光ファイバー

光ファイバーは、柔軟性がありケーブルとして束ねることができるため、電気通信やコンピュータネットワークの媒体として利用されています。特に長距離通信において有利なのは、赤外線は電気ケーブル内の電気に比べて減衰がはるかに少ないため、中継器を少なくして長距離伝送が可能になるからです。

展開されたシステムでは、10 または 40 Gbit/s のデータ転送速度 が一般的です。^{[ 42 ] [ 43 ]}

波長分割多重（WDM）を用いることで、各光ファイバーはそれぞれ異なる波長の光を使用する多数の独立したチャネルを伝送することが可能になります。光ファイバーあたりの正味データレート（オーバーヘッドバイトを含まないデータレート）は、チャネルあたりのデータレートから前方誤り訂正（FEC）オーバーヘッドを差し引いた値に、チャネル数（2008年時点の商用高密度WDMシステムでは通常最大80）を乗じた値です。)

オフィスビル内のネットワーク（「オフィスへの光ファイバー接続」を参照）のような短距離アプリケーションでは、光ファイバーケーブルを使用することでケーブルダクト内のスペースを節約できます。これは、1本のファイバーが、通常100 Mbit/sまたは1 Gbit/sの速度で動作する標準的なカテゴリ5ケーブルなどの電気ケーブルよりもはるかに多くのデータを伝送できるためです。ファイバーは、デバイス間の短距離接続にもよく使用されます。たとえば、ほとんどの高解像度テレビは、デジタルオーディオ光接続を備えています。これにより、光TOSLINK接続を介してS/PDIFプロトコルを使用して、光でオーディオをストリーミングできます。  

光ファイバーは、医療分野をはじめとする様々な用途において、明確な視線経路がない状態で対象物に強い光を照射する必要がある場合に、光導波路として使用されます。多くの顕微鏡は、観察対象の試料を強力に照らすために、光ファイバー光源を使用しています。

光ファイバーランプは、看板、美術品、おもちゃ、人工クリスマスツリーなど、装飾用途の照明に使用されます。光ファイバーは、光透過性コンクリート建材であるLiTraConの不可欠な構成要素です。

光ファイバーはリモートセンシングにおいて多くの用途があります。用途によっては、光ファイバー自体がセンサーとなる場合もあります（光ファイバーは光を処理装置に伝送し、そこで光の特性の変化を分析します）。また、光ファイバーはセンサーを測定システムに接続するために使用されます。光ファイバーは、測定対象の特性によって光の強度、位相、偏光、波長、または伝搬時間が変化するようにファイバーを改変することで、歪み、温度、圧力などの量を測定するセンサーとして使用できます。光の強度を変化させるセンサーは、単純な光源と検出器だけで済むため、最もシンプルなセンサーです。このような光ファイバーセンサーの特に便利な機能は、必要に応じて最大1メートルの距離にわたって分散センシングを提供できることです。分散音響センシングはその一例です。光ファイバーは構造健全性モニタリングにも使用できます。このタイプのセンサーは、構造物に長期的な影響を与える可能性のある応力を検出できます。これはアナログ減衰を測定する原理に基づいています。

対照的に、光ファイバーの先端に小型のセンシング素子を組み込むことで、非常に局所的な測定が可能になります。^{[ 62 ]}これらは、さまざまなマイクロおよびナノ加工技術によって実現でき、光ファイバーの先端の微細な境界を超えないため、皮下注射針を介して血管に挿入するなどの用途が可能です。

外部光ファイバーセンサーは、通常はマルチモードの光ファイバーケーブルを使用して、非光ファイバーセンサーまたは光送信機に接続された電子センサーから変調された光を送信します。外部センサーの大きな利点は、通常ではアクセスできない場所に到達できることです。たとえば、ジェットエンジンの内部温度を測定するには、ファイバーを使用してエンジンの外側の高温計に放射線を送信します。外部センサーは、極端な電磁場が存在するため他の測定技術が不可能な電気変圧器の内部温度を測定するためにも同様に使用できます。外部センサーは、振動、回転、変位、速度、加速度、トルク、ねじりを測定します。光の干渉を利用したジャイロスコープの固体バージョンが開発されました。光ファイバージャイロスコープ（FOG）には可動部品がなく、サニャック効果を利用して機械的な回転を検出します。

