FTTH向けコンパクトPLC光スプリッタソリューション

パッシブ光ネットワーク（PON）システムは、Fiber To The Home（FTTH）構築における経済的な光ネットワークとして広く普及しています。 PONにおいて光ファイバを複数のユーザで共有するには、光信号を分岐する光スプリッタが不可欠です。 近年、光スプリッタの設置工事を簡略化するため、モジュールやコネクタを活用したプラグアンドプレイ構造が求められています。 また、スプリッタモジュールは屋外の工場に設置されるため、過酷な環境条件に耐える高い信頼性が重要な要件となります。 さらに、コンパクトさとコスト削減も重要な考慮事項です。 そこで、モジュールケースに優れた難燃性プラスチック樹脂を使用し、経済的に開発しました。 光スプリッタモジュールは優れた光学特性と十分な信頼性を有していることを確認しました。

 

 

1. 光スプリッタモジュールの紹介

 

PONシステムはFTTHの構築における光ネットワークとして経済的に普及してきました。 図1に示すように、PON方式では、電話交換局から1本の光ファイバで伝送される信号を複数のユーザで共有することができるため、加入者当たりのコストを削減できます。 Planar Lightwave Circuit (PLC) スプリッタである光スプリッタは、通信ネットワークにおける光信号の分岐を実現するための鍵であり、現在最大 32 の分割比機能を備えています (Fiber-Mart は最大 64 の分割比機能を提供できます)。

 

PONシステムの構成

 

光スプリッタの取り付けは、ラッチオンまたはスナップ方式を適用することで簡素化され、素早いプラグイン操作でプロセスを迅速化できます。 このプラグ アンド プレイ方式は、FTTH ネットワークの相互接続ポイントで一般的に適用されます (この方式により、裸の光ファイバーを管理するための特別なツールやスキルがなくても、光コンポーネントを現場で設置できます)。 このような単純な技術とモジュール設計を効果的に導入するには、コネクタ付きコンポーネントを光スプリッタの構造設計に統合することが不可欠です。 さらに、コネクタコードで終端されたモジュールの適用によりネットワークの柔軟性が実現され、ネットワークの再構成が容易になります。 さらに、FTTH PON アーキテクチャでは、光スプリッタを屋外に収容するのがファイバ ディストリビューション ハブ (FDH) の機能であるため、FDH は環境要因に対する高い信頼性を確保する上で重要です。 FDH 内のスペースの制約により、光スプリッタ モジュールの設計は小型化されます。 世界中で FTTH の導入が普及しているため、低コストのソリューションを開発する差し迫った必要性が求められています。 新しく開発された小型軽量の光スプリッターは、屋外環境条件に耐える従来の金属パッケージと同等の堅牢性を備えた難燃性プラスチック樹脂で作られていますが、コストは元の数分の1に抑えられています。 この記事では、1×16、1×32、および 2×32 波長分割多重 (WDM) 光スプリッター モジュールの開発について説明します。 特性と信頼性評価についてもこの記事で説明します。

 

 

2. 光スプリッタモジュールの構造

 

2.1. PLCタイプのスプリッター

 

図2に示すように、光ファイバは1×32 PLC型光スプリッタを介して32出力に分岐されています。 PLCチップは石英ガラスに光波回路を埋め込んだものです。 回路パターンは単一の入力を複数の出力チャンネルに分岐するように設計されています。 光ファイバーをPLCチップに紫外線照射により硬化した樹脂で接着します。 このインターフェイスは Telcordia GR-1209 および GR-1221 のテスト条件に準拠しているため、優れた信頼性が保証されています。 さらに、小型化を実現するために、このモジュールには曲げに強いシングルモードファイバー（SMF）が導入されています。

 

1x32 PLC スプリッター

 

2.2. 難燃性プラスチックパッケージ

 

開発した光スプリッタモジュールの構造を図3に示します。光スプリッタモジュールには曲げ半径15mmの曲げに鈍感なファイバを採用し、実装モジュールの大幅な小型化を実現しました。 外形寸法はL118mm×D87mm×H13mmで、曲げ半径30mmのSMFを利用した従来の光モジュールに比べて3/5のサイズとなる。 また、スプリッターパッケージの金属素材を難燃性プラスチック樹脂に変更したことにより、従来の金属パッケージに比べて重量が1/3に軽量化されました。

