光ファイバーの製造：プリフォーム、線引き、被覆、強度試験

通信用ファイバーは直径 125 µm のガラス糸で、野球のバットほどの大きさのプリフォームから毎秒数十メートルの速度で引き出され、1 秒に満たない時間で被覆され、販売前に全長にわたって 1 % ひずみまでの応力を掛けられます。この製造工程が、エンジニアが後で出会う数値の多くを説明します。モードフィールド径がなぜ ±0.4 µm という精度で規定されるのか、なぜベンダーが異なるファイバー間の接続点は損失が少し多くなるのか、なぜ施工時のひずみはプルーフテストの一部に制限されるのか、なぜ現代のファイバーは水素に対して安全なのか、なぜ 200 µm ファイバーには異なる融着機の設定が必要なのか。このページは原料の化学物質からスプールに至る工程をたどり、それが現場で何を意味するかで締めくくります。

材料

材料	役割
SiCl₄（四塩化ケイ素）	超高純度シリカの原料。火炎または炉内で酸化または加水分解され、SiO₂ のスートになる
GeCl₄ → GeO₂	屈折率を上げる — ほぼすべての通信用ファイバーのコアドーパント。レイリー散乱をわずかに増加させる
フッ素（SiF₄、C₂F₆、SF₆）	屈折率を下げる — 低屈折率クラッド、曲げ耐性 G.657 ファイバーのトレンチ、ピュアシリカコアファイバーのクラッドに使われる
POCl₃ → P₂O₅	粘度を下げる。MCVD のクラッドに使われる。ガラスを水素に敏感にする — 旧世代ファイバーが劣化しやすい理由の一つ
Al₂O₃、Er、Yb、Tm	増幅器やレーザー用の活性ファイバー。多孔質スートへの溶液ドーピングで添加される
Cl₂ と He	乾燥と焼結。塩素が OH を 1 ppb 未満まで除去し（低ウォーターピーク）、ヘリウムが多孔質体をパージする
UV 硬化型アクリレート	二層被覆: 柔らかい一次被覆（弾性率約 1 MPa）がガラスを緩衝し、硬い二次被覆（約 1 GPa）がそれを保護する
着色インク、リボンマトリックス	識別用（12 色）とリボン組立

プリフォーム製法

プロセス	しくみ	使用者	強み
MCVD（改良化学気相成長法、ベル研究所、1974年）	外部トーチで加熱される回転シリカ管の内側に蒸気を流し、すすを層ごとに堆積させる（クラッド、続いてコア）。管はつぶされて中実のロッドになる	ほとんどのメーカー、すべての特殊ファイバーメーカー	柔軟性: エルビウムドープ、偏波保持、分散補償ファイバーに対応。プリフォームサイズは中程度
PCVD（プラズマCVD法）	MCVD と似ているが、トーチの代わりにマイクロ波プラズマを使う。非常に薄い層を数千層堆積させる	グレーデッドインデックスマルチモードのメーカー	精密な屈折率プロファイル — OM3/OM4/OM5
OVD（外付け気相成長法）	火炎で生成したすすを回転するターゲットロッドに堆積させる（コア層から先に）。ロッドを抜き取り、多孔質体を Cl₂ 中で乾燥させてから焼結して透明なガラスにする	大量生産のシングルモードおよびマルチモード	非常に低い OH、大型プリフォーム、コアとクラッドを一つの工程で形成
VAD（気相軸付け法）	上方向に引き上げられる回転ロッドの先端にすすを成長させる。連続プロセス	大量生産のシングルモード	非常に長いプリフォーム、低 OH、高スループット
オーバークラッディング（RIC — ロッドインシリンダー法、スートオーバークラッド、スリーブ法）	屈折率プロファイル全体を担うコアロッドの周囲を、安価な合成シリカで囲む — 線引き時に融着させる円筒、または追加のすすを使う	すべてのメーカー	高価なドープガラスは体積のわずか数パーセントで済む

