低損失かつ高帯域幅のプラスチック光ファイバーの進歩

光ファイバーの基本概念と分類

POF を通る光の伝播原理は GOF の場合と同じです。 POF は基本的に、コアとクラッドという 2 つの同軸層で構成されています。コアは光を導くファイバーの内側部分であり、一方、クラッドはコアを完全に取り囲んでいます。コアの屈折率はクラッドの屈折率よりわずかに高くなります。したがって、コアへの光入力の入射角が臨界角より大きい場合、各層を構成する異なる誘電体材料間の界面での全内部反射により、入力はコア領域に限定される。この単純な概念は、多くの種類のファイバーにおける光ガイドの有用な近似値ですが、完全な説明にはなりません。光は実際には光学範囲の周波数を持つ電磁波です。光ファイバーは、モードと呼ばれる明確なパターンで波を導きます。モードは、導波路全体の光エネルギーの分布を表します。一般的に使用される光ファイバーは、そのモード特性に基づいて、シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーの 2 つのクラスに分類できます。シングルモード ファイバはステップ インデックス (SI) ファイバですが、マルチモード ファイバは SI ファイバとグレーデッド インデックス (GI) ファイバに分けられます。 SI と GI は、ファイバー軸からの半径方向の距離に応じた屈折率の変化パターンを指します。図 1 は、(a) シングルモード ファイバ、(b) SI マルチモード ファイバ、および (c) GI マルチモード ファイバの 3 種類のファイバを概略的に示しています。

現在、ほとんどの GOF はシングルモード構造で製造されており、コア ネットワークやメトロポリタン ネットワークなどの長距離アプリケーションで一般的に使用されています。結合損失に関しては、シングルモード ファイバのコアが小さいことが重大な欠点となります。コアの直径が小さくなるほど、光をファイバーに結合するのが難しくなります。したがって、GI マルチモード タイプのファイバーも広範囲に研究されており12-15、-1980 年代中期まで一部の電気通信アプリケーションに導入されていました。ただし、シングルモード GOF は減衰と帯域幅の両方ではるかに優れていたため、ストレージ エリア ネットワークなどの短い長さのアプリケーションに徐々に移行しました。光をシングルモード ファイバに結合するには、必然的に、マルチモード ファイバの大きなコアに結合する場合よりもかなり厳しい許容誤差が必要になります。ただし、このような厳しい公差が達成されました。現在、シングルモード GOF は、高ビットレートまたは数キロメートルを超える距離を必要とするほぼすべての種類の電気通信の標準的な選択肢となっています。

一方、POF は建物内ネットワークなどの短距離ネットワークの最適候補として注目されています9。 光ファイバーは建物内の各部屋のさまざまな機器を接続できる必要があります。したがって、柔軟性があり、曲げやすく、いくつかの点で接続されている必要があります。予想通り、シングルモード GOF は脆くてコアが小さいため、この用途には適していません。対照的に、POF は、柔軟性やファイバーの位置合わせの容易さを失うことなく、直径を約 1 mm まで拡大できます。

POF の出現と減衰の分析

現在、ほとんどの GOF はシングルモード構造で製造されており、コア ネットワークやメトロポリタン ネットワークなどの長距離アプリケーションで一般的に使用されています。結合損失に関しては、シングルモード ファイバのコアが小さいことが重大な欠点となります。コアの直径が小さくなるほど、光をファイバーに結合するのが難しくなります。したがって、GI マルチモード タイプのファイバーも広範囲に研究されており12-15、-1980 年代中期まで一部の電気通信アプリケーションに導入されていました。ただし、シングルモード GOF は減衰と帯域幅の両方ではるかに優れていたため、ストレージ エリア ネットワークなどの短い長さのアプリケーションに徐々に移行しました。光をシングルモード ファイバに結合するには、必然的に、マルチモード ファイバの大きなコアに結合する場合よりもかなり厳しい許容誤差が必要になります。ただし、このような厳しい公差が達成されました。現在では、シングルモード GOF が、高ビットレートや数キロメートルを超える距離を必要とする事実上あらゆる種類の電気通信の標準的な選択肢となっています。

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