光ファイバーをどうやって沢山の情報が通るか

質問

光ファイバーをどうやって沢山の情報が通るのでしょうか。
車線で言うと１本の車線で、パケットとしてセットになった細かな情報が、どんどんピカピカ光って進んで行くのだと思いますが、
１）反対方向への情報も同じファイバーを使うのでしょうか。電圧の変化の波と同じように、物理的には可能のように思われますが。
２）その場合、送った先で、光を受け取るセンサー部分と、逆に、送るために光を発する部分が存在するかと思われますが、二つの光が混同されないような位置的な仕組みなどがあるのでしょうか。
３）例えば太平洋海底などにあるケーブルは、カバーされた別々の車線が何本も束ねられている感じなのでしょうか。だとすると何本束ねられているのでしょうか。

ものぐさな質問、申し訳ございません。

回答No.4

dragon-man · ベストアンサー

>光ファイバーをどうやって沢山の情報が通るのでしょうか。

あなたが一番興味を持たれていることですね。
光ファイバーの使い方には二通りあります。一つは相手方と1対1で情報のやりとり（通信）をすることで、電話がその典型です。この場合は音声信号を光信号に変えて送ります。光ファイバーは周波数帯域が銅線に較べて格段い広い広帯域回線で、光化された電話信号を多数送れます。それでも同時に通信できる（電話できる）個数は限られます。1回線で同時に何百万通話は出来ません。インターネットが始まるまでは光回線もこのように使われていたのです。

1980年代にアメリカのDARPA（国防高等研究所）が今のインターネットの原理である「パケット交換方式によるデジタル通信」という画期的な通信技術を発明しました。それまでは世界中にこういう技術は存在しませんでした。ノーベル賞を10個ぐらいもらってもいいくらいの技術ですが、残念ながらノーベル賞には該当する賞がありません。（ノーベル賞も時代遅れの賞ですね）

パケット交換は情報をパケットという短い文字列に分割して回線に送り出します。パケットには宛先のアドレス情報が付加されていて、相手先はそのアドレスを頼りに自分宛のパケットを見つけて端末（コンピュータ）に取り込みます。パケットはバラバラに送り出されるので、それを自分で組み立てて元情報に復元します。これがパケット通信です。これを可能にするのがTCP/IPという有名なプロトコルで、DARPAが発明しました。今のインターネットを支える基礎原理です。

光回線は周波数帯域が従来の銅線にくらべて格段に広く（何千倍もある）、パケットをいくつでも飲み込めます。たとえてみれば光回線はパケットの海です。その広い海をパケットが勝手に泳ぎ回り、宛先の端末（コンピュータ）にたどり着きます。この方法をパケット交換と言います。パケット交換を制御するのは世界中のネット配置されたルータです。あなたのお宅のルータも末端のその一つです。この方法だと電話のように同時に可能になる通信数は限られません。何百、何千万、何億端末でも同時に通信できるのです。回線の帯域に較べてパケット数が多いと通信速度が遅くなりますが（あなたのお宅のネットも夜間繁忙期には遅くなりますね）通信できなくなることはありません。これをベストエフォートと言いインターネットの特徴です。今では電話もこの通信方法を使っています。NTTのひかり電話やIP電話がそれです。データ通信も今はすべてパケット方式です。昔のように1対1ではありません。これが「光ファイバーをどうやって沢山の情報が通るか 」の原理です。

後の質問1，2，3は単なる製造技術の問題です。デジタルだと何でも出来るのです。

お礼

誠にありがとうございます。大変勉強になりました。
ノーベル賞→基礎研究が中心なのですね。工学賞がないわけですね。
銅線を通る電圧の変化は波として伝達すると思いますが、光については、電磁波としてはかなりの短波ではありますが、私の思い込みでは、光ファイバーでの利用においては、波として扱わないものだと思っていました。光るタイミングで0と1を送っているだけで、搬送波にあたるものが存在しないと思い込んでいました。実際は、可視光線あたりの電磁波の波を様々な波長のタイプ（搬送波の周波数の帯域を分けて）送っているというのが実情なのでしょうか？

回答No.6

aki43

回線の帯域に較べてパケット数が多いと通信速度が遅くなりますが（あなたのお宅のネットも夜間繁忙期には遅くなりますね）通信できなくなることはありません。
>>>>>今は違うし夜間が遅くなる訳じゃないです

これをベストエフォートと言いインターネットの特徴です。今では電話もこの通信方法を使っています。NTTのひかり電話やIP電話がそれです。
>>>>>>ひかり電話とIP電話は意味が違います

