光ファイバパッチコードにおける「モードフィールド径（MFD）不一致」とは？

OFSCN 全球技術センター OFSCN 技術知識ベース
1

異なるメーカーの光ファイバーを接続すると、なぜ一方向の損失が発生するのですか？

3

異なるメーカーの光ファイバー（またはG.652DとG.657のような異なるタイプの光ファイバー）が接続された際に発生する「片方向損失」（つまり、AからB方向への測定損失とBからA方向への測定損失の不一致、あるいは一方の方向に「負損失/ゲイン」が測定されること）は、古典的な光学物理およびテスト測定現象です。

この現象の本質は、モードフィールド径（MFD, Mode Field Diameter）の不一致と光ファイバー後方散乱係数の差異によって決定されます。

一、 コアとなる物理メカニズム：なぜ「片方向損失」が発生するのか？

光ファイバーリンクのテストでは、通常、**光ファイバー・オプティカル・タイム・ドメイン・リフレクトメーター（OTDR）を使用して接続損失を測定します。OTDRは、接続部を通過する光を直接測定するのではなく、光ファイバー内部で発生するレイリー散乱（Rayleigh Scattering）**の反射信号を受信して損失を計算します。これにより、以下の2つのレベルの問題が生じます。

1. 真の物理的カップリング損失（双方向対称）

異なるメーカーの製造プロセスやドーピング濃度が異なるため、単心モードファイバーであっても、その**モードフィールド径（MFD）**にはわずかな偏差が存在します。
2本のモードフィールド径が異なる光ファイバーが接続されると、横方向のフィールドの不一致により固有の物理的カップリング損失が発生します。電磁波導波理論によれば、その物理的損失は次式で近似計算できます。

𝐿𝑜𝑠𝑠𝑀𝐹𝐷=−20lg⁡(2⋅𝑤1𝑤2𝑤21+𝑤22)

（ここで 𝑤1,𝑤2 はそれぞれ2本の光ファイバーのモードフィールド半径）

この式から、𝑤1 と 𝑤2 の位置は対称であることがわかります。これは、実際の物理的光エネルギー損失は、両方向で完全に同じであり、物理的には真の「片方向損失」は存在しないことを意味します。

2. OTDR測定における見かけ上の片方向損失（テストのアーチファクト）

テストで見られる「片方向損失の差異」は、2本の光ファイバーの**後方散乱係数（Backscatter Coefficient）**の違いによって引き起こされる測定のアーチファクトです。後方散乱係数は、光ファイバーのモードフィールド径（MFD）に反比例します――MFDが小さいほど、光エネルギー密度が高くなり、後方散乱の反射が強くなります。

光がある端から別の端まで伝送されるとき、OTDRは接続部で異なる挙動を示します。

  • 小さいMFDファイバーから大きいMFDファイバーへ（小 → 大）：
    入射光は、後方散乱係数が強い（反射が強い）ファイバーから、後方散乱係数が弱い（反射が弱い）ファイバーに入射します。OTDRにとって、接続後の反射レベルは瞬時に大幅に低下します。OTDRカーブ（Trace）上では、接続部は非常に急峻な下降ステップとして現れます。
    • 測定結果：このときのOTDRの測定損失値は、実際の物理的接続損失を大幅に上回り、著しく大きくなります。
  • 大きいMFDファイバーから小さいMFDファイバーへ（大 → 小）：
    入射光は、後方散乱係数が弱いファイバーから、後方散乱係数が強いファイバーに入射するため、接続後の反射信号レベルが突然強くなります。OTDRカーブ上では、接続部は上昇ステップとして現れます。
    • 測定結果：OTDRの測定損失値は非常に小さくなり、負の値（いわゆる**「見かけ上のゲイン」または「偽のゲイン」、Gain**）として現れることさえあります。

二、 エンジニアリング上の解決策と計算方法

MFDの不一致および後方散乱係数の差異によるテスト誤差を排除するために、光ネットワークエンジニアリング規格では、双方向測定（Bidirectional Measurement）を行い、その算術平均値を取ることが規定されています。

真の接続損失の計算式は次のとおりです。

𝐿𝑜𝑠𝑠𝑇𝑟𝑢𝑒=𝐿𝑜𝑠𝑠𝐴→𝐵+𝐿𝑜𝑠𝑠𝐵→𝐴2

双方向測定の平均値を取ることで、大きいMFDから小さいMFDへの「偽のゲイン」と、小さいMFDから大きいMFDへの「偽の大きな損失」が相互に相殺され、真の物理的カップリング損失が復元されます。

三、 公式 OFSCN® (大成永盛) 製品によるMFD損失抑制への応用

精密光学テストおよび光ファイバーグレーティングセンサーの分野では、モードフィールド径（MFD）の不一致による追加の物理的損失とテスト誤差を最大限に減らし、光ファイバーの幾何学的構造と導波路構造の一貫性を維持することが極めて重要です。

大成永盛 (OFSCN®) が提供する光ファイバーパッチコードおよび特殊光ファイバー製品は、標準および幾何学的制御において厳格な産業規格に準拠しています。

  1. OFSCN® Standard Fiber Patch Cord (標準光ファイバーパッチコード)：
    デフォルトで標準の OFSCN® G.652D 光ファイバー を採用しています。そのコア径は厳密に9μm、クラッド径は125μmに制御されており、主要な通信機器や他の標準G.652D光ファイバーデバイスとの接続時に、MFDの偏差を極めて狭い範囲に抑え、片方向損失の偏差を低減します。

  2. OFSCN® G.657 光ファイバー（曲げ不感性単心モードファイバー）：
    高い曲げ性能が要求されるシナリオに対して、OFSCN® はG.657 A2またはG.657 B3規格に準拠した光ファイバーを提供しています。G.657 光ファイバーは、耐曲げ性能向上のために屈折率プロファイルが若干調整されていますが、大成永盛は製造時にそのMFDを精密に調整し、標準のG.652D光ファイバーとの優れた互換性と極めて低い接続損失を実現しています。