光ファイバー

光ファイバー（optical fibre ）は、ガラスまたはプラスチックの柔軟な繊維で、光を^一端から他端まで伝送できる。このような繊維は光ファイバー通信で広く使用されており、電気ケーブルよりも長距離および高帯域幅（データ転送速度）での伝送が可能になる。金属線の代わりに繊維が使用されるのは、信号が損失なく伝わり、電磁干渉の影響を受けないためである。^[1]繊維は照明や画像撮影にも使用され、多くの場合、束ねられて、ファイバースコープの場合のように、限られた空間に光を運び、限られた空間から画像を運び出すために使用される。^{[2]特別に設計された繊維は、}光ファイバーセンサーやファイバーレーザーなど、他のさまざまな用途にも使用される。^[3]

ガラス光ファイバーは一般に線引きによって作られるが、プラスチック光ファイバーは線引きまたは押し出しによって作られる。^{[4] [5]}光ファイバーには通常、屈折率の低い透明なクラッド材で囲まれたコアが含まれる。光は全反射現象によってコア内に保持され、これによりファイバーは導波路として機能する。^[6]多くの伝搬経路または横モードをサポートするファイバーはマルチモードファイバーと呼ばれ、単一モードをサポートするファイバーはシングルモードファイバー（SMF）と呼ばれる。^[7]マルチモードファイバーは一般にコア径が広く^[8]、短距離通信リンクや高出力を送信する必要のある用途に用いられる。^[9]シングルモードファイバーは、1,050メートル（3,440フィート）を超えるほとんどの通信リンクに用いられる。^[10]

光ファイバーを低損失で接続できることは、光ファイバー通信において重要です。^[11]これは電線やケーブルの接続よりも複雑で、ファイバーを慎重に切断し、ファイバーコアを正確に位置合わせし、位置合わせしたコアを結合する必要があります。恒久的な接続が必要な用途では、融着接続が一般的です。この技術では、電気アークを使用してファイバーの端を溶かします。もう 1 つの一般的な技術は、ファイバーの端が機械的な力で接触した状態を維持するメカニカル スプライスです。一時的または半永久的な接続は、専用の光ファイバー コネクタによって行われます。^[12]

光ファイバーの設計と応用に関わる応用科学と工学の分野は光ファイバーとして知られています。この用語はインド系アメリカ人の物理学者ナリンダー・シン・カパニーによって造られました。^[13]

ダニエル・コラドンとジャック・バビネは、 1840年代初頭にパリで、光ファイバーを可能にする原理である屈折による光の誘導を初めて実証しました。 ^[14] ジョン・ティンダルは、12年後にロンドンで行った公開講義でそのデモンストレーションを行いました。 ^[15]ティンダルは、1870年に光の性質に関する入門書の中で、全反射の特性についても書いています。 ^{[16] [17]}

光が空気から水中に入ると、屈折した光線は垂線に向かって曲げられます...光線が水から空気に入ると、垂線から曲げられます... 水中の光線が表面の垂線となす角度が 48 度を超えると、光線は水からまったく出ず、表面で全反射されます... 全反射が始まる限界を示す角度は、媒体の限界角と呼ばれます。水の場合、この角度は 48°27′、フリント ガラスの場合は 38°41′、ダイヤモンドの場合は 23°42′ です。

19世紀後半、ウィーンの医師団が曲げたガラス棒を通して光を導き、体腔を照らした。^[18] 20世紀初頭には、歯科治療における近接内部照明などの実用的な応用が続いた。管を通した画像伝送は、1920年代に無線実験者クラレンス・ハンセルとテレビの先駆者ジョン・ロジー・ベアードによって独立して実証された。1930年代には、ハインリッヒ・ラムが被覆されていない光ファイバーの束を通して画像を送信できることを示し、それを内科検査に使用したが、彼の研究はほとんど忘れ去られた。^{[15] [19]}

1953年、オランダの科学者ブラム・ファン・ヒールは、透明な被覆を施した光ファイバーの束を介した画像伝送を初めて実証しました。^[19]同年後半、ロンドンのインペリアル・カレッジのハロルド・ホプキンスとナリンダー・シン・カパニーは、1万本以上のファイバーで画像伝送する束を作ることに成功し、続いて数千本のファイバーを組み合わせた長さ75cmの束を介した画像伝送を実現しました。^{[19] [20] [21]}最初の実用的な光ファイバー半柔軟性胃カメラは、ミシガン大学の研究者であるバジル・ヒルショウィッツ、C・ウィルバー・ピーターズ、ローレンス・E・カーティスによって1956年に特許を取得しました。胃カメラの開発過程で、カーティスは最初のガラス被覆ファイバーを製造しました。それまでの光ファイバーは、低屈折率被覆材として空気や実用的ではない油やワックスに依存していました。^[19]

カパニーは1960年にサイエンティフィック・アメリカン誌にこのテーマを広く紹介する記事を書いた後、光ファイバーという用語を作り出した。その後、彼はこの新しい分野に関する最初の本を執筆した。^{[19] [22]}

最初の実用的な光ファイバーデータ伝送システムは、1965年にドイツの物理学者マンフレート・ベルナーによってウルムのテレフンケン研究所で実証され、続いて1966年にこの技術の最初の特許が申請されました。 ^{[23] [24]} 1968年、NASAは月に送られたテレビカメラに光ファイバーを使用しました。当時、カメラでの使用は機密扱い であり、カメラを扱う従業員は適切なセキュリティクリアランスを持つ人物の監督を受ける必要がありました。^[25]