光ファイバーセンサーの一般的な用途には、高度な侵入検知セキュリティシステムがあります。光はフェンス、パイプライン、または通信ケーブルに設置された光ファイバーセンサーケーブルに沿って伝送され、戻ってきた信号が監視され、異常が分析されます。この戻り信号はデジタル処理され、異常を検出し、侵入が発生した場合はアラームを発します。光ファイバーは、光化学センサーや光バイオセンサーの構成要素として広く使用されています。^{[ 63 ]}

光ファイバーは画像光学系にも用いられます。コヒーレントなファイバー束は、レンズと併用されることもあり、内視鏡と呼ばれる細長い画像撮影装置に使用されます。内視鏡は、小さな穴を通して物体を観察するために使用されます。医療用内視鏡は、低侵襲の検査や外科手術に用いられます。工業用内視鏡（ファイバースコープまたはボアスコープを参照）は、ジェットエンジンの内部など、手の届きにくい場所の検査に使用されます。

光ファイバーは、光を電気に変換する光起電力セルを使用して電力を伝送するために使用できます。 ^{[ 64 ]}この電力伝送方法は従来の方法ほど効率的ではありませんが、強力な磁場を発生させるMRI装置の近くで使用する場合のように、金属導体を使用しないことが望ましい状況で特に役立ちます。^{[ 65 ]}他の例としては、高出力アンテナ素子内の電子機器や、高電圧送電装置で使用される測定デバイスへの電力供給などがあります。

分光法では、光ファイバー束が分光器から分光器自体の中に入れられない物質に光を伝送し、その組成を分析します。分光器は、物質に光を反射させて透過させることで物質を分析します。ファイバーを使用することで、分光器は遠隔で物体を研究するために使用できます。^{[ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]}

エルビウムなどの特定の希土類元素を添加した光ファイバーは、ファイバーレーザーや光増幅器の利得媒体として使用できます。希土類元素を添加した光ファイバーは、添加したファイバーの短い部分を通常の（添加していない）光ファイバー回線に接続することで、信号増幅に利用できます。添加したファイバーは、信号波に加えて回線に結合される第2のレーザー波長で光励起されます。両方の波長の光が添加したファイバーを通過する際に、第2の励起波長から信号波へエネルギーが伝達されます。この増幅を引き起こすプロセスは誘導放出です。

光ファイバーは非線形媒体としても広く利用されています。ガラス媒体は多くの非線形光学相互作用をサポートし、ファイバーで可能な長い相互作用長は、応用や基礎研究に利用されるさまざまな現象を促進します。^{[ 69 ]}逆に、ファイバーの非線形性は光信号に悪影響を及ぼす可能性があり、そのような望ましくない影響を最小限に抑えるための対策が必要になることがよくあります。波長シフターをドープした光ファイバーは、物理実験でシンチレーション光を収集します。拳銃、ライフル、ショットガン用の光ファイバー照準器は、照準器のマーキングの視認性を向上させるために光ファイバーを使用します。

光ファイバーは電子テキスタイルの構成要素として使用されています。これは1980年代にハリー・ウェインライトによって初めて行われました。^{[ 70 ]}彼は光ファイバーを使用して「炎を吐くドラゴンが鳥に変化するスウェットシャツ」を作成しました。

屈折率は、物質中の光の速度を測定する方法です。光は、宇宙空間などの真空中を最も速く伝わります。真空中の光の速度は、毎秒約 300,000キロメートル(186,000 マイル) です。媒体の屈折率は、真空中の光の速度をその媒体中の光の速度で割ることによって計算されます。したがって、定義により、真空の屈折率は 1 です。通信に使用される一般的なシングルモードファイバーは、1500  nm で 1.444 の屈折率を持つ純粋なシリカでできたクラッドと、約 1.4475 の屈折率を持つドープシリカのコアを備えています。^{[ 71 ]}屈折率が大きいほど、その媒体中を伝わる光の速度は遅くなります。この情報から、通信に光ファイバーを使用する信号は、毎秒約 200,000 キロメートルで伝わるという簡単な経験則があります。したがって、シドニーとニューヨーク間の16,000キロメートルの距離を光ファイバーで伝送する電話通話では、最低でも80ミリ秒（約1000秒）の遅延が発生します。$\displaystyle {\tfrac {1}{12}}}$一方の発信者が話してからもう一方の発信者が聞くまでの時間（約1秒）^{[ c ]}

