光ファイバ、dB、減衰と測定の概要

光ファイバ、dB、減衰と測定の概要
目次
概要
前提条件
要件
使用するコンポーネント
表記法
デシベルとは
ベース 10 対数ルール
dB
ミリワット（dBm）のデシベル
1 W （dBW）を参照するデシベル
パワーおよび電圧の利得
光ファイバの構造
ファイバのタイプ
波長
光パワー
挿入損失について
電力バジェットを計算して下さい
関連情報
概要
この文書は、光テクノロジーに関するいくつかの公式や重要な情報を簡潔にまとめたものです。このドキュメントでは、デシベ
ル（dB）、デシベル/ミリワット（dBm）、減衰、および測定に焦点を合わせ、光ファイバの概要について説明します。
前提条件
要件
このドキュメントに関する固有の要件はありません。
使用するコンポーネント
このドキュメントは、特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されるものではありません。
このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されたものです。このドキュメントで使用するすべ
てのデバイスは、クリアな（デフォルト）設定で作業を開始しています。ネットワークが稼働中の場合は、コマンドが及ぼす潜
在的な影響を十分に理解しておく必要があります。
表記法
ドキュメント表記の詳細は、『シスコテクニカルティップスの表記法』を参照してください。
デシベルとは
デシベル（dB）は信号強度に相対的な違いを表現するのに使用されるユニットです。デシベルはここに示されている 2 つの場
合の電源の比率のベース 10 対数、ように表現されます:
dB = 10 x Log10 (P1/P2)
ここで、Log10 は 10 を底とする対数です。P1 および P2 は比較するパワーです。
注：ログ10 は Neparian 対数（Ln か LN）ベース e 対数と異なっています。
信号の振幅も dB で表すことができます。電源は場合の振幅の四角形に比例しています。したがって、dB は次のように表すこ
とができます。
dB = 20 x Log10 (V1/V2)
ここで、V1 および V2 は比較する振幅です。
1 ベル（現在は使用されない単位）= Log10 (P1/P2)
1 デシベル（dB）= 1 ベル / 10 = 10 * Log10 (P1/P2)
dBr = dB（relative）= dB = 10 * Log10 (P1/P2)
ベース 10 対数ルール
ログ10 （AxB） = （b）ログ10 （a） + ログ10
ログ10 （A/B） = ログ10 （a） -ログ10 （b）
ログ10 （1/A） = -ログ10 （a）
ログ10 （0,01） = -ログ10 （100） = -2
ログ10 （0,1） = -ログ10(10) = - 1
ログ10 （1） = 0
ログ10 （2） = 0,3
ログ10 （4） = 0,6
ログ10 （10） = 1
ログ10 （20） = 1,3
ログ10 （10） 2 x = ログ10 （2） + ログ10 （10） = 1 + 0,3
ログ10 （100） = 2
ログ10 （1000） = 3
ログ10 （10000） = 4
dB
次の表に、パワー比と、その対数から計算される dB（デシベル）との関係を示します。
電力比
dB = 10 x Log10 (パワー比)
AxB
X dB = 10 x ログ10(A) + 10 x ログ10(B)
A/B
x dB = 10 x Log10(A) - 10 x Log10(B)
1/A
x dB = + 10 x Log10 (1/A) = - 10 x Log10 (A)
0,01
- 20 dB = - 10 x ログ10(100)
0,1
- 10 dB = 10 x ログ10 （1）
1
0 dB = 10 x ログ10 （1）
2
3 dB = 10 x ログ10 （2）
4
6 dB = 10 x Log10 (4)
10
10 dB = 10 x ログ10 （10）
20
13 dB = 10 x (Log10 (10) + Log10 (2))
100
20 dB = 10 x ログ10 （100）
1000
30 dB = 10 x ログ10 （1000）
10000
40 dB = 10 x ログ10 （10000）
ミリワット（dBm）のデシベル
dBm = dB mW = 10 x Log10 (mW 単位で表したパワー / 1 mW)
電源
比
dBW = 10 x Log10 (W 単位で表したパワー /
1 W)
1 mW
1 mW/1 mW=1
0 dBm = 10 x ログ10 （1）
2 mW
2 mW/1 mW=2
3 dBm = 10 x ログ10 （2）
4 mW
4 mW/1 mW=4
6 dBm = 10 x Log10 (4)
10 mW
10 mW/1 mW=10
10 dBm = 10 x ログ10 （10）
0,1 W
100 mW/1 mW=100
20 dBm = 10 x ログ10 （100）
1 つの
W
1000 mW/1 mW=1000 30 dBm = 10 x ログ10 （1000）
10 W
10000 mW/1
mW=10000
40 dBm = 10 x ログ10 （10000）
1 W （dBW）を参照するデシベル
