時折、光ファイバー通信回線（FOCL）のトピックに関するさまざまな記事がHabréに掲載されていますが、これは驚くべきことではありません。光通信は今日の情報伝達の主要な方法の1つです。 光通信回線は、従来の銅線および無線技術と競合しています。 近年、世界中で送信される情報の量と速度の急激な増加、特にインターネットの発展に大きく貢献しているのは光ファイバーです。 さらに、光ファイバーは毎年消費者により近くなり、新しい応用分野を開発しています。

すべての自尊心のあるIT専門家は、彼が何をしているかに関係なく、少なくともFOCLの一般的な考え方を持っているはずです。 この記事は、光ファイバーの種類と分類に専念しています。 もちろん、このトピックに関するさまざまな情報を簡単に見つけることができます。 しかし、後で見るように、私たちにも伝えるべきことがあります。 さらに、Habrrでは、光ファイバのトピックは、私たちには十分にカバーされていないようです。

しかし、最初に、自分自身について少し

ETF会社は、1991年からロシア市場に輸入電子部品を供給しています。 過去15年間（2001年以降）、当社の供給プログラムには光ファイバーと光電子部品が含まれています。 歴史的に、当社の主な顧客はさまざまな業界の代表者です。

ETFには、さまざまな製品グループ向けの専門サイトがいくつかあります。 光通信のサイトは、 infiber.ruサイト専用です。このサイトは、光ファイバコンポーネント部門の従業員によって処理されます。 このサイトには、当社が提供する光ファイバー製品のカタログが含まれています。 また、プロデューサーのニュースや部門のスタッフが書いた記事も公開しています。 私たちのサイトは最近作成されましたが、積極的に開発中です。

この記事の目的

すでに述べたように、この記事では、光ファイバ自体だけでなく、その種類と分類についても話したいと思いました。 ほとんどの読者はシングルモードとマルチモードの違いを知っている可能性が高いですが、より詳細な情報を提供することで、さまざまな最新のファイバーとその特性を簡単にナビゲートし、実際の作業で生じる問題に悩まされないようにします：

• 光ファイバーの仕様でOM4は何を意味し、OM1、OM2、OM3とどのように違いますか？
• 繊維およびケーブルの製造に使用される材料は何ですか？ プラスチック光ファイバーとは何ですか？
• 分散シフトファイバはどこで使用する必要があり、どの場合に分散をゼロにする必要がありますか？
• POFおよびHCS（PCS）という略語の意味は何ですか？

顧客とのコミュニケーションの経験から、繊維の分類に関連するこれらのことやその他のことは誰にも知られていません（顧客は主に業界で働いており、ほとんどの場合、各分野の専門家です）。 したがって、このような情報は非常に役立つと考えています。 Habréでの光ファイバリンクに関する共同の議論が1つの記事で終わることはないことを本当に願っています。

少し先を見ると、1）これらの繊維は産業や他の分野でますます人気を集めており、2）従来の石英繊維とは対照的にあまり良くないので、読者はこの記事の主な特徴の1つとしてPOFおよびHCS繊維に精通していると考えることに注意してくださいロシアのインターネットでカバーされています。

そして最後の1つ。 最近、ウェブサイトに5つの記事を掲載しました。これらの記事では、光ファイバーとその主な種類について詳しく説明しています。 以下に示す情報では不十分な方は、私たちのサイトへようこそ！

光ファイバとその主な特徴

（光ファイバーの分類を提供する）タスクに基づいて、光ファイバー通信の理論的基礎を深く掘り下げたくはありません。 しかし、情報を幅広い読者が理解できるようにするために、光ファイバを構成するもの、信号がどのように伝送されるのか、その主な特徴のいくつかから始めましょう。

