シングルモード光ファイバー

一般的なシングルモードファイバーの構造：
  1. コア直径8～9μm
  2. クラッド径125μm
  3. バッファー直径250μm
  4. ジャケット直径900μm

光ファイバー通信において、シングルモード光ファイバー（基本モードまたはモノモードとも呼ばれる）[ 1 ]は、単一の光モード（横モード）のみを伝送するように設計された光ファイバーです。モードは、マクスウェル方程式と境界条件を組み合わせることで得られる、波のヘルムホルツ方程式の可能な解です。これらのモードは、波が空間を伝わる方法、つまり波が空間でどのように分布するかを定義します。波は同じモードであっても、周波数が異なる場合があります。これはシングルモードファイバーの場合で、異なる周波数の波であっても同じモードであるため、空間に同じように分布し、単一の光線が得られます。光線はファイバーの長さ方向に平行に進みますが、電磁振動がファイバーの長さ方向に垂直（横方向）に発生するため、横モードと呼ばれることがよくあります。2009年のノーベル物理学賞は、シングルモード光ファイバーに関する理論的研究により、チャールズ・K・カオに授与されました。 [ 2 ]標準G.652とG.657は、最も広く使用されているシングルモード光ファイバーの形式を定義しています。[ 3 ]

歴史

1961年、エリアス・スニッツァーはアメリカン・オプティカル社で働いていた際に、アメリカ光学会誌にシングルモードファイバーの包括的な理論的記述を発表しました。[ 4 ] [ 5 ]

コーニング・ガラス・ワークス（現コーニング社）において、ロバート・マウラー、ドナルド・ケック、ピーター・シュルツは、極めて純度の高い材料であるフューズドシリカの開発に着手した。フューズドシリカは融点が高く屈折率が低いため、この性質を改良した。彼らは気相から精製した材料を堆積させることで円筒形のプリフォームを作製し、慎重に制御された量のドーパントを加えることで、コアの屈折率をクラッドの屈折率よりわずかに高くしつつ、減衰率を劇的に上昇させることはなかった。1970年9月、彼らは633ナノメートルのヘリウム-ネオン線における減衰率が20 dB/km未満のシングルモード光ファイバーを開発したと発表した。[ 6 ]

特徴

マルチモード光ファイバーとは異なり、シングルモード光ファイバーはモード分散を示しません。これは、光ファイバーの断面積が非常に小さいため、最初のモードのみが伝送されるためです。そのため、シングルモード光ファイバーは、マルチモード光ファイバーよりも長距離にわたって各光パルスの忠実度を維持するのに優れています。これらの理由から、シングルモード光ファイバーはマルチモード光ファイバーよりも高い帯域幅を実現できます。シングルモード光ファイバー用の機器はマルチモード光ファイバー用の機器よりも高価ですが、シングルモード光ファイバー自体は通常、バルクで購入すると安価になります。

ファイバースコープで撮影したシングルモード光ファイバーパッチコード端面の断面。最も外側の円はクラッド層で、直径125μm  。断面には線状の破片が見られ、照明によって光って見えます。

一般的なシングルモード光ファイバーのコア径は 8 ～ 10.5  μm [ 7 ]、クラッド径は 125 μm です。分散シフト光ファイバーや非ゼロ分散シフト光ファイバーなど、特殊な特性を持たせるために化学的または物理的に加工された特殊なタイプのシングルモード光ファイバーも多数あります。 データ速度は偏波モード分散と色分散によって制限されます。 2005 年の時点では、市販のトランシーバー ( Xenpak ) を使用すると、80 km (50 mi) を超える距離で最大 10 ギガビット/秒のデータ速度が可能でした。最先端のDWDM光システムは、光増幅器と分散補償デバイスを使用することで、 10 Gbit/sで数千キロメートル、40 Gbit/sで数百キロメートルに及ぶことができます。

対象波長における最低次境界モードは、光ファイバーによって課される境界条件（コア径とコアおよびクラッドの屈折率によって決まる）に対するマクスウェル方程式を解くことで確定されます。最低次境界モードに対するマクスウェル方程式の解は、光ファイバー内に直交偏光場のペアを許容することになり、これは通信用光ファイバーでは一般的なケースです。

ステップインデックスガイドでは、正規化周波数Vが2.405以下の場合にシングルモード動作が発生します。べき乗法則プロファイルの場合、正規化周波数Vが約2.405以下の場合 にシングルモード動作が発生します。

2.405グラム+2グラム{\displaystyle 2.405{\sqrt {\frac {g+2}{g}}}}、

ここで、gはプロファイル パラメーターです。

実際には、直交偏光は縮退モードと関連付けられていない可能性があります。

OS1とOS2は、標準的な9/125 μmシングルモード光ファイバーです。どちらも波長1310 nmと1550 nmで使用されます。OS1の最大減衰量は1 dB/km、OS2の最大減衰量は0.4 dB/kmです。OS1はISO/IEC 11801 [ 8 ]で定義され、 OS2はISO/IEC 24702 [ 9 ]で定義されています。

コネクタ

光ファイバコネクタは、接続/切断機能が必要な光ファイバを接続するために使用されます。コネクタの基本ユニットはコネクタアセンブリです。コネクタアセンブリは、アダプタと2つのコネクタプラグで構成されます。光コネクタの製造には高度な研磨および調整手順が組み込まれる場合があるため、コネクタは通常、サプライヤーの製造施設で光ファイバに組み立てられます。ただし、クロスコネクトジャンパーを適切なサイズに製造する場合など、組み立てと研磨の作業は現場で行うこともできます。

