イラスト・図解シリーズ光ファイバ通信のしくみがわかる本

[表紙]光ファイバ通信のしくみがわかる本

四六判/320ページ

定価(本体1,580円+税)

ISBN 4-7741-1436-7

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書籍の概要

この本の概要

超高速・大容量通信の時代に向け,大きな期待がかかっているのが光ファイバです。本書では,今後さらに研究・開発が進むと思われる光ファイバについて,その原理から通信システムの詳細,さらには今後の展望に至るまで,豊富な図版を用いて分かりやすく説明しています。

こんな方におすすめ

  • 理工学系の学生
  • 初級ネットワークエンジニア

目次

第1章 光ファイバ通信とは

  • 1.1 光ファイバ通信の時代がやってきた
    • 急速に発展するデータ通信
    • 影の主役・光ファイバ通信
    • 光ファイバ通信ネットワーク
    • 「どこでもドア」で広がる可能性
  • 1.2 なぜ光ファイバ通信なのか
    • 光ファイバ通信の構成
    • 光の実体
    • より高い搬送波周波数の探求
    • コヒーレント光・インコヒーレント光
    • 半導体デバイスの利用
    • 光ファイバとメタリックケーブルの比較
    • まとめ 光ファイバ通信の特徴
  • 1.3 光ファイバ通信の歴史
    • 起源は「のろし」
    • 電気通信の高周波化
    • レーザと光ファイバの登場
  • 1.4 光ファイバとは
    • チンダルの発見
    • 細くて太い?! 光ファイバ
  • 1.5 レーザとは
    • レーザの光スペクトル
    • レーザの基本構成
    • まとめ レーザの特徴

第2章 光の性質

  • 2.1 光波の表記法
    • 電磁波の表記
    • 周波数と波長の関係
  • 2.2 光の直進・反射・屈折
    • 全反射
    • 2.3 光の回折
  • 2.4 光の散乱と吸収
    • チンダル現象
    • 夕焼け空はなぜ赤い
    • 結晶とガラスの散乱
    • 光の吸収
  • 2.5 干渉とコヒーレンス
    • ヤングの干渉実験
    • コヒーレンスが高いレーザ光
    • コヒーレンスとスペクトル
  • 2.6 位相速度と群速度
  • 2.7 分散
  • 2.8 光波形と光スペクトル
  • 2.9 偏光
    • 直線偏光・だ円偏光
    • 偏光子
  • 2.10 単位と用語

第3章 光ファイバのしくみ

  • 3.1 光ファイバの原理
    • 全反射による光の伝搬
  • 3.2 光ファイバのモード
    • コア・クラッド構造
  • 3.3 光ファイバの受光角(NA)
    • 比屈折率差とNA
  • 3.4 マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバ
    • マルチモード光ファイバ
    • シングルモード光ファイバ
  • 3.5 光ファイバの分散と分散シフト光ファイバ
  • 分散のいろいろ
    • 分散と符号誤り
    • シングルモード光ファイバの分散
    • 分散シフト光ファイバ
    • その他の分散
  • 3.6 光ファイバの材料
    • 低損失を誇る石英ガラス
    • 結晶とガラスの違いとは
    • 多成分ガラス光ファイバ
    • 屈折率差の作り方
    • プラスチック光ファイバ
  • 3.7 光ファイバの損失
    • 固有の損失
    • 外的な損失
  • 3.8 光ファイバの伝送容量
    • マルチモード光ファイバの伝送容量
    • シングルモード光ファイバの伝送容量
  • 3.9 光ファイバの非線形性
    • 非線形屈折率変化と非線形現象
    • 非線形散乱
  • 3.10 特殊光ファイバ
    • 波長分散を変化させた光ファイバ
    • 偏波維持光ファイバ
    • 希土類ドープ光ファイバ
    • その他の特殊光ファイバ
  • 3.11 光ファイバの製法
    • 基本工程
    • プリフォームの製法
    • 線引きと被覆
  • 3.12 光ファイバの接続
    • 融着接続
    • コネクタ接続
  • 3.13 光ファイバケーブル
    • 光ファイバの保護
    • 設計のポイント
  • 3.14 光導波路
    • 光ファイバ通信の特徴