1965年、イギリスのスタンダード・テレフォンズ・アンド・ケーブルズ社（STC）のチャールズ・K・カオとジョージ・A・ホッカムは、光ファイバーの減衰を20デシベル/キロメートル（dB/km）以下に抑え、光ファイバーを実用的な通信媒体にできるというアイデアを初めて提唱した。 ^[26]彼らは、当時利用できた光ファイバーの減衰は、散乱などの基本的な物理的効果ではなく、除去可能な不純物によって引き起こされるという説を提唱した。彼らは光ファイバーの光損失特性を正確かつ体系的に理論化し、そのような光ファイバーに使用する適切な材料として、高純度のシリカガラスを指摘した。この発見により、カオは2009年のノーベル物理学賞を受賞した。 ^[27]重要な減衰限界である20dB/kmは、1970年にアメリカのガラスメーカー、コーニンググラスワークスに勤務していた研究者、ロバート・D・マウラー、ドナルド・ケック、ピーター・C・シュルツ、フランク・ジマーによって初めて達成された。^[28]彼らはシリカガラスにチタンをドー​​プすることで17dB/kmの減衰率を持つ光ファイバーを実証した。数年後、彼らはコアドーパントとして二酸化ゲルマニウムを使用することでわずか4dB/kmの減衰率を持つ光ファイバーを製造した。1981年、ゼネラルエレクトリックは25マイル（40km）の長さのストランドに引き伸ばすことができる溶融石英インゴットを製造した。 ^[29]

当初、高品質の光ファイバーは毎秒2メートルの速度でしか製造できませんでした。化学エンジニアのトーマス・メンサは1983年にコーニングに入社し、製造速度を毎秒50メートル以上に上げ、光ファイバーケーブルを従来の銅線よりも安くしました。^{[30] [自費出版ソース] [31] [32]}これらの革新により、光ファイバー通信の時代が到来しました。

イタリアの研究センターCSELTはコーニング社と協力して実用的な光ファイバーケーブルを開発し、1977年にトリノで最初の都市光ファイバーケーブルが敷設されました。 ^{[33] [34]} CSELTはまた、スプリングルーブと呼ばれる光ファイバーを接合する初期の技術も開発しました。^[35]

現代の光ケーブルの減衰は電気銅ケーブルよりもはるかに少なく、中継距離が70～150キロメートル（43～93マイル）の長距離光ファイバー接続が可能になった。サウサンプトン大学のデイビッド・N・ペインとベル研究所のエマニュエル・デシュルビアが率いる2つのチームは、エルビウム添加光ファイバー増幅器を開発し、光・電気・光中継器を削減または排除することで長距離光ファイバーシステムのコストを削減した。それぞれ1986年と1987年。^{[36] [37] [38]}

フォトニック結晶の新興分野は、 1991年にフォトニック結晶ファイバー^[39]の開発につながりました。これは、全反射ではなく周期構造からの回折によって光を導くものです。最初のフォトニック結晶ファイバーは2000年に市販されました。 ^[40]フォトニック結晶ファイバーは従来のファイバーよりも高い電力を運ぶことができ、波長依存特性を操作して性能を向上させることができます。これらのファイバーは中空コアを持つことができます。^[41]

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、通信やコンピュータ ネットワークの媒体として使用されています。光ファイバーは、電気ケーブル内の電気に比べて赤外線の減衰がはるかに少ないため、長距離通信に特に有利です。これにより、中継器をほとんど使用せずに長距離をカバーできます。

導入されたシステムでは10または40Gbit/sが一般的です。^{[42] [43]}

波長分割多重(WDM)を使用することで、各ファイバーは、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できます。ファイバーあたりの正味データ レート (オーバーヘッド バイトを除いたデータ 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) オーバーヘッドを減らし、チャネル数を乗じた値です ( 2008 年現在、商用高密度 WDMシステムでは通常最大 80 です^{[アップデート]})。

オフィスビル内のネットワークなどの短距離アプリケーション ( Fiber To The Officeを参照) では、光ファイバー ケーブルを使用するとケーブル ダクト内のスペースを節約できます。これは、1 本のファイバーで、通常 100 Mbit/s または 1 Gbit/s の速度で動作する標準カテゴリ 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、ほとんどのハイビジョンテレビは、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接続でS/PDIFプロトコルを使用して、光によるオーディオのストリーミングが可能になります。

ファイバーはリモート センシングで多くの用途があります。一部のアプリケーションでは、ファイバー自体がセンサーになります (ファイバーは光を処理装置に送り、光の特性の変化を分析する)。他のケースでは、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ファイバー内の光の強度、位相、偏光、波長、または通過時間が調整されるように光ファイバーを変更することで、ひずみ、温度、圧力、およびその他の量を測定するセンサーとして使用できます。光の強度を変えるセンサーは、単純な光源と検出器のみが必要なため、最も簡単です。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。

対照的に、小型化されたセンシング素子をファイバーの先端に統合することで、高度に局所化された測定が可能になります。^{[53]これらは、ファイバーの先端の微細な境界を超えないように、さまざまなマイクロおよび}ナノファブリケーション技術によって実装できるため、皮下注射針を介して血管に挿入するなどの用途が可能になります。

外因性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、非ファイバー光センサー、または光トランスミッターに接続された電子センサーからの変調光を送信します。外因性センサーの主な利点は、他の方法ではアクセスできない場所に到達できることです。一例として、ファイバーを使用してエンジン外部の高温計に放射線を送信することにより、ジェットエンジン内の温度を測定することが挙げられます。外因性センサーは、強力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場合にも同じように使用できます。外因性センサーは、振動、回転、変位、速度、加速度、トルク、ねじれを測定します。光の干渉を使用するジャイロスコープのソリッドステートバージョンが開発されています。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上に設置された光ファイバー センサー ケーブルに沿って送信され、返された信号が監視され、障害がないか分析されます。この戻り信号はデジタル処理され、障害を検出して侵入があった場合にアラームを作動させます。

光ファイバーは光化学センサーや光バイオセンサーの部品として広く使用されています。^[54]

光ファイバーは、光を電気に変換する太陽電池を使用して電力を伝送するために使用できます。 ^[55]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、強力な磁場を生成するMRI装置の近くで使用する場合など、金属導体がないことが望ましい状況で特に役立ちます。^[56]その他の例としては、高出力アンテナ要素の電子機器や高電圧伝送装置で使用される測定装置に電力を供給する場合などがあります。