光ファイバーコネクタは、電話会社の電話局、顧客構内設備、および屋外設備で使用されています。その用途には以下が含まれます。

  • 中央局の電話設備と機器間の接続を確立する
  • 光ネットワークユニット（ONU）やデジタルループキャリア（DLC）システムなどのリモートおよび屋外プラントの電子機器にファイバーを接続する
  • 中央局の光クロスコネクト
  • 屋外設備のパッチパネルは、建築上の柔軟性を提供し、異なるサービスプロバイダに属するファイバーを相互接続します。
  • カプラ、スプリッタ、波長分割多重装置（WDM）を光ファイバーに接続する
  • テストおよびメンテナンスのために光テスト機器をファイバーに接続します。

屋外設備の用途では、コネクタを地下のエンクロージャ内に設置する場合があります。これらのエンクロージャは、浸水の危険性がある地下壁や電柱に設置されます。これらのエンクロージャは、密閉型の場合もあれば、「自由呼吸型」の場合もあります。密閉型エンクロージャは、破損しない限り、内部のコネクタが温度変化の影響を受けることを防ぎます。自由呼吸型のエンクロージャは、温度と湿度の変化、そして結露や、空気中の細菌や昆虫などによる生物学的作用の影響を受ける可能性があります。地下設備内のコネクタは、それらを包むエンクロージャが破損したり、不適切に組み立てられたりした場合、地下水に浸水する可能性があります。

光ファイバー コネクタに関する最新の業界要件は、Telcordia GR-326 (シングルモード光コネクタおよびジャンパー アセンブリの一般要件)に記載されています。

マルチファイバー光コネクタは、複数の光ファイバーを同時に接続するように設計されており、各光ファイバーは他の 1 本の光ファイバーとのみ接続されます。

定義の最後の部分は、多心光ファイバーコネクタとカプラなどの分岐部品を混同しないようにするために追加されています。分岐部品は、1本の光ファイバーを2本以上の光ファイバーに接続します。

多芯光ファイバコネクタは、複数の光ファイバを迅速かつ繰り返し接続・切断する必要があるあらゆる用途向けに設計されています。用途としては、通信会社の中央局（CO）、顧客構内設備、屋外設備（OSP）などがあります。

多心光コネクタは、光ファイバー試験用の低コストスイッチの作成に使用できます。また、ユーザーに納品されるケーブルに、あらかじめ終端処理された多心光ファイバージャンパーを装着した状態で提供することもできます。これにより、現場での融着接続の必要性が軽減され、通信ネットワークへの光ファイバーケーブル敷設にかかる時間を大幅に短縮できます。その結果、ケーブル敷設業者のコスト削減につながります。

マルチファイバー光コネクタに関する業界要件は、GR-1435「マルチファイバー光コネクタの一般要件」に記載されています。

光ファイバースイッチ

光スイッチは、伝送媒体中の光信号を選択的に送信、リダイレクト、またはブロックする2つ以上のポートを備えたコンポーネントです。[ 10 ] Telcordia GR-1073によれば、光スイッチは状態を選択または変更するために作動させる必要があります。作動信号（制御信号とも呼ばれる）は通常電気的ですが、原理的には光または機械的なものでも構いません。（制御信号の形式はブール値で独立した信号である場合もあれば、光作動の場合は制御信号が入力データ信号にエンコードされている場合もあります。スイッチの性能は、一般的にコンポーネントの通過帯域内の波長に依存しないことが意図されています。）

四重クラッドファイバー

光ファイバーにおいて、四重クラッドファイバーは4つのクラッド層を持つシングルモード光ファイバーです。[ 11 ]各クラッド層の屈折率はコア層の屈折率よりも低く、それぞれの相対屈折率はコアからの距離の順に、最低、最高、低い、高いの順になります。

四重クラッド光ファイバーは、マクロベンディング損失が非常に低いという利点があります。また、ゼロ分散点が2つあり、単一クラッド光ファイバーや二重クラッド光ファイバーよりも広い波長範囲にわたって、分散が中程度に低いという利点があります。

参照

参考文献

引用

  1. ^ Tricker, R. (2003). 「電力システムにおける光ファイバー」.電気技術者のための参考書. doi : 10.1016/B978-075064637-6/50037-X . ISBN 978-0-7506-4637-6. p. 37/4:シングルモード ファイバー (基本ファイバーまたはモノモード ファイバーとも呼ばれます)...
  2. ^ノーベル賞受賞理由http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/kao-facts.html
  3. ^ FS.COM (2015年12月29日). 「G.652ファイバーとは？ G.652 vs G.652.D、G.652 vs G.655」 .ブログ. 2019年11月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年11月13日閲覧。
  4. ^ 「エリアス・スニッツァー | 追悼 | 光学会」。
  5. ^ Souci, Tiffany San. 「光ファイバーの歴史」 . www.m2optics.com .
  6. ^ 「光ファイバーの歴史 | Jeff Hecht」www.jeffhecht.com。
  7. ^ ARC Electronics (2007年10月1日). 「光ファイバーケーブルチュートリアル」 . 2018年10月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年7月25日閲覧。
  8. ^ "ISO/IEC 11801:2002" . ISO。
  9. ^ "ISO/IEC 24702:2006" . ISO。
  10. ^ GR-1073-CORE、シングルモード光ファイバースイッチの一般要件、 Telcordia。
  11. ^パブリックドメイン この記事には、連邦規格1037Cのパブリックドメイン資料が含まれています。一般調達局。2022年1月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。

出典

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