dBW = dB W = 10 x Log10 (W 単位で表したパワー / 1 W)
電源
比
dBW = 10 x Log10 (W 単位で表したパワー
/ 1 W)
1 つの
W
1 1 と W = 1
0 dBW = 10 x ログ10 （1）
2 W
2 1 と W = 2
3 dBW = 10 x ログ10 （2）
4 W
4 W / 1 W = 4
6 dBW = 10 x Log10 (4)
10 W
10 1 と W = 10
10 dBW = 10 x ログ10 （10）
100 mW
0,1 1 と W = 0,1
-10 dBW = -10 x ログ10 （10）
10 mW
0.01 W / 1 W =
1/100
-20 dBW = -10 x ログ10 （100）
1 mW
0.001 W / 1 W =
1/1000
-30 dBW = -10 x ログ10 （1000）
パワーおよび電圧の利得
パワーの利得と電圧の利得の比較表を次に示します。
dB
電力比
電圧比
dB
電力比
電圧比
0
1,00
1,00
10
10,00
3,16
1
1,26
1,12
11
12,59
3,55
2
1,58
1,26
12
15,85
3,98
3
2,00
1,41
13
19,95
4,47
4
2,51
1,58
14
25,12
5,01
5
3,16
1,78
15
31,62
5,62
6
3,98
2,00
16
39,81
6,31
7
5,01
2,24
17
50,12
7,08
8
6,31
2,51
18
63,10
7,94
9 ミリ秒
7,94
2,82
19
79,43
8,91
10
10,00
3,16
20
100,00
10,00
この情報から、減衰および利得を求める公式が定義できます。
減衰（dB） = 10 x ログ10(P in/P） = 20xLog10(V in/V）
ゲイン（dB） = 10 x ログ10(P out/P） = 20 x ログ10(V out/V）
光ファイバの構造
光ファイバは、情報を伝達する媒体の一種です。オプティカル・ファイバはクラッディングによって囲まれる無水ケイ酸ベース
のガラスから成り、コアで構成されています。ファイバの中心部分（コア）の屈折率は、N1 で表します。コアのまわりを覆っ
ているクラッドの屈折率はそれよりも低く、N2 で表します。光がファイバを入力するとき、クラッディングはファイバコアに
光を制限し、光はファイバコアの境界とクラッディングの間で内面反射によって移動します。
図 1 光ファイバ構造
ファイバのタイプ
現在、最も広く製造販売されているのは、シングルモード（SM）ファイバとマルチモード（MM）ファイバです。図 2 両方のこれ
らのファイバータイプで情報を提供します。
図 2
SM および MMファイバー
波長
わずか光はファイバにインジェクトされます。これは目に見える波長（400nm から 700nm への）および電磁スペクトルの近い
赤外線の波長に（700nm から 1700nm への）下ります（図を 3）参照して下さい。
図 3 電磁スペクトル
この表がリストしたものです低い光損失レベルと光ファイバ伝達のために使用できる 4 つの特別な波長があります:
Windows
波長
損失
第 1 波長
850 nm
3 dB/km
第 2 波長
1310 nm
0.4 dB/km
第 3 波長
1550 nm（C バンド）
0.2 dB/km
第 4 波長
1625 nm（L バンド）
0.2 dB/km
光パワー
光損失を測定するために、2 つのユニット、即ち、dBm および dB を使用できます。 dBm は、mW を基準とした実際のパワーレ
ベルを表します。dB（デシベル）は、パワー間の差異を表します。
図 4 光パワーを測定する方法
オプティカルインプットパワーが P1 （dBm）であり、光出力電源は P2 （dBm）です、電力損失は P1 - P2 dB です。どの位
電源が入出力の間で切断されるか見るために、この電力変換表の dB 値を参照して下さい:
dB
入力パワーに対する出力パワー失われたパワーのパー
のパーセンテージ
センテージ
備考
1
79%
21%
-
2
63%
37%
-
3
50%
50%
1/2 電源
4
40%
60%
-
5
32%
68%
-
6
25%
75%
電源 1/4 の
7
20%
80%
電源 1/5 の
8
16%
84%
電源 1/6 の
9 ミ
リ秒
12%
88%
入力パワー
の 1/8
10
10%
90%
電源 1/10
の
11
8%
92%
電源 1/12
の
12
6.3%
93.7%
電源 1/16
の
13
5%
95%
電源 1/20
の
14
4%
96%
電源 1/25
の
15
3.2%
96.8%
電源 1/30
の
たとえば、ファイバへの直接電話（LD）オプティカルインプットが 0dBm および出力電力のである -15dBm とき、ファイバのた
めの光損失はとして計算されます:
Input
0dBm -
Output
Optical Loss
(-15dBm) =15dB
電力変換表では、光損失のための 15dB は切断された光パワーの 96.8%匹敵します。つまり、ファイバを伝送される光は、入力
光パワーの 3.2 % に過ぎないことがわかります。
挿入損失について
あらゆる光ファイバ相互接続では、損失は発生します。コネクタまたはスプライスのための挿入損失はシステムにデバイスを取