完成したプリフォームは直径 100–200 mm、長さ 1–3 m です。150 mm × 2 m のプリフォームからは 125 µm ファイバーが約 2 500–3 000 km 引き出せます。現代最大級のプリフォームでは 5 000 km を超える量が得られます。

線引き

工程	内容	数値
炉	プリフォームの先端が黒鉛またはジルコニアの誘導炉内で軟化する	1 900–2 100 °C
ネックダウンと線引き	溶融した先端から糸が引き出される。速度が直径を決める	20–40 m/s（1 200–2 500 m/min）、現代の線引きタワーはさらに高速
直径制御	レーザーゲージが被覆前のファイバーを測定し、キャプスタン速度にフィードバックする	規格は 125 ± 0.7 µm、実際には ±0.1 µm を達成
冷却	ヘリウムを満たした管がガラスを被覆可能な温度まで冷やす	1 m に満たない距離で数百 °C 低下
一次被覆	加圧ダイを通して柔らかいアクリレートを塗布し、UV ランプで硬化させる	約 190 µm まで
二次被覆	硬いアクリレート、硬化させる	標準 245 ± 10 µm、高密度ケーブル向けは 200 ± 10 µm
スピニング	線引き中にファイバーを時計回りと反時計回りに交互にねじり、複屈折軸を混合する	PMD 係数は 1980年代のファイバーの 0.5–2 ps/√km に対し < 0.1 ps/√km
キャプスタンと巻き取り	張力を制御しながらスプールに巻き取る	スプールあたり 25–50 km、タワーの高さは 20–40 m

着色ではインク層を追加する（または二次被覆自体に色を付ける）。リボンは 4–12 本の着色ファイバーをマトリックス樹脂で結合したもので、ロール可能リボンは間欠的に結合することでチューブ内に丸めて収納できます。

プルーフテストと品質保証

試験	方法（IEC 60793-1-xx）	G.652.D の規格値
プルーフテスト	全長にわたり毎メートル 0.69 GPa（100 kpsi、ひずみ約 1 %）の張力を ≥ 1 秒間かける（part 1-30）。海底用・特殊ファイバーは 1.38 GPa	その応力以下で破断するような欠陥はここで破断させ、埋設後に破断させない
幾何形状	クラッド径、非円形度、コア・クラッド同心度（part 1-20）	125 ± 0.7 µm；≤ 1 %；≤ 0.6 µm — コネクターと接続点の位置合わせがこれに左右される
減衰	1310/1550/1625 nm でのカットバック法（part 1-40）に加えスペクトルスキャン。すべてのスプールで均一性と点欠陥を OTDR で確認	標準 ≤ 0.35 / 0.21 / 0.23 dB/km；点欠陥 ≤ 0.05 dB
モードフィールド径	遠視野スキャン（part 1-45）	9.2 ± 0.4 µm at 1310 nm
カットオフ波長	part 1-44	ケーブル化カットオフ ≤ 1 260 nm
波長分散	位相シフト法（part 1-42）	λ₀ = 1 300–1 324 nm, slope ≤ 0.092 ps/(nm²·km)
PMD	part 1-48	リンク設計値 ≤ 0.20 ps/√km
マクロベンド損失	part 1-47	30 mm 半径で 100 回巻き ≤ 0.1 dB（1625 nm）
被覆	除去力 1.3–8.9 N（part 1-32）、被覆形状、カール	現場での被覆除去が安定する
水素による経年劣化	IEC 60793-2-50	曝露後の増加 ≤ 0.01 dB/km — 現代のファイバーは水素に対して安全

すべてのスプールには実測値のデータシートが添付されて出荷されます。ケーブルメーカーはスプール → ケーブル → ファイバー番号の対応を管理しています。受入検査の際にはそのファイバーデータシートを要求してください — それがあなたの線路の最初のベースラインになります（文書化とラベリング）。

