メタル・光ファイバ・FTTH・伝送装置・通信線路
光ファイバの構造と伝搬モードに関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
シングルモードファイバはコア径を10μm程度と細くし、使用波長でただ一つのモードしか伝搬できないようにしたものである。モードが一つなのでモード間の伝搬時間差（モード分散）が生じず、長距離・大容量伝送に使われる。単一モードで動作するのは、使用波長がカットオフ波長より長い場合である点を取り違えやすい。マルチモードファイバでは、GI型がコア内の屈折率を連続的に変えてモード分散を小さくしている。
ITU-T勧告に規定されるシングルモードファイバに関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
標準シングルモードファイバ（G.652）は零分散波長が1.3μm帯にあり、損失最小の1.55μm帯では波長分散が大きい。これを改善するため零分散波長を1.55μm帯へ移したのが分散シフトファイバ（G.653）だが、WDMでは零分散付近で四光波混合が起こりやすい。そこで1.55μm帯にわずかな分散を残したのが非零分散シフトファイバ（G.655）である。曲げ損失低減ファイバ（G.657）は、屋内・宅内配線などの小さな曲げ半径での損失増加を抑えるものである。
石英系光ファイバの損失に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
レイリー散乱損失は、ガラスの屈折率のゆらぎによって生じる損失で、波長の4乗に反比例する。したがって短波長ほど大きく、長波長ほど小さくなる。長波長側では石英の赤外吸収が増加するため、損失最小は1.55μm付近となる。波長の2乗に比例して増えるとする記述は誤りで、これが適当でない記述にあたる。
長さ12kmの光ファイバ線路がある。光ファイバの損失係数は0.35dB/km（接続損失を除く）、途中の融着接続点は5箇所で1箇所当たり0.1dB、線路両端の光コネクタ接続は2箇所で1箇所当たり0.5dBである。この光線路全体の損失として、適当なものはどれか。
解答正解 1
線路全体の損失は、ファイバ自体の損失と各接続点の損失を足し合わせる。ファイバ損失は0.35×12＝4.2dB、融着接続損失は0.1×5＝0.5dB、コネクタ接続損失は0.5×2＝1.0dBで、合計は4.2＋0.5＋1.0＝5.7dBである。損失の項目を一つ忘れる誤りが典型で、足し忘れた項目ごとに誤答の値が決まる。
送信光出力が1mW（0dBm）の光信号が、損失23dBの光線路を伝搬して受信された。受信光パワーとして最も近いものはどれか。
解答正解 2
dBmは1mWを基準とした絶対レベルで、0dBmが1mWに当たる。受信レベルは0−23＝−23dBmであり、−10dBmが100μW、−20dBmが10μW、−30dBmが1μWであることから、−23dBmは約5μW（10の−2.3乗mW≒0.005mW）となる。dB値を単純な比（1/23）として扱う誤りや、桁を取り違える誤りに注意する。
OTDR（光パルス試験器）による光ファイバ線路の測定に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
OTDRは、光パルスを入射して戻ってくる後方散乱光とフレネル反射光の時間変化から線路を評価する。入射パルス幅を広くすると送り込む光エネルギーが増えてダイナミックレンジが大きくなり遠方まで測定できる一方、反射点の影響が及ぶデッドゾーンが拡大し距離分解能が低下する。そのため、長距離測定は広いパルス幅、近接した接続点の分離は狭いパルス幅と、測定目的に応じて使い分ける。
OTDRで光ファイバ線路を測定したところ、入射パルスから、ある融着接続点による損失段差が現れるまでの往復の伝搬時間が80μsであった。光ファイバの群屈折率を1.5、真空中の光速を3.0×10の8乗m/sとするとき、その接続点までの距離として、適当なものはどれか。
解答正解 4
ファイバ中の光速は c/n＝3.0×10の8乗÷1.5＝2.0×10の8乗m/sである。往復の時間80μsのうち片道は40μsであるから、距離は 2.0×10の8乗×40×10の−6乗＝8,000m＝8kmとなる。式では L＝c・t／（2n）である。往復時間であることを無視して2で割らない誤り、群屈折率を無視する誤りが典型である。
波長分散が17ps/（nm・km）の光ファイバ50kmを、スペクトル幅0.1nmの光源で伝送するとき、波長分散によるパルスの広がりとして、適当なものはどれか。
解答正解 3
波長分散によるパルスの広がりは、分散係数D、ファイバ長L、光源のスペクトル幅Δλの積 Δτ＝D・L・Δλ で求められる。17×50×0.1＝85psである。スペクトル幅を掛け忘れると850ps、小数点を誤ると8.5psや0.85psになる。スペクトル幅の狭い光源（DFBレーザなど）ほど波長分散の影響は小さくなる。
光ファイバの偏波モード分散（PMD）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
PMDは、コアの非真円性や側圧・曲げなどによる複屈折のために、直交する二つの偏波成分の伝搬時間に差が生じる現象である。この差は環境変化によりランダムに変動するため、パルス広がりは伝送距離に比例せず、距離の平方根にほぼ比例する。ビットレートが高いほどシンボル時間が短くなり許容されるPMDが小さくなるため、10Gbit/s以上の長距離伝送で問題となる。
WDM伝送では光ファイバ中の光強度が大きくなるため、非線形光学効果が問題となる。次の（ア）～（ウ）の現象の名称の組合せとして、適当なものはどれか。 （ア）光の強度変化により屈折率が変化し、その光自身の位相が変調されてスペクトルが広がる現象。 （イ）三つの波長の光の相互作用により新たな波長の光が生成され、等間隔のWDMでは他チャネルと重なって雑音となる現象。 （ウ）強い入力光が音響フォノンと相互作用して後方散乱光を生じ、ファイバへ入射できる光パワーが制限される現象。
解答正解 3