光ファイバーは、医療用途や、明確な視線経路のない対象物に明るい光を照射する必要があるその他の用途で、光ガイドとして使用されます。多くの顕微鏡では、研究対象のサンプルを強力に照らすために光ファイバー光源が使用されています。

光ファイバーは、画像光学にも使用されます。コヒーレントなファイバーの束は、時にはレンズとともに、内視鏡と呼ばれる細長い画像装置に使用され、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、低侵襲性の検査または外科手術に使用されます。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、届きにくい場所を検査するために使用されます。

一部の建物では、光ファイバーが屋根からの太陽光を建物の他の部分に導きます (非結像光学系を参照)。光ファイバーランプは、看板、アート、玩具、人工クリスマスツリーなどの装飾用途の照明に使用されます。光ファイバーは、光透過コンクリート建築製品LiTraConの不可欠な部分です。

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、構造に永続的な影響を及ぼす可能性のある応力を検出できます。アナログ減衰を測定する原理に基づいています。

分光法では、光ファイバー束が分光計から分光計自体の中に配置できない物質に光を送信し、その組成を分析します。分光計は光を物質に反射させて物質を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、分光計は遠隔地から物体を研究するために使用できます。^{[57] [58] [59]}

エルビウムなどの特定の希土類元素をドープした光ファイバーは、ファイバーレーザーまたは光増幅器のゲイン媒体として使用できます。希土類元素をドープした光ファイバーは、ドープしたファイバーの短いセクションを通常の (ドープされていない) 光ファイバーラインに接合することで、信号増幅を行うために使用できます。ドープしたファイバーは、信号波に加えてラインに結合される 2 番目のレーザー波長で光ポンピングされます。両方の波長の光がドープしたファイバーを通過し、2 番目のポンプ波長のエネルギーが信号波に伝達されます。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、光ファイバーで可能な長い相互作用長はさまざまな現象を促進し、アプリケーションや基礎研究に利用されています。^[60]逆に、光ファイバーの非線形性は光信号に有害な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。

波長シフターを添加した光ファイバーは、物理実験においてシンチレーション光を収集します。

ハンドガン、ライフル、ショットガン用の光ファイバー照準器は、光ファイバーを使用して照準器上のマーキングの視認性を向上させます。

光ファイバーは、全反射のプロセスを通じて軸に沿って光を伝送する円筒形の誘電体導波路（非導電性導波路）です。ファイバーは、コアとそれを囲むクラッド層で構成されており、どちらも誘電体材料でできています。^[61]光信号をコアに閉じ込めるには、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも大きくなければなりません。コアとクラッドの境界は、ステップインデックスファイバーのように急峻なものもあれば、グレーデッドインデックスファイバーのように緩やかなものもあります。光は、レーザーまたはLEDを使用して光ファイバーに供給できます。

光ファイバーは、異なるケーブル間の信号間のクロストークがなく、環境ノイズも拾わないため、電気的干渉の影響を受けません。光ファイバー内を移動する情報は、核兵器によって生成される電磁パルスの影響さえ受けません。 ^{[b] [62]}

光ファイバーケーブルは電気を通さないため、発電施設や落雷の恐れがある用途など、高電圧環境での通信機器の保護に役立ちます。また、電気絶縁により、グラウンドループの問題も防止できます。光ケーブルには火花を発生させる可能性のある電気が流れていないため、爆発性ガスが存在する環境でも使用できます。盗聴（この場合は光ファイバー盗聴）は、電気接続に比べて困難です。

光ファイバーケーブルは金属窃盗の対象にはなりません。対照的に、銅ケーブルシステムは大量の銅を使用しており、2000年代の商品ブーム以来、標的にされてきました。

屈折率は、物質内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で最も速く移動します。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内の光の速度で割って計算されます。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 での屈折率が 1.444 の純粋なシリカでできたクラッドと、屈折率が約 1.4475 のドープされたシリカのコアを備えています。^[61]屈折率が大きいほど、その媒体内を光が遅く移動します。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 キロメートルで移動するという簡単な経験則があります。したがって、16,000キロメートルの距離であるシドニーとニューヨーク間の光ファイバーによる電話通話では、一方の通話者が話してからもう一方が聞くまでの間に、最低80ミリ秒（約1秒）の遅延が生じることになります。^[c]${\displaystyle {\tfrac {1}{12}}}$

光学的に密度の高い媒体中を進む光が境界に急激な入射角（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。これを全反射といいます。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使用されます。現代の光ファイバーのほとんどは弱導波型で、コアとクラッドの屈折率の差は非常に小さい（通常1%未満）ことを意味します。^[63]光はファイバーのコアを通過し、コアとクラッドの境界で前後に跳ね返ります。

光は臨界角よりも大きい角度で境界に当たる必要があるため、特定の角度範囲内でファイバーに入る光だけが、漏れることなくファイバーを伝搬できます。この角度の範囲は、ファイバーの受容円錐と呼ばれます。光がファイバーに入り、ファイバーのコア内を伝搬または移動できる、ファイバー軸からの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、接合や作業に必要な精度が低くなります。この受容円錐のサイズは、ファイバーのコアとクラッド間の屈折率の差の関数です。シングルモード ファイバーの NA は小さくなります。

コア径が大きい (10 マイクロメートルを超える) ファイバーは、幾何光学によって分析できます。このようなファイバーは、電磁気分析からマルチモード ファイバーと呼ばれます(以下を参照)。ステップ インデックス 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 コアに沿って導かれます。コアとクラッドの境界に、この境界の臨界角よりも大きい角度 (境界に垂直な線に対して測定) でぶつかる光線は、完全に反射されます。臨界角は、コアとクラッドの材料の屈折率の差によって決まります。境界に低い角度でぶつかる光線は、コアからクラッドに屈折して終端します。臨界角によってファイバーの受容角が決まり、これは多くの場合、開口数として報告されます。開口数が高いと、光は軸に近い光線とさまざまな角度の光線の両方でファイバーを伝搬できるため、光を効率的にファイバーに結合できます。ただし、この高い開口数により、異なる角度の光線は経路長が異なり、したがってファイバーを通過するのにかかる時間も異なるため、 分散量が増加します。

