光コネクタの作成と検査

2018年11月 「光コネクタの作成と検査」を新規公開しました。

光コネクタとは?

 光ファイバを接続する際には、直径10~数10μmというコア部分の位置を高精度に合わせる必要があり、そのために融着接続・メカニカルスプライス・コネクタ接続等の方法が用いられています。
 コネクタ接続は、光ファイバの先端に取り付けた機械的に勘合・分離が可能な光コネクタにより接続を行うもので、伝送装置の取換え、定期試験、配線切替えなど比較的頻繁に着脱が行われる伝送装置間、伝送装置と光ファイバケーブル間、光配線パネル内での接続に用いられています。
 光コネクタの基本的構造は、光ファイバを高精度に加工されたフェルールに埋めこみ、それにプラスチックや金属製のボディを装着し、スリーブやガイドピン等によりフェルール相互の位置を高精度に保ち、光ファイバ相互の接続を行うものです。
 通信サービスやLANに用いられる光ファイバケーブルの建設・保守において、光コネクタの作成や検査を行うために多種多様な工具・測定器が用いられています。ここでは代表的な光コネクタと関連機器について紹介を行います。

この記事のトピック目次

  1. 光コネクタの種類
  2. 光コネクタの取付方法
  3. 光コネクタの検査方法




1.光コネクタの種類

 光コネクタにおいて重要な部品はフェルール(中子)と呼ばれ、コネクタ接続の際に光ファイバのコア軸が真っすぐになるよう光ファイバ端面を突き合わせるために用いられます。
 単心光コネクタの場合は、円筒状のフェルールの真ん中にコア軸を固定し、フェルール外径よりわずかに小さい内径をもつ割りスリーブに接続するフェルールを挿入し相互に中心軸に合わせる。また、凸形に研磨したフェルール端面同士を押し当てる事で、接続損失/反射減衰量を改善させています。
 多心光コネクタの場合は、テープ状に並べた光ファイバのコネクタ軸にあわせるためにガイドピンを用います。2本のガイドピンの中心軸上に各光ファイバのコア軸を精度良く並べて固定することによりコア軸合わせを行います。また、MTコネクタでは、特殊な研磨方法を採ることやフェルール間に整合材を充填することで、接続損失/反射減衰量を改善させています。
 光コネクタは、用途に合わせ、端面形状・対応心数・勘合方式(ボディ形状)等様々なものが使用されています。

(1)端面研磨形式

光ファイバをコネクタ接続する際に、接続損失と反射が抑制されるよう考慮する必要があります。そのために、光コネクタのフェルール先端面(以下、端面)形状として様々なものが使用されています。

研磨種類
形状
反射減衰量
(dB)
特長
外観(例:SCコネクタ)
平面研磨屈折率整合剤が必要・フェルール先端を平面状に研磨する方法です。
・端面の間に空隙が発生しやすく、屈折率の不連続により大きな反射が生じるため、対策として屈折率整合剤などを用います。
参考無し

SCコネクタは一般的に*PC研磨で作成
PC研磨
(Physical Contact)
25以上
・フェルール先端を凸球面状に研磨し、光ファイバ同士を、隙間無く直接接触するための研磨方法です。整合剤無しで接続可能です。
・マルチモードファイバの標準的な研磨方法です。
コネクタ及びブーツが青色
SPC研磨
(Super PC)
40以上
・PC研磨後、さらに低反射研磨を行い、反射特性を向上させる研磨方法です。
・シングルモードファイバの標準的な研磨方法です。
・AdPC研磨は、SPC研磨の一種で、主にNTTで採用されています。
コネクタは青色、ブーツは白または藤色等
APC研磨
(Angled PC)
60以上
・フェルール先端を斜め凸球面状に研磨し、反射光を光源側に戻さないよう様にする研磨方法です。
・PC研磨(SPC含む)との接続互換性はありません。
・映像伝送などでよく用いられます。
コネクタの色は緑が多く、コネクタの先端が斜めになっている

