シングルモードファイバーのカットオフ波長計算機

シングルモードファイバのカットオフ波長は、光ファイバ通信システムの設計と運用における重要なパラメータです。これは、ファイバが複数の光伝搬モードをサポートする波長を決定します。この波長を超えると、ファイバはシングルモード体制で動作します。これは、低分散と干渉性により、長距離および高速通信に不可欠です。

歴史的背景

シングルモードファイバは、マルチモードファイバに課せられる限界、すなわち通信リンクの帯域幅と距離を制限するモード分散を克服するために開発されました。カットオフ波長のコンセプトは、ファイバがシングルモード領域で動作し、電気通信における性能を最大化するために不可欠です。

計算式

シングルモードファイバのカットオフ波長（λc）は、次の式を使用して推定できます。

\[ \lambda_c = \frac{2 \pi a \sqrt{n_1^2 - n_2^2}}{V} \]

ここで：

• a はファイバのコア径（マイクロメートル）
• n1 と n2は、それぞれコアとクラッディングの屈折率
• V はカットオフにおけるV数で、通常、シングルモード動作では2.405とされています。

計算例

コア径8μm、屈折率差0.01のシングルモードファイバの場合、カットオフ波長は次のようになります。

\[ \lambda_c = \frac{2 \pi \times 8 \times \sqrt{0.01}}{2.405} \times 10^3 \approx 1253.64 \text{ nm} \]

重要性と使用シナリオ

カットオフ波長は、特定のアプリケーション用に光ファイバを設計する場合に不可欠であり、ファイバが目的の波長範囲でシングルモード動作をサポートしていることを保証します。これは、高データレートと長距離伝送が必要な電気通信やデータネットワークにおいて特に重要です。

よくある質問

1. シングルモードファイバとは何ですか？

   • シングルモードファイバは、光を単一のモードまたはパスでのみ伝送するように設計された光ファイバの一種です。これにより、マルチモードファイバと比較して、より高い帯域幅とより長い伝送距離を実現できます。

2. カットオフ波長が重要なのはなぜですか？

   • カットオフ波長は、ファイバの動作範囲を決定します。ファイバがシングルモード伝搬をサポートすることを保証するために不可欠であり、これは高速・長距離通信に適しています。

3. コア径はカットオフ波長にどのように影響しますか？

   • コア径はカットオフ波長に直接影響します。コア径が小さいほど、カットオフ波長は短くなり、シングルモード動作が促進されます。

この電卓は、シングルモードファイバのカットオフ波長の決定を容易にし、光通信システムの設計と分析に役立てます。