光ファイバーを使った通信ではなぜ1.55より1.31μmの波長が多くつかわれているのですか？

質問

なぜ光ファイバーを使った通信では最も低損失といわれている1.55μmではなく1.31μmの波長が一般的に多く使われているのでしょうか？
某通信会社に勤務していますが、物理学的な知識は全くありません。

回答No.4

semikuma · ベストアンサー

ファイバは、直径15cmくらいのロッドを引き伸ばして作るので、1000kmでも10000kmでも注文に応じて作れると聞いたことがあります。
私はファイバ屋ではないので、どこまで本当か知りませんが。

「分散」は英語ではdispersionといいます。
分散シフトファイバはそのままDispersion Shift Fiberです。
# イギリス英語では、fiberではなくfibreなのでご注意。
零分散波長はよく知りませんが、やっぱりZero Dispersion Wavelengthでいいのかな？
私は光通信の部署には短期間しかいなかったし、そこから離れて随分経つので今の状況はよく分かりませんが、当時は分散についてここまで詳しく書かれた教科書はあまりありませんでしたね。
もしかしたら、今の教科書にはどれにでも当たり前に載っているかもしれません。
最新の論文が読みたければ、Photonics Technology Lettersなど、IEEEやOSA(Optical Society of America)などのサイトを検索すれば出てくるでしょう。

お礼

出張にいってました。お礼がおくれましたことをお詫び申し上げます。
いろいろと教えていただきましてありがとうございました。
またの機会がありましたら宜しくお願い申し上げます。

回答No.3

semikuma

> 損失は小さいが分散が増加し、符号謝り率が増加すると考えてよろしいのでしょうか？

そうです。
# 符号が「謝る」のではなく、読みを「誤る」のですけどね。
変調速度が速いほど、タイムスロットは小さくなるしスペクトルは広がるので、距離が長くなるにつれて前後の符号の重なりが大きくなり、10Gの信号を50kmも飛ばすと全然読み取れなくなります。

余談ですが、伝送ファイバと逆の分散特性を持つファイバをつなぐのが、最も原始的な分散補償方法です。
私も始めの頃は、オシロ(時間軸)上では完全に重なっている信号をよく補償できるものだと不思議に思っていましたが、よく考えたら、周波数軸上では重なっていないので、補償できて当たり前ですね。

> 1.31μmと1.55μmとの光ファイバー製造コストはどれくらい違ってくるのでしょうか？

私も買ったことがないのでよく知りませんが、通常のファイバは世界中で使われているので量産効果があるのに対して、分散シフトファイバは需要がないから、下手したら数ケタ上の額を払わないと作ってくれないんじゃないかな？
(量にもよるでしょうけどね。)

これも余談ですが、2000年前後のITバブルのときは、実験用にシングルモードファイバを300km売ってくれといったら、そんな少量には応じられないと断られたことがありました。
その数年後には、同じ電話をしたら営業マンが飛んできましたけどね。

お礼

大変よくわかりました。ありがとうございます。
300キロですかすごいですね。一度にそんな長い距離のファイバーを製造できるのですか。
海外の通信会社で勤務しておりますが、同僚にきかれていた質問に答えることができます。
英語で零分散波長のことを記述してある文献やサイトなどはご存知ではありませんか？

回答No.2

semikuma

> 使用するファイバーによって最も低損失になる波長はおのずと決まってくるということですね。

違います。
損失は材料によって決まるので、石英を使う限り、1.55μmが最低損失波長となります。

因みに、大昔は0.8μmあたりが最低損失だったらしいですが、石英の純度を上げる努力の積み重ねで、石英が本来持つ損失特性に近づいてきました。
(つまり損失自体が小さくなるとともに、最低損失波長も長くなった。)
また0.8μmはGaAs系のレーザが安く作れることもあって、短距離低容量の、例えばギガビットイーサなどでは今も使われています。

その後、最低損失波長が1.3μmとなり、その波長でちょうどファイバの分散も0となることから、それほど距離も容量も要求されない系では1.3μmが使われるようになったと私は解釈しています。

現在のファイバの損失値は物理的限界に達しているので、これ以上の損失の低下はできないし、最低損失波長も変わらないらしいです。

一方、「分散」は材料ではなく構造によって決まるので、単純にコアをクラッドで囲んだステップインデックス型のシングルモードファイバでは、「波長分散」が1.3μmで0ps/nm/kmとなります。
(この波長を「ゼロ分散波長」といいます。)

因みに、構造の工夫によりゼロ分散波長を1.55μmとした、「分散シフトファイバ」もあります。
しかし分散があるということは、光のピーク強度を抑える効果があるので、非線形光学現象を抑えて少しでも遠くへ飛ばしたい長距離大容量系ではむしろ望ましい特性であるため、現在ではほとんど使われていません。

お礼

素人の私にも分かりやすく詳しく御説明いただきありがとうございます。たいへん勉強になり読ませていただいてとても楽しいです。
1.31μmが零分散波長になっているファイバーに1.55μmの波長を用いて通信した際は損失は小さいが分散が増加し、符号謝り率が増加すると考えてよろしいのでしょうか？また1.31μmと1.55μmとの光ファイバー製造コストはどれくらい違ってくるのでしょうか？
何度も申し訳ございません。ご存知でしたらご教示ください。

回答No.1

semikuma

現在使われているファイバが、本来1.3μm用だからです。
通信会社にお勤めなら、「波長分散」という言葉を聞いたことがあると思いますが(なければ先輩に聞いてください)、最も簡単な構造のシングルモードファイバは1.3μmで波長分散が0となるため、簡単な構成でシステムが組めます。
従ってアクセス系など、コストが重視されるシステムでは1.3μmが使われます。

一方、幹線系や海底ケーブルなどの長距離系では、損失を重視して1.5μmが使われます。
このときは波長分散の補償にコストがかかり、調整も結構大変だったりします。
極端に言えば、コスト度外視で性能重視の系です。

お礼

すばやい回答ありがとうございます。
使用するファイバーによって最も低損失になる波長はおのずと決まってくるということですね。