グレーデッド インデックス ファイバーでは、コアの屈折率は軸とクラッドの間で連続的に減少します。これにより、光線はクラッドに近づくにつれて、コアとクラッドの境界で急激に反射するのではなく、滑らかに曲がります。結果として生じる湾曲した経路により、高角度光線がコアの高屈折率中心ではなく、低屈折率周辺部を通過するため、マルチパス分散が減少します。屈折率プロファイルは、ファイバー内のさまざま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の放物線関係に非常に近いものです。 ^{[引用が必要]}

伝搬する光の波長の約 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約した電磁導波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 1 つ以上の閉じ込められた横モードをサポートし、光はそれによってファイバーに沿って伝搬できます。 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]導波路解析により、ファイバー内の光エネルギーはコア内に完全に閉じ込められていないことがわかります。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わります。 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、近赤外線での使用向けに設計されています。比較すると、マルチモード ファイバーは、コア径が 50 マイクロメートルと小さいものから数百マイクロメートルと大きいものまで製造されています。

一部の特殊用途光ファイバーは、非円筒形のコアまたはクラッド層で構成されており、通常は楕円形または長方形の断面を持ちます。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 モードの伝播を抑制するように設計されたファイバーが含まれます。

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（ファイバーの長さに沿って走る円筒形の穴の形をとることが多い）で作られています。このようなファイバーは、全反射の代わりに、または全反射に加えて回折効果を使用して、光をファイバーのコアに閉じ込めます。ファイバーの特性は、さまざまな用途に合わせて調整できます。

光ファイバーの減衰は伝送損失とも呼ばれ、光信号が伝送媒体を通過する際にその強度が減少することである。光ファイバーの減衰係数は通常、dB/km の単位で表す。媒体は通常、入射光線を内部に閉じ込めるシリカガラス^[f]のファイバーである。減衰は、長距離にわたるデジタル信号の伝送を制限する重要な要因である。そのため、減衰の制限と光信号の増幅の最大化の両方について多くの研究が行われてきた。40 年にわたるシリカ光ファイバーの減衰の 4 桁の減少は、製造プロセス、原材料の純度、プリフォーム、ファイバー設計の絶え間ない改善の結果であり、これらのファイバーは減衰の理論的な下限に近づくことができた。^[64]

シングルモード光ファイバーは、極めて低い損失で作ることができます。通信波長用の低損失シングルモード光ファイバーであるコーニング社のVascade® EX2500光ファイバーは、1550 nmでの公称減衰が0.148 dB/kmです。^[65]このような光ファイバーの10 kmの長さは、1550 nmで光エネルギーの約71%を伝送します。

光ファイバーの減衰は、主に散乱と吸収の両方によって引き起こされます。ZBLAN などのフッ化物ガラスをベースにしたファイバーでは、最小減衰は不純物の吸収によって制限されます。光ファイバーの大部分はシリカガラスをベースにしており、不純物の吸収はごくわずかです。シリカファイバーでは、減衰は、光が伝搬するガラスのレイリー散乱と、同じガラスの赤外線吸収という固有のメカニズムによって決まります。シリカの吸収は、1570 nm を超える波長で急激に増加します。通信に最も役立つ波長では、レイリー散乱が主要な損失メカニズムです。1550 nm では、記録的な低損失ファイバーの減衰成分は次のとおりです。レイリー散乱損失: 0.1200 dB/km、赤外線吸収損失: 0.0150 dB/km、不純物吸収損失: 0.0047 dB/km、導波路不完全性損失: 0.0010 dB/km。

光ファイバーのコアを通る光の伝搬は、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通って伝搬し、光の約 25% が屈折率の低いクラッドを通って伝搬します。コアとクラッドのガラス間のインターフェースは非常に滑らかで、大きな散乱損失や導波路の不完全性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のバルクでのレイリー散乱によって発生します。

光学品質のガラス ファイバーにおける光の散乱は、ガラス構造の分子レベルの不規則性 (組成の変動) によって発生します。実際、ガラスは多結晶固体の極限ケースにすぎないという考え方が出てきています。この枠組みでは、さまざまな程度の短距離秩序を示すドメインが、金属、ガラス、セラミックの構成要素になります。これらのドメイン間およびドメイン内には、光の散乱に最適な場所を提供する微細構造の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、散乱中心が伝播する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の変動と、コアとクラッドの両方におけるドーパントの濃度の変動に起因します。レイリー散乱係数Rは、次のように表すことができます。 ここで、R _{d は}密度の変動によるレイリー散乱を表し、R _{c は}ドーパント濃度の変動によるレイリー散乱を表します。二酸化ゲルマニウム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の差を作り出し、導波路構造を形成するために使用されます。 ここで、λは波長、nは屈折率、pは光弾性係数、β _cは等温圧縮率、k _Bはボルツマン定数、T _fは仮想温度です。密度変動による散乱に影響を与える唯一の物理的に重要な変数はガラスの仮想温度です。仮想温度が低いほどガラスはより均質になり、レイリー散乱は低くなります。ファイバーコアに約 100 wt. ppm のアルカリ酸化物ドーパントを添加し、ファイバー線引きプロセス中にファイバーをゆっくり冷却すると、仮想温度は大幅に低下する可能性があります。これらのアプローチは、特に海底通信ケーブル用の光ファイバーなど、減衰が最も低い光ファイバーを製造するために使用されます。 $${\displaystyle R=R_{\text{d}}+R_{\text{c}}}$$$${\displaystyle R_{\text{d}}={\frac {8\pi ^{3}}{3\lambda ^{4}}}n^{8}p^{2}\beta _{\text{c}}k_{\text{B}}T_{\text{f}}}$$

