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光ファイバのさまざまな種類の損失を減らす方法

Worton

翻訳者 ともや
2019年6月12日 に投稿された



銅より軽く、小さく、そしてより柔軟な光ファイバケーブルは、より長い距離にわたってより速い速度で信号を伝送することができます。しかしながら、多くの要因が光ファイバ伝送の性能に影響を及ぼし得ます。光ファイバの損失はそれらの間で無視できるほどの問題であり、それを解決するためにすべてのエンジニアにとって最優先事項でした。


光ファイバの損失を減らす方法

出力パワーが受信機の感度の範囲内にあることを保証し、時間とともに性能が劣化するのに十分なマージンを残すためには、光ファイバの損失を減らすことが不可欠の問題です。ファイバリンクの設計と設置における一般的な方法をいくつか紹介します。

 可能な限り同じ特性を持つ高品質のケーブルを適合させるようにしてください。 できるだけ資格のあるコネクタを選択してください。挿入損失が0.3dB以下、追加損失が0.2dB以下であることを確認してください。 接合箇所の数を最小にするために設定するのにディスク全  体を使用することを試みて下さい(単一ディスク500メートル以上)。 接合中は、処理および環境の要件に厳密に従ってください。 接続継手は、光漏れを防ぐことができるように、優れたパッチ結合および閉鎖結合を有しなければなりません。 コネクタの清浄度を確認してください。 設計を設計する際に、ファイバーケーブルを敷設するための最善の方法と方法を選択してください。 建設の品質を保証するために資格のある建設チームを選択して結成してください。 保護作業、特に雷保護、電気的保護、防錆および抗機械的損傷を強化してください。 高品質の熱収縮チューブを使用してください。


光ファイバのさまざまな種類の損失

光ファイバのさまざまな損失は、内因性または外因性の要因によるものです。信号損失またはファイバ損失とも呼ばれるファイバ減衰は、光ファイバ(マルチモードおよびシングルモードファイバ)の固有の特性の結果です。固有のファイバ損失とは別に、接続損失、パッチ接続、曲げなど、リンク損失に寄与する他の種類の損失が光ファイバ内にあります。

different types of losses in optical fiber

図1:光ファイバのさまざまな種類の損失

固有光ファイバ損失

光ファイバの吸収損失は、伝送中の光ファイバ損失の主な原因です。光子がガラスの成分、電子または金属イオンと相互作用すると、分子の共鳴および波長の不純物のために、光のパワーが吸収され、熱のような他の形態のエネルギーに伝達されます。

 分散損失は、ファイバに沿って移動するときの光信号の歪みの結果です。光ファイバ中の分散損失は、モード間またはモード内であり得ます。モード間分散は、マルチモードファイバのモード間の伝播遅延の違いによるパルスの広がりです。波長内で屈折率または伝搬定数が変化するため、モード内分散はシングルモードファイバ内で拡散するパルスです。

 光ファイバの散乱損失は、材料密度の微視的変動、組成の変動、構造の不均一性、製造上の欠陥によるものです。

light scattering

図2:組成変動による光の散乱

上記の3つの要因は、光ファイバにおける固有の減衰損失です。EIA/TIA-568規格によると、さまざまなファイバタイプのファイバ損失は次のとおりです。

ファイバのタイプ 波長 ファイバ損失
マルチモード 50/125 µm (OM2/OM3/OM4) 850 nm 3.5 dB/km
マルチモード 62.5/125 µm (OM1) 850 nm 3.5 dB/km
シングルモード 9 µm 1310 nm 0.4 dB/km
シングルモード 9 µm 1550 nm 0.3 dB/km

外因性光ファイバ損失

光ファイバスプライシングは、光ファイバのもう1つのタイプの損失です。2本の光ファイバを端と端をつないで接合することにより、スプライシングはそれを通過する光がバージンファイバー自体とほぼ同じくらい強いことを確実にすることを目的としています。しかし、接合がどれほど優れていても、接合損失は避けられません。マルチモードファイバの融着接続損失は0.1〜0.5dBであり、0.3dBが良好な平均値です。シングルモードファイバの場合、融着接続損失は通常、0.05dB未満であり得ます。

 光ファイバにおけるコネクタ損失または挿入損失は、伝送路または光ファイバへの装置の挿入から生じる光パワーの損失です。マルチモードコネクタは、0.2〜0.5 dB(0.3標準)の損失があります。工場出荷時のシングルモードコネクタの損失は0.1〜0.2 dBで、フィールド終端シングルモードコネクタの損失は0.5〜1.0 dB(0.75 dB、最大TIA-568の許容範囲)です。

 曲げは、不適切な光ファイバ処理によって発生する光ファイバ損失を引き起こす可能性がある一般的な問題です。2つの基本的な種類があります。1つはマイクロベンド、もう1つはマクロベンドです(下の写真を参照)。マクロベンディングとは、ファイバ内での大きな曲げを意味します(半径2 mm以上)。

dending losses in optical fiber


図3:光ファイバの曲げ損失

光ファイバ損失測定

「リンクバジェット」の計算にも使用される光ファイバの全損失を測定するときは、上記のタイプの損失をすべて考慮する必要があります。さらに、光パワーバジェットマージン(ファイバの経年劣化、偶発的な曲げおよびねじれなどによる)も重要です。ほとんどのシステム設計者は、3-10dBのロスバジェットマージンを追加します。もちろん、10Gマルチモードリンクのようにパワーバジェットが2 dB以下の場合、この規則は無関係です。 したがって、光ファイバの損失計算は次のようになります。

 リンクバジェット= [ファイバ長(km)* kmあたりのファイバ減衰量] + [スプライス損失*スプライス数] + [コネクタ損失*コネクタ数] + [安全マージン]

 これは、5つの接続(両端に2つのコネクタ、リンクのパッチパネルに3つの接続)と中央に1つのスプライスを持つ典型的な850 nm 2 kmマルチモードリンクの例です。損失予算マージンは5 dBです。したがって、このリンクの総光ファイバ損失は次のとおりです。

 [2 km*3.5 dB/km] + [1*0.3 dB] + [5*0.3 dB] + 5 dB = 12.3 dB.

ファイバパッチケーブルのさまざまな挿入損失に関するIEC規格

IEC規格は、各グレードのファイバパッチケーブルのコネクタ性能要件を紹介しています。これらの規格は、規制の範囲内で光ケーブルを最大限に活用するようにエンドユーザーと製造元をガイドします。ランダム嵌合コネクタのIEC 61753-1減衰によると、嵌合コネクタの挿入損失は4つの異なる等級に分類することができます。以下に各グレードのコネクタの性能特性を示します。

グレード 最大挿入損失 平均挿入損失
IECランダム嵌合グレードA ≤0.15 dB ≤0.07 dB
IECランダム嵌合グレードB ≤0.25 ≤0.12 dB
IECランダム嵌合グレードC ≤0.50 dB ≤0.25 dB
IECランダム嵌合グレードD ≤1.0 dB ≤0.50 dB

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