第4章 レーザと光増幅器のしくみ

  • 4.1 光子
  • 4.2 原子のエネルギー準位
    • 原子の構造
    • エネルギー準位図
  • 4.3 光の吸収と発生
    • 吸収と遷移のしくみ
    • 自然放出と誘導放出
  • 4.4 光の増幅
    • 反転分布の実現
  • 4.5 光の利得スペクトル
  • 4.6 光共振器
    • ファブリ・ペロー光共振器
    • 共振条件
    • 光共振器の透過特性
  • 4.7 レーザの動作とモード
    • レーザの発振と出力
    • 光ファイバ通信に適した単一モード発振
  • 4.8 レーザの種類
  • 4.9 半導体レーザと発光ダイオード
    • 半導体の構造
    • 半導体における反転分布
    • 化合物半導体の利用
    • ダブルヘテロ構造
    • DFB半導体レーザ
    • 半導体レーザモジュール
    • 面発光レーザとLED
  • 4.10 半導体レーザの変調
  • 4.11 短パルスの発生
  • 4.12 光増幅器
    • 3R再生中継器
    • 光1R中継器
    • 光ファイバ通信の光増幅器
    • 半導体光増幅器
    • 光ファイバ増幅器
    • 希土類ドープ光ファイバ増幅器
    • 光ファイバラマン増幅器
  • 4.13 光ファイバレーザ
    • 光ファイバレーザの特徴
    • パルス動作
    • 単一縦モード動作

第5章 光デバイスのしくみ

  • 5.1 受光素子
    • フォトダイオードのしくみ
    • PINフォトダイオード
    • APDフォトダイオード
  • 5.2 光変調器
    • LN変調器
    • EA変調器
  • 5.3 光分岐・結合器
    • 光分岐・結合器の種類
    • 空間型光分岐・結合器
    • 光ファイバカップラ
    • 平面導波路型光分岐・結合器
  • 5.4 偏光素子
    • 複屈折結晶と多層反射膜
    • 偏光状態の変換
  • 5.5 光アイソレータ・サーキュレータ
    • ファラデー回転子
    • 光ファイバ型アイソレータ・サーキュレータ
  • 5.6 光フィルタと光合波・分波器
    • 誘電体多層膜フィルタ
    • 回折格子
    • 波長選択性(WDM)光ファイバカップラ
  • 5.7 平面光波回路(PLC)とアレイ導波路グレーティング(AWG)
    • PLCの作製
    • AWGの構成と特徴
  • 5.8 光ファイバブラッググレーティング(FBG)
    • FBGのしくみ
    • FBGの作製
    • FBGの応用
    • LPG 207
  • 5.9 光スイッチ
    • 光スイッチの分類
    • 機械型光スイッチ
    • 電子型光スイッチ
    • 全光型光スイッチ
  • 5.10 波長変換器
  • 5.11 光デバイスのモジュール化
    • 光集積モジュールの開発

第6章 光ファイバ通信システムのしくみ

  • 6.1 システム構成
    • 送信器の構成としくみ
    • 受信器の構成としくみ
    • 中継器の種類
  • 6.2 変調方式と伝送路符号
    • 各種通信の変調方式
    • NRZ符号・RZ符号
    • ナイキストの定理
    • 光ファイバ通信の伝送路符号
    • CMI符号・スクランブルドバイナリ符号
  • 6.3 信号の多重化
    • TDM−時分割多重方式
    • FDM−周波数分割多重方式
    • SDM−空間分割多重方式
    • WDM−波長分割多重方式
  • 6.4 雑音と波形劣化
    • 光ファイバ通信の劣化要因
    • 光ファイバ通信の限界−ショット雑音
    • 符号誤り率
    • 波形劣化要因
    • アイパターンによる可視化
  • 6.5 損失制限と分散制限
    • 損失制限
    • 分散制限
    • 損失・分散制限による伝送距離限界
  • 6.6 光増幅と分散補償
    • 光増幅器による損失補償
    • ショット雑音・ビート雑音
    • 中継間隔と伝送距離限界
    • 分散補償
  • 6.7 長距離光増幅中継システム
    • 周期的分散補償
    • 長距離光増幅中継システムの評価法
  • 6.8 波長多重(WDM)通信システム
    • WDMの特徴
    • 構成としくみ
    • WDM用光デバイス
    • WDMシステムの制限要因
  • 6.9 海底光ファイバ通信システム
    • WDM海底光増幅中継器
    • 海底光ファイバケーブルの敷設
  • 6.10 アナログ通信システム
  • 6.11 アクセスネットワークとFTTH
    • 高速化するネットワーク
    • 光ファイバアクセスネットワークの構成
    • PON方式による伝送

