光ファイバーは、光を閉じ込めて遠くまで運んでいた

インターネットの大部分は、最終的に光ファイバーの上を流れています。データが世界の網を渡る全体像は「あなたのメッセージは世界の網を渡っていた」で扱いました。ここでは、その通り道である光ファイバーそのものを掘り下げます。

光ファイバーはなぜ光を遠くまで運べるのか

カギは全反射という現象です。光は、屈折率（光の進みにくさを表す値）の高い物質から低い物質へ、浅い角度で当たると、境界で100%跳ね返ります。鏡がなくても、条件さえ整えば光は完全に反射するのです。

光ファイバーは、この全反射を連続して起こすことで、光を内側に閉じ込めたまま進ませます。下の図で、光がどう跳ね返りながら進むか見てみましょう。

光は外へ漏れず、ひたすらコア（中心）の中だけを跳ね返りながら進みます。だからファイバーを多少曲げても、光は漏れずに届くのです（Corning / Wikipedia）。

光ファイバーはどんな構造をしているのか

光ファイバーは、3つの層でできています。

• コア：光が通る中心部。屈折率が高い。
• クラッド：コアを包む層。屈折率がコアより約1%低い。この差が全反射を生む。
• 被覆（コーティング）：いちばん外側の保護層。

コアの太さは用途で変わります。長距離向けのシングルモードは約9µm（髪の毛よりずっと細い）で、光の通り道が1本に絞られるため信号が崩れにくく、海底ケーブルや幹線に使われます。一方、短距離向けのマルチモードは50〜62.5µmと太く、作りやすい反面、複数の経路差で信号が崩れやすいため、建物内などに使われます。海底ケーブルの中で光ファイバーがどう束ねられているかは「日本のどこに海底ケーブルは上がっているのか」の断面モデルで見られます（ITU-T）。

光ファイバーが銅線より優れているのはなぜか

理由は3つあります。第一に、運べる情報量が桁違いに多いこと。光は周波数が非常に高いので、大量のデータを乗せられます。第二に、信号が弱まりにくいこと。1550nm（赤外線）を使うと、1kmあたりの損失はわずか約0.2dBで、数十km進んでも中継器なしで届きます。第三に、電気的なノイズの影響を受けないこと。光は電磁波の干渉を受けないため、安定しています。

この「大容量・低損失・ノイズに強い」という性質が、海を越える長距離通信や、データセンター内の高速通信を支えています。なお、宇宙の真空中ではファイバーより光が速く進むため、長距離では「衛星のレーザー網がファイバーに勝つこともある」というのも、この屈折率の話と地続きです（M2 Optics）。

この記事のまとめ

• 光ファイバーは「全反射」で光を外へ逃さず、コアの中だけを進ませて遠くまで運ぶ。
• 構造はコア（屈折率が高い）＋クラッド（約1%低い）＋被覆の3層。屈折率差が全反射を生む。
• シングルモード（コア約9µm）は長距離向け、マルチモード（50〜62.5µm）は短距離向け。
• 1550nmの赤外線で損失は約0.2dB/kmと極めて低く、電気ノイズにも強い。
• この低損失・大容量が、海底ケーブルやデータセンターの通信を支えている。