回答No.5

tmys10

面白そうなので調べてみました。

1) １本の心で双方向通信できるそうです。次のリンクに光インタフェースモジュールの図がありますが、ファイバーを分岐して、送信するレーザーダイオードと受信するフォトダイオードに接続されます。
https://news.mynavi.jp/article/20090525-a054/

2) 上のURLの図では、光フィルタを使ったり、光導波路というのを使って分岐させているようです。送信がある程度受信にも回り込んでしまうので、波長は変えているみたいですね。
https://ja.wikipedia.org/wiki/光導波路

3) 次の光海底ケーブルメーカのページによると最大12心とあります。
https://www.occjp.com/jp/products/optical/seabed/sc500.html

お礼

誠にありがとうございます。フォトダイオードというのがあるのですね。電流を流して光るのの逆で、受光して電流が流れるわけですね。高校の時になんとなく授業の小話的に聞いたような気がします。
大変勉強になりました。

回答No.3

bardfish

基本的なことになりますが、光も電磁波の一種です。

光の場合は波長が違うと色が変わります。
可視光線の範囲で言えば赤が低い周波数で紫が高い周波数。
そしてテレビやラジオの電波でも周波数を変えて複数の放送局が異なる番組を同時に流しています。

電磁波は基本的には正弦波になりますが、正弦波の波長に更に振幅する信号を乗せる(波形の合成)ことで情報を載せています。
光の場合も同じですが、光の波長はテレビやラジオよりも遥かに高いので同じ時間で送信できる情報量は周波数の違い程度には差があります。

基本的な考え方は電波と同じです。
有線のLANの場合も考え方は同じですよ。
デジタル通信と言っても、電気のON/OFFを高速で行っているわけではありません。
アナログの正弦波と合成されるアナログ波の振幅の違いで0と1を区別しているだけです。
オシロスコープなどでモニターするとよくわかります。

参考URL：

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%B3%A2%E5%BD%A2

お礼

誠にありがとうございます。光が電磁波ということを、なんといいますか、忘れていました。・・
（以下、他の方のコメントにも書きましたが）
銅線を通る電圧の変化は波として伝達すると思いますが、光については、電磁波としてはかなりの短波ではありますが、私の思い込みでは、光ファイバーでの利用においては、波として扱わないものだと思っていました。光るタイミングで0と1を送っているだけで、搬送波にあたるものが存在しないと思い込んでいました。実際は、可視光線あたりの電磁波の波を様々な波長のタイプ（搬送波の周波数の帯域を分けて）送っているというのが実情なわけですね。

回答No.2

okok456

我が家では1本の光ケーブルでルーターを経由し複数のパソコン、スマートフォン、テレビ、ブルーレーレコーダー、PS3、そしてひかり電話で利用しています。
spongetak さんのご自宅でもそうでは？
1本の光ケーブルで双方向に複数の情報を利用できるようですね。
ただし、1本の光ケーブルには上限があるから海底ケーブルは複数の光ケーブルが必要なのでしょう。

調べてみました。
太平洋海底で使われているかは分かりませんが
（株）OCC　の光海底ケーブル
SC300ケーブル　１６芯
https://www.occjp.com/jp/products/optical/seabed/sc300.html
SC500ケーブル　１２芯
意外と少ないですね。

（株）OCCも出展するつくばフォーラム２０１８に行けば分かりそうです。
https://www.tsukuba-forum.jp/companylist_line.html
もしくは
大阪科学技術館で
https://blog.goo.ne.jp/chiku39/e/4cc3b9e4d46be53bb437b9434eba9bc6
100芯　1000芯は各企業や家庭に引き込む為でしょうか？
各地に科学関連の博物館がありますが光ケーブルに関するコーナーが有るかは？ですね。
http://www.jsf.or.jp/
http://www.miraikan.jst.go.jp/exhibition/

お礼

具体的な図の画像ありがとうございます。大変参考になりました。

回答No.1

t_ohta

１）光ファイバーにも単信と復信があり、一本の光ファイバーで双方向通信を行う場合もあれば、一方通行で二本の光ファイバーを使う場合があります。

２）一本の光ファイバーで双方向通信する場合は、それぞれが使用する光りの波長（色）を変える事で混同しないようになっています。
最近は一本の光ファイバーに波長の異なる光りを沢山使って多チャンネル通信する技術が一般的になっています。

３）何本の光ファイバーを束ねて敷設するかは、その海底ケーブルの発注内容次第ですね。

お礼

ありがとうございます。大変勉強になりました！