光ファイバー。ガラスまたはプラスチックの透明で柔軟なファイバーを通して光を伝送する技術。光ファイバーと呼ばれるファイバーは、曲がった経路に沿って光を導くことができます。平行ファイバーの束を使用すると、手の届きにくい場所を照らして観察できます。非常に純粋なガラスでできた光ファイバーは、数インチまたはセンチメートルから 100 マイル (160 km) 以上の範囲の長距離にわたって、ほとんど減光することなく光を伝送することができます。このようなファイバーを含むケーブルは、特定の種類の通信システムで使用されます。個々の繊維の中には人間の髪の毛よりも細く、直径が 0.00015 インチ (0.004 mm) 未満のものもあります。
光ファイバーは、全反射として知られる光学現象に基づいています。最も単純な形式の光ファイバーでは、ファイバーの一端から入った光はファイバーの境界に当たり、内側に反射されます。光はファイバー内をジグザグに反射しながら進み、ファイバーの他端から出ます。他の形式の光ファイバーは、光のジグザグが大幅に軽減されるか、実質的に排除されるように設計されています。
現在製造されているほとんどの光ファイバーは、少なくとも 2 つの部分で構成されています。光が伝送されるコアと、コアを囲んでコアからの光の漏れを防ぐ保護クラッド (ガラスまたはプラスチックのいずれか) です。クラッディングは、その内面に当たる光線を内側に曲げるか反射します。感光デバイスや人間の目などの検出器は、ファイバーの他端で光を受け取ります。
光ファイバーの束はコヒーレントかインコヒーレントのいずれかです。コヒーレントな束では、光だけでなく画像も伝送できるようにファイバーが配置されています。インコヒーレントなバンドルでは、ファイバーは特定の方法で配置されておらず、照明のみを送信できます。光ファイバーには、シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーという 2 つの基本的なタイプがあります。シングルモードファイバーは、キャリアとして単一の光線を伝送するように設計されており、長距離にわたる高速信号伝送に使用されます。マルチモードファイバーよりもはるかに小さなコアを持ち、ファイバーの軸に沿った光のみを受け入れます。小さなレーザーが光をファイバーに直接送ります。
低損失コネクタを使用すると、光信号を低下させることなくシステム内のファイバーを接続できます。このようなコネクタは、ファイバーを検出器に接続することもできます。マルチモード ファイバーは、複数の光線を伝送するように設計されています。シングルモードファイバーに比べてコア径がはるかに大きく、さまざまな角度からの光を受け入れます。マルチモード ファイバーは、シングルモード ファイバーよりも多くの種類の光源と安価なコネクタを使用します。これらは主に短距離での通信に使用されます。
光ファイバーの用途は数多くあります。医療の分野では、光ファイバーを使用することで、医師は手術を行わずに小さな切開を通して体内を観察し、作業することができます。これらは、体内の中空臓器の内部を観察するための器具である内視鏡に使用されます。ほとんどの内視鏡には 2 セットのファイバーがあります。光を供給するインコヒーレントなファイバーの外側のリングと、画像を伝送する内側のコヒーレントなファイバーの束です。内視鏡は、特定の領域を調べるように設計されている場合があります。たとえば、医師は関節鏡を使用して膝、肩、その他の関節を検査します。一部のモデルでは、3 番目のファイバー セットがレーザー ビームを送信し、出血を止めたり、病変組織を焼き払ったりするために使用されます。光ファイバーを利用して体温を測定できます。また、血管に挿入して血液化学を迅速かつ正確に分析するために使用することもできます。
科学研究や製造において、光ファイバーデバイスは、危険エリア、真空チャンバー、機械内の密閉空間などに光を運びます。一部の機器は感知デバイスとして光ファイバーコイルを使用します。圧力、温度、またはその他の条件の変化によって生じるファイバーの変化は、ファイバーを透過する光の特性に測定可能な変化を引き起こします。光ファイバーは、産業において温度、圧力、加速度、電圧を測定するために使用されます。
光ファイバー通信システムには、従来の銅線ケーブルを使用するシステムよりも効率を高める多くの利点があります。情報伝送容量がはるかに大きく、電気的干渉に悩まされず、銅ケーブル システムよりも必要なアンプの数が少なくなります。通信システムの一部として、光ファイバーは、通常は光のフラッシュとして光信号の形で情報を送信します。信号は、ファイバーの一端にある小型半導体レーザーまたは発光ダイオード (LED) によって生成され、もう一端にある感光デバイスによって検出されます。光ファイバー ケーブルは、同じサイズの電気ケーブルよりもはるかに多くの情報を送信できます。光ファイバー ケーブルの主な用途は、電話交換局のリンクです。多くの通信会社は、世界中に情報を提供するために、大陸と海底に大規模な光ファイバー ケーブルのネットワークを敷設しています。
光ファイバーの最初の研究は 1800 年代後半に行われましたが、実用的な開発は 1950 年代初頭まで始まりませんでした。光ファイバーの開発は、1960 年代初頭のレーザーの導入と、1970 年の高純度ガラスによる最初の光ファイバーの製造によって促進されました。特に通信システムにおける光ファイバーの商業利用は、1980 年代に急速に発展しました。