 

1x32 スプリッターの外部構造

 

図4に光スプリッタモジュールの内部構成を示します。 スプリッタ モジュールは光コネクタ ピグテールで終端されています。 2mmのファイバコードはケーブルリテーナに接着剤で固定されています。この構造により、最大68.6Nの引張強度に耐えられるように設計されています。また、光コードはルースチューブケーブルと同様の構造をしているため、光ファイバがケーブル内で自由に動きます。 コードは光コードの伸縮に影響を与え、いかなる拡張も行わないファイバーに永久的な張力がかかります。

 

1x32スプリッターの内部構造

 

ストレインリリーフブーツの構造を図5に示します。 ブーツは、曲げ半径を光ファイバーの限界の最小値、つまり 15 mm に制御するように設計されています。 これにより、ファイバーの曲げによってもたらされる減衰の増加が防止されます。 開発したフレキシブルブーツは、光コードを90°曲げて垂直に荷重を加えたときの曲げ半径を最小15mmに抑えるために、ブーツの硬さ、太さ、ブーツあたりのコード量などを設計検討しています。

 

ストレインリリーフブーツモデル

 

 

3. 光学性能と特性

 

3.1. FDHの機能

 

図 6 は、光スプリッタ モジュールを搭載した構成の FDH システムの外観を示しています。 ハブ、光コネクタ、光アダプタをパネル上に実装し、ラッチ機構により操作を容易にしました。 ピグテールはマンドレルを通してU字型にエレガントに管理されます。 このプラグアンドプレイ方式により、インストールが非常に簡単かつ効率的になります。

 

FDH にスプリッタ モジュールをインストール

 

3.2. 基本的な光学特性

 

1×16 および 1×32 スプリッタ モジュールは、上記のファイバ分配ハブに取り付けられるように製造されました。 FDH 内に空きポート (使用されていないポート) が存在すると、光信号が後方反射されます。 空きポートの端面からのリターンロスを防ぐために、SC コネクタは Angled Physical Contact (APC) インターフェイスに研磨されています。 以下のデータは、コネクタ ピグテールを含む光スプリッタ モジュールの光学特性を表にまとめたものです。

 

図 1 と 2 に示すヒストグラムは次のとおりです。 図７および図８は、それぞれ１×１６および１×３２光スプリッタモジュールの挿入損失性能を示す。 動作波長 1310 nm では、1×16 スプリッタの平均挿入損失は 13.23 dB ですが、1×32 スプリッタの平均挿入損失は 16.33 dB です。 同様に、1550 nm の動作波長では、1×16 および 1×32 スプリッタ モジュールの挿入損失はそれぞれ 13.10 dB と 16.22 dB です。 さらに、1×16 スプリッターの標準偏差は 0.29 dB ですが、1×32 スプリッターの標準偏差は 0.34 dB です。 同時に、この値は、波長 1550 nm で 1×16 スプリッタの場合は 0.23 dB、1×32 スプリッタの場合は 0.28 dB に減少します。

 

1x16 スプリッターの挿入損失

 

挿入損失以外の他の光学特性の性能を表 1 に示します。これらの結果は、挿入損失ヒストグラムに示されているように、均一性、反射減衰量、PDL 値などの特性において一貫して良好な性能を示しています。

 

光学特性測定

 

3.3. 温度依存損失

 

過去の実験結果から、光ピグテール コードで終端されたコンポーネントは、温度変化による挿入損失の変動の影響を受けやすいことが示されています。 コードの伸縮が内部の光ファイバーに及ぼす影響を遮断するために、光コードは光ファイバーが自由に動くように設計されており、コードの伸縮による外部応力を排除します。 図 9 は、-40 °C から +85 °C までの温度サイクル中の 1×32 光スプリッタ モジュールの挿入損失の変化を示しています。 32 個の出力ポートから得られた平均値、最小値、最大値を図 9 のグラフに示します。このグラフから、挿入損失が最大と最小のポート間の最大損失偏差は 0.17 dB です。 この結果は、開発された光スプリッタ モジュールの優れた安定性を明らかに示しています。

