A 光ファイバーカプラー光ファイバー間で光を分割、結合、タップ、または再分配する受動光学コンポーネントです。現実のネットワークでは、カプラーを使用して 1 つの信号を多くのユーザーに届けたり、複数の信号が 1 つのファイバー パスを共有したり、モニタリングのために少量の光をサンプリングしたりできます。これらは、FTTH アクセス ノード、データ センター、テスト セットアップ、ファイバー レーザー、センサー システム内で静かに活躍します。
次に進む前に、よくある混乱を解決する価値があります。カプラーは、光ファイバーアダプター。アダプターは 2 つのコネクタを機械的に位置合わせして、光が通過できるようにします。カプラは、光パワーがポート間でどのように分配されるかをアクティブに変更します。RPフォトニクスは、ファイバカプラを、波長と偏波に依存する出力分布で、1 つまたは複数の入力ファイバからの光を 1 つまたは複数の出力ファイバに結合するデバイスとして定義しています。
このガイドでは、光ファイバー カプラーの仕組み、主なタイプ、購入時に重要な仕様、プロジェクトに合わせた賢明な選択方法について説明します。
光ファイバーカプラーとは何ですか?
光ファイバ カプラは、1 つ以上の入力ポートと 1 つ以上の出力ポートを備えた光デバイスです。設計に応じて、一度にいくつかのことを実行できます。
- 1 つの入力信号を 2 つ以上の出力に分割します
- 複数の入力を 1 つの出力ファイバーに結合
- 監視またはテストのために電力のわずかな割合を利用します
- スター型またはツリー型の多数のポートに光信号を分散します。
- CWDM または DWDM システムで波長を結合または分離
たとえば、1x2 カプラには 1 つの入力と 2 つの出力があります。 2x2 カプラには 2 つの入力と 2 つの出力があり、光の方向に応じてスプリッタまたはコンバイナとして機能します。
通信およびデータ ネットワークの議論では、次のような用語が使用されます。光ファイバーカプラー, 光スプリッタ、 そして光結合器重なることが多い。スプリッターは基本的に分割方向に使用されるカプラーですが、コンバイナーは結合方向に使用される同じデバイスです。コンポーネントを調達している場合、データシート上の名前は通常、デバイスの導入方法によって異なります。
光ファイバーカプラーはどのように機能しますか?
カプラは、ファイバ パス間で光パワーを転送することによって機能します。正確なメカニズムは製造アプローチによって異なります。
融着型バイコニカル テーパ (FBT) カプラでは、2 つ以上のファイバが加熱、引っ張られて融着され、光が制御された長さにわたって 1 つのコアから別のコアに漏れるようにコアが十分に接近します。RPフォトニクス融着カプラは、ファイバを熱的に先細りにして融着させることによって作られ、そのコアが光学的に緊密に接触するようになると説明しています。
平面光波回路 (PLC) スプリッターでは、光はシリカまたはポリマー基板上に作製された導波路回路を通って導かれます。これは、導波管の形状の再現性が高いため、ポート数の多いスプリッタでは主流のアプローチです。--
光パワーの分割
カプラが光を分割すると、入力光パワーが出力ポート間で分割されます。理想的な 1x2 50/50 カプラでは、各出力は入力電力の半分を受け取ります。デシベル換算すると、実際の損失が追加される前に、出力ごとに理論上の損失が約 3 dB になることを意味します。-の光ファイバー協会 (FOA)は、分割により、分割数が 2 倍になるごとに追加の 3 dB の損失が発生し、さらにカプラ構造からの小さな過剰損失が発生することに注意してください。