光学的に密度の高い媒質中を伝わる光が、境界に急な入射角（境界の臨界角よりも大きい）で当たると、光は完全に反射されます。これを全反射と呼びます。この効果は、光ファイバーで光をコア内に閉じ込めるために利用されています。現代の光ファイバーのほとんどは弱導波型であり、コアとクラッドの屈折率の差が非常に小さい（通常1%未満）ことを意味します。^{[ 73 ]}光はファイバーコア内を伝わり、コアとクラッドの境界で何度も反射します。

光は臨界角よりも大きな角度で境界に当たる必要があるため、ある角度範囲内でファイバーに入射した光のみが漏れることなくファイバー内を伝搬できます。この角度範囲はファイバーの受容コーンと呼ばれます。ファイバー軸からの光がファイバーに入射してファイバーのコア内を伝搬できる最大角度があります。この最大角度の正弦がファイバーの開口数（NA）です。NAが大きいファイバーは、NAが小さいファイバーよりも融着接続や作業に必要な精度が低くなります。この受容コーンの大きさは、ファイバーのコアとクラッドの屈折率の差によって決まります。シングルモードファイバーはNAが小さいです。

コア径が大きい（10マイクロメートル以上）光ファイバーは、幾何光学 によって解析できます。このようなファイバーは、電磁気解析（下記参照）からマルチモードファイバーと呼ばれます。ステップインデックス型マルチモードファイバーでは、光線は全反射によってファイバーコアに沿って伝搬します。コアとクラッドの境界に、境界に垂直な線に対する角度で臨界角よりも大きく入射する光線は、完全に反射されます。臨界角は、コアとクラッド材料の屈折率の差によって決まります。境界に小さい角度で入射する光線は、コアからクラッドに屈折し、そこで終端します。臨界角はファイバーの受光角を決定し、これはしばしば開口数として表されます。開口数が大きいほど、光は軸に近い方向と様々な角度の両方でファイバー内を伝搬できるため、ファイバーへの光の効率的な結合が可能になります。しかし、この高い開口数は分散量を増加させる。なぜなら、異なる角度からの光線は経路長が異なり、したがってファイバー内を通過するのにかかる時間も異なるからである。

グレーデッドインデックスファイバーでは、コアの屈折率が軸からクラッドにかけて連続的に減少します。これにより、光線はコアとクラッドの境界で急激に反射するのではなく、クラッドに近づくにつれて滑らかに曲がります。結果として生じる湾曲した経路は、高角度の光線が高屈折率の中心部よりも低屈折率の周辺部をより多く通過するため、多重経路分散を低減します。この屈折率プロファイルは、ファイバー内の様々な光線の軸方向伝搬速度の差を最小限に抑えるように選択されます。この理想的な屈折率プロファイルは、屈折率と軸からの距離との間に放物線関係に非常に近いものです。

伝搬光の波長の約 10 倍未満のコア径を持つファイバーは、幾何光学を使用してモデル化することはできません。代わりに、マクスウェル方程式を電磁波方程式に簡略化して、電磁導波路構造として解析する必要があります。^{[ d ]}光導波路として、ファイバーは、光がファイバーに沿って伝搬できる1 つ以上の閉じ込められた横モードをサポートします。 1 つのモードのみをサポートするファイバーは、シングルモードと呼ばれます。^{[ e ]}導波路解析は、ファイバー内の光エネルギーがコアに完全に閉じ込められているわけではないことを示しています。代わりに、特にシングルモードファイバーでは、束縛モードのエネルギーのかなりの部分が、エバネッセント波としてクラッド内を伝搬します。最も一般的なタイプのシングルモードファイバーは、コア径が 8 ～ 10 マイクロメートルで、近赤外域での使用用に設計されています。これに対し、マルチモードファイバーは、コア径が 50 マイクロメートルから数百マイクロメートルまで製造されています。

特殊用途の光ファイバーの中には、円筒形ではないコアまたはクラッド層（通常は楕円形または長方形の断面を持つ）で構成されているものがある。これには、光ファイバーセンサーで使用される偏波保持ファイバーや、ウィスパリングギャラリーモード伝搬を抑制するように設計されたファイバーなどが含まれる。

フォトニック結晶ファイバーは、規則的な屈折率変化パターン（多くの場合、ファイバーの長さに沿って並んだ円筒形の穴の形）によって作製されます。このようなファイバーは、全反射に加えて、あるいは全反射の代わりに回折効果を利用して、光をファイバーのコア内に閉じ込めます。ファイバーの特性は、幅広い用途に合わせて調整可能です。