第7章 光ファイバをはかる/光ファイバではかる

  • 7.1 光パワーの測定
    • 光パワーメータ
    • 利得測定
  • 7.2 光スペクトル測定
    • 光スペクトルアナライザの原理と構成
    • 波長可変光源
  • 7.3 光波形測定
  • 7.4 光ファイバの分散測定
    • モード分散の測定
    • 波長分散の測定
    • 偏波モード分散(PMD)の測定
  • 7.5 光ファイバ通信システムの損失分布測定
    • 光パルス試験器による測定
    • 超長距離光増幅中継システムの監視
  • 7.6 光ファイバ通信システムの伝送特性測定
    • BERTによる符号誤り率の測定
  • 7.7 光ファイバセンサ
    • 活躍の場を広げる光ファイバ
    • ジャイロとしての活用

第8章 光ファイバ通信の将来

  • 8.1 テラビット光ファイバ通信システム
    • 実用化に向けた取り組み
    • テラビット伝送実験
  • 8.2 フォトニックネットワーク
    • 高速化を阻むもの
    • フォトニックネットワークの構成
  • 8.3 光ソリトン伝送
    • 分散と非線形性を釣り合わせる
    • 波形劣化の克服
  • 8.4 コヒーレント光通信
    • 光波の利用
    • コヒーレント光通信のしくみ
    • 利点と課題
  • 8.5 光集積回路
    • ハイブリッド型とモノリシック型
  • 8.6 フォトニック結晶
    • 全反射の限界
    • フォトニック結晶の登場
    • フォトニック結晶の光導波路
    • 広がる可能性

こらむ

  • 第1章
    • InternetとIPネットワーク
    • ムーアの法則
    • ルビーから生まれた固体レーザ
    • 波長と周波数の関係
  • 第2章
    • 平面波
    • スネルの法則(屈折の法則)
    • フーリエ変換
    • サイドバンド
  • 第3章
    • ダイヤモンドの輝きを生む屈折率
    • 光線と光波
    • 紫外吸収と赤外吸収
    • 希土類イオン
    • 光ファイバの強度
    • アーク放電による融着接続
    • 光ファイバの劣化要因
  • 第4章
    • 電磁気学と量子力学
    • Q値とフィネス
    • 直接遷移と間接遷移
    • 増幅器の雑音指数
  • 第5章
    • 太陽電池
    • 複屈折について
    • ブルースター角
    • 厄介な「戻り光」
    • 光アイソレータ・サーキュレータの性能
    • 多重反射,多重干渉
    • 利得等化器
    • マイクロマシン
  • 第6章
    • サンプリング定理
    • 誤り訂正符合
    • SONET
    • 最小受光感度限界
    • スペクトル反転による分散補償
    • 遠隔監視について
    • 海底光ファイバケーブル
    • CATVのアナログ映像信号伝送
    • NTTのFTTHシステム
  • 第7章
    • 自己相関波形の測定
    • スマートストラクチャ・マテリアル
  • 第8章
    • 光ファイバ通信のバンド
    • ヘテロダイン方式の利点
    • コヒーレント方式の偏光変動対策

一口メモ

  • 第1章
    • 電磁波と電波
    • スペクトル
    • マイクロ波・ミリ波
    • レーザの語源
    • ハウリング
  • 第2章
    • 角周波数と伝搬定数
  • 第3章
    • 入射角・臨界角
    • 群遅延時間
    • ゲルマニアのドープ
    • フレネル反射
    • クロストーク
    • ガラス中のフォノン
    • 熱収縮スリーブ
  • 第4章
    • 準位の寿命について
    • パワー利得
    • 吸収断面積
    • 利得飽和
    • ドナー・アクセプタ
    • 順バイアスと逆バイアス
    • ペルチェ素子
    • 並列光リンク
    • チャーピング
    • アナログ変調
    • 利得スイッチング・Qスイッチング
    • 無反射コーティング
    • 偏波無依存
  • 第5章
    • 真性半導体層の特徴
    • ピグテール光ファイバ
    • 量子井戸
    • フォトリソグラフィ
    • 反応性イオンエッチング
    • 紫外光とは
    • ブラッグ波長
    • エキシマレーザ
    • アルゴンレーザ
    • アライメント
    • ドップラー効果
    • 多重分離
    • アクティブアライメントとパッシブアライメント
    • ハイブリッドとモノリシック
  • 第6章
    • ハイアラーキ
    • 量子ゆらぎ
    • ビート
    • ポアソン分布
    • ガウス分布
    • モード分配雑音とは
    • オシロスコープ
    • システムマージン
    • 光クロスコネクト
    • ADSL
  • 第7章
    • スイープ
    • パルスパターン
    • サニャック効果
  • 第8章
    • 光時分割多重
  • 参考文献
  • 索引