光ファイバ（光ファイバ）は、光学範囲の電磁放射（通常は近赤外および可視光）が透過する円形断面の導波管です。 光ファイバは、コアと光クラッドの2つの主要部分で構成されています。 この構造の直径は、人間の髪の毛の太さに匹敵します。 ファイバーの上部に保護用のアクリルコーティングが施されています。 さらに保護するために、さまざまな補強および保護要素が使用されます。 1つまたは複数の光ファイバーと、共通のシースで覆われたさまざまな保護要素を含む構造は、 光ファイバーケーブルと呼ばれます 。

情報信号は、変調された光放射の形で光ファイバを介して送信されます。 全反射の現象により（幾何光学の学校のコースを思い出してください）、ファイバーに入る光は、ファイバーを超えて長距離にわたって広がります。 ファイバのコアと光クラッドは、屈折率がわずかに異なる材料で作られています（コアの屈折率が大きい）。 したがって、特定の臨界値より小さい角度でコアに入射する光波は、シェルから繰り返し反射されます。 導波管内の伝搬条件が満たされると（光は粒子の流れだけでなく、電磁波でもあります）、 モードと呼ばれるこのような光波はかなりの距離にわたって伝搬します。

コアとクラッドの屈折率の差に加えて、コアの屈折率のプロファイル、つまり、屈折率の値が光ファイバの断面の半径に依存することによって、重要な役割が果たされます 。 屈折率がコア断面のすべての点で同じままである場合、そのようなプロファイルは階段状と呼ばれ、中心軸からシェルに向かって徐々に減少する場合、 勾配です。 より複雑なプロファイルがあります。 屈折率プロファイルは、情報伝達媒体としての光ファイバの特性に大きな影響を与えます。

光ファイバをデータ伝送媒体として説明する多数の特性とパラメータの中で、最も重要なもの-減衰（損失）と分散-に注目してください。

減衰は、さまざまな物理プロセスによって引き起こされる、光ファイバを介して伝搬する光信号のパワーの緩やかな減衰です。 減衰量は放射波長に複雑に依存し、dB / kmで測定されます。 減衰は、光ファイバーを介した信号の伝送距離を制限する主な要因の1つです（中継なし）。

分散とは、光ファイバを介して伝送される光パルスが時間とともに広がることです。 高いパルス繰り返し率では、送信機からある程度の距離でこのような広がりが生じると、隣接するパルスの重複と誤ったデータ受信が発生します。 分散は、情報転送の範囲と速度の両方を制限します。

光ファイバの種類と分類

これらの基本概念について読者に話した（または思い出させた）ので、これがすべて述べられた目的、つまり光ファイバーの分類に移りましょう。 膨大な数の異なる光ファイバーがあるため、科学研究やさまざまな特定の用途で使用されるいわゆる特殊なファイバーや、むしろ将来のテクノロジーであるファイバーには触れないことをすぐに予約します。 今日、電気通信ですでに広く使用されている光ファイバーの種類に焦点を当てます。 また、これらのタイプには4つあります。

分類の主な基準は次の2つです。

• コアと光学シースを作る材料 。 光ファイバは、石英ガラスだけでなく、他の材料、特にポリマーでも作ることができます。
• 伝播modの数 。 コアとシェルの幾何学的寸法と光ファイバーの屈折率の大きさに応じて、1つまたは多数の空間モードのみが伝播できます。 したがって、すべての光ファイバは、 シングルモードとマルチ モードの 2つの大きなクラスに分けられます 。

したがって、4つの大きなクラスの光ファイバーを区別できます（リンクはinfiber.ruの対応する記事につながります）。

1. 石英マルチモードファイバー 。
2. 石英シングルモードファイバー 。
3. プラスチックまたはポリマー光ファイバー（POF） 。
4. ポリマー被覆石英繊維（HCS） 。

次の図は、これらの4種類の繊維の断面を示しています（アスペクト比は保持されています）。

これらの各タイプについて詳しく説明しましょう。

1.石英マルチモードファイバー

石英ファイバーは、最も有名で一般的なタイプの光ファイバーです。 マルチモードとシングルモードの石英ファイバは、特性と用途が大きく異なるため、それらを個別に検討する方が便利です。

