通信エラー起きにくい光ファイバー新開発 慶応大研究グループ
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光ファイバーはなぜ遠くまで光が届くかご存知でしょうか。ファイバーの中と外で光の屈折率が異なると、中高の物理で習うように反射が起こります。このとき、ほぼ全反射と言ってよいほどすべての光が反射されます。すなわち、他に漏れ出て行きにくく、効率よく遠方まで光を届けることができます。
反射させるのであれば全面鏡にしたら？と思われるかもしれませんが、鏡の反射率は90%程度と言われており、すぐに減衰してしまいます。
では、光を送っているだけなのにどこに通信エラーの原因があるのか。散乱や吸収や波長分散 (複数の波長の異なる信号を送信すると群遅延が起こる)のせいで受信側では受け取る信号に揺らぎが出てきます。専門的にはアイパターンの開きが悪くなるといいます。アイパターンの開きが大きいほどゆらぎの少ない、エラーの起きにくい通信と言えます。
次に、誤りをどのように補正するのか。一般的にはパリティと呼ばれる余分な信号を入れておき、数学的に計算して誤りを補正していきます。ちなみに、みなさんがお使いのクレジット番号なども番号は順番につけられているのではなく、パリティと似た概念で「この入力は間違っている」ということをシステムが判断できる仕組みになっています。ただし、クレジットカードの場合は入力が間違っていることがわかるだけで訂正するほどの能力はありません。
光ファイバー
https://ja.wikipedia.org/wiki/光ファイバー
アイパターンの読み方基礎講座
https://ac-blog.panasonic.co.jp/%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%83%91%E3%82%BF-%E3%83%B3%E3%81%AE%E8%AA%AD%E3%81%BF%E6%96%B9%E5%9F%BA%E7%A4%8E%E8%AC%9B%E5%BA%A7
5 章 誤り訂正技術の応用
http://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun_01hen_05.pdf
クレジットカードや会員番号の間違い防止どうやってるの？
https://news.mynavi.jp/article/nadeshiko-44/光ファイバーというとガラス製を思い浮かべますが、今やプラスチックが主流です。
フォトニクスポリマーとしてアインシュタインの揺動説理論から光の散乱を制御した世界初のプラスチック光ファイバーを発明したのが、慶應の小池先生です。しばらく研究から遠ざかる事情が有りましたが、故西澤潤一先生と共にノーベル賞候補にも挙げられていた先生ですので、これくらいは朝飯前でしょう。
以前、小池先生を招待してセミナーを開いたことがあるのですが、とても真摯かつ丁寧に研究をすることの意味を若手研究者に語って頂きました。その時とは違いますが、以下の記事は参考になると思います。
https://www.toshin.com/top_leader/article/201604/index.php小池先生の講義は、在学中に大変興味深く聞かせていただきました(あまり出来のいい学生ではありませんでしたが)。
講義で最も衝撃だったのは、「光ファイバーは、最高速度をもつ光だから「速い」のではない」ということです。
情報通信において、速さとは、同じ時間に送れる情報の量です。
信号は0と1のパルスなので、同じ時間にどれだけのパルスを押し込めるか、ということが重要になります。
情報通信の「速さ」は、物理的な速さではなく、「細かいパルスが作れること」「波形が崩れない」ことが重要で、
パルスが細かくなればなるほど、ほんの僅かな遅延で前後のパルスが混ざってしまって見分けがつかなくなります。
これが記事で扱われている「エラー」です。
小池研究室のwebページを参考に掲載します。
https://www.koike.appi.keio.ac.jp/research/01.html
サイトの説明にあるように、
通常、高校などで教えている光ファイバーは、SI型と呼ばれるもので、2種類の屈折率を持つ物質の境界で全反射が起こることを利用して信号を伝送します。
しかし、境界面でのみ反射が起こるような仕組みだと、中央付近を通り続けた光と、何度も反射を続けた光とでは、到達までにかかる時間がまるで違い、遅れによって細かいはずのパルスが広がってしまうことになります。
そこで、GI型と呼ばれる光ファイバーでは、中心付近から外側に向かって段階的に屈折率が変化するように設計をし、
反射ではなく、細かい屈折を起こさせることで光にサインカーブ状の軌道を描かせ、経路による遅延の影響を最小限に抑えています。
今回の記事の内容が、上記の技術と同じかどうかはわかりませんが、
いかにして経路ごとの遅延を無くすか、ということが、エラーの起きにくさにつながり、さらに、電力消費や伝送速度の向上に繋がるという点が重要なのだと思います。