特殊ファイバーと製造上の違い

ファイバー	製造上の違い	用途
曲げ耐性 G.657	コアの周囲にフッ素ドープのトレンチリングを形成する（MCVD/PCVD または OVD）	FTTH、高密度パネル、200 µm ケーブル
グレーデッドインデックスマルチモード OM3–OM5	放物線状（α ≈ 2）の屈折率プロファイルを持つ数千層。すべてのプリフォームで差動モード遅延（DMD）を測定	短距離 VCSEL リンク
エルビウムドープ（EDF）	焼結前に多孔質コアのスートを Er/Al 溶液に浸す。増幅器ごとに数メートルという短い長さ	EDFA
偏波保持（PANDA、ボウタイ）	プリフォームに穴を開けてホウ素ドープの応力付与ロッドを挿入する、または成形した応力領域を設ける	コヒーレントトランシーバー内部、センサー、ポンプコンバイナー
分散補償（DCF）	屈折率差の大きい小さなコアにより大きな負分散を生む	旧世代の 10G/40G 補償
ピュアシリカコア G.654	無添加コア、フッ素ドープクラッド。大きな実効断面積を持つ派生型（G.654.E）	海底および長距離コヒーレント伝送: 0.15–0.17 dB/km
ホローコア（NANF とその関連型）	シリカ毛細管をスタック・アンド・ドローして空気コアを形成する。光は 1.46 倍速く伝わり、非線形性もほぼない	遅延が重要なリンク、研究用途。2020年代には 0.2 dB/km を下回る損失が報告されている
マルチコア	125–200 µm クラッド内に 4–7 コア、積層プリフォームから線引きされる	空間分割多重、2020年代以降の海底システム
耐放射線	フッ素ドープのコアとクラッド、ゲルマニウムなし	原子力、宇宙、加速器
カーボンまたは金属コーティング	線引きタワー内でアクリレートの前に気密カーボン層を塗布する	石油・ガス業界、水素が多い環境や高温環境

ネットワークエンジニアにとっての意味

製造上の事実	現場への影響
MFD の規格が ±0.4 µm	異なるベンダーや年代のファイバー間の接続点では損失が 0.02–0.05 dB 余分に増えることがある。OTDR 上ではゲイナーやルーザーとして現れる（接続と終端処理）
プルーフテストは 1 % ひずみ	長期施工後のひずみはプルーフテストの 20 %（0.2 %）に、施工時は 60 % に制限される（信頼性と経年劣化）
同心度 ≤ 0.6 µm	コネクター損失はガラスではなくフェルールと研磨で決まる
スピニングは 1990年代後半から	2000年頃以降に製造されたファイバーであれば 100G コヒーレントが通る。1995年以前のファイバーは PMD 試験が必要（ファイバー特性評価）
低 OH 乾燥	1383 nm のウォーターピークが消え、E バンドの CWDM や 1625/1650 nm での監視が利用できる（減衰と伝送ウィンドウ）
200 µm 被覆	ケーブルを小型化できるが、ホルダー、ストリッパーの設定、クリーバーのクランプを合わせる必要がある。200/250 µm 混在の融着には適切なホルダーが必要
ケーブル化後の減衰 > ファイバー単体の減衰	設計にはファイバー値ではなく、ケーブルデータシートのケーブル化後の値を使う（ケーブル構造）
リボン	一括融着機、1回の融着で 12 心。識別はリボン内の位置で行う

CodingBox では

トランシーバーはファイバーがどう作られたかを一切知りませんが、SMF、OM3、OM4 の規定伝送距離は、これらの公差で作られたファイバー — G.652.D または表示された OM グレード — を前提にしています。 CodingBox はそれらの長さフィールドを表示します。特殊なファイバー（G.654、G.653、ホローコア）では規定距離が当てはまらず、リンクバジェットはそのファイバー自身のデータシートから組み立てる必要があります（Check transceiver、ファイバー種別）。

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