光ファイバーアダプターで光ファイバーの正確な接続を実現するには？

2本の光ファイバを接続した場合、2本の光ファイバの位置、形状、構造の違いにより、一方の光ファイバからもう一方の光ファイバへのエネルギーが100%になることはありません。 つまり、接続が失われます。 接続損失を最小限に抑えるには、2 本のファイバーが正確に位置合わせされている必要があります。 光ファイバーアダプターの主な機能は、2 本の光ファイバーを迅速に接続し、光信号が連続して光路を形成できるようにすることです。 そして、光ファイバーアダプターはどのようにして光ファイバーの正確な接続を実現しているのでしょうか？

 

光ファイバーアダプターには多くの種類がありますが、光ファイバー間の正確な位置合わせは 2 つの要素に依存します。 1 つは正確な内径、外径、同心度を備えたセラミックフェルールで、もう 1 つはスリット付きセラミックスリーブです。 セラミックスリーブは非常にスマートなデザインです。

 

2 つの光フェルールがセラミック スリーブを通してどのように正確に位置合わせされているかがわかります。 セラミックスリーブの内径はフェルールの外径よりわずかに小さいです。 スリーブにスリットがあるのでファイバを挿入できます。 拡張されたスリーブは 2 つのフェルールを締め付けて、正確な位置合わせを実現します。

シングルモードファイバSMFのコア径はわずか8～10μm程度であり、接続損失を低く抑えるためには2本のファイバを正確に位置合わせする必要があります。 シングルモード ファイバ アダプタの場合、2 本のファイバ間の横方向の位置ずれは 0.5um 未満である必要があります。

 

ただし、ファイバ接続には、単なる正確な位置合わせだけでは十分ではありません。 光は 2 つの異なる媒体間の界面で反射して戻ることがわかっています。 1.55um での石英ファイバーの屈折率は約 1.455 であるため、ファイバーの端面での反射エコー BR は 3.4% になります。 後方反射光は通信システムの安定性に影響を及ぼし、同時に各石英ガラスと空気の境界面で約 0.15dB の挿入損失が発生します。 したがって、各ファイバ コネクタの損失は 0.3dB 増加します。

 

通常、反射エコーを減らすために端面に反射防止コーティングを施します。 ただし、光ファイバーアダプターではコーティングの問題は考慮されていません。 まず、AR コーティングによりアダプターのコストが高くなります。 第二に、ファイバー接続が固定されていないため、挿入と取り外しを繰り返すと AR コーティングが損傷します。 では、ファイバ端面にARコーティングを施し、ファイバ端面が接触しないようにすることはできるのでしょうか？

 

2 本の光ファイバが突き合わされている場合、50um という短い長手方向の距離によってほぼ 1dB の損失が発生しますが、これは光ファイバ通信システムでは許容できないものです。 したがって、2つのファイバが接触している必要があり、ファイバの端面をコーティングすることはできないという合意に達しました。 反射エコーは 2 つの異なる媒体間の界面で発生し、ファイバー端面間の空気を排出して、媒体が融合しているかのように 2 つのファイバー端が物理的接触 (PC) になるようにする必要があります。 光ファイバはセラミックフェルールの中央に固定されているため、セラミック表面の粗さは光ファイバ間の物理的接触に影響を与えます。 光ファイバ間の物理的接触を確実にするために、通常、フェルールの表面は球面に研磨されます。 光ファイバの端面は球面の頂点に位置する。 これは、光ファイバーアダプターの 2 番目のスマートなデザインです。

 

図1に示すように、フェルールをスリーブに挿入し、圧力がかかるとフェルールの端面が変形し、この端面の変形により光ファイバ間の物理的接触が確保されます。 物理的接触は端面の変形に依存しており、セラミックは耐摩耗性とある程度の弾性を併せ持つため、ガラスではなくフェルールの材料として選択されます。

 

光ファイバー間の物理的接触により、ファイバー接続点の損失を確実に低く抑えることができますが、リターンロス RL は 55dB までしか達しません。 より高い RL を必要とする一部のアプリケーションでは、光ファイバー コネクタの端面が特定の角度に研磨されます。これは、ベベル フィジカル コンタクト APC と呼ばれます。 ファイバ端面は通常 8° の傾斜に研磨され、RL はさらに 36dB 増加する可能性があるため、APC コネクタの合計 RL は通常 65dB より大きくなります。

 

光ファイバアダプタは、光ファイバ通信システムにおける最も基本的な光受動デバイスです。 光ファイバ コネクタに対するシステムの基本的な技術要件には、低い挿入損失 IL と高いリターン ロス RL が含まれます。 つまり、可能な限り低い反射エコー BR です。 ただし、最も広く使用されている光パッシブデバイスとして、そのコストと接続の利便性は技術指標と同じくらい重要です。