光ファイバーのコアを通過する光の伝搬は、幾何光学の観点からは光波の全反射、電磁導波路の観点からは導波モードに基づいています。一般的なシングルモード光ファイバーでは、光の約75%が屈折率の高いコア材料を伝搬し、約25%が屈折率の低いクラッドを伝搬します。コアとクラッドのガラス間の界面は非常に滑らかで、大きな散乱損失や導波路の不完全性による損失は発生しません。散乱損失は主に、ファイバーのコアとクラッドを構成するガラス内部でのレイリー散乱に起因します。

光学品質のガラスファイバーにおける光の散乱は、ガラス構造における分子レベルの不規則性（組成変動）によって引き起こされます。実際、ガラスは多結晶固体の極限的な場合であるという考え方が近年注目を集めています。この枠組みでは、様々な程度の短距離秩序を示すドメインが、金属だけでなくガラスやセラミックスの構成要素となります。これらのドメイン間およびドメイン内部には、光散乱に最適な場所を提供する微細構造欠陥が分布しています。

散乱は、散乱される光の波長と散乱中心の大きさに依存します。光ファイバーから散乱される光強度の角度依存性はレイリー散乱のそれと一致しており、散乱中心が伝搬光の波長よりもはるかに小さいことを示しています。これは、ガラスの仮想温度によって引き起こされる密度変動と、コアとクラッドの両方におけるドーパントの濃度変動に起因します。レイリー散乱係数Rは、次のように表すことができます 。$${\displaystyle R=R_{\text{d}}+R_{\text{c}}}$$ここで、R _{d は}密度変動によるレイリー散乱を表し、R _{c は}ドーパント濃度変動によるレイリー散乱を表します。ゲルマニウム二酸化物 やフッ素などのドーパントは、コアとクラッド間の屈折率差を作り出し、導波路構造を形成するために使用されます。 $${\displaystyle R_{\text{d}}={\frac {8\pi ^{3}}{3\lambda ^{4}}}n^{8}p^{2}\beta _{\text{c}}k_{\text{B}}T_{\text{f}}}$$ ここで、_λは波長、nは屈折率、pは光弾性係数、βc_は等温圧縮率、kBはボルツマン定数、_Tfは仮想温度です。密度変動による散乱に影響を与える物理的に重要な変数は、ガラスの仮想温度のみです。仮想温度が低いほど、ガラスはより均質になり、レイリー散乱は小さくなります。仮想温度は、ファイバーコアに約100重量ppmのアルカリ酸化物ドーパントを添加したり、ファイバー引き抜き工程中にファイバーをゆっくり冷却したりすることで、大幅に下げることができます。これらの手法は、特に海底通信ケーブル用の光ファイバーなど、減衰が最も少ない光ファイバーを製造するために用いられます。

ドーパント濃度が小さい場合、R _{c は}x (d n /d x ) ²に比例します。ここで、xは SiO ₂ベースのガラス中のドーパントのモル分率、 nはガラスの屈折率です。GeO ₂ドーパントを使用してファイバー コアの屈折率を上げると、レイリー散乱の濃度変動成分とファイバーの減衰が増加します。これが、最も減衰の少ないファイバーがコアに GeO ₂を使用せず、クラッドにフッ素を使用してクラッドの屈折率を下げる理由です。純粋なシリカ コア ファイバーのR _cは、LP01 モードとクラッド内のフッ素誘起濃度変動成分との重なり積分に比例します。

カリウム添加純シリカコア（KPSC）ファイバーのコア部では、K₂O _、フッ素、塩素の濃度が非常に低いため、密度変動のみが重要な役割を果たします。コア部の密度変動は、カリウム添加による仮想温度の低下によって緩和され、ファイバー引き抜き工程中のアニーリングによってさらに低減されます。これはクラッド部とは異なり、クラッド部ではフッ素ドーパント濃度が高く、その結果として濃度変動が生じるため、損失が増加します。このようなファイバーでは、コア部を通過する光は、ファイバーのクラッド部を通過する光に比べて散乱と減衰が少なくなります。

高光出力では、ファイバー内の非線形光学プロセスによっても散乱が生じる可能性がある。^{[ 76 ] [ 77 ]}

光散乱に加えて、特定の波長の選択的吸収によって減衰または信号損失が発生することもあります。主な材料に関する考慮事項には、電子と分子の両方が含まれます。

• 電子レベルでは、電子軌道が特定の波長または周波数の光量子（光子）を紫外線（UV）領域または可視光領域で吸収できるような間隔（または「量子化」）になっているかどうかによって、色が生まれます。
• 原子レベルまたは分子レベルでは、原子または分子の振動周波数や化学結合の周波数、原子または分子の密な配置、そして原子または分子が長距離秩序を示すかどうかによって決まります。これらの要因によって、赤外線（IR）、遠赤外線、電波、マイクロ波といった波長域における材料の透過能力が決定されます。

