光ファイバー ケーブルの信号損失、減衰、分散

マルチモードおよびシングルモード光ファイバー ケーブルの信号損失

マルチモード光ファイバーは、直径が十分に大きいため、光線が内部で反射します(ファイバーの壁に当たって跳ね返る)。マルチモード光ファイバーのインターフェイスには、通常、光源として LED が使用されています。ただし、LED はコヒーレントな光源ではありません。さまざまな波長の光をマルチモード光ファイバーに送り込むため、光はさまざまな角度で反射します。光はマルチモード光ファイバー内をジグザグに進み、それが信号分散の原因となります。ファイバー コア内を進む光がファイバーのクラッドに入ると、高次モード損失が発生します。以上の要因が相まって、マルチモード光ファイバーの伝送距離はシングルモード光ファイバーよりも短くなります。

シングルモード光ファイバーは直径が小さく、光線は 1 つのレイヤーを通してのみ内部反射します。シングルモード光ファイバーのインターフェイスには、光源としてレーザーが使用されています。レーザーが生成する光の波長は単一であり、光はシングルモード光ファイバー内を直線状に進みます。マルチモード光ファイバーと比較して、シングルモード光ファイバーは帯域幅が広く、より長い距離にわたって信号を伝送できます。

最大伝送距離を超えると、著しい信号損失が発生する可能性があり、伝送の信頼性が低下します。

光ファイバー ケーブル内の減衰と分散

光データ リンクが正しく機能するかどうかは、受信機に到達する光が、適切に復調できるほど十分な強度を持っているかどうかにかかっています。 減衰 は、光信号の送信時に発生する光強度の低減を意味します。減衰は、ケーブル、ケーブル スプライス、コネクターなどのパッシブ メディア コンポーネントが原因で発生します。光ファイバーは他のメディアよりも減衰が著しく低下しますが、それでもマルチモードおよびシングルモード両方の伝送で減衰が発生します。効率的な光データ リンクを実現するには、減衰を克服するのに十分な光が必要です。

分散 とは、時間の経過に伴い信号が拡散することです。次の 2 種類の分散が光データ リンクに影響する可能性があります。

• 色分散 - 光線の速度が異なることで、時間の経過に伴い信号が分散することです。

• モード分散—ファイバーの伝搬モードが異なることで生じる、時間の経過に伴い信号が分散することです。

マルチモード伝送の場合、通常、色分散や減衰ではなく、モード分散が最大ビット レートとリンクの長さを制限します。シングルモード伝送の場合、モード分散は要因となりません。ただし、ビット レートが高くなり、距離が長くなると、モード分散ではなく、色分散が最大リンク長を制限します。

効率的な光データ リンクを実現するには、受信機が仕様通りに動作する上で最低限必要とする強度を超えた光が必要です。さらに、総分散が、Telcordia Technologies ドキュメント GR-253-CORE(Section 4.3)および ITU(International Telecommunications Union)ドキュメント G.957 がそのタイプのリンクに関して指定している制限内でなければなりません。

色分散が許容限度に達した場合、その影響はパワー バジェット内のパワー ペナルティーと見なすことができます。光パワーバジェットでは、コンポーネント減衰、パワーペナルティー(分散によるペナルティーを含む)、予期しない損失に対する安全マージンの合計を考慮する必要があります。