ファイバーオプティック：通信を革命化する隠れたネットワーク

要約

本記事では、ファイバーオプティック技術が長距離通信を革命化し、インターネットを可能にした方法について探求します。ガラス内で光がどのように伝わるか、全反射現象、ファイバーオプティック信号が長距離でもほとんど劣化しないこと、クラウドコンピューティングやモバイルデバイスにおける熱の浪費や帯域幅の需要などについても考察します。また、集積フォトニック技術が救世主となる方法についても議論します。

優れた伝送方法

数十年にわたり、都市や国の間の長距離通信は、銅製の電線による電気信号で行われていました。この方法は遅く非効率であり、金属線はデータレートを制限し、電力は無駄な熱として失われていました。しかし、20世紀後半には、はるかに優れた伝送方法が開発されました。ガラスは、慎重に溶かして数百キロメートルにわたる柔軟な繊維状に引き伸ばすことができます。これらの繊維は、デジタルデータを表す光のパルスを運びます。

全反射

しかし、光が単にガラスを通過するのではなく、ガラス内を伝わる方法はどのようにして実現されるのでしょうか？その秘訣は全反射現象にあります。ガラス内の光線が急角度で表面に当たると、空気中に出る際に屈折または曲がります。しかし、光線が浅い角度で進むと、曲がり過ぎてガラス内に閉じ込められ、ガラス内を跳ね返します。適切な条件下では、通常光に透明なものが、光を世界から隠すことができます。

ファイバーオプティック信号とデータ

電気やラジオに比べ、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。少しの電力は散乱しますが、繊維を急に曲げすぎると、光が漏れ出てしまいます。今日では、1本の光ファイバーが多くの波長の光を運び、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何百もの繊維状が含まれています。海底を横断するケーブルの総延長は100万キロメートル以上にも及び、赤道を約30周するほどです。ファイバーオプティックでは、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タに進化しました。

クラウドコンピューティングと帯域幅の需要

私たちのモバイルワークや遊びは、世界中に広がる巨大なデータセンターに収容された過労状態のコンピューターサーバーの軍団に依存しています。これをクラウドコンピューティングと呼び、2つの大きな問題を引き起こします。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大部分は、数千台のサーバーが従来の電気ケーブルで接続されているデータセンター内を往復します。その半分の動作電力が熱として無駄になっています。一方、無線帯域幅の需要は着実に進んでおり、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。ファイバーオプティックがあまりにも優れすぎたため、過度に野心的なクラウドコンピューティングやモバイルコンピューティングの期待を燃料にしてしまったようです。