 

1x32 スプリッターの挿入損失の温度依存性

 

3.4. 波長依存の損失

 

1×32光スプリッタモジュールの波長依存損失を図10に示します。1260nmから1680nmまでの波長にわたる挿入損失の性能が測定されています。 再度、32 ポートからの平均損失と、波長に依存する最小および最大の損失がグラフに示されています。 平均偏差は 0.36 dB ですが、32 個のポートすべてからの最大偏差は 0.86 dB です。

 

1x32 スプリッターの挿入損失の波長依存性

 

これは、スプリッタ モジュールが広い波長スペクトルにわたって挿入損失の変動に回復力を示していることを証明しています。

 

この光スプリッタモジュールにはさまざまな光デバイスが収納されており、多機能となっています。 一例として、図 11 に示す 2×32 WDM 光スプリッタ モジュールと、図 12 に示すケーブル保持器の構造を示します。 WDM フィルターは 1×32 スプリッター モジュールの前に組み込まれており、構造に複数の波長を持たせることができます。

 

2x32 WDM スプリッター構成

 

図 13 は、2×32 WDM 光スプリッタ モジュールの波長依存損失を示しています。 WDM フィルタでは、1530nm ～ 1570nm の波長範囲は B ポートから送信され、その他の波長範囲は A ポートから送信されます。 A ポートと B ポートの波長依存損失は 32 本のファイバ間で均等に分割されるため、各ポートで優れた損失性能が得られます。

 

2x32 WDM スプリッターの挿入損失の波長依存性

 

 

4. 光スプリッタモジュールの信頼性

 

Th1×32 スプリッター モジュールの信頼性は、Telcordia GR-1209 および GR-1221 に規定された試験手順に従って評価されます。 1550 nm で測定した 1×32 スプリッタ モジュールのテスト条件と結果を表 2 に示します。測定した 32 個の出力ポートの平均値、最大値、最小値を表 2 に記録します。 サイドプルテストとケーブル保持力の結果 テストは、ケーブル コードに荷重を加えている間に監視される最大の現場データです。 一方、湿熱、温度サイクル、機械的衝撃、振動、水浸しの記録データには、試験条件の前後での挿入損失の変化が示されています。 この結果から、1×32 スプリッタ モジュールの信頼性が確認されました。

 

1x32 スプリッターの信頼性テスト

 

高温高湿テストの結果を図 14 に示します。光スプリッタのサンプルは、85 °C、相対湿度 85% で合計 2000 時間の保管を受けました。 100時間、168時間、500時間、1000時間、および2000時間の時点での挿入損失データが測定されました。 32 ポートの平均挿入損失、1550 nm で測定した最大および最小挿入損失がグラフに表示されます。 図 14 のグラフから、2000 時間後でも損失の変動は非常に小さいと結論付けられます。 光スプリッタ モジュールは、高温多湿の条件にさらされた場合でも良好な安定性を示しています。

 

挿入損失 湿熱試験時の損失の変化

 

さらに、光学部品やアクセサリーの難燃性要件を満たすために、UL-94 V-0に準拠した厚さ1.5mmの難燃性プラスチック材料を適用しました。 同様に、光ファイバーコードの外被もグレードV-0の難燃性PVCを使用しています。

 

 

5。結論

 

屋外設置に適した、優れた光学性能と厳しい環境条件に対する信頼性を誇る、コンパクトで経済的な光スプリッタの開発に成功しました。 上記の光スプリッタを設置するためのこのプラグ アンド プレイ設計により、簡単かつ迅速な設置が可能になり、同時に将来のネットワーク再構成に対する柔軟性が向上したため、この光スプリッタ モジュールは PON アーキテクチャ FTTH 導入に最適なソリューションとなっています。

 

 

6. FiberMART の光スプリッター モジュール ソリューション

 

Fiber-Mart の光スプリッタ モジュールには主に 3 つのパッケージがあります: 1U 19 インチ ラック マウント シャーシ、LGX カセット メタル ボックス、プラスチック ABS ピグテール モジュールです。

 

 

1U 19インチラックマウントシャーシ

LGXカセットメタルボックス

プラスチック ABS ピグテール モジュール