光ファイバー通信のメリット:
●大容量通信
●中継距離が長い
●電磁波障害がありません。
● 豊富なリソース
●軽量・小型です。
光通信の歴史
2000 年以上前、標識灯や手旗信号
1880年、光電話・無線光通信
1970年、光ファイバー通信
● 1966 年、「光ファイバーの父」Gao Yong 博士が初めて光ファイバー通信のアイデアを提案しました。
● 1970年、ベル・ヤン研究所のリン・ヤンションは、室温で連続動作できる半導体レーザーを開発した。
● 1970 年、Corning の Kapron は 20dB/km ファイバーの損失を出しました。
● 1977 年、シカゴ初の 45Mb/s 商用回線。
電磁スペクトル
通信帯域分割と対応伝送メディア
光の屈折・反射と全反射
物質によって光の進み方が異なるため、ある物質から別の物質に光が放射されると、2つの物質の界面で屈折や反射が起こります。また、屈折する光の角度は入射光の角度に応じて変化します。入射光の角度が一定以上になると、屈折光は消失し、入射光はすべて反射されて戻ります。これが光の全反射です。異なる材料は同じ波長の光に対して異なる屈折角を持ちます (つまり、異なる材料は異なる屈折率を持ちます)。また、同じ材料は異なる光の波長に対して異なる屈折角を持ちます。光ファイバー通信は上記の原理に基づいています。
反射率分布: 光学材料を特徴付ける重要なパラメータは、N で表される屈折率です。真空中の光の速度 C と材料内の光の速度 V の比が材料の屈折率です。
N = C / V
光ファイバー通信用の石英ガラスの屈折率は約1.5です。
繊維構造
ファイバーベアファイバーは通常、次の 3 つの層に分かれています。
第 1 層: 中央の高屈折率ガラスコア (コアの直径は通常 9 ～ 10μm、(シングルモード) 50 または 62.5 (マルチモード)。
2 番目の層: 中央は低屈折率のシリカガラスクラッドです (直径は通常 125 です)μm)。
3層目：最外層は補強のための樹脂コーティングです。
1) コア: 高屈折率、光を伝送するために使用されます。
2) クラッド コーティング: 低屈折率、コアと全反射条件を形成します。
3) 保護ジャケット：強度が高く、大きな衝撃にも耐え、光ファイバーを保護します。
3mm 光ケーブル: オレンジ、MM、マルチモード;イエロー、SM、シングルモード
繊維サイズ
外径は通常125um（毛髪1本あたり平均100um）です。
内径: シングルモード 9um;マルチモード 50 / 62.5um
開口数
光ファイバの端面に入射した光のすべてが光ファイバを透過できるわけではなく、ある角度範囲内の入射光のみが光ファイバを透過することができます。この角度はファイバーの開口数と呼ばれます。光ファイバの開口数が大きいほど、光ファイバのドッキングに有利である。メーカーが異なれば、開口数も異なります。
繊維の種類
光ファイバー内の光の伝送モードに応じて、次のように分類できます。
マルチモード（略称：MM）。シングルモード（略称：SM）
マルチモードファイバー: 中央のガラスコアが厚い (50 または 62.5μm) 複数のモードで光を送信できます。しかし、モード間分散が大きいため、デジタル信号の伝送周波数が制限され、距離が遠くなるにつれてさらに深刻になります。例: 600MB/KM ファイバーは 2KM で 300MB の帯域幅しかありません。したがって、マルチモードファイバーの伝送距離は比較的短く、通常は数キロメートルのみです。
シングルモードファイバー: 中心のガラスコアは比較的薄い (コア直径は通常 9 または 10)μm)、1 つのモードでのみ光を送信できます。実は階段型光ファイバの一種なのですが、コア径が非常に小さいのです。理論的には、単一の伝播パスの直接光のみがファイバに入射し、ファイバ コア内を真っ直ぐに伝播することができます。ファイバーパルスはほとんど伸びません。したがって、モード間分散は小さく、遠隔通信に適していますが、波長分散が大きな役割を果たします。このように、シングルモードファイバーは、光源のスペクトル幅と安定性に対してより高い要件を持っています。つまり、スペクトル幅が狭く、安定性が良好です。 。
光ファイバーの分類
素材別:
グラスファイバー：コアとクラッドはガラスでできており、損失が小さく、伝送距離が長く、コストが高くなります。
ゴム被覆シリコン光ファイバー: コアはガラス、クラッドはプラスチックであり、ガラスファイバーと同様の特性を持ち、コストが低くなります。
プラスチック光ファイバ：コア、クラッドともにプラスチックであり、損失が大きく、伝送距離が短く、価格が安い。主に家電製品、オーディオ、近距離画像伝送などに使用されます。