ドーパント濃度が低い場合、R _{c は}x (d n /d x ) ²に比例します。ここで、xは SiO ₂ベースのガラスのドーパントのモル分率、 n はガラスの屈折率です。ファイバーコアの屈折率を高めるためにGeO ₂ドーパントを使用すると、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。このため、減衰が最も低いファイバーではコアに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ます。純粋なシリカコアファイバーの}R _{c は}、LP01 モードとクラッドのフッ素誘起濃度変動成分の重なり積分に比例します。

カリウム添加純粋シリカコア (KPSC) ファイバーのコアでは、K ₂ O、フッ素、塩素の濃度が非常に低いため、密度の変動のみが重要な役割を果たします。コアの密度の変動は、カリウム添加による仮想温度の低下によって緩和され、ファイバーの線引きプロセス中のアニーリングによってさらに低減されます。これは、フッ素添加レベルが高く、その結果として生じる濃度の変動によって損失が増加するクラッドとは異なります。このようなファイバーでは、コアを通過する光は、ファイバーのクラッド セグメントを通過する光と比較して、散乱が少なく、減衰も少なくなります。

高い光出力では、ファイバー内の非線形光学過程によっても散乱が起こる可能性がある。^{[66] [67]}

光の散乱に加えて、特定の波長の選択的吸収によって減衰や信号損失が発生することもあります。主な材料の考慮事項には、次のように電子と分子の両方が含まれます。

• 電子レベルでは、電子軌道が紫外線 (UV) または可視光線の範囲の特定の波長または周波数の光 (または光子) の量子を吸収できるように間隔が空けられている (または「量子化」されている) かどうかによって決まります。これが色を生み出すものです。
• 原子または分子レベルでは、原子または分子の振動または化学結合の周波数、原子または分子がどれだけ密集しているか、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、無線、マイクロ波の範囲でより長い波長を透過する材料の能力が決まります。

光学的に透明なデバイスを設計するには、そ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 (中赤外線から遠赤外線の波長範囲) で観察される結晶構造の 吸収特性によって、材料の長波長透過限界が決まります。これは、固体格子を構成する原子と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、遠赤外線 (>10 μm) における原子と分子の振動 (結合伸張) によって生じる吸収の限界領域によって制限されます。

言い換えれば、特定の物質による IR 光の選択的吸収は、選択された光波の周波数が、その物質の粒子が振動する周波数 (または周波数の整数倍、つまり高調波) と一致するため発生します。異なる原子と分子は異なる固有振動数を持っているため、IR 光の異なる周波数 (またはスペクトルの一部) を選択的に吸収します。

光波の反射と透過は、光波の周波数が物体の振動の自然共振周波数と一致しないために発生します。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。

ケーブル配線上の減衰は、コネクタやスプライスを含めることで大幅に増加します。送信機と受信機間の許容減衰 (損失予算) を計算する際には、次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、および
• スプライスによって生じる dB 損失。

コネクタは、よく研磨されたコネクタでは、通常、コネクタあたり 0.3 dB のノイズを発生させます。スプライスでは、通常、スプライスあたり 0.2 dB 未満のノイズが発生します。^{[引用が必要]}

総損失は次のように計算できます。

損失 = コネクタあたりの dB 損失 × コネクタ数 + スプライスあたりの dB 損失 × スプライス数 + 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。たとえば、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。^{[引用が必要]}

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内であることを確認するためのテスト時に使用されます。

ガラス光ファイバーはほとんどの場合シリカから作られていますが、より長い波長の赤外線やその他の特殊な用途には、フッ化ジルコニウム酸塩、フッ化アルミン酸塩、カルコゲニ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ています。シリカガラスやフッ化物ガラスの屈折率は通常約 1.5 ですが、カルコゲニドなどの一部の材料では屈折率が 3 まで上昇することがあります。通常、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 マルチモード ファイバーです。POF の減衰係数は通常、ガラス ファイバーよりも高く、1 dB/m 以上です。この高い減衰により、POF ベースのシステムの範囲が制限されます。

シリカは、広範囲の波長にわたってかなり良好な光透過性を示します。近赤外線（近IR）スペクトル部分、特に1.5μm付近では、シリカは0.2dB/km程度の極めて低い吸収および散乱損失を示します。このような低い損失は、超高純度シリカの使用に依存します。1.4μm領域での高い透明性は、ヒドロキシル基（OH）の濃度を低く保つことによって達成されます。一方、紫外線（UV）領域での透過には、OH濃度が高い方が適しています。^[68]

シリカは適度な高温でファイバーに引き伸ばすことができ、ガラス転移範囲がかなり広い。もう 1 つの利点は、シリカ ファイバーの融着接続と切断が比較的効率的であることです。また、ファイバーが厚すぎず、処理中に表面が適切に処理されていれば、シリカ ファイバーは引っ張りや曲げに対しても高い機械的強度を備えています。ファイバーの端を単純に切断するだけでも、許容できる光学品質を備えたきれいに平らな表面が得られます。シリカは化学的にも比較的不活性です。特に、吸湿性がありません(水を吸収しません)。

シリカガラスには、さまざまな物質をドープすることができます。ドープの目的の 1 つは、屈折率を上げる(例:二酸化ゲルマニウム(GeO ₂ ) または酸化アルミニウム(Al ₂ O ₃ )) か、屈折率を下げる (例:フッ素または三酸化ホウ素(B ₂ O ₃ )) ことです。また、レーザー活性イオン (例: 希土類ドープファイバー) をドープして、ファイバー増幅器やレーザー用途などで使用するアクティブファイバーを得ることもできます。ファイバーのコアとクラッドの両方が通常ドープされるため、アセンブリ全体 (コアとクラッド) は実質的に同じ化合物 (例:アルミノケイ酸塩、ゲルマノケイ酸塩、リンケイ酸塩、またはホウケイ酸ガラス) になります。

