【テクノロジー解説】光ファイバーってなに?髪の毛ほどのガラスの糸に光を閉じこめて、世界中のネットを運ぶ。地球を2万5千周以上する長さ、2009年ノーベル物理学賞
インターネットや電話のデータのほとんどは、髪の毛ほどの細さのガラスの糸「光ファイバー」の中を、光の点滅として流れています。2009年のノーベル物理学賞は、1966年に「ガラスをきわめて純粋にすれば、光を遠くまで送れる」と示したチャールズ・カオ博士に贈られました。1960年代のファイバーは20mで光が1%しか残りませんでしたが、いまは1kmで95%が残ります。世界中に敷かれた光ファイバーは10億km以上、地球を2万5千周以上する長さ。しくみと歴史をやさしく解説します。
プレ男家のネット、「光回線」にしたら動画がサクサクになった。でも「光」って、本当に光が走ってるの?
メル美海の底にもケーブルが通ってるって聞いたことある!
こんにちは、Dr. Taro です。 「テクノロジー解説」、今回は光ファイバーです。2009年ノーベル物理学賞の公式発表と、一般向け解説「The masters of light(光の名人たち)」をもとにまとめました。同じ年の受賞のもう半分は、カメラの「目」になったイメージセンサーでした(CMOSセンサーってなに?)。
光ファイバーとは
- 髪の毛より細いガラスの糸です。何千本も束ねてケーブルにします
- 太さは約125マイクロメートル(0.125mm)、光が通る中心(コア)は約10マイクロメートルです
- 情報は、とても速く点滅する光(デジタルの1と0)として送られます
- 長距離の通信には、損失がいちばん少ない波長1.55マイクロメートルの赤外線が使われています
しくみ:光がガラスの中を「はね返りながら」進む
- 水から空気へ光が出るとき、角度によっては空気に出られず、水の中にはね返ることがあります
- 光ファイバーは、この性質を使います。中心のガラス(コア)の屈折率を、まわり(クラッド)より少し高くしておくと、光はガラスの壁にはね返りながら、ファイバーの中に閉じこめられて進みます
プレ男光がガラスの中で、ピンボールみたいにはね返りながら進んでるのか!
カオ博士の発見:問題は「ガラスの純度」
- 1960年代のガラスファイバーは、20m進むだけで、光が1%しか残りませんでした
- 英国の研究所にいたチャールズ・カオ博士は、「1km先で1%」の光を残すことを目標に研究し、1966年1月に結論を発表しました
- 問題は、ファイバーの糸の不完全さではなく、ガラスそのものを純粋にすることだと示しました。そのために、溶かした石英(シリカ)を使えばよいと指摘しました
- ノーベル賞の発表によると、最初の超高純度のファイバーは、わずか4年後の1970年につくられました
- いまでは、1km進んでも95%の光が残ります。カオ博士の目標(1kmで1%)をはるかにこえています
世界をつなぐガラスの糸
- 1988年、米国と欧州を結ぶ大西洋の海底に、初めての光ケーブル(長さ6,000km)が敷かれました
- 世界中に敷かれた光ファイバーは10億km以上。地球を2万5千周以上する長さで、いまも1時間ごとに数千kmずつふえています
- 電話とデータの通信のほとんどすべてが光ファイバーの中を流れています
- ガラスは長い糸にすると、強く、軽く、しなやかになります。銅のケーブルとちがって雷の影響を受けず、無線とちがって悪天候の影響も受けません
- 長い距離では信号が少し弱まるので、光のまま増幅する「光増幅器」で強めています
光ファイバーは、髪の毛より細いガラスの糸に光を閉じこめて、データを運ぶ技術です。ガラスをきわめて純粋にすれば光を遠くまで送れると示したカオ博士が、2009年のノーベル物理学賞を受けました。
写真とファイバーはセット
ノーベル賞の解説では、イメージセンサーがデジタルの画像を毎日大量に生み出し、それを運べるだけの量のデータを送れるのは光ファイバーだけ、としています。スマホで撮った写真や動画を共有したり、クラウドやデータセンターにつないだりできるのは、この2つの発明の組み合わせのおかげです(データセンターってなに?)。
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プレ男動画を見るたびに、海の底のガラスの糸を光が走ってるって考えると、ちょっと感動する。
メル美「ガラスをきれいにする」っていうシンプルなアイデアが、世界を変えたんだね。
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まとめ
- 光ファイバーは、髪の毛より細いガラスの糸。光をはね返しながら閉じこめて運ぶ
- 1960年代は20mで光が1%。カオ博士がガラスの純度が問題だと示した(1966年)
- いまは1kmで95%が残る。2009年ノーベル物理学賞
- 世界の光ファイバーは10億km以上、地球2万5千周以上
- 電話とデータ通信のほとんどすべてを運ぶ
参考文献
- The Royal Swedish Academy of Sciences. Press release: The Nobel Prize in Physics 2009. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2009/press-release/ (閲覧日:2026年10月5日)
- The Royal Swedish Academy of Sciences. The Nobel Prize in Physics 2009 — Information for the public: The masters of light. https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/popular-physicsprize2009.pdf (閲覧日:2026年10月5日)
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