最適な伝送周波数ウィンドウに応じて、従来のシングルモード ファイバと分散シフトされたシングルモード ファイバが選択されます。
従来型：光ファイバー製造会社が光の単一波長（1300nmなど）に合わせて光ファイバー伝送周波数を最適化します。
分散シフト型: 光ファイバーの製造業者は、1300nm と 1550nm などの 2 つの光の波長でファイバー伝送周波数を最適化します。
急激な変化: ガラス クラッドに対するファイバー コアの屈折率は急激です。低コストで高いモード間分散を備えています。産業用制御などの短距離低速通信に適しています。ただし、シングルモードファイバはモード間分散が小さいため、突然変異型を使用します。
グラジエントファイバー: ガラスクラッドに対するファイバーコアの屈折率が徐々に減少し、ハイモード光が正弦波状に伝播できるようになります。これにより、モード間の分散が減少し、ファイバーの帯域幅が増加し、伝送距離が増加しますが、コストは高くなります。ハイモードファイバーはほとんどがグレーデッドファイバーです。
共通ファイバー仕様
繊維サイズ:
1) シングルモードコア直径: 9 / 125μメートル、10/125μm
2) 外側クラッド直径 (2D) = 125μm
3) コーティング外径 = 250μm
4) ピグテール: 300μm
5) マルチモード: 50 / 125μm、ヨーロッパ規格。 62.5 / 125μm、アメリカ標準
6) 産業用、医療用、低速ネットワーク: 100 / 140μメートル、200/230μm
7) プラスチック: 98 / 1000μm、自動車制御に使用
ファイバーの減衰
繊維の減衰を引き起こす主な要因は、固有、曲げ、絞り、不純物、凹凸、端部です。
固有: レイリー散乱、固有吸収などを含む、光ファイバー固有の損失です。
曲げ：ファイバを曲げると、散乱によりファイバの一部の光が失われ、損失が発生します。
圧搾：繊維を圧搾したときに繊維がわずかに曲がることによって生じる損失。
不純物: 光ファイバー内の不純物は、ファイバー内を伝送される光を吸収および散乱させ、損失を引き起こします。
不均一: ファイバー材料の不均一な屈折率によって引き起こされる損失。
ドッキング: 異なる軸などのファイバのドッキング中に発生する損失 (シングルモードファイバの同軸度要件は 0.8 未満)μm)、端面が軸に対して垂直ではなく、端面が不均一で、バットコアの直径が一致せず、接続品質が不良です。
光ケーブルの種類
1) 敷設方法による：自立型架空光ケーブル、パイプライン光ケーブル、装甲埋設光ケーブル、海底光ケーブル。
2) 光ケーブルの構造により、束ねたチューブ光ケーブル、層撚り光ケーブル、タイトホールド光ケーブル、リボン光ケーブル、非金属光ケーブル、分岐可能光ケーブルがあります。
3) 目的に応じて、長距離通信用光ケーブル、近距離用屋外用光ケーブル、ハイブリッド光ケーブル、ビル用光ケーブルなど。
光ケーブルの接続と終端
光ケーブルの接続と終端は、光ケーブル保守員が習得しなければならない基本的なスキルです。
光ファイバ接続技術の分類：
1) 光ファイバーの接続技術と光ケーブルの接続技術は 2 つの部分に分かれています。
2) 光ケーブルの端は光ケーブルの接続と似ていますが、コネクタの材質が異なるため操作が異なります。
ファイバー接続の種類
光ファイバー ケーブルの接続は、一般に次の 2 つのカテゴリに分類できます。
1) 光ファイバーの固定接続 (通称デッドコネクタ)。通常は光ファイバ融着接続機を使用します。光ケーブルのダイレクトヘッドに使用されます。
2) 光ファイバーのアクティブコネクタ（通称ライブコネクタ）。取り外し可能なコネクタ (一般にルーズジョイントとして知られている) を使用します。ファイバージャンパー、機器接続などに。
光ファイバ端面の不完全さと光ファイバ端面の圧力の不均一により、1回の放電による光ファイバの接続損失は依然として比較的大きく、二次放電融着法は今では使われています。まず、ファイバ端面を予熱して放電し、端面を整形し、ゴミやゴミを除去し、予熱によりファイバの端面圧力を均一にします。
光ファイバ接続損失の監視方法
ファイバー接続の損失を監視するには、次の 3 つの方法があります。
1. スプライサーで監視します。
2. 光源と光パワーメータの監視。
3.OTDR測定方法
光ファイバー接続の操作方法
光ファイバーの接続作業は、一般的に次のように分けられます。
1. ファイバ端面の取り扱い。
2. 光ファイバーの接続設置。
3. 光ファイバーの接続。
4. 光ファイバーコネクタの保護。
5. 残りのファイバートレイには 5 つのステップがあります。
一般に、光ケーブル全体の接続は次の手順で行われます。
