光ファイバーの減衰（損失）、減衰の原因と改善方法

光ファイバーの減衰（光ファイバーの損失）とは何ですか

光ファイバの減衰（光ファイバ損失）とは、光信号が光ファイバ内を伝送される際に、伝送距離が長くなるにつれてさまざまな要因により光の強度が徐々に低下する現象を指します。
減衰は、光ファイバーの主な伝送特性の 1 つです。
通常、光ファイバーの減衰と光ファイバーの損失という用語は同じ意味で使用されます。

 

減衰（損失）係数

通信プロセスを完了するには、光信号を送信するだけでなく、受信側で光信号を適切に受信し、正確に復調できなければならないことがわかっています。

ファイバーの減衰により、光信号は伝送中に徐々にエネルギーを失い、信号の品質と距離に影響を与えます。光信号を効率よく伝送するには、光ファイバの損失を可能な限り低減する必要があります。

私たちの目標は光ファイバーの損失を減らすことですが、どのくらい低いとはどの程度なのでしょうか?

ファイバーの減衰 (損失) を測定するにはどうすればよいですか?

光ファイバーの損失特性は、ファイバーの単位長さあたりの減衰を dB/km 単位で表す損失 (減衰) 係数によって測定できます。

= 10*log(ピン / ピン) / L

ここで、L はファイバの長さで、通常は基本長さ単位として km、Pin と Pout はそれぞれ入力光パワーと出力光パワーです。

一例です。

ファイバの長さは 100km、ファイバの入力光パワーは 100mW、出力光パワーは 1mW として、ファイバの減衰係数を計算します。

式: {{0}*log(100/1) / 100 を使用すると、ファイバー減衰係数が得られます: 0.2dB/km。

 

減衰（ロス）の原因と改善方法

光ファイバー内で光信号が伝送されると、散乱、吸収、欠陥などによりエネルギー損失が発生し、減衰が発生します。

 

まずは吸収損失

吸収損失は、光ファイバーの材料や不純物による光エネルギーの吸収によって引き起こされ、光エネルギーはファイバー内で消費される熱エネルギーの形で、光ファイバー損失の中で重要な損失であり、吸収損失には次のものが含まれます。

1、固有吸収損失

固有吸収損失はファイバー素材に固有の損失であり、避けられないものであり、ファイバーの損失限界を決定します。赤外線吸収や紫外線吸収など、石英材料自体に固有の吸収があります。

 

 

UV 吸収: 短波長範囲では、光ファイバー材料の電子が入射光エネルギーを吸収してより高いエネルギー レベルにジャンプし、入射光のエネルギー損失を引き起こします。紫外線吸収は電子ジャンプによって引き起こされ、700 ～ 1100nm の波長領域の光ファイバー通信に影響を与えます。
赤外線吸収: 長波長範囲では、光波がファイバー格子と相互作用し、光波エネルギーの一部が格子に伝達され、その振動が強化されて損失が発生します。赤外線吸収は分子振動によって引き起こされ、1500-1700nm の波長領域の光ファイバー通信に影響を与えます。

 

2、不純物吸収損失
不純物吸収損失は、光ファイバ材料に鉄、銅、クロムなどの不純物イオン、金属イオンが含まれており、含有量が多いほど、それらによって引き起こされる損失が大きくなり、短波長、長波長の影響に大きな影響を与えます。小さいほう。
高純度の光ファイバー材料を使用し、これらの金属イオンの含有量を厳密に制御することにより、損失が急激に減少する可能性があります。

もう 1 つは OH イオンです。OH イオンは光ファイバーの損失に大きな影響を与えます。 950nm、1240nm、1390nm付近の吸収損失ピーク、1390nmまでの吸収が最も深刻で、よく聞く「水ピーク」の吸収です。

 

 

第二に、散乱損失

散乱損失は、光ファイバの材料密度が均一でないことや、損失によるコアからの光パワーの漏洩などのファイバ導波路の構造欠陥が原因で発生します。

固有散乱は材料散乱の中で最も重要な散乱であり、損失パワーは伝播モードのパワーに線形関係があります。これは、材料の原子または分子、および材料の構造による屈折率の不均一性が原因であり、透過光波の散乱によって材料に微細な不均一性が生じます。この散乱は材料に固有のものであり、取り除くことができず、光ファイバ損失の下限値であるレイリー散乱がこのカテゴリに属します。

 

第三に、放射線損失

放射損失は、コア クラッドの界面に小さな構造変動が存在することによって発生します。この損失は、ファイバ内の導波路の不均一な構造によって引き起こされます。

ファイバ構造が不規則であると、伝送されたエネルギーの一部がファイバコアの外に放射され、放射モードとなり損失が増加します。

このロスは製造技術を向上させることで減らすことができます。

 

第四に、曲げ損失

曲げ損失は、光ファイバーの軸が曲がることによって生じる損失です。

直線オフセットの肉眼で見えるファイバー軸は、曲げまたはマクロ曲げと呼ばれます。

ファイバの曲げによりファイバ内でモード間の結合が発生し、エネルギーの伝播モードが放射モードまたは漏洩モードに結合すると、曲げ損失が発生します。この損失は、曲率半径が減少するにつれて指数関数的に増加します。

別のタイプの損失は、マイクロ曲げ損失と呼ばれる、ランダムなミクロンレベルの横方向変位状態を生み出すファイバー軸です。マイクロベンドの原因は、光ファイバの被覆、ケーブル、押出シース、設置およびその他のプロセスで、ファイバが過度の不均一な横圧力や縦方向の応力にさらされること、あるいは被覆層やジャケットの温度膨張による光ファイバ製造時に発生することです。光ファイバの係数が異なる等の原因となります。

曲げ損失については、光ファイバ回線は低曲げ損失ケーブルを使用するか、ケーブル敷設に関する業界標準仕様に厳密に従い、光ファイバケーブルの曲げ半径を合理的に制御して、曲げ損失をできる限り低減します。

 

当社は10年近く光ファイバーケーブル事業に特化しており、長期的なパートナーシップにより世界中で多くの著名な顧客を獲得してきました。当社の繊維にご興味がございましたら、お気軽にお問い合わせください。

 

 

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