光学的に透明なデバイスを設計するには、材料の特性と限界に関する知識に基づいて材料を選択する必要があります。低周波数領域（中赤外から遠赤外波長域）で観測される結晶構造の吸収特性は、材料の長波長透過限界を決定します。これは、固体格子を構成する原子や分子の熱誘起振動の運動と入射光波放射との相互作用の結果です。したがって、すべての材料は、遠赤外（>10 μm）における原子および分子の振動（結合伸縮）によって引き起こされる吸収限界領域によって制限されます。 

つまり、特定の物質が赤外線を選択的に吸収するのは、光波の選択された周波数が、その物質の粒子が振動する周波数（またはその周波数の整数倍、すなわち高調波）と一致するためです。原子や分子によって固有の振動周波数が異なるため、赤外線の異なる周波数（またはスペクトルの異なる部分）を選択的に吸収することになります。

光波の反射と透過は、光波の周波数が物体の固有振動数と一致しないために起こります。これらの周波数の赤外線が物体に当たると、エネルギーは反射または透過されます。

ケーブル配線における減衰は、コネクタやスプライスの設置によって著しく増加します。送信機と受信機間の許容減衰量（損失バジェット）を計算する際には、以下の要素を考慮します。

• 光ファイバーケーブルの種類と長さによるdB損失、
• コネクタによって生じるdB損失、
• 接続部によって生じるdB損失。

 コネクタは、研磨状態の良いコネクタの場合、通常1個あたり0.3dBのノイズを発生させます。スプライスは、通常、  1箇所あたり0.2dB未満のノイズを発生させます。

総損失額は以下のように計算できます。

損失 = コネクタあたりの dB 損失 × コネクタの数 + スプライスあたりの dB 損失 × スプライスの数 + 1 キロメートルあたりの dB 損失 × ファイバーのキロメートル数

ここで、1キロメートルあたりのdB損失はファイバーの種類によって異なり、メーカーの仕様書に記載されています。例えば、一般的な1550nm シングルモードファイバーの損失は1 キロメートルあたり0.3dBです。

計算された損失予算は、測定された損失が通常の動作パラメータの範囲内であることを確認するための試験時に使用されます。

ガラス光ファイバーはほぼ常にシリカから作られていますが、長波長赤外線やその他の特殊な用途には、フルオロジルコネート、フルオロアルミネート、カルコゲナイドガラスなどの他の材料や、サファイアなどの結晶材料も使用されます。シリカガラスとフッ化物ガラスの屈折率は通常約1.5ですが、カルコゲナイドなどの一部の材料は屈折率が3にも達することがあります。一般的に、コアとクラッドの屈折率の差は1パーセント未満です。

プラスチック光ファイバー（POF）は、一般的にコア径が0.5ミリメートル以上のステップインデックス型マルチモードファイバーです。POFは通常、ガラスファイバーよりも減衰係数が高く、1  dB/m以上となるため、この高い減衰係数がPOFベースのシステムの伝送距離を制限します。

リン酸ガラス

リン酸塩ガラスは、様々な金属のメタリン酸塩から構成される光学ガラスの一種です。ケイ酸塩ガラスのネットワーク固体構造におけるSiO ₄四面体の代わりに、このガラスの構成要素は五酸化リン（P ₂ O ₅）であり、これは少なくとも4つの異なる形態で結晶化します。最もよく知られている多形は、P ₄ O ₁₀のケージ状構造です。

リン酸塩ガラスは、高濃度の希土類イオンをドープした光ファイバーにおいて、シリカガラスよりも有利な場合がある。フッ化物ガラスとリン酸塩ガラスの混合物は、フッ化リン酸塩ガラスである。^{[ 89 ] [ 90 ]}

光は、屈折率の低い光学クラッドによってファイバーのコア内を導かれ、全反射によってコア内に光が閉じ込められます。ファイバーの種類によっては、クラッドはガラス製で、半径方向に屈折率が変化するプリフォームからコアと共に引き伸ばされます。他の種類のファイバーでは、クラッドはプラスチック製で、コーティングのように塗布されます（下記参照）。