ステップ1: 十分な長さの光ケーブルを開いて剥がし、ケーブルのシースを取り外します。
ステップ 2: 光ケーブル内の石油充填ペーストを洗浄して除去します。
ステップ 3: ファイバーを束ねます。
ステップ 4: ファイバ コアの数を確認し、ファイバ ペアリングを実行し、ファイバのカラー ラベルが正しいかどうかを確認します。
ステップ5: 心のつながりを強化します。
ステップ 6: ビジネス ライン ペア、制御ライン ペア、シールドされたグランド ラインなどを含むさまざまな補助ライン ペア (上記のライン ペアが利用可能な場合)。
ステップ 7: ファイバーを接続します。
ステップ 8: 光ファイバーコネクタを保護します。
ステップ９：残りのファイバーの在庫保管。
ステップ 10: 光ケーブルジャケットの接続を完了します。
ステップ 11: 光ファイバーコネクタの保護
ファイバー損失
1310nm：0.35～0.5dB/Km
1550nm：0.2～0.3dB/Km
850nm：2.3～3.4dB/Km
光ファイバ融着点損失：0.08dB/点
光ファイバ接続点 1点/2km
一般的な繊維名詞
1) 減衰
減衰量：光ファイバ中を光が伝送する際のエネルギー損失、シングルモードファイバ 1310nm 0.4 ～ 0.6dB / km、1550nm 0.2 ～ 0.3dB / km。プラスチックマルチモードファイバー 300dB/km
2) 分散
分散: 光パルスの帯域幅は、ファイバーに沿って一定の距離を移動した後に増加します。これは、伝送速度を制限する主な要因です。
モード間分散: 異なるモードの光が異なる経路を伝播するため、マルチモード ファイバーでのみ発生します。
物質の分散: 光の波長が異なると、異なる速度で進みます。
導波路分散: これは、光エネルギーがコアとクラッドを通過するときにわずかに異なる速度で通過するために発生します。シングルモードファイバでは、ファイバの内部構造を変化させてファイバの分散を変化させることが非常に重要です。
ファイバーの種類
G.652 零分散点は約 1300nm
G.653 零分散点は約 1550nm
G.654 負分散ファイバー
G.655 分散シフトファイバー
全波ファイバー
3) 散乱
光の基本構造が不完全であるため、光エネルギーの損失が生じ、このときの光の透過は良好な指向性を持たなくなります。
光ファイバーシステムの基礎知識
基本的な光ファイバー システムのアーキテクチャと機能の紹介:
1. 送信ユニット: 電気信号を光信号に変換します。
2. 伝送ユニット: 光信号を伝送する媒体。
3. 受信ユニット: 光信号を受信し、電気信号に変換します。
4. デバイスを接続します。光ファイバーを光源、光検出、その他の光ファイバーに接続します。
一般的なコネクタのタイプ
コネクタ端面タイプ
カプラー
主な機能は光信号を分配することです。重要な用途は、光ファイバー ネットワーク、特にローカル エリア ネットワークと波長分割多重装置です。
基本構造
カプラーは双方向の受動デバイスです。基本的な形は木と星です。カプラーはスプリッターに相当します。
WDM
WDM—波長分割多重化装置は、1 本の光ファイバーで複数の光信号を伝送します。これらの光信号は、異なる周波数と異なる色を持っています。 WDM マルチプレクサは、複数の光信号を同じ光ファイバに結合します。逆多重化マルチプレクサは、1 本の光ファイバーからの複数の光信号を区別するためのものです。
波長分割マルチプレクサ (凡例)
デジタルシステムにおけるパルスの定義:
1. 振幅: パルスの高さは、光ファイバー システムの光パワー エネルギーを表します。
2. 立ち上がり時間: パルスが最大振幅の 10% から 90% まで立ち上がるのに必要な時間。
3. 立ち下がり時間: パルスが振幅の 90% から 10% まで立ち下がるのに必要な時間。
4. パルス幅: 50% 振幅位置でのパルスの幅を時間で表します。
5. サイクル: パルス固有時間は、サイクルを完了するために必要な作業時間です。
6. 消光比: 1 信号光パワーと 0 信号光パワーの比。
光ファイバー通信における一般的な単位の定義:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: 出力電力。ピン: 入力電源
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw)。これは通信工学で広く使用されている単位です。通常、1 ミリワットを基準とした光パワーを表します。
例：–10dBm は、光パワーが 100uw に等しいことを意味します。
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)