(2)単心コネクタ

単心コネクタは、ジルコニア等のセラミックを用いたフェルールの中心部に高精度で孔を設け、光ファイバを孔内部に接着剤で固定する構造がとられています。そして、フェルール相互を金属またはセラミックのスリーブで高精度で位置あわせをし端面を接触させることで光ファイバのコア相互を接続します。
フェルール外径として、2.5mm・1.25mmの二種類あり、また夫々に複数のボディ形状が採用されています。

2.5mmフェルール系

種別 外観 特徴 主な用途
FC FC外観 単心用の光ファイバコード等での接続用に取り付けられており、FCアダプタを介してねじ締結式で接続します。 CTF
SC SC外観 着脱に工具等が不要なプッシュオン機能を持ち、単心用の光ファイバコード等での接続用に取り付けられており、SCアダプタを介してスライドロック式で接続します。 FTM、CTF、配線用PD、ONU
SC2 SC2外観 単心用の光ファイバコード等での接続に取り付けられており、SC2アダプタを介して専用のコネクタ着脱工具を使用しスライドロック式で接続します。
SCコネクタと比べ、プッシュオン機能を省くことにより小型化し収容性を上げています。
FTM

   ※FTM—— 加入者系および市内中継系SM型光ファイバケーブルを成端する架です。

1.25mmフェルール系

種別 外観 特徴 主な用途
MU MU外観 SCコネクタに比べ小型なコネクタで、高密度実装が可能なコネクタです。単心、2心の2種類があり、SCコネクタと同様に工具無しでの着脱ができます。また、高密度実装等の指入れが難しい場所では、専用のコネクタ着脱工具で接続を行います。 IDM
LC LC外観 SCコネクタに比べ小型なコネクタです。単心、2心の2種類があり、SCコネクタと同様に工具無しでの着脱ができます。 ルータ、L3/L2スイッチ

   ※IDM—— 加入者系光ファイバケーブルを高密度に成端し、OLTとの接続および分配を行う架です。

(3)多心コネクタ

種別 外観 特徴 主な用途
MT MT外観 テープ心線相互の接続に用いるコネクタで、MTコネクタクリップとMTコネクタかん合ピンを使用し接続し、着脱には専用のコネクタ着脱工具を使用します。 地下光ケーブル、成端光ケーブル(FTM/成端PD)
MPO/MTP MPO外観 MTコネクタにプッシュオン機能を持たせたコネクタです。 構内PD、光パッチパネル、ファイバチャネル
MT-RJ MT-RJ外観 1MTを2心化しプッシュオン機能を持たせたコネクタです。 イーサネット機器

  ※成端PD—– ユーザビル内で光ファイバケーブルの成端や分配を行う盤です。



2.光コネクタの取付方法

(1)現場付けコネクタ(端面研磨)

 光コネクタ付きケーブル等の主に工場で取付される方法と同様な光コネクタの取付方法です。
 光コードや0.9mmφのナイロン被覆光心線等に取付る際の主な工程を下記に示します。

  • 1.被覆除去——光コード/心線の被覆を除去して光ファイバを加工可能にします
  • 2.心線切断——光ファイバを光コネクタのフェルール等の長さに合わせ切断します
  • 3.接着固定——光ファイバに接着材を塗布し、フェルールの孔に挿入し接着剤を硬化させ固定します
  • 4.端面研磨——フェルールから突出した不要な光ファイバを除去した後、光コネクタ研磨機を用いてフェルール端面の研磨をします
  • 5.心線固定——コネクタハウジングにコード/心線の被覆(抗張力対を含む)を固定し引張りに対する機械的強度を確保します

