私たちが毎日当たり前のように利用している高速インターネット。高画質な動画をストリーミングで楽しんだり、世界中の人とリアルタイムでオンラインゲームをしたり、大容量のデータをクラウドに保存したりと、その恩恵は計り知れません。しかし、「なぜこんなに速い通信ができるの？」と聞かれると、意外と答えに詰まってしまうのではないでしょうか。
その答えの鍵を握るのが「光ファイバー」です。今回は、この細いガラスの糸が、どうやって膨大な情報を一瞬で遠くまで届けることができるのか。その心臓部ともいえる魔法のような原理「全反射」について、生成AIに尋ねながら、誰にでもわかるように優しく解説していきます。
インターネットの背骨「光ファイバー」とは？
まず、「光ファイバー」とは一体何者なのでしょうか。生成AIに尋ねてみると、「人間の髪の毛ほどの細い、高純度のガラスやプラスチックでできた繊維です」という答えが返ってきました。私たちが普段目にする光回線のケーブルの中には、この極細の繊維が何本も束になって入っています。
従来のインターネット回線で使われていたのは、電気信号を流すための「銅線」でした。しかし、光ファイバーは電気の代わりに「光」の信号を使って情報をやり取りします。電気から光へ。この乗り換えが、通信速度を劇的に向上させる大きなターニングポイントとなったのです。
なぜ光で情報を送るのか？
では、なぜ電気よりも光の方が優れているのでしょうか。それには大きく3つの理由があります。
1. とにかく速くて大容量
光は、ご存知の通り、圧倒的なスピードで進みます。さらに、光は電気信号に比べて一度に運べる情報量が桁違いに多いという特徴があります。これは、道路に例えるなら、銅線が片側1車線の一般道だとすれば、光ファイバーは片側10車線もある高速道路のようなものです。たくさんの情報が、渋滞することなくスイスイと流れていくイメージです。
2. ノイズに強い
銅線を使った通信は、近くにある電化製品などから発生する電磁波の影響を受けて、ノイズが入りやすいという弱点がありました。一方、光は電磁波の影響を全く受けません。そのため、非常にクリアで安定した通信が可能になるのです。
3. 遠くまで情報を届けられる
電気信号は、距離が長くなるにつれて弱くなってしまいます。しかし、光ファイバーを伝わる光はエネルギーの損失が非常に少なく、信号が弱まりにくいため、遠くまで効率よく情報を届けることができます。
魔法の原理「全反射」の仕組み
さて、ここからが本題です。光ファイバーの中を、光はどうやって外に漏れることなく、長い距離を進んでいくのでしょうか。その秘密が「全反射」という現象です。
生成AIは、この現象を身近な例で説明してくれました。「お風呂やプールで水中に潜って、水面を見上げたときのことを想像してみてください。斜め上を見ると外の景色が見えますが、だんだん見る角度を浅くしていくと、ある角度から突然、水面が鏡のようにキラキラと光り、水中の景色だけを映し出すようになります。これが全反射です。」
光ファイバーは、この全反射を人工的に起こすために、特殊な二重構造になっています。中心部分の光が実際に通る道を「コア」、その周りを覆っている部分を「クラッド」と呼びます。この二つは、光の進みやすさを示す「屈折率」が少しだけ違っており、コアの方が光が進みにくい（屈折率が高い）ように設計されています。
ファイバーの端から入った光は、進んでクラッドとの境界線にぶつかります。このとき、光がある一定の浅い角度でぶつかると、外に抜け出すことなく、すべてが鏡のように反射されてコアの中に戻ってくるのです。そして、反射した光はまた反対側の境界線にぶつかり、また全反射する…。これを何度も何度も繰り返すことで、光はジグザグに進みながら、エネルギーをほとんど失うことなく、ファイバーの内部を高速で駆け抜けていくことができるのです。
光ファイバーが変えた私たちの暮らし
この全反射の原理を利用した光ファイバー技術のおかげで、私たちの生活は劇的に変化しました。
かつては読み込みに時間がかかっていた高画質の映画も、今ではクリック一つで瞬時に再生できます。世界中のプレイヤーと遅延なく対戦できるオンラインゲームも、クラウド上に保存した書類にどこからでもアクセスできる便利なサービスも、すべてはこの超高速通信が基盤となっています。近年急速に普及したリモートワークやオンライン授業も、光ファイバーがなければ実現は難しかったでしょう。
普段は何気なく使っているインターネットですが、その裏側では、髪の毛よりも細いガラスのトンネルの中を、光が全反射を繰り返しながら猛スピードで情報を運んでくれているのです。次にインターネットを使うときは、この光の壮大な旅路を少しだけ想像してみると、いつもの動画やウェブサイトが少し違って見えるかもしれません。