特にアクティブファイバーの場合、純粋なシリカは希土類イオンの溶解度が低いため、通常ホストガラスとしてはあまり適していません。これにより、ドーパントイオンのクラスター化による消光効果が発生する可能性があります。この点では、アルミノケイ酸塩の方がはるかに効果的です。

シリカファイバーは、光損傷に対する高い閾値も示します。この特性により、レーザー誘起破壊の傾向が低くなります。これは、短パルスの増幅に使用されるファイバー増幅器にとって重要です。

これらの特性のため、シリカファイバーは、通信（プラスチック光ファイバーによる非常に短い距離を除く）、ファイバーレーザー、ファイバーアンプ、光ファイバーセンサーなど、多くの光学用途で選択される材料です。さまざまな種類のシリカファイバーの開発に多大な努力が払われ、他の材料よりもそのようなファイバーの性能がさらに向上しました。^{[69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76]}

フッ化物ガラスは、さまざまな金属のフッ化物で構成される非酸化物光学品質ガラスの一種です。これらのガラスは粘度が低いため、ガラス転移処理中（または溶融物からファイバーを引き出すとき）に結晶化を完全に回避することは非常に困難です。したがって、重金属フッ化物ガラス（HMFG）は光減衰が非常に低いものの、製造が難しいだけでなく、非常に壊れやすく、湿気やその他の環境による攻撃に対する耐性が低いです。その最大の特徴は、ほぼすべての酸化物ベースのガラスに存在するヒドロキシル（OH）基に関連する吸収帯（3,200〜3,600 cm ⁻¹、つまり2,777〜3,125 nmまたは2.78〜3.13 μm）がないことです。このような低損失は実際には実現されておらず、フッ化物ファイバーの脆弱性と高コストにより、主要な候補としては理想的とは言えませんでした。

フッ化物繊維は、中赤外分光法、光ファイバーセンサー、温度測定、およびイメージングに使用されます。フッ化物繊維は、医療用途（眼科や歯科など）に必要な2.9μmのYAG（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザーなどの媒体での誘導光波伝送に使用できます。^{[77] [78]}

重金属フッ化物ガラスの一例として、ジルコニウム、バリウム、ランタン、アルミニウム、ナトリウムのフッ化物から構成されるZBLANガラス グループが挙げられます。これらのガラスの主な技術的用途は、平面型とファイバー型の両方の光導波路です。これらのガラスは、特に中赤外線(2,000～5,000 nm) の範囲で有利です。

リン酸塩ガラスは、さまざまな金属のメタリン酸塩で構成された光学ガラスの一種です。ケイ酸塩ガラスに見られる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、少なくとも 4 つの異なる形で結晶化します。最もよく知られている多形は、P ₄ O ₁₀のケージのような構造です。

リン酸塩ガラスは、希土類イオンを高濃度にドーピングした光ファイバー用としてはシリカガラスよりも有利である。フッ化物ガラスとリン酸塩ガラスを混ぜたものがフッ化リン酸塩ガラスである。^{[79] [80]}

カルコゲン（周期表第16族の元素、特に硫黄（ S）、セレン（Se）、テルル（Te））は、銀などのより電気陽性の元素と反応してカルコゲニドを形成します。これらは、結晶性または非晶質、金属性または半導体性、イオンまたは電子の伝導体になることができるという点で、非常に用途の広い化合物です。カルコゲニドガラスは、遠赤外線伝送用のファイバーの製造に使用できます。^[81]

標準的な光ファイバーは、最初に屈折率プロファイルを慎重に制御した大口径のプリフォームを作成し、次にプリフォームを引っ張って長くて細い光ファイバーを形成することによって製造されます。プリフォームは通常、内部蒸着法、外部蒸着法、および蒸気軸蒸着法の3つの化学蒸着法によって製造されます。^[82]

内部蒸着法では、長さ約 40 センチメートル (16 インチ) の中空のガラス管からプリフォームが始まり、水平に置かれ、旋盤上でゆっくり回転します。四塩化ケイ素(SiCl ₄ ) や四塩化ゲルマニウム(GeCl ₄ )などのガスが、酸素とともに管の端に注入されます。次に、ガスは外部の水素バーナーによって加熱され、ガスの温度が 1,900  K (1,600 °C、3,000 °F) まで上がり、そこで四塩化物が酸素と反応してシリカまたは二酸化ゲルマニウムの粒子が生成されます。反応がガラス表面でのみ起こる以前の技術とは対照的に、この反応が管の容積全体でガス相で起こるように反応条件が選択される場合、この技術は修正化学蒸着法と呼ばれます。

酸化物粒子は凝集して大きな粒子鎖を形成し、その後、すすとして管の壁に堆積します。堆積は、ガスコアと壁の間の大きな温度差によってガスが粒子を外側に押し出す熱泳動と呼ばれるプロセスによって発生します。次に、トーチを管の長さに沿って上下に動かし、材料を均一に堆積させます。トーチが管の端に到達したら、管の始めに戻して堆積した粒子を溶かし、固体層を形成します。このプロセスは、十分な量の材料が堆積されるまで繰り返されます。各層では、ガスの組成を変えることで組成を変更できるため、完成したファイバーの光学特性を正確に制御できます。

外部蒸着法または軸蒸着法では、ガラスは炎加水分解法によって形成されます。この反応では、四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムが酸水素炎中で水と反応して酸化されます。外部蒸着法では、ガラスは固体ロッド上に堆積され、その後の処理の前に取り除かれます。軸蒸着法では、短いシードロッドが使用され、その端に多孔質プリフォームが構築されます。この長さはソースロッドのサイズによって制限されません。多孔質プリフォームは、約 1,800 K (1,500 °C、2,800 °F) に加熱することで、透明な固体プリフォームに固められます。

典型的な通信用光ファイバーは円形のプリフォームを使用します。二重クラッド光ファイバーなどの一部の用途では、別の形状が好まれます。^{[83]二重クラッド光ファイバーをベースとした}光ファイバーレーザーでは、非対称形状によりレーザーポンピングの充填率が向上します。

