤外光）まで延長され、石英ガラス光ファイバの実用レベルに近づいています。米国は、優れた耐放射線性能を持つPFXプラスチックシリーズの光ファイバを開発しました。また、マサチューセッツ州ボストンで開発されたOpti-Gigaプラスチック光ファイバは魅力的で、ガラスよりも軽く、より柔軟で、より低コストで、100メートルで毎秒3メガビットのデータ伝送速度を実現します。このような光ファイバは、光の屈折や光ファイバのジャンプ経路内でより高い伝送速度を実現することもできます。現在、米国と欧州では、自動車、医療機器、コピー機などの短距離伝送にプラスチック光ファイバが使用されています。

日本はプラスチック光ファイバーの応用を非常に重視しており、数年前、NEC、富士通、住友電気工業株式会社など、光通信・マルチメディア製品メーカー45社が共同で、日本でのプラスチック光ファイバーの実用化に成功するために協力すると発表しました。 プラスチック光ファイバーの生産において、日本は世界最大のプラスチック光ファイバー生産国でもありますが、欧州ではプラスチック光ファイバーの新しい用途の開発や光ファイバー検査規格の開発が推進されています。 2001年後半、欧州のプラスチック光ファイバー産業は発展段階に入り、今度は欧州のプラスチック光ファイバーの試験・測定開発に対する新たなアプローチを確立しました。 ドイツのニュルンベルグに世界初の専用のプラスチック光ファイバー応用センター（POFAC）が完成しました。 ドイツでは、プラスチック光ファイバーを使ったマルチメディアバスシステムMOST（24Mbit/s）がすでに開発されており、多くの自動車メーカーが自社製品にこのシステムを採用しています。 BMWは、新型7シリーズで100mの記録的なプラスチック光ファイバーを開発しました。 2001年ヨーロッパプラスチック光ファイバシンポジウムおよびヨーロッパ光ファイバ通信会議がオランダのアムステルダムで開催されました。ドイツの自動車業界は、プラスチック光ファイバの応用を推進しただけでなく、プラスチック光ファイバの試験・測定規格の確立にも貢献しました。

日本もプラスチック光ファイバの規格を制定していますが、これらの規格は欧州共同体（EC）では無効です。日本工業規格（JIS）は、新型プラスチック光ファイバの規格として、開口数0.5、波長650nmのみを規定しています。この規格では、プラスチック光ファイバにおける励起光条件の違いについては言及されておらず、プラスチック光ファイバの平衡モード分布を形成するための規定もありません。

プラスチック光ファイバーはガラス光ファイバーに比べて光透過率に差があり、光損失が大きく、初期出力は300dB/kmで、伝送光帯域が狭く（可視光域に限定）、マルチメディア通信ネットワークのニーズに適応しにくいという欠点がありますが、軽くて柔らかく、曲げに強く、耐衝撃性に優れ、安価で、耐放射線性があり、加工しやすく、直径1～3mmに加工できるため、光の入射角が大きく、照射範囲が広がるなど、多くの利点があるため好まれています。 また、光が通過するプラスチック光ファイバーの中心部の直径は約1mmで、ガラス光ファイバーの約100倍の大きさで、光ファイバーとパソコン端末機器との接続も非常に簡単です。 プラスチック光ファイバーの設置コストは低く、設置も非常に簡単で、コネクタプラグを差し込めば済み、このプラグは既存の技術で製造できます。

プラスチック光ファイバーは、将来のインテリジェント化、オフィスオートメーション、産業用制御ネットワークにおいて理想的な短距離通信ネットワーク伝送媒体です。また、車載通信ネットワークは、軍事通信ネットワークやマルチメディア機器のデータ伝送において重要な位置を占めています。

プラスチック光ファイバー を使用すると、スマート家電（家庭用パソコン、HDTV、電話、デジタル画像機器、家庭用セキュリティ機器、エアコン、冷蔵庫、サウンドシステム、キッチン家電など）のネットワーク化を実現し、ホームオートメーションとリモート制御および管理を実現して、生活の質を向上させることができます。プラスチック光ファイバーを通じて、オフィス機器のネットワーク化、コンピュータネットワーク化を実現し、コンピュータの並列処理を実現し、オフィス機器間のデータの高速転送により、リモートオフィスでの作業効率を大幅に向上させることができます。

低速 LAN の 100Mbps のデータ レートは、SI インデックス プラスチック光ファイバーを使用して 100 メートル以内の伝送で達成できます。150Mbps の 50 メートル以内の伝送は、小開口数 POF を使用することで達成できます。

POFケーブルは、製造業において幅広い用途で利用可能です。コンバータ、POFコネクタはRS232、RS422、100Mbpsイーサネット、トークンリングなどの標準プロトコルに対応し、過酷な製造環境においても安定した信頼性の高い通信回線を提供します。産業用制御信号や命令の高速伝送が可能で、金属ケーブルを使用することで生じる電磁干渉による通信伝送の中断リスクを回避します。

科学技術の発展に伴い、プラスチック光ファイバーの応用分野はますます広がり、市場の発展もますます広範囲に及ぶでしょう。海外ではプラスチック光ファイバーの応用開発において大きな成果が達成され、応用研究への投資も継続的に増加しています。韓国、中国、台湾のメーカーは既に生産展開を開始しており、業界はプラスチック光ファイバーの研究開発を注視していく必要があります。