光ファイバーはどのように作られるのでしょうか?

光ファイバーはどのように作られるのか、とよく聞かれます。「普通の」ガラスをそのまま使うことはできません。普通の窓ガラスから光ファイバーを作ったとしても、そこを透過した光は数キロメートル以上も伝わるのは難しいでしょう。ましてや長距離伝送に必要な距離を伝わるなんて、到底無理です。なぜなら、普通のガラスには歪み、変色、その他の不純物が含まれており、光が長距離を伝わる前に、すぐに吸収、反射、あるいは散乱してしまうからです。

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対照的に、光ファイバーは実際には非常に純粋なガラスから作られているため、光は不純物や歪みによって妨げられることなく長距離を移動します。
 

光ファイバーケーブル - 光の仕組み

光を効率的に伝送するには、光ファイバーケーブルに最高純度のガラスを使用する必要があります。このレベルの純度を持つガラスを製造するプロセスは非常に要求が厳しく、材料と工程を綿密に管理する必要があります。しかし、基本的な概念はシンプルです。光ファイバーは、加熱されたガラスのブランク、つまり「プリフォーム」から溶融した繊維を引き出すことで作られます。以下では、光ファイバーの製造における3つの基本的なステップについて、より詳しく説明します。

ステップ1

光ファイバープリフォームを作成する

プリフォームは円筒形のガラスブランクであり、そこからガラス繊維が 1 本の連続したストランドに引き出される原材料となります。

プリフォームの製造には、改良化学気相成長法（MCVD）と呼ばれる化学プロセスが用いられます。このプロセスでは、塩化ゲルマニウム（GeCl4）や塩化ケイ素（SiCl4）などの様々な化学溶液に酸素を吹き込みます。

泡立つ化学物質から発生するガスは、合成シリカまたは石英製の中空の回転管に送り込まれます。回転管内をトーチが上下に動かされると、非常に高い温度が発生し、ガスは酸素と反応して二酸化ケイ素（SiO₂）と二酸化ゲルマニウム（GeO₂）を生成します。これら2つの化学物質は回転管の内側に付着し、融合して極めて純度の高いガラスを形成します。

プリフォームの作成には数時間かかり、その後、ガラスブランクを冷却するための追加の時間が必要です。冷却後、ガラスは品質基準、特に屈折率の基準を満たしていることを確認するために検査されます。

ステップ2

プリフォームから光ファイバーを描画します。 このステップでは、完成したガラス プリフォームを、ファイバー描画プロセスで使用されるさまざまなデバイスをサポートするタワーの上部に設置します。

この工程は、まずプリフォームの一端を、華氏3,400度から4,000度の熱を発生させるインライン炉に降ろします。プリフォームの下端が溶け始めると、溶融した塊が形成され、重力によって下方に引き下げられます。その塊の後ろには、急速に冷却され固化する細いガラスの筋が続きます。

装置オペレーターは、このガラス繊維をタワー上の残りの装置（バッファーコーティングアプリケーターや紫外線硬化オーブンなど）に通します。最後に、オペレーターはファイバーをトラクター機構に接続します。

トラクター装置は、ガラス繊維をプリフォームから毎秒33～66フィートの速度で引き抜きます。実際の速度は、ファイバーの直径を継続的に測定するレーザーマイクロメーターから装置が受け取るフィードバック情報に依存します。

実行の最後に、完成したファイバーがスプールに巻き取られます。

ステップ3

光ファイバーのテスト

完成した光ファイバーは、製品の品質を判断するために、いくつかの試験を受けなければなりません。以下は、その評価項目の一部です。

• 屈折率プロファイル
• コア、クラッド、コーティングを含むファイバー形状検査
• 抗張力
• 帯域幅容量
• 異なる波長における減衰
• 色分散
• 動作温度および湿度範囲

光ファイバー製造における品質管理

製造される光ファイバーの品質と純度には、様々な要因が影響します。具体的には以下のような要因が挙げられます。

化学組成 - プリフォームの製造に使用される様々な化学物質の最適な比率を実現することは、ガラスの純度を実現するために重要です。この化学物質の混合比は、プリフォームから製造される光ファイバーの光学特性（膨張係数、屈折率など）も決定します。

ガスモニタリング - プリフォーム製造プロセス全体を通して、ガスの組成と流量を監視することが重要です。また、ガスと接触するバルブ、チューブ、パイプはすべて耐腐食性材料で作られていることも重要です。

熱と回転 - プリフォームを作成するために使用される中空のシリンダーは、化学物質が均一に堆積できるように、適切な温度で加熱され、継続的に回転する必要があります。