光信号の結合
多くのカプラーは双方向です。一方向に電力を分割するデバイスは、逆方向の電力を結合することもできます。パッシブ光ネットワーク (PON) では、OLT からのダウンストリーム トラフィックは多くのユーザーに向けて分割され、それらのユーザーからのアップストリーム信号は同じパッシブ スプリッターを介して OLT に向けて結合されます。
カプラーが常に損失を引き起こす理由
光ファイバ カプラの損失は、いくつかの原因が連携して発生します。
- 理論上の分割損失 (避けられない電力の分配)
- カプラー構造自体からの過剰損失
- 入力ポートと出力ポートでのコネクタと接続損失
- デバイスとシステム波長間の波長の不一致
- 分極-依存損失（PDL）
- -出力ポート間の電力配分が不均一
このため、カプラーの選択はポート数だけでは決まりません。損失バジェット、波長範囲、分岐比、環境をすべて合わせて確認する必要があります。
主な光ファイバーカプラーの種類
カプラーはいくつかの便利な方法で分類できます。適切な分類は、ネットワークを設計しているか、コンポーネントを調達しているか、リンクのトラブルシューティングを行っているかによって異なります。
機能別: スプリッター、コンバイナー、タップ、WDM カプラー
アン光スプリッタ1 つの入力を複数の出力 (1x2、1x4、1x8、1x16、1x32、1x64) に分割します。あ結合器複数の入力を 1 つの出力にマージします。あタップカプラー光パワーの大部分をメイン パス経由で送信し、一部（通常の比率は 90/10、95/5、および 99/1）をモニタリング ポートに転送します。あWDMカプラー波長に基づいて信号を結合または分離し、以下で頻繁に使用されます。CWDM と DWDMシステム。
ポート構成別: 1x2、2x2、1xN、およびスターカプラ
A 1x2 光ファイバーカプラー1 つの入力と 2 つの出力を持ち、単純なスプリットまたはタッピングのための最も一般的な構成要素です。あ2×2カプラー2 つの入力と 2 つの出力を備えたこのデバイスは、双方向システム、干渉計、テスト セットアップで広く使用されています。あ1xN スプリッターPON、FTTH、CATV、および配信ネットワークにサービスを提供します。アンN×Nスターカプラー光パワーを多くの入出力パスに同時に分配します。
形状別: Y、T、X、スター、ツリー カプラー
AY カプラーは 1 つの入力を 2 つのバランス出力に分割します。 AT カプラーは通常、90/10 または 80/20 などの不均等な比率を持ち、信号モニタリングに適しています。 X カプラーは通常 2x2 デバイスです。スターカプラは、複数の入力と出力の間で電力を分配します。ツリー カプラは、分岐構造で 1 つの入力を多数の出力に分割し、PON および FTTx ネットワークの標準的な選択肢です。
製造方法別: FBT、PLC、マイクロ光学-
アンFBTカプラー（融着双円錐テーパー）は、繊維を融着してテーパー状にすることによって作られます。これは、少ない分割数、カスタム分割比、コスト重視の設計に適しています。-あPLCスプリッターは導波路チップを使用しているため、ポート数が多い場合でも波長の均一性が向上し、許容誤差が厳しくなります。マイクロ光学カプラは、レンズ、プリズム、ミラー、または薄膜フィルタを使用しており、通信ケーブルではなく特殊な光学機器に使用される傾向があります。-
FBTカプラーとPLCスプリッター:どちらを選択すべきですか?
