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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ケーブルは、より高速かつ長距離の信号伝送を可能にします。しかし、光ファイバー伝送の性能には多くの要因が影響を及ぼします。中でも光ファイバーにおける損失は無視できるほど小さな問題であり、あらゆるエンジニアにとって、その問題に取り組み、解決策を見出すことが最優先事項となっています。
光ファイバーを伝搬する光は、距離が進むにつれてパワーを失います。パワー損失は光の波長と伝搬する材料に依存します。石英ガラスの場合、短波長側で最も減衰が大きくなります（図1参照）。損失が最も小さいのは1550nmの波長で、この波長は長距離伝送によく使用されます。
光ファイバーによる光伝送は100%効率的ではありません。これには、コアとクラッドによる吸収（不純物の存在による）やクラッドからの光の漏れなど、いくつかの理由があります。光がクラッドとコアの界面で反射する場合、実際にはクラッド内を短い距離移動してから反射して戻ってきます。これにより、マルチモード光ファイバーでは最大2db/kmの減衰（信号低下）が発生します。例えば、このレベルの減衰では、光が10kmのケーブルを伝送した場合、次の端に到達する信号はわずか10%にしかなりません。
特定のケーブルにおける減衰量も波長に依存します。図1は、マルチモードケーブルとシングルモードケーブルという2種類の主要な光ファイバーの減衰プロファイルを示しています（詳細は後述）。1000nmの吸収ピークはシングルモード光ファイバーの特性によるもので、1400nmの吸収ピークは光ファイバー内に不純物として残留する微量の水分によるものです。この水分吸収ピークのため、現在では1310nmと1550nmという2つの標準的なシングルモード波長が使用されています。1310nmは長年にわたり標準波長として使用されてきましたが、近年では中継器間の距離を延長する必要性から、1550nmの使用が主流となっています。
光ファイバーにおける光パワーの損失はデシベル（dB）で測定されます。光ファイバーケーブルの仕様では、ケーブル損失は1kmあたりの減衰量（dB/km）として表されます。この値に光ファイバーの全長（km）を乗じることで、光ファイバーの総損失（dB）が算出されます。
光ファイバーの光損失は、外的損失と内的損失に分類できるいくつかの要因によって引き起こされます。
● 外因性
● 曲げ損失
● スプライスとコネクタの損失
● 本質的
● 光ファイバー特有の損失
● ファイバー製造による損失
図 1. 光ファイバーの動作波長。
● フレネル反射
曲げ損失。曲げ損失は、光ファイバーケーブルの最小曲げ半径よりもきつい曲げ部分で発生します。また、以下のような要因によって、より小さな範囲で曲げ損失が発生することもあります。
●ファイバーコア の鋭い曲線
● バッファまたはジャケットの欠陥によって生じる数ミリメートル以下の変位
● 不適切な設置方法
この光パワー損失はマイクロベンディングと呼ばれ、長距離では大きな値に達する可能性があります。
接続とコネクタの損失。接続損失はあらゆる接続箇所で発生します。メカニカルスプライスは通常、損失が最も大きく、接続の種類に応じて0.2 dBから1.0 dBを超える範囲になります。融着接続は損失が低く、通常0.1 dB未満です。優れた機器と経験豊富な接続作業員であれば、通常0.05 dB以下の損失を実現できます。損失が大きい原因としては、以下を含むいくつかの要因が考えられます。
● 切り込みが悪い
● ファイバーコアのずれ
● エアギャップ
● 汚染
● 屈折率の不一致
● コア径の不一致などが挙げられます。
光ファイバーコネクタにおける損失は通常0.25dBから1.5dB以上の範囲で、使用するコネクタの種類に大きく依存します。接続損失に影響を与えるその他の要因としては、以下のものが挙げられます。
● コネクタの汚れや汚染物質（非常に一般的）
● コネクタの不適切な取り付け
● コネクタ面の損傷
● 下手なスクライブ（切り裂き）
● ファイバーコアの不一致
● ファイバーコアの位置ずれ
● 屈折率の不一致
光ファイバー固有の損失。光ファイバーの製造工程で除去できない光損失は、ガラス内の不純物と分子レベルでの光吸収によるものです。光学密度、組成、分子構造の変動による光損失はレイリー散乱と呼ばれます。これらの変動や不純物に遭遇した光線は、様々な方向に散乱し、失われます。
光ファイバーにおける分子レベルでの光吸収は、主に水分子（OH-）などのガラス中の汚染物質によるものです。光ファイバーへのOUT分子の侵入は、経年劣化による減衰の増加に寄与する主な要因の一つです。シリカガラス（SiO2）の分子共鳴吸収も、光損失の一因となります。
図1は、シリカガラス光ファイバの正味減衰量と、850nm、1310nm、1550nmにおける3つの光ファイバ動作波長域を示しています。長距離伝送には、1310nmまたは1550nmの波長域が使用されます。1550nmの波長域は、1310nmよりもわずかに減衰量が小さくなります。850nmの波長域は、短距離で低コストの伝送によく使用されます。
光ファイバー製造に伴う損失。製造工程における不規則性は、光線の損失につながる可能性があります。例えば、コア径が0.1%変化すると、1キロメートルあたり10dBの損失が発生する可能性があります。損失を最小限に抑えるには、光ファイバーの製造工程全体を通して、高精度な許容誤差を維持する必要があります。
フレネル反射。フレネル反射は、屈折率が変化する媒質境界で発生し、入射光線の一部が最初の媒質に反射されます。光ファイバーの端面はこの現象の好例です。空気中から光ファイバーのコアに向かう光は、コア内で屈折します。しかし、光の一部、約4%は空気中に反射されます。反射量は、次の式で推定できます。
光ファイバーコネクタでは、反射光は光時間領域反射率計（OTDR）のトレースで簡単に確認できます。トレース上には大きな上向きのスパイクとして現れます。この反射光はレーザーを使用する場合に問題を引き起こす可能性があるため、最小限に抑える必要があります。
反射光は、より高品質なコネクタを使用することで低減できます。「PC」（Physical Contact）または「APC」（Angle Physical Contact）の表記があるコネクタは、この反射を最小限に抑えるように設計されています。
光ファイバーの損失を減らすにはどうすればいいですか?
出力パワーが受信機の感度範囲内に収まり、かつ時間経過に伴う性能劣化に対して十分な余裕を確保するためには、光ファイバーの損失を低減することが不可欠です。ここでは、光ファイバーリンクの設計と設置における一般的なアプローチをいくつかご紹介します。
● できる限り同じ特性を持つ高品質のケーブルを使用してください。
● 可能な限り、適合コネクタを選択してください。挿入損失は0.3dB未満、追加損失は0.2dB未満である必要があります。
● ジョイントの数を最小限に抑えるために、ディスク全体を使用して構成するようにしてください（単一のディスクは 500 メートル以上）。
● 接合作業中は、処理および環境要件を厳守してください。
● 接続ジョイントは光漏れを防ぐために優れたパッチと密閉結合を備えている必要があります。
● コネクタが清潔であることを確認し
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