表面張力により、線引き工程中に形状が滑らかになり、結果として得られるファイバーの形状はプリフォームの鋭いエッジを再現しません。ただし、プリフォーム表面の欠陥は結果として得られるファイバーの光学特性と機械特性に影響を与えるため、プリフォームを慎重に研磨することが重要です。

プリフォームは、構造に関係なく、ドローイングタワーと呼ばれる装置に配置され、プリフォームの先端が加熱され、光ファイバーが紐として引き出されます。ファイバーの張力を制御することで、必要なファイバーの厚さを維持できます。

光は、全反射によってコア内に光を閉じ込める、屈折率の低い光学クラッドによってファイバーのコアに導かれます。ファイバーの種類によっては、クラッドはガラス製で、半径方向に屈折率の異なるプリフォームからコアとともに引き出されます。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適用されます (以下を参照)。

クラッドは、湿気や物理的損傷から保護するためにバッファ（実際のバッファチューブと混同しないでください）でコーティングされています。^[70]これらのコーティングは、線引きプロセス中にファイバーの外側に塗布される紫外線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非常に繊細なガラス繊維を保護し、製造、耐力試験、配線、設置の厳しい条件に耐えられるようにします。終端処理や接続を行うには、バッファコーティングを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線引き工程では、2 層コーティング方式が採用されています。内側のプライマリーコーティングは、マイクロベンディングによる減衰を最小限に抑えるためのショックアブソーバーとして機能するように設計されています。外側のセカンダリーコーティングは、プライマリー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ーとして機能します。また、束ねられたケーブル構造でストランドを区別するために色を付けることもできます。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 マイル) に近い速度でファイバー線引き中に適用されます。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適用されます。ウェットオンドライでは、ファイバーはプライマリーコーティングアプリケーションを通過し、次に UV 硬化され、次にセカンダリーコーティングアプリケーションを通過し、その後硬化されます。ウェットオンウェットでは、ファイバーはプライマリーコーティングとセカンダリーコーティングの両方を通過し、次に UV 硬化に進みます。^[84]

コーティングの厚さは、異なる曲げ構成でファイバーが受ける応力を計算する際に考慮されます。^[85]コーティングされたファイバーがマンドレルに巻き付けられている場合、ファイバーが受ける応力は次のように表されます。^{[85] : 45} ここで、Eはファイバーのヤング率、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す。 $${\displaystyle \sigma =E{d_{\text{f}} \over d_{\text{m}}+d_{\text{c}}},}$$

2点曲げ構成では、コーティングされた光ファイバーをU字型に曲げ、2つのフェースプレートの溝の間に配置し、光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。この構成における光ファイバーの応力は^{[85] : 47} で与えられ 、ここでdはフェースプレート間の距離です。係数1.198は、この構成に関連する幾何学的定数です。 $${\displaystyle \sigma =1.198E{d_{\text{f}} \over d-d_{\text{c}}},}$$

光ファイバーコーティングは、ガラスファイバーを傷から保護し、強度低下の原因となります。湿気と傷の組み合わせは、ファイバーの強度の劣化を加速させます。ファイバーが長期間にわたって低応力にさらされると、ファイバーの疲労が発生する可能性があります。時間の経過や極端な状況では、これらの要因が組み合わさってガラスファイバーの微細な欠陥が広がり、最終的にファイバーの故障につながる可能性があります。

光ファイバー導波管の 3 つの主な特性は、強度、減衰、およびマイクロベンディングによる損失に対する耐性であり、環境条件によって影響を受ける可能性があります。外部光ファイバー ケーブルジャケットとバッファー チューブは、ファイバーのパフォーマンス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、コーティングにより伝送される信号の信頼性が確保され、マイクロベンディングによる減衰が最小限に抑えられます。

実際の光ファイバーでは、クラッドは通常、丈夫な樹脂でコーティングされ、追加のバッファ層が設けられ、通常はプラスチック製のジャケット層でさらに囲まれている場合があります。これらの層は光ファイバーの強度を高めますが、光学特性には影響しません。リジッド光ファイバーアセンブリーでは、光ファイバー間に光吸収ガラスを配置して、1 本の光ファイバーから漏れた光が別の光ファイバーに入らないようにすることがあります。これにより、光ファイバー間のクロストークが低減したり、光ファイバー束の画像化アプリケーションでフレアが低減します。 ^{[86] [87]}マルチ光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のバッファが使用されます。

現代のケーブルには、溝への直接埋設、高電圧絶縁、電力線としての二重使用、^{[88] [検証失敗]導管への設置、架空電柱への縛り付け、}海底設置、舗装道路への挿入などの用途に合わせて設計された、多種多様な被覆と外装があります。

一部の光ファイバー ケーブル バージョンは、中間強度部材としてアラミド糸またはガラス糸で強化されています。商業的には、ガラス糸を使用すると機械的耐久性が損なわれることなくコスト効率が向上します。ガラス糸はケーブル コアをネズミやシロアリから保護します。

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では、曲げ半径が約30 mm未満になると損失が大幅に増加します。このため、ケーブルを角で曲げるときに問題が発生します。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、半径7.5 mmまで曲げても悪影響はありません。さらに曲げやすい光ファイバーも開発されています。^[89]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で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。^[90]

ケーブルのもう 1 つの重要な特徴は、張力に耐えるケーブルの能力です。この能力によって、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が決まります。

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、通常パッチパネル上のコネクタによって接続されるか、または2本のファイバーを結合して連続した光導波路を形成する、スプライシングによって永久的に接続されます。一般的に受け入れられているスプライシング方法は、ファイバーの端を溶かして接合する融着接続です。より迅速に固定するには、機械的なスプライスが使用されます。すべてのスプライシング技術には、スプライスを保護する筐体の取り付けが含まれます。