マルチモードシリカファイバには、コアと光学シリカクラッドの両方があります。 通常、このようなファイバは屈折率の勾配プロファイルを持っています。 これは、モード間分散の影響を減らすために必要です。 上記のように、モードは異なるパスに沿って光ファイバー内を伝搬します。つまり、各モードの伝搬時間も異なります。 これは、伝達される運動量の拡大につながります。 勾配プロファイルは、モードの伝播時間の差を減らします。 高次モードの屈折率は滑らかに変化するため、より大きな角度でファイバに入り、より長いパスに沿って伝播するため、コアの近くを伝播するモードよりも高速です。 モード間分散の影響を完全に排除することは不可能であるため、マルチモードファイバは、距離と情報転送速度の点でシングルモードファイバよりも劣ります。

マルチモードファイバの場合、通常は850および1300（1310）nmの波長です。 これらの波長での典型的な減衰は、それぞれ3.5および1.5 dB / kmです。

分類。 石英マルチモードファイバーは、実際に広く使用されるようになった最初のタイプのファイバーでした。 2つの標準サイズのマルチモードファイバ（コア/シースの直径）が配布されました：62.5 / 125μmおよび50/125μm。

一般に受け入れられているマルチモードシリカファイバの分類は、ISO / IEC 11801規格で規定されています。この規格は、帯域幅（モード間分散と情報の伝送速度を決定するパラメータ）が異なる4つのクラスのマルチモードファイバ（OM-光学マルチモード）を区別します：

• OM1-標準マルチモードファイバー62.5 / 125ミクロン;
• OM2-標準マルチモードファイバー50/125ミクロン;
• OM3-レーザー操作用に最適化された50/125μmマルチモードファイバー。
• OM4は、パフォーマンスが向上したレーザーアプリケーション向けに最適化された50/125ミクロンのマルチモードファイバです。

「レーザーの使用に最適化された」というフレーズは、元の発光ダイオード（LED）がマルチモードファイバーを介して信号を送信するために使用されたことを思い出します。 半導体レーザーの出現により、レーザーでの作業に最適化されたと呼ばれるより高度な構造のファイバーの開発が開始されました。

アプリケーション。 マルチモードファイバーは非延長通信回線（通常は数百メートル）で使用され、50/125μmファイバー（OM2、OM3、OM4）は主にローカルネットワークおよびデータセンターで使用され、62.5 / 125μmファイバーは産業用ネットワークでよく使用されます。 ギガビットアプリケーションでは、OM3およびOM4クラスのファイバーを使用することをお勧めします。 マルチモードファイバが、より優れた特性を備えたシングルモードファイバに取って代わられていない理由は、ラインコンポーネント（アクティブ機器、接続製品）の低コストです。 マルチモードファイバのコア径が大きいため、価格が引き下げられ、それに応じて、コンポーネントの製造および設置の精度に対する要件が低くなります。

2.石英シングルモードファイバー

シングルモードファイバでは、名前が示すように、1つの（メイン）放射モードのみが伝播します。 これは、コアの直径が非常に小さい（通常8〜10ミクロン）ために達成されます。 光クラッドの直径は、マルチモードファイバの直径と同じです-125μm。 他のモードが存在しないことは、光ファイバーの特性にプラスの効果があり（モード間分散はありません）、数百キロメートルに中継せずに伝送範囲を拡大し、速度を数十Gbit / sにします（研究室で達成される「記録」ではなく、標準値を示します）。 シングルモードファイバの減衰も非常に低い（0.4 dB / km未満）。

シングルモードファイバの波長範囲は十分に広いです。 通常、伝送は1310および1550 nmの波長で実行されます。 スペクトルチャネル多重化の技術を使用する場合、他の波長も使用されます（これについては以下で詳しく説明します）。

