ファイバーオプティック：地球をつなぐ隠れたネットワーク

概要

本記事では、地球をつなぐ隠れたネットワークであるファイバーオプティックの世界について探求します。長距離通信の歴史を掘り下げ、銅製の電線による電気信号の使用がデータレートを制限し、電力を浪費していたことを説明します。その後、光を伝送するガラス繊維を使用したはるかに優れた伝送方法をエンジニアが習得した方法についても説明します。また、デジタルデータを表す光のパルスを運ぶガラス繊維を使用することで、電気信号や無線よりもはるかに優れた伝送方法を実現したことを説明します。さらに、全反射現象により、光がガラス内を伝播することができることを説明します。最後に、集積光技術がファイバーオプティック通信を向上させ、超高速無線接続を実現することについても説明します。

銅線の制限

数十年にわたり、都市や国との長距離通信は、銅製の電線による電気信号で行われていました。しかし、この方法は遅く非効率であり、金属線がデータレートを制限し、電力が無駄熱として失われていました。

ファイバーオプティックの優位性

20世紀後半、エンジニアは、デジタルデータを表す光のパルスを運ぶガラス繊維を使用することで、はるかに優れた伝送方法を習得しました。電気信号や無線よりもはるかに優れた伝送方法を実現したことで、ファイバーオプティック信号は長距離でもほとんど劣化しません。わずかな電力は散乱しますが、ファイバーはあまりに急な曲がり角を曲がることができず、光が漏れ出すことがあります。現在、1本の光ファイバーには多くの波長の光が含まれ、それぞれが異なるデータチャネルを表します。そして、ファイバーオプティックケーブルにはこれらのファイバーが数百本含まれています。海底には100万キロメートル以上のケーブルが交差し、大陸をつなぎます。

全反射現象

ファイバーオプティック技術の秘訣は、全反射現象と呼ばれる現象にあります。ガラス内部を伝播する光が急な角度でガラスの表面に当たると、空気中に出るときに屈折または曲がります。しかし、光線が浅い角度で伝わる場合、光線はガラス内部で反射し、ガラス内を反射しながら進みます。適切な条件下では、通常は光に対して透明なものが、光を世界から隠すことができます。

インターネットの進化

ファイバーオプティック技術により、距離がデータを制限することはほとんどありません。これにより、インターネットは地球規模のコンピューティングに進化しました。私たちのモバイルワークやプレイは、世界中に散在する巨大なデータセンターに保管された過労状態のコンピューターサーバーに頼っています。これをクラウドコンピューティングと呼び、2つの大きな問題があります。熱の浪費と帯域幅の需要です。インターネットトラフィックのほとんどは、何千ものサーバーが伝統的な電気ケーブルで接続されているデータセンター内をシャトルしています。その半分の電力が熱として無駄になっています。一方、モバイルデバイスで使用されるギガヘルツ信号は、データ配信の限界に達しています。