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光ファイバーの構成要素とは何でしょうか？一般的な光ファイバーは、光を伝送するコア、コアを囲み屈折率が低く光を閉じ込めるクラッド、そして内部の壊れやすい光ファイバーを保護するコーティングという3つの主要構成要素で構成されています。
コア
光を運ぶコアは、光ファイバーの最小の構成要素です。光ファイバーのコアは通常ガラスで作られていますが、プラスチック製のものもあります。コアに使用されているガラスは、極めて純度の高い二酸化ケイ素（SiO2）で、非常に透明であるため、まるで家の窓から覗いているかのように、5マイル先まで見通すことができます。
製造プロセスでは、制御された条件下で屈折率を上げるために、ゲルマニア、五酸化リン、アルミナなどのドーパントが使用されます。
光ファイバーのコアは、用途に応じて様々な直径で製造されています。一般的なガラスコアは3.7μmから200μmまであります。通信分野で一般的に使用されるコアサイズは9μm、50μm、62.5μmです。プラスチック光ファイバーのコアはガラスよりもはるかに大きくなります。一般的なプラスチックコアサイズは980μmです。
クラッディング
クラッドはコアを囲み、光ファイバーの動作に必要な低い屈折率を提供します。ガラスクラッドを使用する場合、クラッドとコアは同じ二酸化ケイ素ベースの材料から永久的に融合した状態で一緒に製造されます。製造工程では、コアとクラッドに異なる量のドーパントを添加することで、両者の屈折率差を約1%に維持します。
典型的なコアの屈折率は1300nmで1.49、クラッドの屈折率は1.47です。ただし、これらの数値は波長に依存します。同じ光ファイバでも、コアの屈折率は波長によって変化します。
コアと同様に、クラッドも標準の直径で製造されます。最も一般的に使用される直径は125μmと140μmです。125μmクラッドは通常、9μm、50μm、62.5μm、85μmのコアサイズに対応します。140μmクラッドは通常、100μmのコアサイズに対応します。
コーティング
コーティングは光ファイバーの真の保護層です。コーティングは、衝撃、傷、擦り傷、さらには湿気など、クラッドを損傷する可能性のあるものを吸収します。コーティングがないと、光ファイバーは非常に脆くなります。クラッドに微細な傷が一つでも付くと、曲げた際に光ファイバーが破損する可能性があります。コーティングはオールガラスファイバーに不可欠であり、コーティングなしでは販売されません。
コーティングは保護のみを目的としており、光ファイバーの光伝送能力には一切寄与しません。コーティングの外径は通常250μmまたは500μmです。コーティングは一般的に無色ですが、用途によっては、光ファイバー群内の個々の光ファイバーを識別できるように、コーティングに色が付いている場合もあります。
光ファイバーのコーティングは、特定の性能や環境に合わせて選択されます。最も一般的なコーティングの一つはアクリレートです。このコーティングは通常、2層構造で塗布されます。プライマリコーティングはクラッドに直接塗布されます。このコーティングは柔らかく、光ファイバーを曲げる際にクッションとして機能します。セカンダリコーティングはプライマリコーティングよりも硬く、硬い外面を形成します。ただし、アクリレートは温度特性に制限があります。一般的なアクリレートは、最高125℃の温度で動作します。
シリコーン、カーボン、ポリイミドなどのコーティングは、航空電子工学、航空宇宙、宇宙関連などの過酷な環境で使用される光ファイバーに見られることがあります。また、鉱業や石油・ガス掘削用に設計された光ファイバーにも使用されることがあります。
標準
コアとクラッドのサイズの組み合わせは多岐にわたりますが、コネクタと機器の適切な適合を保証するためには規格が必要です。これは、光ファイバーで使用されるような小型の部品を扱う場合には特に重要です。わずかな位置ずれでもシステム全体が役に立たなくなる可能性があるためです。
電気通信業界で使用される光ファイバーの性能を定義する規格を発行している組織は、米国電気通信工業会（TIA）と国際電気通信連合（ITU）の2つです。TIAとITUは光ファイバーに関する多くの規格を発行していますが、特に知っておくべき主要な規格は、ANSI/TIA-568-C.3、ITU-TG.653、ITU-TG.655、そしてITU-T G.657です。
ANSI/TIA-568-C.3規格は、構内光ファイバー配線部品に適用されます。ITU規格は、シングルモード光ファイバーおよびケーブルに適用されます。それぞれの説明は以下のとおりです。
>ITU-TG.652: シングルモード光ファイバーおよびケーブルの特性
>ITU-T G.655: 分散シフト型シングルモード光ファイバーおよびケーブルの特性
>ITU-T G.657: 非ゼロ分散シフトシングルモード光ファイバおよびケーブルの特性
これらの規格には、光ファイバー、光ファイバー ケーブル、およびコネクタやスプライスなどのコンポーネントのパフォーマンスを定義する重要な情報が含まれています。
