光ファイバーとガラスの密接な関係

光通信のはじまり

光ファイバーとガラスの密接な関係 今でこそ、パソコンやスマートフォンを使って、毎日当たり前にインターネットで手軽に世界中の情報を得ることができますが、それを可能にしている光通信の原理が発見されたのは、今から150年以上も前だと言われています。

情報伝達の手段に「光」を使用するというアイディアは、ある有名なイギリスの物理学者がタルから流れ出すワインの様子を見て、「光で情報を運ぶことはできないものか」と研究をはじめたのがきっかけで生まれたそうです。
そして、その研究の中で見つけたのが“光は透明なものの中を真っ直ぐに進んでいく”という性質です。この発見が後の光ファイバー通信の基本となっていくわけですが、そこから今のように高速で情報通信ができるような実用化にこぎつけるまでには、長い年月を要しました。なぜなら、そこには色々な問題があったからです。

透明なガラスで光の通り道をつくる

最初にして最大の課題は、光の性質を活かして情報を伝達するための「通り道」をどうするかという問題です。
透明な筒を作れば、光はその中をまっすぐ進むことはわかっていても、その筒をなにで作れば良のかという壁にぶち当たってしまったのです。もちろん、透明な素材ということで、ガラスには100年近く前から白羽の矢を立っていました。

しかし、その頃は石英(せきえい)と呼ばれる透明な鉱物をならべて光を運ぼうとしていたため、鉱物の中のある不純物が光の推進を断ってしまい、遠くまで情報が届かないという問題に悩まされていました。
つまり、より遠くまで情報を伝えるためには不純物のない、もっともっと透明なガラスが必要だったのです。

そこで考えられたのが、ガラスを細い繊維にして、これを光の通り道にするという方法です。これこそが、今の「光ファイバー」の本当のはじまりだったのです。

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窓に使うようなガラスでも光通信はできるか

光ファイバーとはつまり、光をつかって情報を運ぶシステムですが、ガラスは皆さんご存知の通り、そもそも透明な素材ですね。ピカピカに清掃されたガラスでは、人間は愚か、鳥でさえその存在に気が付かずに激突してしまうことがあるほど。
でも、光ファイバーにはそれよりもさらに高い透明性が必要とされます。

たとえば、一般の透明な窓ガラスの素材で、厚さ数メートルの板を作ったとしたら、どうでしょう?ふつうのガラスでは、これだけの厚さになると、透明度を保っていられなくなってしまいますが、光ファイバーでは、数メートルどころか、何十キロも先まで光を運ぶ必要があります。

そんなわけで、窓ガラスに使うようなガラスではまだまだ「透明さ」が足りないということで、専門家たちは、極力不純物など濁りの少ない、特別に透明性の高いガラスを作ろうと研究を重ねました。そして辿り着いたのが、現在の「石英ガラス」を使った光ファイバーだったのです。

光通信の実用化に必要不可欠なレーザーの誕生

また、光そのもの、つまり「光源」についても考える必要がありました。
光ファイバーを使った通信を実用化するためには、とにかくまっすぐに、そして遠くまで届く非常に強い光が必要でした。

そこに登場したのが、「レーザー光線」です。そう、今では女性の脱毛なんかにも使われている、あのレーザーです。
レーザーの最大の特徴は、光線の幅が広がらず、それが遠くまで続くというところで、これは、光ファイバーにとってまさに適ぴったりの光源だったのです。レーザーは一言で言うと「波長」が長い光です。

では、なぜ波長が長いと良いかというと、光ファイバーの中を通って光が進む時、光の弱り度合いがとても小さいからです。光ファイバーの素材に使われる石英ガラスには、短い波長の光を通しにくいという性質があるため、光ファイバーにとってレーザー光線は、これ以上ない光として重宝されるようになったのです。
もちろん、それでも、光ファイバー通信が完成するまでにはその後もたくさんの試行錯誤があったわけですが、ガラスでできた光ファイバーとレーザー光線、この2つの活躍が現在の光通信を支えていることに間違いは無いのです。  

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