クラッドは、湿気や物理的な損傷から保護するバッファ（実際のバッファチューブと混同しないように）でコーティングされています。^{[ 80 ]}これらのコーティングは、引き抜き工程中にファイバーの外側に塗布されるUV硬化ウレタンアクリレート複合材またはポリイミド材料です。コーティングは、人間の髪の毛ほどの太さの非常に繊細なガラス繊維を保護し、製造、耐圧試験、ケーブル配線、設置の厳しい工程に耐えられるようにします。バッファコーティングは、終端処理または融着接続のためにファイバーから剥がす必要があります。

今日のガラス光ファイバーの引き抜きプロセスでは、二層コーティング方式が採用されています。内側の一次コーティングは、マイクロベンディングによる減衰を最小限に抑える衝撃吸収材として機能するように設計されています。外側の二次コーティングは、一次コーティングを機械的損傷から保護し、横方向の力に対するバリアとして機能し、束ねられたケーブル構造のストランドを区別するために着色される場合もあります。これらの光ファイバーコーティング層は、時速 100 キロメートル (60 mph)に近い速度でファイバーを引き抜く際に塗布されます。光ファイバーコーティングは、ウェットオンドライとウェットオンウェットの2 つの方法のいずれかを使用して塗布されます。ウェットオンドライでは、ファイバーは一次コーティング塗布を通過し、その後 UV 硬化され、次に二次コーティング塗布を通過し、その後硬化されます。ウェットオンウェットでは、ファイバーは一次コーティングと二次コーティングの両方の塗布を通過し、その後 UV 硬化されます。^{[ 95 ]} 

異なる曲げ構成下で繊維が受ける応力を計算する際には、コーティングの厚さが考慮される。^{[ 96 ]}コーティングされた繊維がマンドレルに巻き付けられている場合、繊維が受ける応力は次のように与えられる^{[ 96 ]： 45}$${\displaystyle \sigma =E{d_{\text{f}} \over d_{\text{m}}+d_{\text{c}}},}$$ ここで、Eは繊維のヤング率、d _mはマンドレルの直径、d _fはクラッドの直径、d _cはコーティングの直径である。

2点曲げ構成では、被覆されたファイバーをU字型に曲げ、2枚のフェースプレートの溝の間に挟み込み、ファイバーが破断するまでフェースプレートを近づけます。この構成におけるファイバーの応力は^{[ 96 ]で与えられます。47}$${\displaystyle \sigma =1.198E{d_{\text{f}} \over d-d_{\text{c}}},}$$ここで、dはフェースプレート間の距離です。係数1.198は、この構成に関連付けられた幾何学的定数です。

光ファイバーコーティングは、強度低下につながる可能性のある傷からガラス繊維を保護します。湿気と傷が組み合わさると、繊維の劣化と強度低下が加速します。繊維が長期間にわたって低応力にさらされると、繊維疲労が発生する可能性があります。時間の経過とともに、あるいは極端な条件下では、これらの要因が複合的に作用し、ガラス繊維内の微細な欠陥が拡大し、最終的には繊維の破損につながる可能性があります。

光ファイバー導波路の3つの重要な特性、すなわち強度、減衰、および微小曲げによる損失耐性は、環境条件によって影響を受ける可能性があります。外部の光ファイバーケーブルジャケットとバッファチューブは、ファイバーの性能と長期耐久性に影響を与える可能性のある環境条件からガラス光ファイバーを保護します。内部では、コーティングによって伝送される信号の信頼性が確保され、微小曲げによる減衰が最小限に抑えられます。

実用的なファイバーでは、クラッドは通常、丈夫な樹脂でコーティングされ、さらにバッファ層が追加され、その周囲は通常プラスチックのジャケット層で覆われている。これらの層はファイバーに強度を与えるが、その光学的特性には影響しない。リジッドファイバーアセンブリでは、あるファイバーから漏れた光が別のファイバーに入るのを防ぐために、ファイバー間に光吸収ガラスが配置されることがある。これにより、ファイバー間のクロストークが低減され、ファイバーバンドルイメージングアプリケーションでのフレアが低減される。 ^{[ 97 ] [ 98 ]}マルチファイバーケーブルでは、通常、各ストランドを識別するために色付きバッファが使用される。

^{現代のケーブルは、溝への直接埋設、高電圧絶縁、送電線としての二重使用、 [ 99 ]}導管への設置、架空電話柱への固定、海底設置、舗装道路への挿入などの用途向けに設計された、さまざまな被覆と装甲を備えています。

