光ファイバーの最小曲げ半径はどれくらいですか?

光ファイバの最小曲げ半径は、光信号の正常な伝送を維持しながら光ファイバを曲げることができる最小の半径として定義されます。実際には、過度の信号損失、モード分散、その他の性能劣化を引き起こすことなく光ファイバが耐えられる最小の曲率半径です。このパラメータは通常、光ファイバの中心軸から曲げ半径までの最短距離として測定され、測定単位は通常ミリメートル（mm）です。

この仕様は、伝送される光信号の完全性を支えるため、極めて重要です。例えば、ファイバーが推奨される最小閾値よりも小さい半径で曲げられたとします。この場合、ファイバー内の光は散乱や吸収を受ける可能性があり、信号損失が増加し、伝送品質に悪影響を与えます。さらに深刻なケースでは、過度の曲げによってファイバーが破損し、信号伝送が完全に遮断される可能性があります。

さらに、最小曲げ半径はファイバーの機械的強度の指標となる。 光ファイバ ある程度の機械的堅牢性を備えて設計されていますが、過度に曲げると本来の許容量を超え、損傷につながる可能性があります。適切な最小曲げ半径を守ることで、信号品質を維持するだけでなく、光ファイバーの動作寿命を延ばし、メンテナンスコストを削減できます。

最小曲げ半径は光ファイバーの種類によって異なることを認識することも重要です。このパラメータには、以下のようないくつかの要因が影響します。

1. ファイバーの種類：光ファイバーは構造や材質の特性が異なり、最小曲げ半径も異なります。例えば、シングルモードファイバーはコア径が小さいため、光信号が曲げに対してより敏感になり、一般的にマルチモードファイバーよりも大きな最小曲げ半径が必要となります。
2. ファイバーコーティング：ファイバーの外側のコーティングに使用される材料とその厚さは、最小曲げ半径を決定する上で重要な役割を果たします。高品質のコーティングは、ファイバーの柔軟性と保護性を高め、曲げによる悪影響を軽減します。
3. 環境条件：温度や湿度などの外的要因も最小曲げ半径に影響を与えます。高温環境では、光ファイバーを構成する材料が膨張したり軟化したりすることがあり、その結果、機械的強度が低下し、性能を維持するためにより大きな曲げ半径が必要になります。

光ファイバーの一般的な最小曲げ半径

ITU-Tは、様々な種類の光ファイバーの最小曲げ半径を規定しています。一般的に受け入れられている定義は次のとおりです。

例えば、G.652D光ファイバの場合、光ファイバは円筒状のマンドレルに100回緩く巻き付けられます。この条件下では、1625 nm波長における減衰量の増加は0.1 dB未満でなければなりません。この要件を満たす最小の円筒の半径が、1625 nm波長における最小曲げ半径と定義されます。

最小曲げ半径を超えた場合の光ファイバー伝送性能への影響

蓄積された現場経験に基づくと、指定された最小値よりも小さい曲げ半径で光ファイバーを配置すると、いくつかの悪影響が生じる可能性があります。

光信号損失

• 曲げ損失の増加：ファイバーが最小許容半径を超えて曲げられると、ファイバー内の光の伝播経路が変化します。光の一部はコアから逸れてクラッド層に浸透したり、外部環境に漏れ出したりします。これを曲げ損失といいます。曲げ半径が小さいほど、曲げ損失は顕著になります。例えば、光通信システムでは、ファイバーを強く曲げすぎると光信号強度が大幅に低下し、受信電力が正常な動作に必要な閾値を下回ってしまう可能性があります。その結果、伝送品質と有効範囲が低下します。
• 散乱損失の悪化：不規則な曲げや過度の曲げも、ファイバー内の散乱を強める可能性があります。光は伝播する際にファイバー内の不均一性と相互作用し、元の方向から逸れた散乱光を生成します。ファイバーが最小半径よりも小さい半径で曲げられると、曲率の増大によって散乱が強まり、光エネルギーがさらに分散され、全体的な信号損失が増加します。

信号伝送品質

• モード分散の増加：マルチモード光ファイバでは、異なる伝搬モードが異なる速度で伝搬するため、光パルスの広がりが生じます。この現象はモード分散と呼ばれます。光ファイバを許容範囲以上に曲げると、光ファイバの構造形状が変化し、各モードの伝搬経路と速度に影響を与え、モード分散が悪化します。その結果、光パルスは広がり、合流し、隣接するパルス間の識別が困難になります。この重なりはビットエラー率を増大させ、信号の品質と信頼性の両方を低下させます。これは特に高速通信システムにおいて重大な影響です。
• 偏波状態の変化：シングルモード光ファイバーの場合、偏波状態は理想的には安定しています。しかし、光ファイバーを最小曲げ半径より小さく曲げると、光ファイバー内の応力分布を変化させる機械的応力が発生します。この変化によって偏波状態が変化し、偏波モード分散（PMD）が発生する可能性があります。PMDは信号伝送中に遅延や位相歪みを増加させ、信号歪みやエラー率の増加を引き起こす可能性があります。これは、高速コヒーレント光通信システムにおいて特に顕著な問題です。

長期安定性と機械的完全性

機械的損傷のリスク増大：ファイバーを強く曲げすぎると、曲げ部に機械的応力が集中します。このような高応力状態に長時間さらされると、ファイバーの機械的特性が徐々に劣化し、微小亀裂や完全な破損の可能性が高まります。これらの機械的損傷は、ファイバーの光学性能を損なうだけでなく、接続の信頼性も損ないます。時間の経過とともに、このような損傷は保守コストの増加やシステム障害のリスク増大につながる可能性があります。特に、不適切な曲げの累積的な影響が通信ネットワーク全体に悪影響を及ぼす可能性のある、ケーブルが密集した敷設環境では、その傾向が顕著です。

実用的なエンジニアリングアプリケーションのためのガイダンス

実際の導入においては、光ファイバーを不必要に強く曲げないことが不可欠です。コネクタや折り返し点など、急激に曲げられる箇所では、曲げ半径が規定の最小値を下回らないよう特に注意が必要です。光ファイバーネットワークの設計・敷設においては、必要な曲げ半径に対応できる十分なスペースを確保し、ネットワークの性能と長期的な信頼性を確保する必要があります。