り付けるとき見る電源の違いです。たとえば、ファイバの長さを奪取し、ファイバを通して光パワーを測定して下さい。読み
取り（P1）に注意して下さい。この場合半分のファイバを切り、ファイバを終え、接続し、電源を再度測定して下さい。二回目
の審議（P2）に注意して下さい。最初の測定値（P1）と 2 番目の測定値（P2）との差異が、挿入損失になります。つまり、ライ
ンにコネクタを挿入したときの光パワーの損失が、挿入損失です。これは、次のように求めます。
IL （dB） = 10 ログ10 （P2/P1）
挿入損失についてのこれら二つの重要な事柄を理解して下さい:
挿入損失とは、同一のファイバで測定した値です。
送信する側のコア径（か NA）データデータを受け取るファイバの NA より大きければ、追加損失があります。
Ldia は = 1010 （diar/diat） 2 つを記録します
LNA は = 1010 （NAr/NAT） 2 つを記録します
ここで、
Ldia = 損失直径
diar = 受信側の直径
diat = 送信側の直径
LNA = オプティカル・ファイバの損失
追加損失はフレネルリフレクションから発生する場合があります。フレネル反射は、2 つのファイバが離れていて、屈折
率の不連続な部分が存在しているときに発生します。空隙で分かれる 2 ガラス繊維に関してはフレネルリフレクションは
0.32 dB です。
損失はラウンチによって左右されます。
挿入損失はラウンチに左右され、結合されている 2 つのファイバの状態によって影響されます。短い起動では、送りまし
たクラッディングおよびコアを両方オプティカルエネルギーが付いているファイバを入れ過ぎることができます。距離が
長くなるにつれて余分なエネルギーが失われていき、最後には equilibrium mode distribution（EMD; 平衡モード分散）と
いう状態になります。長い起動では、ファイバは既に EMD に達してしまいました、従って過剰エネルギーは既に除去さ
れ、コネクタで現在ではないです。
相互接続のファイバにファイバ接合点を再度過剰クラッディングモードでのファイバを入れ過ぎることができる交差させる
こと点灯して下さい。このモードの光はすぐに減衰します。受信側が短い場合はこの状態になります。短いレシーブフ
ァイバの出力を測定する場合、余分エネルギーを表示できます。ただし、余分エネルギーはずっと伝搬しません。この測
定値は正しい値とはいえません。逆に、受信側ファイバが EMD に到達するほど長い場合は、挿入損失の測定値は高くなり
ますが、実際の状態を反映した値になります。
EMD（ラウンチと受信側がともに長い状態）は、簡単にシミュレートできます。これのために、心棒のまわりでファイバを
ラップして下さい 5 回。これによって、クラッドモードが取り除かれます。
電力バジェットを計算して下さい
リンクのパワーバジェットを大まかに計算できます。これのために、各ファイバにファイバ接続のための 0.75 dB を割り当て
て下さいファイバ損失がファイバの長さと比例していると仮定します。
3.5 dB/km の損失がある 62.5/125 ファイバおよび 3 パッチ・パネルと動作する 100 メートルに関しては、総損失はここに示
されているように 2.6 dB、です:
ファイバ: 3.5 dB/km = 100 m で 0.35 dB
パッチ・パネル 1 = 0.75 dB
パッチ・パネル 2 = 0.75 dB
パッチパネル 3 = 0.75 dB
合計 = 2.6 dB
実際の測定値は、これより低くなるのが普通です。たとえば、AMP SC コネクタのための平均挿入損失は 0.3 dB です。この場
合、リンク損失は 1.4 だけ dB です。 10 Mbps のイーサネットであっても、155Mbps の ATM であっても、損失は同じです。
ファイバシステムの認証では、Optical time-domain reflectometry（OTDR; 光時間領域反射測定）計測器がよく使われます。
OTDR 計測器は、ファイバに光を入射し、戻ってきた光を検出して、結果をグラフィックに表示します。 OTDR 計測器は、光の戻
ってくる時間を測定して、事象への隔たりを割り出します。表示されたグラフを確認することで、単位長さ当たりの損失を調べ
たり、スプライスやコネクタの接続状態を評価したり、不具合が起きている地点を特定したりできます。 OTDR はリンクの部分の
クローズアップピクチャのためのある特定の場所に急上昇します。
リンクの認証や評価は、パワーメータと信号光源があれば実施できる場合が多いものですが、OTDR 計測器を使用すれば、リンク
全体の状態の的確な把握と診断が可能になります。しかし OTDR はディスプレイを解読するより多くのトレーニングおよびスキ
ルを必要とします。
関連情報
トラブルシューティングテクニカルノーツ
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Updated: 2014 年 10 月 19 日
http://www.cisco.com/cisco/web/support/JP/100/1003/1003668_db_29000.html
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