ファイバーの仕組み
光ファイバーとは
光ファイバーとは、光によって情報を伝達するケーブルのことをいいます。
外径約100マイクロメートル（0.1ミリメートル。マイクロは10のマイナス9乗のこと）と、髪の毛のように細いケーブルの中に、複数の屈折率の異なる物質を何層にも渡って組み合わせ、そこを光が屈折して進むことで信号を伝える仕組みになっています。実際に光ファイバーをケーブルにする際には、そのままでは弱いので、ケーブルを何本か束ねて、合成樹脂や針金で保護し、耐久性を持たせ、扱いやすい太さにしている。それでも銅線（メタリックケーブル）と比べればはるかに軽くて細いものです。
 |
光ファイバーケーブル（高密度多心光ファイバーケーブル）の断面図です。これ1本で1000心の光ファイバーが収容されています。 |
 |
3000心の光ファイバーケーブル（左）と400対の銅線（右）の断面図を比較したものです。ケーブルの外径は光ファイバーの方が小さいにも関わらず、多数のケーブルを収容できます。 |
銅線と違った弱点もあります。光ファイバーは急角度で折り曲げると反射角に乱れが出てしまい、データの損失が急激に増えてしまいます。ケーブルを自宅内などに引き込む際には、図のようにゆったりと曲げなければいけません。
 |
|
光ファイバーケーブルはその性質上、メタリックケーブルのように直角には曲げられない。 このため配線する際に制約が生じます。 |
光ファイバーのメリット
伝送能力の高さなど、光ファイバーのメリットはたくさんあります。外部からの影響を受けないという点も魅力です。銅線（電話線）のような漏話（信号が他の 伝送路に漏れること）がなく、ほかの機器に影響（妨害）を与えるということもないので、極めて高品質な通信サービスを提供できます。
これは、光ファイバーが石英などのガラス素材でできているというのが大きな理由です。ガラス素材は、電気的・磁気的影響を受けない特性を持っているので、光ファイバーを何本束ねても雑音を拾うことがほとんどなく、データが破壊される心配がありません。
また、光ファイバーの主成分素材の石英は、地球資源として無尽蔵にあり、少量の原料で長尺のケーブルを製造できるので、資源を浪費することもありません。銅線に比べてデータの損失性が低いので、光伝送のための中継機器を少なくでき、ネットワーク全体のコストが下がるというメリットもあります。
ネットワークの低コスト化、地球資源の有効利用という観点から見ても、光ファイバーを採用するのは非常に合理的です。
光ファイバーケーブルの構造
光ファイバーは中心の「コア」と外周部の「クラッド」というニ層構造になっています。
クラッドの直径はわずか125ミクロンです。光は屈折率の違うコアとクラッドの境目を反射しながら進んでいきます（右図）。
このような構造になっているため、光ファイバ自体を曲げても光は効率良く進むことができます。裂け目でもないかぎりは、光が外部に漏れることはありません。この光ファイバを数十本束ねて通信に使っているのです。
コアが太いマルチモード・ファイバは角度のある反射でいくつもの経路で進んでいくため、マルチモードと呼ばれています。長距離伝送には向きません。一方、コアの直径が100分の1mm以下に細くなると光は直線で進みます。分散が少ない分、長距離伝送に向くのがシングルモードファイバーです。基幹通信網に使われているのは、ほとんどがこのタイプです。