分類。 クォーツシングルモードファイバーの範囲は非常に多様です。 国際規格ISO / IEC 11801および欧州EN 50173は、マルチモードファイバーとの類推により、2つの大きなクラスのシングルモードファイバーを区別します：OS1およびOS2（OS-光シングルモード）。 ただし、この部門に関連する既存の混乱に関連して、この分類に注目することはお勧めしません。 より多くの情報を提供するのは、より多くのタイプのシングルモードファイバを強調したITU-T G.652-657の推奨事項です。

次の表に、これらのファイバーとその用途の簡単な説明を示します。 しかし、前に-いくつかのコメント。 シングルモードファイバにはないインターモード分散は、光パルスを広げる唯一のメカニズムではありません。 シングルモードファイバでは、まず、単一の放射源（レーザーでさえも）が厳密に単色放射を放射しないため、他のメカニズムが主に色分散になります。 さらに、波長分散係数がゼロになる波長があります。 ほとんどの場合、この波長での作業が望ましいですが、常にではありません。

繊維タイプ	説明	申込み
G.652。 不偏分散のシングルモードファイバ	波長1300 nmでゼロ分散ポイントを持つシングルモードファイバの最も一般的なタイプ。 4つのサブクラス（A、B、C、およびD）があります。 G.652.CおよびG.652.Dファイバーは、「ウォーターピーク」付近の低減衰によって特徴付けられます（「ウォーターピーク」は、波長1383 nm付近の標準ファイバーの高減衰領域を指します）。	標準アプリケーション。
G.653。 バイアス分散がゼロのシングルモードファイバ	ゼロ分散のポイントは、1550 nmの波長でシフトします。	1550 nmの波長での透過。
G.654。 オフセットカットオフ波長のシングルモードファイバー	カットオフ長（ファイバーが1つのモードを伝搬する最小波長）は、約1550 nmの波長領域にシフトします。	非常に長い距離にわたる1550 nmの波長での透過。 トランク海底ケーブル。
G.655。 非ゼロ分散のシングルモードファイバ	このファイバの分散値は1530〜1565 nmの範囲にありますが、ゼロではありません（ゼロではない分散は非線形効果を減らし、同時に異なる波長でいくつかの信号を伝搬します）。	スペクトル分割多重化（DWDM）伝送ライン。
G.656。 ブロードバンド伝送用の非ゼロバイアス分散を備えたシングルモードファイバ	1460-1625 nmの波長範囲での非ゼロ分散。	スペクトル分割多重化（CWDM / DWDM）を使用した伝送ライン。
G.657。 マクロベンド損失の影響を受けないシングルモードファイバー	最小曲げ半径が小さく、曲げ損失が少ないファイバー。 いくつかのサブクラスがあります。	限られたスペースに置くため。

アプリケーション。 シングルモードシリカファイバーは、最も一般的なタイプのファイバーです。 その助けを借りて、非常に長い距離で高速信号の伝送を編成することが可能であり、スペクトルチャネル多重化（CWDM / DWDM）の技術を使用すると、通信回線のスループットを大幅に向上させることができます。 シングルモードファイバは、ローカルネットワークなど、短距離で使用されることがよくあります。

3.プラスチック光ファイバー（POF）

ほとんどの人が石英光ファイバーについて知っています。 しかし、それに加えて、注目に値する2種類の光ファイバーがあります。 まず、 プラスチックまたはポリマーの光ファイバー （POF-Plastic / Polymer Optical Fiber）について説明します。 これは、段階的な屈折率を持つ大径のマルチモードファイバであり、コアとシェルはポリマー材料、主にポリメチルメタクリレート（単純にプレキシガラス）で作られています。 ほとんどの場合、コアとシェルの直径の比率が980/1000ミクロンのPOFを見つけることができます。