FBT と PLC の質問は、ほぼすべてのカプラの注文書で生じます。正直な答えは、どちらも普遍的に優れているわけではない、ということです。彼らには異なるスイートスポットがあります。
FBT カプラーは、設計で低い分割数（通常は 1x2 ～ 1x8）、カスタム分割比（80/20、90/10、95/5 など）、または単一波長アプリケーションが必要な場合に威力を発揮します。{10}これらのより単純なビルドの場合、通常は安価になります。より多くのポート数 (1x8 以上) での一貫したパフォーマンス、1260 ～ 1650 nm の広い波長での動作、または広い温度範囲での安定した動作が必要な場合には、PLC スプリッタを使用する方が安全です。最もモダンな光ファイバースプリッターFTTH および PON ネットワークに導入されているネットワークは、まさにこの理由から PLC ベースです。{0}
実際には、FBT はタップや特注の比率を監視する場合に適切な選択ですが、PLC は FTTH 配信、パッシブ光 LAN、およびあらゆる高い均一性要件のデフォルトになります。-
主な仕様: スプリット比、挿入損失、波長
スプリット比またはカップリング比
分割比は、電力がどのように分割されるかを表します。 50/50 カプラーは電力を均等に分割します。 90/10 タップでは、90% がメイン パス経由で送信され、10% がモニタリング ポートに送信されます。モニタリングでは、通常、小さな光のスライスだけを削除する必要があります。分散の場合、通常は均等に分割する必要があります。
挿入損失と超過損失
挿入損失は、カプラがリンクに配置されたときに失われる合計光パワーです。これには、理論上の分割損失とデバイス自体の過剰損失が含まれます。 1x2 50/50 スプリッタの理論上の分割損失は 3 dB ですが、実際のデータシートでは通常、過剰損失とコネクタ損失が追加されると、約 3.4 ～ 3.8 dB の典型的な挿入損失が示されます。超過損失とは、避けられない分割損失を超える追加の損失です。数値が小さいほど、カプラーの構造が優れていることを意味します。{9}}
均一性、リターンロス、指向性
均一性は、電力が出力ポート全体にどのように均等に分配されるかを表し、1x8、1x16、1x32、および 1x64 の分割で重要になります。リターンロスは、光源に向かって戻ってくる反射光を測定します。指向性は、デバイスが間違ったポートへの電力の漏洩をどの程度防止しているかを示します。これら 3 つは、DWDM システム、OTDR テスト環境、ファイバー レーザー、および迷反射によってパフォーマンスが低下するリンクにおいて最も重要です。
動作波長と帯域幅
カプラーはシステムの波長と一致する必要があります。通信システムでは通常、1310 nm、1490 nm、および 1550 nm のウィンドウが使用されます。 PON ネットワークは、関連する規格に基づいて 1577 nm と 1490 nm を追加します。ITU-T G.984および G.987 仕様。一部のカプラは狭いウィンドウ専用に設計されていますが、広帯域 PLC スプリッタは 1260 ～ 1650 nm をカバーします。
ファイバの種類、コネクタ、およびパッケージ
カプラーがシングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーのどちらをサポートしているかを確認し、コネクタのタイプと研磨を再確認してください。{0}{1}一般光ファイバーコネクタオプションには、LC、SC、FC、ST、MTP/MPO、UPC または APC ポリッシュが含まれます。 APC は、特に PON やアナログ ビデオ システムなど、後方反射の低さが重要な場合に好まれます。機械的なパッケージングも重要です。ベア ファイバー、ブロックレス ミニ モジュール、ABS ボックス、LGX カセット、ラックマウント エンクロージャ、屋外用 IP68 クロージャはすべて、さまざまな導入シナリオに対応します。
光ファイバーカプラーの一般的な用途
PON、FTTH、パッシブ光LAN
PON ネットワークは、1xN スプリッタを使用して 1 つの OLT ポートを多数の ONT に接続します。ダウンストリーム トラフィックはユーザーに分散されます。アップストリーム トラフィックは結合されて戻されます。同じ受動デバイスが両方向を処理します。パッシブ光 LAN は、オフィス環境とキャンパス環境で同じアーキテクチャを使用します。 FOA は、光パワー バジェットに応じて、単一の OLT ポートがカスケード接続されたスプリッターを介して最大 32 台 (場合によっては 64 台または 128 台) のデバイスにサービスを提供できると述べています。
モニタリングとテストポイント
