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光ファイバー伝送は、銅線や無線伝送などの他の伝送方法に比べて様々な利点があります。銅線よりも軽量、小型、そして柔軟性に優れた光ファイバーは、より高速で長距離の信号伝送が可能です。しかし、光ファイバーの性能には多くの要因が影響を及ぼします。光ファイバーの優れた安定した性能を確保するには、多くの点を考慮する必要があります。その中でも光ファイバーの損失は無視できるほど小さな問題であり、多くのエンジニアにとって光ファイバーの選定と取り扱いにおいて最優先事項となっています。この記事では、光ファイバーの損失について詳しく説明します。
光ファイバー内の光
信号を運ぶ光線が光ファイバーのコアを通過すると、光の強度が低下します。つまり、信号強度が弱くなります。この光パワーの損失は、一般的に光ファイバー損失または減衰と呼ばれます。この電力レベルの低下はdBで表されます。伝送中に何らかの事象が発生し、光ファイバー損失が発生します。光信号をスムーズかつ安全に伝送するには、光ファイバー損失を低減する必要があります。光ファイバー損失の原因は、光ファイバーの内部要因と外部要因の2つに分けられます。これらは、光ファイバーコアの固有減衰と外部減衰とも呼ばれます。
固有のファイバーコア減衰
光ファイバー損失は、光ファイバー自体によって引き起こされる内部的な要因であり、通常は固有減衰とも呼ばれます。固有減衰には主に2つの原因があります。1つは光吸収、もう1つは散乱です。
光吸収は、光伝送における光ファイバー損失の主な原因です。光は光ファイバーの材料によってファイバー内で吸収されます。そのため、光吸収は材料吸収とも呼ばれます。実際には、光エネルギーは分子共鳴や波長不純物の影響で吸収され、熱などの他のエネルギー形態に変換されます。原子構造はあらゆる純粋材料に存在し、特定の波長の放射線を吸収します。完全に純粋な材料を製造することは不可能です。そのため、光ファイバーメーカーは、光ファイバーコアの性能を最適化するために、ゲルマニウムなどの材料に純粋なシリカをドープすることを選択します。
散乱は光ファイバー損失のもう一つの大きな原因です。これは、ガラス構造における分子レベルの凹凸によって引き起こされる光の散乱を指します。散乱が発生すると、光エネルギーはあらゆる方向に散乱されます。そのうちの一部は前方方向へ進み続けます。そして、前方方向に散乱されなかった光は、下図に示すように光ファイバーリンク内で失われます。したがって、散乱による光ファイバー損失を低減するには、光ファイバーコアの欠陥を除去し、光ファイバーコーティングと押出成形を慎重に制御する必要があります。
光吸収や散乱といった光ファイバコアの固有減衰は、光ファイバ損失の原因の一つに過ぎません。光ファイバの外因的減衰も非常に重要です。外因的減衰は通常、光ファイバの不適切な取り扱いによって引き起こされます。外因的減衰には、主に曲げ損失と接続損失の2種類があります。
曲げ損失は、光ファイバーの不適切な取り扱いによって発生する一般的な問題です。文字通り、光ファイバーの曲げによって引き起こされます。曲げ損失には2つの基本的な種類があります。1つはマイクロベンディング、もう1つはマクロベンディング（上図参照）です。マクロベンディングとは、光ファイバーの大きな曲げ（半径2mm以上）を指します。光ファイバー損失を低減するには、以下の曲げ損失の原因に注意する必要があります。
1.ファイバーコアが軸から外れている。
2.製造上の欠陥
3.ファイバー敷設プロセス中の機械的制約。
4.温度、湿度、圧力の変化などの環境変動。
光ファイバーの接続は、外因性光ファイバー減衰の主な原因の一つです。光ファイバーネットワークでは、光ファイバー同士を接続することが避けられません。接続による損失は避けられませんが、適切な取り扱いをすることで最小限に抑えることができます。高品質の光ファイバーコネクタと融着接続を使用することで、光ファイバー損失を効果的に低減できます。
上の図は、光ファイバーにおける損失の主な原因を示しています。損失には様々な種類があります。光ファイバーのコア減衰を低減するには、適切な光ファイバーと光部品を選択する必要があります。光ファイバーの外部減衰を最小限に抑えるには、適切な取り扱いと技術を適用する必要があります。
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