銅 から ホロー コア に:光ファイバー 技術の 進化 と 将来

光ファイバー技術の旅は、現代の電気通信における最も注目すべき物語の一つです。光伝送の初期の実験から、今日の最先端の中空コアファイバーまで、光ファイバーは、より高速で、より信頼性が高く、より大容量のデータ伝送に対する世界の需要の高まりに応えるために、絶えず進化してきました。この記事では、光ファイバーの歴史的マイルストーンを探求し、新興技術の将来展望を提供し、それが未来のネットワークを形作ります。

1. 初期の概念：キャリアとしての光

通信に光を使用するという考えは新しいものではありません。早くも19世紀には、科学者たちは水流やガラス棒を通して光を伝送する実験を行っていました。1870年、イギリスの物理学者ジョン・ティンダルは、光が水の流れに沿って湾曲した経路をたどることができることを実証し、全内部反射の概念的な基礎を築きました。

最初の真のブレークスルーは1950年代と1960年代に起こり、研究者たちは、光を内部で反射させることによってガラスファイバーを通して光を導くことができる光導波路の概念を開発しました。しかし、初期のファイバーは非常に高い信号損失（1,000 dB/km以上）に見舞われ、通信には実用的ではありませんでした。

2. ブレークスルー：低損失ファイバー（1970年）

現代の光ファイバー時代は1970年に始まり、コーニングガラスワークス（現コーニング社）が、超高純度の石英ガラスを使用することによって達成された、20 dB/km以下の減衰を持つ低損失光ファイバーの開発を発表しました。このブレークスルーにより、光ファイバーを長距離通信に使用することが可能になりました。

その直後、半導体レーザー技術が進歩し、ファイバーに結合できる信頼性の高い光源が提供されました。これらの革新は、1970年代後半から1980年代初頭にかけて、商用光ファイバー通信システムの舞台を整えました。

3. 商用展開とグローバルな拡大

1980年代と1990年代には、光ファイバーケーブルが長距離電話や海底通信において従来の銅ケーブル に取って代わり始めました。その利点は明らかでした：非常に高い帯域幅

• 低い信号減衰

• 電磁干渉に対する耐性

• 銅と比較して

• 小型で軽量海底光ファイバーケーブルは大陸を結び、陸上ネットワークは急速に拡大しました。1990年代後半までに、インターネットブームは、光ファイバーが独自に提供できる

大容量バックボーンインフラに対する前例のない需要を生み出しました。4.

技術的進歩：DWDMなどファイバー容量における最大の飛躍の一つは、1990年代に

高密度波長分割多重（DWDM）が開発されたことでした。DWDMにより、複数の波長（チャネル）の光を単一のファイバーを通して同時に伝送することができ、容量を桁違いに増加させました。その他の主要な革新には以下が含まれます：

エルビウム添加ファイバーアンプ（EDFA）

• – 電気的変換なしで長距離にわたる信号増幅を可能にしました。改良されたコネクタとスプライシング技術

• – 損失を減らし、信頼性を向上させました。曲げに強いファイバーとG.657規格

• – コンパクトなデータセンター環境での性能を向上させました。これらの技術は、光ファイバーを

グローバルインターネットのバックボーンに変え、ビデオストリーミング、クラウドコンピューティング、モバイルブロードバンドなどの帯域幅を大量に消費するアプリケーションの爆発的な普及を可能にしました。5.

現在：5G、クラウド、データセンター今日、光ファイバーは、海をまたぐ

国際海底ケーブルから、消費者にギガビットインターネットを提供するFTTH（Fiber to the Home）接続まで、いたるところに存在します。

5Gネットワークなどのイノベーションをサポートします。光ファイバーが20世紀の電気通信の風景を革新したように、の台頭は、ファイバー性能の限界を押し広げ続けています。ネットワーク事業者は、超低遅延などのイノベーションをサポートします。光ファイバーが20世紀の電気通信の風景を革新したように、を要求しています。これは、従来のシングルモードファイバーが印象的に満たしていますが、無期限ではありません。この圧力により、研究者は、根本的な物理的限界を克服するために新しいファイバー技術を探求するようになりました。6.

未来：中空コアファイバー技術近年最もエキサイティングな開発の一つは、

中空コアファイバー（HCF）です。光を固体ガラスコアを通して導く従来のファイバーとは異なり、中空コアファイバーは、光を空気で満たされたコアを通して導き、光を閉じ込めるために特別な微細構造クラッディングを使用しています。このユニークな設計は、いくつかの重要な利点

を提供します：超低遅延：光は

• ガラスよりも空気中を約30％速く移動するため、中空コアファイバーは、信号遅延を標準的なシングルモードファイバーと比較して最大30〜50％削減できます。これは、金融取引クラウドコンピューティングリアルタイムアプリケーションなどのイノベーションをサポートします。光ファイバーが20世紀の電気通信の風景を革新したように、低非線形性と散乱：コアがほとんど空気であるため、中空コアファイバーは非線形効果が低減され、長距離にわたって

• より高い信号品質を実現できます。より高い電力処理の可能性：センシングや高出力レーザー伝送などの特殊なアプリケーションに最適です。

• 最近の進歩により、中空コアファイバーは商用化可能

になり、Lumenisity（現在はMicrosoftの一部）などの企業が、実際の展開に適したHCFケーブルを実証しています。初期の試験では、データセンター相互接続とメトロポリタンバックボーンネットワークで印象的な性能を示しています。7. その他の新興ファイバーイノベーション

中空コアファイバーに加えて、他のいくつかの技術がファイバー性能の限界を押し広げています：マルチコアファイバー（MCF）

：単一のクラッディング内の複数のコアは、ケーブルサイズを大きくすることなく容量を増加させます。

• 少数モードおよび空間分割多重ファイバー：複数の空間モードを利用して、データスループットを増加させます。

• フォトニック結晶ファイバー：微細構造クラッディングを通して光伝搬を調整し、斬新な分散とガイダンス特性を実現します。

• これらのイノベーションは、今後10年以内に年間数百ゼタバイト

に達すると予測されている、グローバルデータトラフィックの指数関数的な増加に対応することを目的としています。8. 結論

光ファイバー技術の進化は、人間の創意工夫の証です。巨大な損失を伴う初期のガラス棒から、毎秒テラビットを伝送する今日の超低損失ファイバーまで、ファイバーはグローバルな通信を変革しました。現在、ネットワークが従来のシングルモードファイバーの物理的限界に近づいているため、中空コアファイバーやマルチコアファイバーなどの次世代技術

が未来への道を切り開いています。これらの進歩は、より高速で、より効率的で、よりスケーラブルなネットワーク

を可能にし、6GAI駆動型アプリケーション量子通信などのイノベーションをサポートします。光ファイバーが20世紀の電気通信の風景を革新したように、中空コアおよび高度なファイバーは21世紀のインフラストラクチャを定義することになるでしょう。