タップカプラーは、メインリンクを切断することなく、光のごく一部をサンプリングします。ライブ シングルモード リンクの場合、99/1 または 95/5 タップは、メイン パスで多くの予算を消費する 50/50 スプリッタよりもはるかに適切です。
WDM および DWDM システム
WDM カプラは、異なる波長の信号を結合または分離します。これらは、長距離通信、ファイバ アンプ（EDFA）、および複数の光チャネルが 1 本のファイバを共有するシステムに不可欠です。- CWDM は 20 nm グリッドを使用します。 DWDM は 100 GHz または 50 GHz グリッドを使用するため、すべてのコンポーネントの波長許容誤差が厳しくなります。
ラボ、センサー、レーザー システム
ファイバー カプラーは、干渉計、OCT システム、ファイバー センサー、高出力ファイバー レーザーにも使用されています。{0}これらのアプリケーションでは、多くの場合、分極動作と反射損失が、原材料のコストよりも重要になります。
アプリケーション-から-カプラーへのクイック リファレンス
選択をより具体的にするために、アプリケーションが実際にどのようにカプラー タイプにマッピングされるかを次に示します。のためにFTTHとPONの配信、標準的な答えは次のとおりです。ABS ボックスまたは LGX カセット内の PLC スプリッター1x8、1x16、または 1x32 ポートを備えています。のためにライブリンクモニタリング、APC コネクタ付きの FBT 99/1 または 95/5 タップ カプラーを選択します。のために2チャンネル双方向テストセットアップ、通常は 2x2 50/50 FBT カプラーで十分です。のためにCWDM/DWDM チャネル アグリゲーション、薄膜 WDM カプラーまたは AWG{1} ベースのマルチプレクサ/デマルチプレクサが必要です。-のためにファイバーレーザーポンプを組み合わせたの場合、汎用の通信デバイスの代わりに偏波{0}}維持または特殊-ファイバー カプラーが必要です。
適切な光ファイバーカプラーの選び方
注文する前に、次のワークフローを使用してください。
- 関数を定義します。分割、結合、タップ、または波長多重が必要かどうかを決定します。-
- ポート構成を選択します。エンドポイントの数に基づいて、1x2、2x2、1x8、1x16、1x32、1x64、または NxN を選択します。
- 分割比率を確認してください。均等な分割には 50/50、モニタリングには 90/10 以上、分配には均一の 1xN を使用します。
- 波長範囲を確認してください。将来のアップグレード波長も含めて、カプラの帯域幅をシステムに合わせてください。
- 損失バジェットを計算します。ファイバ減衰 + コネクタ損失 + 接続損失 + カプラ挿入損失 + 安全マージン (通常 3 dB) を追加します。
- ファイバとコネクタを一致させます。シングルモード（G.652D または G.657）とマルチモード（OM3/OM4/OM5）、コネクタのタイプ、研磨を確認します。-
- 設置環境を計画します。屋内キャビネット、屋外クロージャ、データセンター ラック、ラボベンチには、異なるパッケージングが必要です。
単純な損失予算の例
2 km のシングルモードを備えた FTTH 用の 1x16 PLC スプリッタ リンクを設計しているとします。-光ファイバーケーブル、4 つの LC/UPC コネクタ ペア、および 1 つの融着接続。合理的な推定値は次のようになります。 13.5 dB (標準的な 1x16 PLC 挿入損失) + 0.6 dB (1310 nm で 2 km × 0.3 dB/km) + 1.2 dB (4 つのコネクタ × 0.3 dB) + 0.1 dB (1 つのスプライス) + 3 dB (マージン) ≈ 合計 18.4 dB。 OLT/ONT の電力バジェットがクラス B+ (28 dB) の場合、快適なヘッドルームがあります。よりきつい場合は、スプライスを減らすか、ランを短くするか、1x8 の分割に下げる必要があります。
避けるべきよくある間違い
まず最もありがちな間違いは、カプラーを単なるアダプターとして扱うことです。この 2 つは、異なる役割を持つ無関係なデバイスです。 2 つ目は、挿入損失を無視し、受信機の電力がなくなるまで単一のリンクにあまりにも多くの分割を積み重ねることです。 3 つ目は、PLC がより均一で安定する FTTH 1x32 導入に FBT を選択することです。 4 番目は、ある波長ウィンドウ用に設計されたカプラーを別の波長で使用するもので、実際には非常に異なる損失が発生する可能性があります。- 5 つ目は、反射の結果を考慮せずに UPC コネクタと APC コネクタを混合することです。
光ファイバカプラに関するよくある質問
光ファイバーカプラーとスプリッターの違いは何ですか?
