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第105回 通信用だけじゃない −光を届ける光ファイバー−

光ファイバーといえば、高速な情報通信のインフラとしていまや社会に欠かせない存在です。一方で、忘れられがちですが重要なのが、「光を届ける媒体」としての光ファイバーの役割です。今回のテクの雑学では、光ファイバーのもうひとつの側面に光をあててみましょう。

光ファイバーが光を届ける仕組み
 光ファイバーが生まれたきっかけは、「物体を用いて光を思い通りのところに導く」というアイデアでした。光を導く媒体としてガラス繊維を使うことで、実際に画像が送れることを実験的に確認したのは、ドイツの医学生ラムで、1930年のことです。ラムは、これを応用して胃の内視鏡を作れば、胃の中を自由に観察できるというアイデアを出しました。これが、現在のファイバースコープの元になるアイデアです。1957年、ミシガン大学のハーショヴィッツにより、ファイバースコープの試作品がアメリカの胃鏡学会で発表されました。

 より効率よく光を導くための構造として、1958年に、現在の光ファイバーの原型となる、クラッドとコアの2層構造による石英グラスファイバーがアメリカのカバニーによって開発されました。

ハードディスクドライブの基本構造図

光ファイバーによる通信を可能にした日本の発明
 最初に発明された光ファイバーのシンプルな方式(ステップ型光ファイバー)では、光の入射角度によって光の通る道筋(経路)が異なるため、光の伝播速度に違いが生じてしまうという欠点がありました(上図の赤い線で表した光と青い線で表した光)。この点を改善したのが、東北大学の西澤潤一教授(当時)が発明した「自己集束型光ファイバー」です。

 自己収束型光ファイバーでは、コアの部分のガラスの屈折率を、中心から周辺に向かって連続的に低くなるように変化させてレンズのような効果を持たせています。こうすることで、光の入射角による経路の違いを最小限に抑えることができます。

ステップ型光ファイバーと自己収束型光ファイバーの比較

 西澤教授は、この他にも、光を発生させるための半導体レーザー、光を受信するフォトダイオードを1950年代に発明しています。現在では、光ファイバーといえば長距離高速通信のバックボーンとして、私たちの生活に欠かせない社会インフラとなっていますが、これを可能にしたのは西澤教授の発明があったからといっても過言ではありません。
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