シリカファイバと比較して、POFの損失は非常に大きい（100〜200 dB / km）。 一方、最小損失は可視範囲（520、560、650 nm）にあります。 これと非常に大きな断面サイズにより、放射線源として安価なLEDを使用できます。 また、直径が大きいため、プラスチック繊維での作業プロセスが大幅に簡素化されます。 パッチコード（光コード）の製造プロセスは、より少ないスキルと時間で済み、必要なすべてのデバイスのコストが大幅に削減されます。 次の図は、Broadcom Limited（旧Avago Technologies）のVersatile Link（VL）ファミリーコネクタを備えたプラスチックパッチコードを示しています。

したがって、プラスチック繊維の主な利点は、その低コストと使いやすさです。 同時に、他のタイプの通信よりも優れている光ファイバーのすべての機能は、POFに固有のものです。 それらの中には、電磁放射に対する耐性と絶縁特性（高電圧に対する保護）、より小さな寸法と重量があります。

分類。 製造されたプラスチック繊維はサイズ、使用ポリマー、屈折率プロファイルおよびその他のパラメーターが異なりますが、すべてのプラスチック繊維の大部分はポリメチルメタクリレートからのPOF 980/1000ミクロンです。

アプリケーション。 POFの範囲は、短い低速通信回線（数十メートルで最大200 Mbps）です。 POFの利点は、通信回線の使いやすさと低コストが伝送自体の特性よりも重要な場合に現れます。 POFは、多くの場合、産業用通信回線、自動車用電子機器、医薬品、およびあらゆる種類のセンサーで使用されています。 さらに、プラスチックファイバーは、たとえばアパートやオフィス内の通信など、さまざまな特殊/企業データネットワークで正常に使用できます（ところで、ロシアでのこの応用分野はまだ発展途上です）。

4.ポリマー被覆石英繊維（HCS）

最後に、読者に紹介したい最後のタイプの光ファイバーは、クォーツとプラスチックファイバーの間にある（すべての点で）ものです。 このタイプのファイバーには多くの名前がありますが、ポリマー（ハード）シース付きの石英ファイバーと呼ばれ、HCS（ハードクラッドシリカ）を指定するのに慣れています。 PCS（Polymer Clad Silica）という略語も一般的です。

HCSファイバーは、石英ガラスのコアとポリマー材料でできたシースを備えた大口径マルチモード光ファイバーです。 コアとクラッドの直径が200/230ミクロンで、ステップ屈折率を備えたHCSファイバーは、電気通信で最も広く使用されています。 医学や科学研究などの他の分野では、より大きなコア径（300、400、500μm...）のHCSファイバーを使用できます。

HCSファイバーは、その光学特性により、石英光ファイバーとPOFの間の中間位置を占めます。 標準のHCSファイバーの最小減衰は、850 nmの波長で発生し、数十dB / kmになります。 HCSファイバーを使用するには、POF（650 nmの波長）またはマルチモードクォーツファイバー（850 nmの波長のLED）と同じアクティブコンポーネントを使用できます。

POFの場合のように、十分に大きいサイズのHCSファイバーは、それを使用するプロセスを単純化し、安価にします。

分類。 すでに述べたように、200/230ミクロンのHCSファイバーは主に通信に使用されます。

アプリケーション。 一般に、HCSアプリケーションはPOFアプリケーションに似ていますが、唯一の違いは、HCSファイバーを使用する場合の伝送距離が数キロメートルに増加することです（減衰が少ないため）。

おわりに

まとめると。 ご覧のとおり、多くの場合、通信回線を作成するための光ファイバーの選択は、シングルモードとマルチモードの選択に限定されません。 光ファイバーの範囲は非常に多様であり、状況に応じて、この記事で説明されているものの1つまたは別の種類のファイバーを使用するのが最善の解決策かもしれません。

最後に、すべての読者の注意に感謝します。 この記事が有益であるだけでなく、有用であることが判明したことを願っています（または、将来、そのようになることが証明されます）。 コメントや質問をお待ちしています。