光ファイバーケーブルの中には、中間強度部材としてアラミド繊維やガラス繊維で補強されているものがあります。商業的には、ガラス繊維を使用する方が機械的耐久性を損なうことなくコスト効率に優れています。また、ガラス繊維はケーブルの芯線をネズミやシロアリから保護する効果もあります。

光ファイバーケーブルは非常に柔軟ですが、従来の光ファイバーは、半径が約 30  mm 未満で曲げると損失が大幅に増加します。これは、ケーブルが角を曲がるときに問題となります。家庭環境での設置を容易にすることを目的とした曲げ可能な光ファイバーは、ITU-T G.657として標準化されています。このタイプの光ファイバーは 、悪影響なく半径 7.5 mm まで曲げることができます。さらに曲げ可能な光ファイバーも開発されています。 ^{[ 100 ]}曲げ可能な光ファイバーは、光ファイバーを曲げて漏洩を検出することにより、光ファイバー内の信号を密かに監視する光ファイバーハッキングにも耐性がある可能性があります。^{[ 101 ]}

ケーブルのもう一つの重要な特徴は、張力に耐える能力であり、これは設置時にケーブルにどれだけの力を加えることができるかを決定する。

光ファイバーは、光ファイバーコネクタによって端末機器に接続されます。これらのコネクタは通常、 FC、SC、ST、LC、MTRJ、MPO、SMAなどの標準タイプです。光ファイバーは、パッチパネル上のコネクタで接続することも、融着接続、つまり2本のファイバーを接合して連続した光導波路を形成することで恒久的に接続することもできます。一般的に採用されている融着接続方法は、ファイバーの端を溶融して接合する融着接続です。より迅速な接続作業には、機械式スプライスが使用されます。すべての融着接続技術において、スプライス部を保護する筐体の設置が伴います。

融着接続は専用の機器で行われます。まず、光ファイバーの端面から保護用のポリマーコーティング（および、もしあればより頑丈な外被）を剥がします。次に、精密な切断機で端面を垂直に切断し、融着接続機の専用ホルダーにセットします。接続部は通常、拡大表示画面で検査され、接続前は切断面の状態、接続後は融着状態を確認します。接続機は小型モーターで端面を合わせ、ギャップにある電極間に小さな火花を発生させて、ほこりや水分を焼き切ります。その後、接続機はより大きな火花を発生させ、ガラスの融点以上に温度を上昇させて端面を永久的に融着させます。溶融したコアとクラッドが混ざらないように、火花の位置とエネルギーは慎重に制御され、光損失を最小限に抑えます。接続損失の推定値は、接続機が片側のクラッドに光を通し、もう一方のクラッドから漏れる光を測定することによって算出されます。 0.1 dB以下の接続損失 が一般的です。この工程の複雑さから、光ファイバーの接続は銅線の接続よりもはるかに困難です。

機械式光ファイバー接続は、設置がより迅速かつ容易になるように設計されていますが、被覆剥離、丁寧な洗浄、精密な切断は依然として必要です。ファイバー端は精密スリーブで位置合わせされ、固定されます。多くの場合、接合部を介した光伝送を向上させるために、透明な屈折率整合ゲルが使用されます。機械式接続は、特にゲルを使用した場合、融着接続に比べて光損失が大きく、耐久性も劣ります。

光ファイバーは、ファイバー端を正確かつ確実に保持するコネクタで終端されます。光ファイバーコネクタは、円筒形の剛性バレルをスリーブで囲み、そのスリーブがバレルを相手側のソケットに保持する構造になっています。嵌合機構は、押し込み式、回転式（バヨネット式）、またはねじ込み式（ネジ式）などがあります。バレルは通常、スリーブ内で自由に動くことができ、コネクタを嵌合する際にバレルとファイバーが回転しないようにキーが付いている場合もあります。

一般的なコネクタは、ファイバー端を準備してコネクタ本体の背面に挿入することで取り付けられます。ファイバーをしっかりと固定するために、通常は速乾性接着剤が使用され、背面にはストレインリリーフが取り付けられます。接着剤が固まったら、ファイバー端を研磨します。ファイバーの種類と用途に応じて、さまざまな研磨プロファイルが使用されます。結果として生じる信号強度の損失は、ギャップ損失と呼ばれます。シングルモードファイバーの場合、ファイバー端は通常、嵌合したコネクタがコア部分のみで接触するように、わずかに湾曲して研磨されます。これは、物理接触（PC）研磨と呼ばれます。湾曲した表面を角度をつけて研磨して、角度付き物理接触（APC）接続を作成することもできます。このような接続は、PC接続よりも損失は大きくなりますが、角度のついた表面から反射した光がファイバーコアから漏れ出すため、後方反射が大幅に低減されます。APCファイバー端は、切断されている場合でも後方反射が低くなります。

