現代の通信環境は、光ファイバー技術の驚異的な機能に基づいて構築されています。光パルスを利用して膨大な量のデータを信じられないほどの距離に電光石火の速度で送信することにより、光ファイバーは銅ケーブルに取って代わり、世界的な通信の紛れもないバックボーンとなっています。ただし、単一の中央ソースから複数のエンドユーザーにデータを送信するには、有効電力を必要とせずに信号を配信できる高度な受動光学コンポーネントが必要です。-この分散アーキテクチャの中心には、重要な受動光デバイスである光ファイバー スプリッターが置かれています。このテクノロジーは、単一の入力光信号を複数の同一または適切に比例した出力信号に分割したり、逆に複数の信号を単一のアップストリーム パスに結合したりできるようにすることで、最新のパッシブ光ネットワーク (PON) の基礎を形成し、世界中の何百万もの家庭や企業で高速ブロードバンド、テレビ、電話を経済的に実行できるようにします。{5}
デバイスの定義: コアテクノロジーと製造
最も基本的なレベルでは、光ファイバー スプリッターは、光ビームをいくつかの部分に分割したり、複数の光を 1 つのビームに結合したりする受動的光分岐デバイスです。データ パケットの処理、増幅、ルーティングに電力を必要とするルーターやスイッチなどのアクティブ ネットワーク コンポーネントとは異なり、スプリッターは物理的な光学特性を使用して完全に受動的に動作します。 1 つまたは 2 つの入力端と複数の出力端があり、分割構成は通常、単純な 1:2 および 1:4 の比率から、大規模な電気通信導入で利用される大規模な 1:64 または 1:128 の比率まで多岐にわたります。-
これらのデバイスの製造と内部構造は、通常、溶融双円錐テーパー (FBT) 技術と平面光波回路 (PLC) 技術という 2 つの異なる製造技術に依存しています。これら 2 つの方法論の違いを理解することは、ネットワーク エンジニアやシステム設計者にとって不可欠です。これは、各テクノロジーが特定のアプリケーション環境、動作波長範囲、密度要件に応じて独自の利点を提供するためです。
フューズド バイコニカル テーパー テクノロジーは、より伝統的な製造方法です。これには、2 本以上の裸のファイバーを取り、それらを互いに近づけて配置し、融着部分を引き延ばしながら極度の熱の下で融着させることが含まれます。このテーパリング プロセスにより、ファイバーがどれだけ伸ばされるか、またファイバーのコアがどれだけ緊密に相互作用するかに基づいて結合比を制御する特殊な双円錐構造が作成されます。 FBT スプリッタは製造が比較的簡単で、特に 1:2 や 1:4 などの低い分割数の場合、費用対効果が高くなります。-また、850nm、1310nm、1550nm などの複数の異なる波長で同時に動作するという独自の利点もあり、従来のシステムや特定の光テスト環境で人気があります。ただし、FBT スプリッタには拡張性と温度安定性に関する制限があります。分割比が 1:8 を超えると、パフォーマンスの均一性が大幅に低下し、環境の変動により重大な挿入損失が発生する可能性があります。
平面光波回路技術は、高密度、大規模な光分割の最新の業界標準を表しています。{0}{1}半導体リソグラフィープロセスを使用して製造される PLC スプリッターは、石英または石英ガラス基板上に構築された光導波路回路で構成されます。製造プロセスは、シリコン ウェーハ上にシリカ層を堆積することから始まり、続いてフォトリソグラフィー エッチングを行って、目的の分割アーキテクチャを反映する正確な導波路経路を切り出します。導波管チャネルが確立されると、上部クラッド層が適用され、ファイバーアレイが正確に位置合わせされてチップエッジに接着されます。 PLC スプリッタは、高い信頼性、コンパクトな物理的設置面積、優れたチャネル間の均一性、1260nm ～ 1650nm の広い動作波長範囲など、優れた性能特性を備えています。{6}}これらの優れた特性により、PLC テクノロジーを利用した光ファイバ スプリッタは、高カウントの分割比を導入する現代の電気通信ネットワークにとって圧倒的な選択肢となっています。-
基礎となる物理学: 光がどのように分割されるか
光ファイバースプリッターがどのように動作するかを完全に理解するには、波動光学、光の伝播、および光パワー分布の原理を調べる必要があります。光ビームがシングルモード光ファイバーを伝播するとき、光ビームは内部全反射によりコア内に閉じ込められます。この現象は、内部コアと外部クラッドの屈折率差によって引き起こされます。この光信号がスプリッター内の接続点に到達すると、デバイスの物理アーキテクチャがこの閉じ込めを変更し、光パワーの分割を管理します。
PLC スプリッタでは、入力光信号は単一の入力導波路に入ります。光波が平面回路の分岐領域に伝播すると、単一の導波路が滑らかに拡張し、複数の個別の導波路チャネルに分割されます。このプロセスを支配する基本波光学は、入力光パワーが出力チャネル間で分配されることを決定します。理想的には、平衡型スプリッターでは、光エネルギーがすべての出力に均等に分割されます。たとえば、1:8 PLC スプリッタでは、各出力ポートは、材料の吸収や導波路の欠陥によって生じるわずかな固有損失を差し引いた、総入力光パワーのおよそ 8 分の 1- を受け取ります。
