IT関連 光ファイバーケーブルの構造や種類についてわかりやすく解説
高速インターネット通信をするためには必要不可欠なケーブル、光ファイバーケーブルにはさまざまな種類、規格があるのはご存知でしょうか。本記事では、光ファイバーケーブルの周辺知識をわかりやすく解説しています。
光ファイバーとは
光ファイバーとは、光を通しやすい石英ガラスやプラスチックで構成された繊維であり、高速通信のための伝送路です。光による通信は電気的な通信と比較し電磁気の影響に強く、データを長距離かつ高速に送受信できます。
構成は、コアを中心にクラッドが覆う同心円状です。コアは光の通り道であり、コアの周りをクラッドと呼びます。コアとクラッドはそれぞれガラス系またはプラスチック系の繊維ですが、屈折率が異なるように設計することで、光をコアに閉じ込めることが可能です。そのため光による通信を可能にしています。
光ファイバーケーブルとは
光ファイバーケーブル(光ケーブル)とは、光ファイバーを束ね、シリコンなどの繊維で覆った通信用ケーブルです。光ファイバーのみでは、強度が弱いためシリコンで覆い、室内外での使用に耐える構造にしています。また、耐ノイズ性が高く高速通信が可能なことからインターネット回線での利用が多く、社内ネットワーク、データサーバーなどさまざまな場所に存在する社会を支える重要なアイテムです。
光ケーブルの種類
光ケーブルは、シングルモードとマルチモードの2種類存在し、光の通り道(伝搬モード)が一つの場合はシングルモード、複数ある場合はマルチモードです。マルチモードの伝搬モードは、コアとクラッドの屈折率の差、コアの太さの関係から、全反射の角度が変わることでモードを複数にしています。
シングルモードの特徴
シングルモードは、10um以下のコアをケーブルに使用しています。伝搬モードは一つのため、光同士の干渉による伝送損失が少なく、コア径がマルチモードと比較して小さいため光の反射時の分散も小さい点が特徴です。そのため長距離通信を得意とします。
また、伝送損失が少ないことで一度に大量のデータを送ることも可能です。ただし、コア径が小さいため折り曲げに弱い点と、純度の高い石英ガラスを使用しているため高コストになる点がデメリットとしてあります。
通信速度が早く、最大40kmまで伝達可能なシングルモードは、企業間ネットワークなどの地理的な広域な場所に向いています。
マルチモードの特徴
マルチモードは、シングルモードのコアよりも太い50umまたは62.5umのコアを使用しているため、折り曲げに強くコストもシングルモードよりも低い点がメリットです。しかし、光同士の干渉により伝送損失がシングルモードよりも大きいデメリットがあります。
また、マルチモードはSI（ステップインデックス）型とGI（グレートインデックス）型に分類可能です。SI型は光の入射角によって
ケーブル端から端までの光の到達時間差が発生し、波形が崩れる欠点があるため通信用途では使われません。一方でGI型は、SI型の
欠点を補う設計になっているため、光到達時間差が少なく短距離通信での用途が多いです。
通信機器間やデータセンター内などの短距離でデータをやり取りする場合はGI型マルチモードが向いています。
光ケーブルのコネクタ
光ケーブルのコネクタは、光ファイバーケーブル同士を接続、もしくは光ファイバーケーブルとモデムなどの光学機器を接続するための重要な部品です。種類が多数あるため用途に応じて使い分けされています。簡単に抜き差しできるものやネジ止めで固定するものがあり、代表的なコネクタは以下の通りです。
マルチモード光ケーブルの規格OM3 / OM4とは
光ケーブルには、シングルモード、マルチモードそれぞれで規格があり、シングルモードはOS1/OS2、マルチモードはOM1/OM2/OM3/OM4/OM5に分類可能です。規格ごとで外観、コア径・クアッド外径、光源が異なり、データの伝送可能距離が変わります。
OMタイプの中でも、LED光源であるOM1/2OM2よりもレーザー光源であるOM3/4の方が最小モード帯域(EMB)が高いです。EMBとは、1kmあたりに伝送可能な信号周波数であり、EMBが高いほど長距離伝送が得意ことになります。OM3よりもOM4の方がEMBは高く、さらに近年ではOM3、OM4よりも高性能なOM5が登場してきました。
下に示す表は規格毎のスペック比較表です。
| 種類 | コア径/クアッド外径 | 被覆色 | 光源 | EMB |
|---|---|---|---|---|
| OS1 | 8-9μm | 黄色 | LED | ― |
| OS2 | 8-9μm | 黄色 | LED | ― |
| OM1 | 62.5/125μm | オレンジ | LED | 200MHz*km |
| OM2 | 50/125μm | オレンジ | LED | 500MHz*km |
| OM3 | 50/125μm | 水色 | レーザー | 2000MHz*km |
| OM4 | 50/125μm | 水色 | レーザー | 4700MHz*km |
| OM5 | 50/125μm | ライムグリーン | レーザー | 28000MHz*km |
まとめ
本記事では、光ケーブルファイバーケーブルの周辺知識について解説しました。普段耳にする言葉ですが種類はさまざまです。シングルモード、マルチモード、さらにマルチモードの中にOM1~OM5の規格があり用途に応じて使い分けされています。情報インフラを支えるために必要不可欠な存在、それが光ファイバーケーブルです。
