光ファイバーと同軸ケーブル | 信号タイプ、構造、およびアプリケーションの違い

光ファイバーと同軸ケーブルはどちらも導波伝送媒体の一種ですが、いくつかの重要な要素が両者を区別しています。最も基本的な違いは、それらが伝送する信号の種類にあります：光ファイバーは光信号を伝送するように設計されていますが、同軸ケーブルは電気信号の伝送に使用されます。

光ファイバーの定義

光ファイバーは、柔軟で透明な波導管であり、最小限の損失で一端から他端まで光信号を伝送するために使用されます。主に高純度ガラス（通常はシリカ）または時々プラスチックで作られており、コアとクラッド構造で構成されています。

コアは、超純粋なシリカガラスで作られた中央の最も内側の領域であり、ここを通じて光が伝播します。コアは、屈折率がコアよりも低いガラスで作られた層であるクラッドによって囲まれています。この屈折率の差により完全反射が可能になり、光が低減衰で長距離を伝送することができます。

脆弱なガラス構造を物理的な損傷、湿気、環境ストレスから保護するために、全体のファイバーアセンブリはバッファコーティングまたはプラスチックジャケットと呼ばれる保護外層に包まれています。

以下の図は、光ファイバーの模式構造を示しています：

光信号は、光ファイバーを通じて完全内部反射（TIR）の原理に基づいて伝送されます。光がファイバーに導入されると、コアとクラッドの界面で連続的に反射しながらコアを通過して伝播します。

完全内部反射が発生するためには、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高い必要があります。この屈折率の差は、光を効率的にファイバーに沿って伝送し、最小限の損失で導くために不可欠です。

TIRの原理によれば、より密度の高い媒質（コア）を通過している光線が、臨界角を超える角度でより密度の低い媒質（クラッド）との境界に到達すると、光線は屈折せず、完全に密度の高い媒質に戻って反射されます。この現象により、光がコア内に閉じ込められます。

光線がコアに入ると、屈折率の差により、かつ入射角が臨界角を超える場合、光線はクラッドに通過するのではなく、コアに戻って反射されます。このプロセスはファイバーの全長にわたって繰り返され、光信号がコア内でジグザグに進み、高い効率と低減衰で一方の端から他方の端まで伝送されます。

したがって、完全内部反射は、光ファイバーを通じた長距離・高帯域の光通信を可能にする基本的なメカニズムです。

同軸ケーブルの定義

同軸ケーブル、一般的に「コアク」と呼ばれるものは、距離を越えて電気信号を伝送するために使用される導波伝送媒体の一種です。電子の流れを許す電気導体として構築されており、その優れた導電性のために通常は銅製の中心コアを使用しています。

同軸ケーブルは、いくつかの層で構成されています：中心の銅導体（単線または絞線）、これを取り巻く誘電体絶縁層、そしてさらにこれが編組銅またはアルミニウム箔で作られた円筒形の導電シールドで覆われています。この層構造はさらに機械的な強度と環境保護を提供する外部絶縁ジャケットによって保護されています。

「同軸」という用語は、内部導体と外部シールドが同じ幾何学的な軸を持つという事実から来ています。この設計により、電磁干渉（EMI）と信号損失が最小限に抑えられ、同軸ケーブルは良好な整合性で高周波信号を伝送するのに適しています。

以下の図は、電気信号の伝送に使用される同軸ケーブルを示しています：

光ファイバー：

光ファイバーは、光周波数（光）の信号を伝送するために使用されます。高い帯域幅、電磁干渉への耐性、および低信号減衰の特性により、高精細テレビ（HDTV）、通信ネットワーク、データセンター、医療画像および手術システム（例えば内視鏡）、および航空宇宙アプリケーションなど、広範な用途で使用されています。

同軸ケーブル：

同軸ケーブルは主に無線周波数（RF）信号の伝送に使用されます。ケーブルテレビ（CATV）配信システム、ブロードバンドインターネット接続（例えばケーブルモデム）、電話ネットワーク、およびアンテナフィードやネットワーキング機器を含むさまざまな無線通信システムでよく見られます。

結論

光ファイバーと同軸ケーブルはどちらも信号伝送のための重要な導波媒体として機能しますが、伝送する信号の種類において根本的に異なります—光ファイバーは光信号を伝送し、同軸ケーブルは電気信号を伝送します。これらの違いにより、それぞれが特定の用途に適した異なる性能特性を持ち、現代の通信および電子システムにおいて互いに補完的、而非代替的な役割を果たしています。