1990年代には、コネクタあたりの部品数、ファイバーの研磨、各コネクタ内のエポキシのオーブン焼きの必要性から、光ファイバーケーブルの終端処理は困難でした。今日では、市販のコネクタの種類により、より簡単で労力の少ないケーブル終端処理方法が提供されています。最も一般的なコネクタのいくつかは、工場で事前に研磨されており、コネクタ内部にゲルが含まれています。コネクタ内部にある研磨済みのピースにできるだけ近づくように、必要な長さで切断が行われます。ゲルは、コネクタ内部で2つのピースが出会うポイントを囲み、光損失を最小限に抑えます。^{[ 102 ]}最も要求の厳しい設置では、最初の融着接続エンクロージャに届くのに十分な長さの工場で事前に研磨されたピグテールにより、良好なパフォーマンスが保証され、現場での作業が最小限に抑えられます。

光ファイバーを別の光ファイバーや発光ダイオード、レーザーダイオード、変調器などの光電子デバイスに位置合わせする必要がある場合がよくあります。これには、ファイバーを慎重に位置合わせしてデバイスに接触させるか、レンズを使用してエアギャップを介して結合を可能にする方法があります。通常、ファイバーモードのサイズは、レーザーダイオードやシリコン光チップのモードのサイズよりもはるかに大きくなります。この場合、ファイバーモードの電界分布を他の要素の電界分布に合わせるために、テーパーファイバーまたはレンズ付きファイバーが使用されます。ファイバー端のレンズは、研磨、レーザー切断^{[ 103 ]}、または融着接続を使用して形成できます。

実験室環境では、裸の光ファイバー端は、顕微鏡の対物レンズを使用して光を一点に集束させる光ファイバー入射システムを用いて結合されます。結合効率を最適化するために、レンズ、ファイバー、またはデバイスを移動させる精密な移動ステージ（マイクロポジショニングテーブル）が使用されます。端にコネクタが付いたファイバーを使用すると、このプロセスははるかに簡単になります。コネクタは、ファイバーに対して正確に位置決めされているか、または調整可能なレンズを含む、事前に位置合わせされた光ファイバーコリメータに差し込むだけです。シングルモードファイバーへの最高の注入効率を達成するには、ビームの方向、位置、サイズ、および発散角をすべて最適化する必要があります。適切に最適化すれば、70～90%の結合効率を達成できます。

適切に研磨されたシングルモードファイバーを用い、良質なレンズを使用すれば、放射されるビームは遠視野においてもほぼ完全なガウス形状になります。レンズはファイバーの開口数を最大限に引き出すのに十分な大きさである必要があり、ビームに収差を生じさせてはなりません。一般的には非球面レンズが使用されます。

1平方センチメートルあたり2メガワットを超える光強度では、光ファイバーが衝撃を受けたり、その他の理由で突然損傷したりすると、光ファイバーヒューズが発生することがあります。損傷からの反射により、切断直前のファイバーが蒸発し、この新しい欠陥は反射性を維持するため、損傷は毎秒1～3メートル（4～11  km/h、2～8  mph）の速度で送信機に向かって伝播します。^{[ 104 ] [ 105 ]}光ファイバーが切断された場合にレーザー眼の安全性を確保するオープンファイバー制御システムは、光ファイバーヒューズの伝播を効果的に停止することもできます。 ^{[ 106 ]}海底ケーブルなど、オープンファイバー制御を必要とせずに高出力レベルが使用される可能性がある状況では、送信機に光ファイバーヒューズ保護装置を設置することで回路を遮断し、損傷を最小限に抑えることができます。

光ファイバーの屈折率は光の周波数によってわずかに変化し、光源は完全に単色光ではありません。色分散は、ファイバーの導波路構造とガラス自体の分散特性の両方から生じ、通常は後者の寄与が支配的です。信号を送信するために光源を変調すると、送信光の周波数帯域もわずかに広がります。このため、長距離かつ高速変調の場合、光の異なる部分が受信機に到達するまでの時間が異なることがあり、最終的に信号を識別することが不可能になります。^{[ 109 ]}この問題は、追加のリピーターの使用や、逆の屈折率勾配を持つ比較的短い長さのファイバーの使用など、いくつかの方法で克服できます。