融着接続は、特殊な機器を使用して行われます。まず、ファイバーの端から保護ポリマーコーティング (および、より頑丈な外側ジャケットがある場合はそれも) が剥がされます。端は、精密切断機で垂直になるように切断され、融着接続機の特殊なホルダーに配置されます。接続は通常、拡大表示画面で検査され、接続前の切断と接続後の融着がチェックされます。接続機は、小型モーターを使用して端面を揃え、隙間の電極間に小さな火花を発してほこりや湿気を燃やします。次に、接続機はより大きな火花を発して、ガラスの融点を超える温度に上げ、端を永久に融着します。火花の位置とエネルギーは、溶融したコアとクラッドが混ざらないように注意深く制御され、これにより光損失が最小限に抑えられます。接続損失の推定値は、片側のクラッドに光を当て、反対側のクラッドから漏れる光を測定することで、接続機によって測定されます。接合損失は 0.1 dB 未満が一般的です。このプロセスの複雑さにより、ファイバー接合は銅線接合よりもはるかに困難になります。

メカニカル ファイバー スプライスは、より迅速かつ簡単に設置できるように設計されていますが、それでも被覆の除去、慎重なクリーニング、精密な切断が必要です。ファイバーの端は、ジョイント部を介した光の透過を高める透明な屈折率マッチング ゲルを使用して、精密スリーブで位置合わせされ、保持されます。メカニカル スプライスは、ゲルを使用する場合は特に、融着スプライスよりも光損失が高く、堅牢性が低くなります。

ファイバーは、ファイバーの端を正確かつ安全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、バレルを嵌合ソケットに保持するスリーブに囲まれた剛性の円筒形のバレルです。嵌合機構は、押してクリック、回してラッチ(バヨネット マウント)、またはねじ込み(スレッド) のいずれかです。バレルは通常、スリーブ内で自由に移動でき、コネクタが嵌合するときにバレルとファイバーが回転しないようにするキーが付いている場合があります。

一般的なコネクタは、ファイバ端を準備し、コネクタ本体の背面に挿入することによって取り付けられます。ファイバをしっかりと固定するために通常、速乾性接着剤が使用され、背面にはストレイン リリーフが固定されています。接着剤が固まったら、ファイバ端を研磨します。ファイバ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 ファイバの場合、ファイバ端は通常、嵌合コネクタがコア部分のみで接触するように、わずかに湾曲させて研磨されます。これは、物理接触(PC) 研磨と呼ばれます。曲面を斜めに研磨して、斜め物理接触 (APC)接続を作成することもできます。このような接続では、PC 接続よりも損失が大きくなりますが、斜めの表面から反射した光がファイバ コアから漏れるため、後方反射が大幅に減少します。APC ファイバ端は、切断されていて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をオーブンで焼く必要があるため、光ファイバーケーブルの終端処理は困難でした。今日、市場に出回っているコネクタの種類は、より簡単で労力のかからないケーブル終端処理方法を提供しています。最も人気のあるコネクタのいくつかは、工場で事前に研磨されており、コネクタ内にゲルが含まれています。コネクタ内にすでに含まれている研磨された部分にできるだけ近づくように、必要な長さで切断されます。ゲルは、コネクタ内で 2 つの部分が出会う点を取り囲むため、光の損失はほとんどありません。^[91]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、現場での労力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と位置合わせすることがしばしば必要となる。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た結合を可能にすることが含まれる場合がある。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い。この場合、テーパーファイバーまたはレンズファイバーを使用して、ファイバーモードフィールド分布を他の要素の分布に一致させます。ファイバー端のレンズは、研磨、レーザー切断^[92]、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、裸のファイバー端はファイバー発射システムを使用して結合されます。このシステムでは、顕微鏡の対物レンズを使用して光を細い点に焦点を合わせます。精密移動ステージ(マイクロポジショニング テーブル) を使用してレンズ、ファイバー、またはデバイスを移動し、結合効率を最適化します。端にコネクタが付いたファイバーを使用すると、このプロセスが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配置されているか調整可能なレンズを含む、事前に調整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実現するには、ビームの方向、位置、サイズ、および発散をすべて最適化する必要があります。適切に最適化すると、70 ～ 90% の結合効率を実現できます。

適切に研磨されたシングルモード ファイバーでは、良質のレンズを使用すれば、放射ビームは遠距離でもほぼ完璧なガウス形状になります。レンズはファイバーの開口数全体に対応できる大きさである必要があり、ビームに収差が生じてはなりません。通常は非球面レンズが使用されます。

2メガワット/平方センチメートルを超える光強度では、ファイバーが衝撃を受けたり、突然損傷したりすると、ファイバーヒューズが発生する可能性があります。損傷からの反射により、破損直前のファイバーが蒸発し、この新しい欠陥が反射したままになるため、損傷は毎秒1～3メートル（時速4～11キロメートル、2～8マイル）で送信機に向かって伝播します。^{[93] [94]}ファイバーが破損した場合にレーザーアイの安全を確保するオープンファイバー制御システムも、ファイバーヒューズの伝播を効果的に停止できます。 ^[95]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、送信機のファイバーヒューズ保護デバイスが回路を切断して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、光源は完全な単色性ではありません。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、長距離や高変調速度では、光の異なる部分が受信機に到達するまでに異なる時間がかかる可能性があり、最終的には信号を識別できなくなります。^{[96]この問題は、追加の中継器の使用や、}屈折率勾配が逆の比較的短い光ファイバーの使用など、いくつかの方法で克服できます。

• 光ファイバー協会
• 「ファイバー」、RP Photonics のレーザー物理と技術百科事典の記事
• 「光ファイバー技術」、Mercury Communications Ltd、1992 年 8 月。
• 「フォトニクスとファイバーの将来」、Mercury Communications Ltd、1993 年 3 月。
• Arc Electronics の教育サイト「光ファイバーチュートリアル」
• MIT ビデオ講義: レーザーと光ファイバーの理解
• フォトニクスの基礎：光導波路と光ファイバーに関するモジュール
• シュトゥットガルト大学電気通信研究所における色分散の Web デモ