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石英ガラスで光ファイバが作られる理由

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はじめに

光通信にて利用される光ファイバですが、材料は一般的には石英ガラス\rm{SiO_{2}}が採用されます。

本記事ではそれらの理由について深堀して説明してみます。

尚、光通信部分に関する知識は前提として話を進めます。

光ファイバの材料の条件は?

一番の条件は、光の損失の小ささで、損失というにも以下の2種類があります。

  • 吸収損失
  • 散乱損失

これらを考慮した際に石英ガラスは吸収損失が他の材料に比べて圧倒的に小さいです。
例えば透明に見える水でも光を吸収して熱に変換してしまいます。

材料毎に光強度が半分になるのに必要な距離を算出すると、水が4mなのに対して石英ガラスが1万mを超えることからも石英ガラスの光ファイバー適正が伺えます。

一方、同じ\rm{SiO_{2}}でも石英ガラスではなく水晶の方が構造上の理由で散乱損失が少ないです。

なぜ水晶でファイバーを作らないのか?

この理由はガラスの加工のしやすさに由来します。
というのもそもそも石英ガラスというのは水晶を溶解して冷却して作ることができるように、主な違いは組成ではなく原子配列にあります。ガラスの不規則な構造によって柔軟な加工が可能となっています。

光ファイバは石英ガラス一択なのか?

色々と石英ガラスの強みを述べましたが、他の材料でも光ファイバは作られています。

その材料にプラスチックとフッ化物ガラスがあります。

プラスチック

石英ガラスの低損失には劣りますが、シリコン樹脂やアクリル樹脂を利用したプラスチック光ファイバがあります。強みは低価格にあり、拠点をまたがないローカルエリアでの接続といった場面では採用されるケースがあります。

フッ化ガラス

フッ化ガラスファイバは、石英ガラスの酸素の代わりにフッ素を含むガラスです。
こちらは光に関しては石英ガラスよりも透過性を有しているため、海底ケーブルといった距離が長い場面で採用されるケースが多いです。

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まとめると

以下のように使い分けイメージです。

石英ガラス プラスチック フッ化ガラス
中距離用 短距離用 長距離用

終わりに

主にストレージ周りの配線で利用する光ファイバですが、一般的には石英ガラスが材料になっています。
GBICやSFPに指す前に、ぜひ材料を確認してみると楽しいかもしれません。

以上、光ファイバの材料に関する入門記事でした。


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