ただし、電力分割には物理的なコストが伴います。すべての光コンポーネントには挿入損失が発生します。挿入損失は、伝送リンクへのスプリッタの挿入によって生じる光パワー損失をデシベル (dB) 単位で表します。理論的な挿入損失は、分割比によって決定される避けられない数学的現実です。完全にバランスの取れた 1:2 スプリッタの場合、電力の半分が各ポートに送られるため、理論上の最小分割損失は 3.01 dB です。 1:4 スプリッタの理論損失は 6.02 dB、1:8 スプリッタの場合は 9.03 dB、1:16 スプリッタの場合は 12.04 dB、1:32 スプリッタの場合は 15.05 dB、1:64 スプリッタの場合は 18.06 dB です。 -実際の製造現場では、デバイス内の散乱、反射、結合の非効率性を考慮した過剰損失により、実際の挿入損失はこれらの理論上の最小値よりわずかに高くなります。
挿入損失以外にも、光ファイバ スプリッタの動作効率を左右するいくつかの性能指標があります。均一性は、光パワーが出力ポート間でどの程度均等に分配されるかを測定する重要な指標です。 -高品質のスプリッターは、最高のパフォーマンスの出力チャンネルと最低のパフォーマンスの出力チャンネルの間で挿入損失の差異が最小限に抑えられます。偏波依存損失 (PDL) は、光波の偏波状態の変化に起因する挿入損失の変化を測定します。さらに、リターンロスは、光源に向かって後方に反射される光の量を測定します。高いリターンロス値は、後方反射によるレーザー送信機の妨害や全体的な信号の完全性の低下を防ぐために不可欠です。{4}}波長依存損失 (WDL) により、最新の多波長 PON アーキテクチャで利用される動作波長のスペクトル全体にわたってスプリット パフォーマンスが安定したままであることが保証されます。{6}}
電気通信における戦略的展開と応用
光ファイバ スプリッタの多用途性、パッシブな性質、コスト効率の良さにより、光ファイバ スプリッタは、幅広い電気通信ネットワーク、企業環境、特殊な産業用アプリケーションにわたって不可欠な構成要素となっています。{0}これらのデバイスの最も顕著かつ広範な導入は、ギガビット パッシブ オプティカル ネットワーク（GPON）、イーサネット パッシブ オプティカル ネットワーク（EPON）、XGS-PON などの次世代 10G 対称ネットワークなどの、Fiber to the Home（FTTH）およびパッシブ オプティカル ネットワーク（PON）内で行われます。
一般的な FTTH アーキテクチャでは、サービス プロバイダーは光回線端末 (OLT) 機器を電話局または市内交換局に導入します。 OLT からは、シングルモード フィーダ ファイバがダウンストリーム データを住宅地または商業地域に向けてフィールドに伝送します。-中央局からすべての加入者に個別の専用ファイバーを敷設するのではなく、{3}}経済的にも空間的にも法外なコストがかかる-電気通信事業者は、スプリッターを備えた光配信ネットワーク (ODN) を利用します。 1 本のフィーダ ファイバは、1:32 または 1:64 光ファイバ スプリッタを含む屋外配電エンクロージャに接続できます。この 1 つのノードから、最大 64 本の分配ファイバーがファンアウトして個々の顧客施設にサービスを提供し、加入者の自宅またはオフィス内にある光ネットワーク端末（ONT）で終端します。-このポイントツー-マルチポイント アーキテクチャにより、必要な物理ファイバーの量が大幅に削減され、中央局のトランシーバー ポート数が減り、ネットワーク オペレータの全体的な資本支出が最小限に抑えられます。
ネットワーク設計者は、加入者密度、地理的レイアウト、帯域幅割り当てモデルに応じて、さまざまな分割戦略を採用します。集中分割では、すべての分割ステージを中央のファイバー分配ハブやキャビネットなどの 1 か所に配置する必要があります。このアプローチにより、トラブルシューティングが簡素化され、メンテナンスの複雑さが軽減され、中央オフィスからの監視が容易になりますが、ハブから各家庭までのより長い配線ファイバーが必要になります。逆に、カスケード分割では、複数の層に分割プロセスを分散します。-たとえば、プライマリ屋外キャビネットに配置された 1:4 スプリッタが、加入者クラスタの近くに配置されたセカンダリ 1:8 スプリッタに供給されます。カスケード分割は、分割ポイントを加入者グループの地理的中心の近くに配置し、フィーダと分配ファイバの長さのバランスを効果的に調整することにより、人口が密集した郊外または都市環境でのファイバ利用を最適化します。