スプリッタは、1 つの入力を複数の出力に分割するために使用されるカプラです。用語カプラーコンバイナ、タップ、波長マルチプレクサもカバーしているため、より広範です。
光ファイバーカプラーはパッシブですか、それともアクティブですか?
ほとんどすべての通信およびケーブル接続カプラーは受動的であり、電力を必要としません。光アンプや光スイッチなどの特殊なデバイスのみがアクティブとみなされます。
光ファイバーカプラーにおける 1x2 は何を意味しますか?
1x2 カプラには 1 つの入力ポートと 2 つの出力ポートがあります。これは最も単純なスプリッターまたはタップ構成です。
光ファイバーカプラにおける 2x2 は何を意味しますか?
2x2 カプラには 2 つの入力と 2 つの出力があり、信号の方向に応じてスプリッタまたはコンバイナとして機能します。これは干渉計や双方向テストのセットアップでは一般的です。
タップカプラーの分割比はどのように選択すればよいですか?
ほとんどのライブリンク モニタリングでは、99/1 または 95/5 タップがメイン パスから光パワーの小さなスライスのみを削除するため、正しい選択となります。{0}モニタリング受信機の感度が低い場合は、90/10 タップが適切です。監視において 50/50 の分割が正しい答えになることはほとんどありません。
1x32 PLC スプリッタの標準的な挿入損失はどれくらいですか?
ほとんどの市販の 1x32 PLC スプリッタのデータシートには、理論上の 15 dB スプリットに 1.5 ～ 2.5 dB の超過損失とコネクタ損失を加えた、16.5 ～ 17.5 dB の標準的な挿入損失が記載されています。購入するモデルの特定のデータシートを必ず確認してください。
マルチモード ファイバーでシングルモード カプラーを使用できますか?{0}}
一般的にはノーです。シングルモードカプラは、9 µm コアを中心に設計されています。マルチモード ファイバには 50 または 62.5 µm のコアがあります。 2 つを混合すると、重大なモード-フィールドの不一致と高い結合損失が発生します。適合するカプラーを使用してくださいマルチモードまたはシングル-モードファイバータイプ。
光ファイバーカプラーは双方向ですか?
ほとんどのパッシブカプラーは双方向です。ダウンストリーム光を分割するために使用されるのと同じデバイスを、逆方向に使用するとアップストリーム光を結合できます。これはまさに PON ネットワークの動作方法です。
WDMカプラと標準の光カプラの違いは何ですか?
標準的なカプラは、波長を区別せずに電力を分配します。あWDMカプラー薄膜フィルタまたは AWG テクノロジーを使用して、特定の波長を分離または結合します。これは、CWDM および DWDM システムに不可欠です。
光ファイバーカプラーにはどのコネクタタイプを選択すればよいですか?
LC と SC は、最新のアクセスおよびデータセンターの展開で最も一般的です。 PON、RFoG、アナログ ビデオなど、後方反射が重要な場合には、APC ポリッシュが推奨されます。リンクの両端のポリッシュを一致させます。 UPC と APC を混在させるとパフォーマンスが低下します。
結論
光ファイバ カプラは、現代のほぼすべての光ネットワークを静かに支えている一見単純なコンポーネントです。適切なものを選択するには、ポート数、分割比、波長範囲、挿入損失、ファイバの種類、コネクタ、およびそれが存在する環境の間のバランスが必要です。単一の監視タップまたはカスタム分割比の場合、通常は FBT カプラーが最も経済的な解決策です。 FTTH、PON、パッシブ光 LAN、またはポート数の多い分散の場合は、PLC スプリッタが長期的にはより安全な選択肢です。-最良のカプラーとは、単に単価が最も低いものではなく、常に、光パワーのバジェットと、それがサービスを提供するネットワークの信頼性要件に適合するものです。