材料
光ファイバーは一般的にガラスコアとガラスクラッドで作られていますが、敷設コスト、コネクタの取り付け、そして損傷からの適切な保護とファイバーの性能のバランスが取れていない場合は、他の材料が使用されることもあります。多くの場合、ファイバーは短距離しか敷設されないため、高品質のガラスファイバーの利点よりも、コスト削減が重視されます。また、ファイバーは振動、極端な温度、繰り返しの取り扱い、継続的な移動など、過酷な条件にさらされる場合もあります。様々な条件、コスト要因、性能要件に合わせて、様々なファイバー分類が進化してきました。
材質による主な繊維の分類は次のとおりです。
ガラスファイバー：ガラスコアとガラスクラッドを有します。高データレート、長距離伝送、またはその両方が求められる場合に使用されます。ガラスファイバーは様々な種類の中で最も壊れやすいため、過酷な環境に設置するか、損傷を防ぐために特殊なケーブルや筐体で保護する必要があります。
ガラスファイバーは、長距離データや建物間およびオフィス間のネットワーク アプリケーションでよく使用されます。
プラスチッククラッドシリカ（PCS）：これらの光ファイバーは、ガラスコアとプラスチッククラッドを備えています。コアは全ガラス光ファイバーよりも大きく、通常200µm、クラッドの厚さは50µmです。シリコンコーティングされたガラス光ファイバーと同様に、PCS光ファイバーのプラスチックコーティングは、通常、プラスチッククラッドを囲む熱可塑性バッファと共に使用されます。PCS光ファイバーの標準的な仕様は200/300µmです。プラスチッククラッドはガラスコアの保護層としても機能するため、全ガラス光ファイバーに通常見られるコーティングはPCS光ファイバーには含まれていません。PCS光ファイバーは、主に産業用センシング用途や医療/歯科用途に使用されます。
ハードクラッドシリカ（HCS）：これらの光ファイバーはPCS光ファイバーに似ていますが、ガラスコアと、通常他のクラッド材よりも強度の高い硬質ポリマーなどの材料で作られたクラッド層を備えています。ハードクラッドシリカ光ファイバーは、製造業、ファクトリーオートメーション、衝撃や振動によって標準的なガラス光ファイバーの信頼性が低下するような分野など、堅牢性が最優先される場所で広く使用されています。HCS光ファイバーは通常、ガラス光ファイバーよりもはるかに太く、最も一般的なサイズは200/230µmです。
プラスチックファイバー：これらのファイバーは、プラスチックのコアとクラッドを備えています。低コスト、堅牢性、使いやすさから選ばれており、高帯域幅や長距離伝送が不要な場所に設置されます。プラスチックファイバーは長距離・高性能伝送には適していませんが、100m未満の距離であれば、実用的なデータレートで信号を伝送できます。最も一般的なサイズは980/1000µmです。プラスチックファイバーは通常、650nm帯の可視波長用に設計されています。プラスチックファイバーの代表的な用途としては、ホームエンターテイメントシステム、自動車、製造制御システムなどが挙げられます。また、コンピューターと周辺機器間の接続や医療機器にも使用されることがあります。
大コアプラスチック光ファイバーの利点
ガラス光ファイバの高帯域幅と長距離伝送能力に興奮するのは簡単です。ガラス光ファイバは明らかに他の媒体より優れています。しかし、多くのアプリケーションでは、長距離で高帯域幅は必要ありません。家庭でも光ファイバーは多くのアプリケーションがあります。すでにプラスチック光ファイバーを使用したホームエンターテイメントシステムをお持ちかもしれませんし、オーディオデバイスや DVD チェンジャーの接続にプラスチック光ファイバーを使用している車を所有しているかもしれません。これらのアプリケーションのいずれも、長距離で高帯域幅を必要としません。これらのアプリケーションは、大径コアのプラスチック光ファイバーに最適です。プラスチック光ファイバーは通常、650nm 付近の可視波長で動作するように設計されています。光ファイバーから出射する光を視認できることは大きな利点であり、高価なテスト機器は必要ありません。赤外線範囲で動作するガラス光ファイバーから出射する光を測定するには、パワーメーターが必要です。パワーメーターのコストは、ホームエンターテイメントシステムよりも高くなる場合があります。
プラスチック光ファイバー の大きなコアには、小さなガラス光ファイバーにはないもう一つの利点があります。それは、他の光ファイバーや光源、検出器との位置合わせが容易なことです。人間の髪の毛2本を、先端が接触し、完全に中心に位置するように位置合わせする様子を想像してみてください。では、同じことを生のスパゲッティ2本で行ったらどうなるでしょうか。
プラスチック光ファイバーは、家庭や車両に統合されるオーディオおよびビデオ電子機器に最適です。
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