これらのコンポーネントは、FTTH ブロードバンドの導入を超えて、ケーブル テレビ (CATV) ハイブリッド ファイバー-同軸 (HFC) ネットワーク、閉回路テレビ (CCTV) 監視システム、産業監視フレームワークにおいて重要な役割を果たします。{{1} CATV ネットワークでは、光スプリッターはアナログおよびデジタル ビデオ信号を下流の複数のノード エリアに分配します。エンタープライズ ローカル エリア ネットワーク (LAN) では、光分割がパッシブ光 LAN (POL) アーキテクチャで利用され、従来の銅線-ベースのイーサネット スイッチに代わってセキュリティが強化され、消費電力が削減され、電磁干渉に対する耐性が提供されます。さらに、光テストおよび測定環境では、光パワーのごく一部-1% や 2%- を光スペクトラム アナライザやパワー メーターに吸い上げるために特殊なスプリッタが導入され、アクティブな顧客トラフィックを中断することなくライブ伝送リンクのリアルタイム パフォーマンス モニタリングが可能になります。{10}
最適な統合のための選択基準とパッケージ形式
光ファイバー スプリッターを適切に導入するには、機械的なパッケージング形式、環境耐久性、および既存のハードウェア エコシステムとの運用上の互換性を慎重に検討する必要があります。これらのコンポーネントは、-気候制御されたデータセンターのサーバー ルームや地下のスプライス クロージャから、露出した屋外の空中スプライス ポールや過酷な産業用エンクロージャに至るまで、-{2}}非常に多様な環境に設置されているため、メーカーは繊細な内部光チップやファイバ アレイを保護するために、さまざまなフォーム ファクタを設計しています。
ベア ファイバ スプリッタは最もコンパクトなパッケージ形式で、分割ブロックから出る裸の保護されていない光ファイバが特徴です。この形式は主に、エンクロージャによって内部の機械的保護がすでに提供されているスプライス トレイ、融着接続クロージャ、または光パッチ パネル内に統合するために設計されています。 -スペース効率が高いベア ファイバ スプリッタでは、壊れやすい 250 ミクロンまたは 900 ミクロンのバッファ付きファイバを損傷しないように、接続中に技術者による慎重な取り扱いが必要です。
かさばる筐体を必要とせず、より優れた機械的保護が必要な展開には、ブロックレスまたはスチールチューブスプリッターが広く利用されています。この構成では、スチール-チューブのパッケージが PLC チップと光ファイバー アレイを囲み、ファイバー管理トレイ、配電ボックス、またはモジュラー カセット内の狭いスペースに適したスリムで小型のプロファイルを維持しながら、堅牢な構造を強化します。
空中ストランド取り付けクロージャ、台座エンクロージャ、地下マンホールなど、過酷な屋外環境にスプリッタを設置する必要がある場合、ABS ボックス スプリッタまたは耐久性の高いモジュラー ハウジングが標準的な選択肢となります。{0} ABS ボックスは、強化されたケーブル ブーツと堅牢なコネクタ付きピグテールを備えた耐久性のある耐衝撃性プラスチック ハウジングにスプリッターを収めています。-これらのユニットは、極端な温度変化、湿気の侵入、機械的振動、腐食要素に耐え、数十年にわたるフィールド サービスにわたって中断のないネットワークの稼働時間を保証します。さらに、データセンター環境や電気通信ラックの設置では、LGX- 互換モジュールや 19- インチ ラック- マウント シャーシなどのラック{5}}マウントまたはカセット-ベースのスプリッタ-を使用すると、技術者がパッチ パネルやアクティブ スイッチング機器の横にスプリッタをきれいに取り付けることができ、迅速なパッチ適用と構造化されたケーブル管理が容易になります。
特定のネットワーク展開用の光スプリッタを選択する場合、エンジニアはいくつかの重要な動作仕様を評価する必要があります。動作波長が最も重要です。標準の通信スプリッタは、ダウンストリーム データ、アップストリーム データ、および 1550nm RF ビデオ オーバーレイまたは 1625nm OTDR テスト波長に対応するために 1260nm ～ 1650nm の広い範囲で動作しますが、波長範囲が一致しないと、重大な信号減衰が発生する可能性があります。 SC/APC、LC/APC、FC/APC などのコネクタ タイプ-も、周囲のインフラストラクチャに注意深く適合させる必要があります。-角度付き物理接触 (APC) 研磨の使用は、最新の PON 展開における標準的な手法です。8- 度の角度付き研磨は、迷光をレーザー光源に戻すのではなくクラッドに反射するため、非常に高い反射損失を確保し、反射率に起因するビットエラーを最小限に抑えます。
光ネットワーキングの将来では、5G ワイヤレス バックホール、触覚インターネット アプリケーション、エッジ コンピューティング、人工知能データ センターなどの新興テクノロジーをサポートするために、さらなる統合、ファイバー数の増加、データ スループットの向上が約束されています。データ トラフィックの需要が指数関数的に増大するにつれて、基盤となる物理インフラストラクチャは回復力、拡張性、高効率を維持する必要があります。この絶え間ない進化の中で、地味ながら強力な光ファイバー スプリッターは、かけがえのないエンジニアリングの勝利であり続け、ハイパーコネクテッドな現代世界に電力を供給するシームレスな光の分配を静かに可能にします。-