（ア）は自己位相変調（SPM）、（イ）は四光波混合（FWM）、（ウ）は誘導ブリルアン散乱（SBS）である。相互位相変調（XPM）は他チャネルの光強度により位相が変調される現象で、SPMとは起因する光が異なる。誘導ラマン散乱（SRS）は分子振動との相互作用で、おもに前方へ長波長側の光を生じる。非線形効果は光強度に依存するため、入力パワーの制限や分散のあるファイバの利用で対策する。
波長分割多重（WDM）方式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
CWDMは波長間隔が20nmと広く、波長の温度変動を許容できるため、冷却機構のない安価なレーザを使える反面、広い波長範囲に及ぶので光増幅器で一括増幅しにくく、おもに中短距離で使われる。DWDMは100GHz（約0.8nm）や50GHzなどの周波数グリッド上に高密度に多重し、EDFAによる一括増幅で長距離・大容量伝送を行うが、波長安定度への要求はCWDMよりも厳しい。
エルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
EDFAはエルビウムイオンを添加した光ファイバに0.98μm帯又は1.48μm帯の励起光を入れ、反転分布を作る。そこへ1.55μm帯の信号光が入ると誘導放出で増幅され、光のままで増幅できるので、ビットレートや変調方式に依存しない。一方、自然放出光（ASE）が雑音となり、多段に縦続接続するとOSNRが劣化するため、無限には中継できない。
光アクセス網のPON（Passive Optical Network）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
PONは、OLTとONUの間を光スプリッタ（受動素子）で分岐する構成で、下りは全ONUへ同じ信号を放送し、ONUが自分宛のフレームを選択する。上りは異なる波長（1.31μm帯）で複数のONUが同じ光ファイバを共有するため、OLTが各ONUまでの距離差を測距して送信タイミングを割り当て、時分割で衝突を避ける。光スプリッタは給電不要なので、局外に電源設備を置かずに済む。
OLTの送信光出力が＋3dBmのPONにおいて、1：4と1：8の光スプリッタを縦続接続して分岐する。光スプリッタの損失は理論上の分岐損失のみとし（1：2当たり3dBとして近似）、光ファイバは10kmで損失係数0.4dB/km、コネクタ及び融着接続の損失の合計は2dBである。ONUの受信光レベルとして、適当なものはどれか。
解答正解 3
1：4は1：2の2段分で6dB、1：8は3段分で9dBであり、縦続接続の分岐損失は合計15dB（1：32相当）である。ファイバ損失は0.4×10＝4dB、接続損失は2dBなので、総損失は15＋4＋2＝21dB。受信レベルは＋3−21＝−18dBmとなる。損失の項目の足し忘れや、分岐比32を32dBと取り違える誤りに注意する。
OTDR波形の読み方に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 4
融着接続点は、接合面での屈折率の不連続がほとんどないため、反射を伴わない小さな損失段差として現れる。反射のスパイクが現れるのは、空気層を介するコネクタ接続点やファイバ端面などのフレネル反射が生じる箇所である。モードフィールド径の異なるファイバの接続では、見かけ上の損失が負（段差が上昇）になることがあり、両方向からの測定値を平均して真の損失を求める。
平衡対ケーブルのクロストーク（漏話）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
近端漏話（NEXT）は、妨害を与える信号の送信端と同じ側で測定する漏話で、減衰する前の強い信号が妨害源となるため、一般に遠端漏話よりも影響が大きい。遠端漏話（FEXT）は、送信端の反対側で測定する漏話である。漏話は対間の静電結合・電磁結合によって生じ、周波数が高いほど大きくなる。対ごとにより合わせピッチを変えるのは、結合を打ち消し合わせて漏話を減らすためである。
光ファイバケーブルの布設に関する次の記述のうち、適当でないものはどれか。
解答正解 1
光ファイバケーブルは、張力をテンションメンバ（抗張力体）に負担させ、ファイバ心線に過大な歪を与えない構造になっている。管路への引込みでは許容張力を超えないよう、潤滑剤の使用、張力計による管理、中間ハンドホールでの引き回しなどを行う。許容曲げ半径は、張力が加わる布設作業中のほうが固定後より大きくとる。張力をファイバ自体が負担するとする記述は誤りである。
光ファイバの融着接続に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
融着接続は、ファイバ端面を放電で溶かして一体化する方法で、接続損失は0.1dB以下程度と小さい。損失は軸ずれ、端面の角度、端面間の隙間などの外的要因のほか、モードフィールド径やコア径、コア偏心などのファイバ固有の要因でも生じる。したがって軸ずれや端面の傾きがなくても、モードフィールド径が異なれば損失が生じる。融着前の切断面は光軸に垂直に仕上げる。
光コネクタの端面研磨に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
APCコネクタは端面を約8度斜めに研磨し、反射した光がコアに戻らずクラッドへ逃げるため、反射減衰量が大きい。映像信号を光で重畳伝送する方式など、反射に敏感な用途に用いられる。PC・UPCは端面を球面状に研磨してフェルール同士を物理的に接触させ、隙間をなくして反射を抑える。研磨形状が異なるコネクタ同士は接続できず、無理に接続すると端面の損傷や特性劣化を招く。
SDH（同期デジタルハイアラーキ）のSTM-1の伝送速度は155.52Mbit/sである。STM-N（N＝16）のSTM-16の伝送速度として、適当なものはどれか。
解答正解 2
STM-NはSTM-1をN本分多重した伝送速度で、STM-Nの速度は155.52×N［Mbit/s］である。STM-16は155.52×16＝2,488.32Mbit/s（約2.5Gbit/s）となる。STM-4は622.08Mbit/s、STM-64は9,953.28Mbit/s（約10Gbit/s）であり、Nの数を取り違えないように注意する。