光ファイバの基礎

光ファイバは基本構造として、光の伝搬路となる"コア"と呼ばれる部分と、光をコア内に閉じこめるための"クラッド"と呼ばれる部分との2層構造となっています。

クラッドよりもコアの屈折率を高くする事で、屈折率の異なる境界面で生ずる全反射と呼ばれる光の性質により、光はクラッドの外に漏れることなくコア内を遠くまで伝搬することができます。

光ファイバへの光の入射を長手方向の断面で見ると、図12の様になります。

光ファイバへの光の入射（図12）

図12に示すように、臨界角Φmaxよりも小さな角度で入射された光線1はコア・クラッド境界面で全反射し、光ファイバ内を伝搬し、又Φmaxよりも大きい角度で入射された光線2は放射モードとしてクラッドの外へ放射され光ファイバ中を伝搬しません。

コアに入射されたどんな光でも遠くまで伝搬できる訳ではありません。
コア内に閉じこめられた光は、クラッドとの境界面で全反射を繰り返し伝搬していきますが、この時反射光同志の干渉によってお互いに強め合う（位相が一致する）場合には遠くまで光が伝搬しますが、それ以外の（位相がズレる）場合には遠くまで伝搬せずに途中で消滅してしまいます。この位相が一致するか否かは、入射する光の角度によって決まります。

この様に、ある特定の角度で反射しながら消減せずに伝搬していく光の組を伝搬モードと呼び、入射角度の小さいものから、0次モード, 1次モード, 2次モード・・・・といいます。

各伝搬モードを光ファイバの断面で見ると、図13に示す様に断面の半径方向に定在波ができています。

モードの模式図（図13）

0次モードしか伝搬しない光ファイバがシングルモードファイバで、複数のモードがあるものをマルチモードファイバといいます。