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まず最初に、光ファイバーケーブルがどのように機能するかを説明しましょう。
バケツを改造して前面に窓を付けて、反対側の穴に栓をしました。プロピレングリコールのボトルにクリームを少しだけ入れてあります。指輪スタンドと、もちろんレーザーポインターも。さて、電気を消すときはこのプラグから目を離さないでください。
素晴らしいですね。光は液体の流れに沿ってバケツまでずっと進んでいます。すごいですね。これは全反射によるものです。光が流れに入ると、ここと液体の界面に当たるとすぐに反射します。
ここでは最初の反射、そして2回目、3回目の反射が見られます。これは、導波路材料（ここではプロピレングリコール）と外気の屈折率差によって生じます。光が表面に当たると、その材料に吸収されるか、反射されるか、あるいは透過するかのいずれかの現象が起こります。後者を「屈折」と呼びます。
上から見ると分かりやすいです。反射と屈折は同時に起こることもあります。しかし、光線が臨界角よりも大きな角度で表面に当たると、完全に反射され、屈折しません。
このプロピレングリコールと空気のシステムでは、ビームが法線から44.35度以上の角度で表面に当たると、全反射によって下流へ伝播します。光ファイバーで同様の効果を生み出すために、エンジニアはガラス（通常は純粋な二酸化ケイ素）のコアと「クラッド」と呼ばれる外側の層を作ります。クラッドも通常は二酸化ケイ素ですが、屈折率を下げるためにホウ素またはゲルマニウムを少量加えています。
わずか1%の差で光ファイバーケーブルは機能します。これほど長く細いガラスを作るために、エンジニアは大きなガラスプリフォームを加熱します。中心には純粋なコアガラスがあり、外側にはクラッドがあります。次に、溶融ガラスをホイールに巻き付け、最高速度1600メートル/秒で光ファイバーを線引きします。通常、これらの線引きタワーは数階建ての高さがあります。この高さのおかげで、ドラムに巻き取る前に光ファイバーを冷却することができます。
工学上の偉大な成果の一つは、世界初の海洋横断光ファイバーケーブル、TAT-8でした。ニュージャージー州タッカートンから海底を3,500マイル（約5,600キロメートル）以上にわたって敷設され、イギリスのワイドマウスとフランスのペンマールまで分岐していました。
エンジニアたちは、海底でも耐えられるようケーブルを慎重に設計しました。ケーブルの中心にはコアがあり、直径10分の1インチにも満たない小さなコアには、中心の鋼線を囲む6本の光ファイバーが入っています。コアは、光ファイバーの衝撃を和らげるためにエラストマーで包み、さらに鋼線で囲み、さらに銅製の円筒で密封することで水から保護しました。完成したケーブルは直径1インチにも満たないながらも、約4万件の通話を同時に処理できました。
光ファイバーケーブルで情報を送信する仕組みは、非常にシンプルです。相手と事前に信号を取り決めておくことができます。例えばモールス信号を使って、レーザー光を遮るだけで、相手はメッセージを伝える閃光を目にすることができます。
電話の音声のようなアナログ信号をケーブルで伝送するために、エンジニアはパルス符号変調（PCM）を使用します。アナログ信号を複数のセクションに分割し、波形の音量や振幅を可能な限り近似します。
これをデジタル信号に変換したいのですが、これは音量の離散値であり、任意の値ではありません。例えば4ビットを使うと、音量には16通りの値が考えられます。つまり、信号の最初の4つのセクションは、それぞれ約10、12、14、15で近似できます。
次に、各セクションの振幅を1と0の連続に変換します。最初のバーの値10は、エンコードすると1、0、1、0になります。曲線の各セクションに対して、これを繰り返します。
緑の波形や青いバーを見る代わりに、信号を時間順に並べた1と0の列と考えることができます。光ファイバーケーブルを通して送信する信号は、まさにこの1と0の列です。1の場合は点滅、0の場合は何も表示されません。もちろん、受信側では正確な符号化方法が分かっています。ですから、メッセージを解読するのは簡単です。
レーザーパルスがどのようにして海を越えて4000マイル近くも移動できるのか不思議に思われるかもしれません。しかし、何らかの助けがなければ移動できません。光はファイバーの側面から漏れ出るからです。先ほどのプロピレンの流れをもう一度見てみましょう。
光が伝わるにつれて減衰していく様子を見てみましょう。バケツの中では細いビームが流れに入射すると少し広がり、最初の反射の後、入射時よりもさらに広くなって出て行きます。これは、空気との境界面が不均一で、ビームを構成する光線がそれぞれわずかに異なる角度で入射するためです。
ビームが2回目の反射をすると、個々の光線はさらに広がります。3回目の反射に達する頃には、多くの光線はもはや臨界角を失っており、光路の両側から出射します。ここでは数インチで起こりますが、TAT-8のような光ファイバーケーブルでは、信号は増幅が必要になるまでなんと50キロメートルもの距離を伝わります。実に驚異的です。
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