光ファイバーの心線の種類について分かりやすく解説

離れた場所に光を伝える「光ファイバー」は、インターネットなどのデジタル通信に欠かせない存在です。

ただ、一言に光ファイバーといっても、心線の種類によって3つに分類されており、それぞれ特徴が異なります。

用途や目的に合わせて最適な光ファイバーを使用できるよう、ここでは光ファイバーの心線の種類や、基本的な構造についてまとめました。

光ファイバーの心線の種類

光ファイバーは、極細の信号線を介して、長距離かつ高速にデータを伝送できるところが最大の特徴です。

ただ、主に石英ガラスで作られていることや、通常0.125mmと極細であることから、折り曲げなどの負荷に弱いという欠点があります。

そのため、光ファイバーは保護被膜で覆った「光ファイバー心線」の状態で用いられるのが一般的です。

光ファイバー心線は、被膜の構造などによって主に3つの種類に分かれています。

 

1. 0.25mm素線

紫外線硬化型樹脂製の被膜で覆ったタイプです。

0.25mm径と非常に細径なので、複数の素線を束ねてケーブル化する「多心化」を行う際、収容しやすいところが利点です。

1本の光ファイバーの伝送能力は100Tbps程度ですが、必要な心線をより合わせ、ケーブル内で心線を高密度収納させれば、より大容量のデータ伝送が可能です。

 

2. 0.9mm心線

0.25mm心線に、さらにノンハロゲン樹脂による二次被膜を施した0.9mm径の心線です。

0.25mm心線に比べて耐久性が高く、扱いやすいため、LAN配線など少心ケーブルとして多用されます。

ノンハロゲン心線に対し、光ファイバーに紫外線硬化型樹脂の被膜を施して0.4mm径にした心線に、ポリエステルエラストマー樹脂で覆って0.9mm径にしたポリエステルエラストマー心線もあります。

こちらは温度変動に対する被膜収縮量が小さいため、機器内配線などに用いられます。

 

3. テープ心線

複数の0.25mm素線を平行に並べ、紫外線硬化型樹脂でまとめて被膜した心線です。

テープ心線ごとに光ファイバー融着接続が可能なため、接続にかかる作業時間を大幅に短縮できます。

テープ心線は、一括被膜する心線の数や、被膜の仕方などによって複数の種類に分かれますが、インターネットなどに使用する光ケーブルでは、2本の光ファイバーを1つのテープにまとめた「2心テープ心線」と、4本の光ファイバーをまとめた「4心テープ心線」を用いるのが主流です。

光ファイバーとは、大容量&高速通信できる極細の伝送線

光ファイバーとは、石英ガラスやプラスチックなどで作られた極細の伝送線のことです。

データをレーザー光として高速伝送することが可能で、従来のADSLやテレビケーブルに比べると、より多くのデータを、よりスピーディに伝えることができます。

また、従来に比べて伝送損失が非常に小さいことから、長距離間でも安定した通信が可能です。

実際の光ファイバー通信には、光ファイバー心線を多芯化した光ファイバーケーブルが用いられますが、世間一般では単に「光ファイバー」として認識されています。

光ファイバーの基本構造

光ファイバーは、コアと呼ばれる芯と、その外側を覆うクラッド、被膜の3重構造になっています。

クラッドよりもコアの屈折率を高くすることによって、全反射や屈折によって光が中心部のコアに集約しやすい仕組みになっています。

光ファイバーはさらに構造によって大きく2つの種類に分かれており、それぞれ特徴が異なります。

 

1. マルチモードファイバー

複数の光のモードを通過させる大口径コアを採用したタイプです。

ファイバー内を通る光が分散されることからタイムラグが起こりやすく、大容量や長距離通信には適しませんが、シングルモードファイバーに比べるとコストが安く、曲げにも強いところが特徴です。

マルチモードファイバーは素材や構造の違いによって、さらにSI型とGI型の2種類に分けられます。

SI型は、光がクラッドで反射されながら進むタイプで、コア内部の光の屈折率は常に一定です。

光の分散が大きいため、長距離・広帯域の伝送には不向きですが、構造がシンプルで安価なので、主に建物内の配線など、短距離かつ低速の通信に用いられます。

一方のGI型は、光の屈折率が連続的に変化するタイプのマルチモードファイバーです。

光の屈折率は中心軸から同心円状に連続変化する仕組みになっており、入射角の違いによるタイムラグを抑えられます。

そのため、SI型よりも長距離・広帯域の伝送に適していますが、コストが高いため、一般家庭ではなく通信事業者などの企業に多用されます。

 

2. シングルモードファイバー

SI型マルチモードファイバーのコア径を小さくしたタイプの光ファイバーです。

コア径が小さいぶん、光の進み方が直線的で、より多くの信号を送ることができます。

マルチモードファイバーに比べると単価が高く、かつ折り曲げに弱いので扱いは難しいですが、長距離でも安定して通信できるため、通信経路に使われる最もポピュラーな光ファイバーとして知られています。

シングルモードファイバーは、零分散波長によって

  • 汎用シングルモード(SM)
  • 分散シフト・シングルモード(DSF)
  • 非零分散シフト・シングルモード(NZ-DSF)

の3つに分かれています。

SMは1,310nm帯に零分散波長があることから、伝送損失が低く、高品質かつ安定した通信を行えます。

一方のDSFは1,550nm帯に零分散波長があり、長距離伝送に向いています。

最後のNZ-DSFは零分散波長を1,550nm帯から少しずらすことで、非線形減少を抑制し、超高速かつ長距離伝送を可能にしています。

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光ファイバーは、製品によって心線や構造が異なります。

それぞれに特徴や特性がありますので、自分のニーズや目的に合った光ファイバーを選択する必要があります。

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