 光コネクタ研磨機にハンディータイプのものを用いると、光工事の現場等でも容易に光コネクタ作成が可能です。

 ハンディータイプの光コネクタ研磨機の概要をご紹介します。

商品名 外観 特徴 対象コネクタ
SC ST FA MU LC MT
ハンディ型光コネクタ研磨機(POP-311) 外観図 ・150秒/(SC)で接着剤除去~AdPC研磨が可能
・工場作成と同水準の研磨レベルを実現
・単3形の充電池・乾電池で使用可能

※一部の機能については専用オプション等が必要になります。(△:NTTRECで未提供)

(2)プレ研磨現場付けコネクタ

 フェルールの先端面が工場で研磨加工済み光コネクタの内部で、予め内蔵された光ファイバとコード等の光ファイバ心線を接続する現場付けのコネクタです。
 接着剤の塗布・硬化やコネクタ端面研磨等の特殊な材料・工具を用い時間のかかる作業が不要なため、工事現場において簡単に且つ短時間で光コネクタの取付加工が可能です。

メカニカルスプライス式

 光ファイバを接続するためのメカニカルスプライスを内蔵した光コネクタを用いる方法です。
 メカニカルスプライスは、接続用部材に精密に設けられたV溝上で、光ファイバ同士をを機械的に押し付け把持することで接続する方法です。融着接続機のような高価で電源を使う装置が不要で、簡易な工具で接続が可能なため、工事現場等において安価に光ファイバが接続できる方法です。
 作成工程は以下のとおり。

  • 1.被覆除去——光コード/心線の被覆を除去して光ファイバを加工可能にします
  • 2.心線切断——光ファイバを光コネクタ内のメカニカルスプライスの接続位置に合わせ、精密に切断します。
  • 3.心線接続——光ファイバをメカニカルスプライスに挿入し内蔵ファイバと突合せ接続固定します。
  • 4.心線固定——コネクタハウジングにコード/心線の被覆(抗張力対を含む)を固定し引張りに対する機械的強度を確保します

 メカニカルスプライス式のコネクタ作成に用いる各種の専用ツール類をご紹介します。

商品名 外観 特徴 対象コネクタ
SC ST FA MU LC MT
クイックSCコネクタ
組立工具セット(S)
外観図 ・住友電工社製のクイックSC、LCの組み立てに必要な工具類をキット化
ユニカムコネクタ
組立キット
外観図 ・小型で片手により操作が可能
・組立良否判断機能を搭載
・一連の組立工程を可能としたキット
FA用マルチストリッパ 外観図 ・0.5mm光ファイバ心線へのFA/FASコネクタ取付時に使用する、2段階の被覆除去機能をまとめたストリッパとFA用ホルダのセット

※光ファイバの切断には、別途、融着接続等に用いられる光ファイバカッタが必要となります。

融着接続式

 光コネクタのハウジング内部で内蔵された光ファイバと融着接続で心線接続を行う方法です。
 融着接続は、光ファイバ端面をアーク放電により溶かし接続する方法であり、光ファイバを溶融した状況での接続のため、低損失かつ経年的な損失変動のない信頼性の高い接続方法です。
 作成工程は以下のとおり。

  • 1.被覆除去——光コード/心線の被覆を除去して光ファイバを加工可能にします
  • 2.心線切断——光ファイバを光コネクタ内の融着接続位置に合わせ、精密に切断します。
  • 3.心線接続——光コード/心線と光ファイバを内蔵した光コネクタを融着接続機にセットし融着接続し、その後、補強部材等で固定します。
  • 4.心線固定——コネクタハウジングにコード/心線の被覆(抗張力対を含む)を固定し引張りに対する機械的強度を確保します

 融着接続式のコネクタ作成に用いる専用ツール類をご紹介します。

商品名 外観 特徴 対象コネクタ
SC FC FA MU LC MPO
融着型現地組立コネクタ用工具(F) 外観図 ・フジクラ社製の融着型現地組立コネクタを融着接続する際に必要なツール類をセット化
(光コードφ1.7・φ2に対応)
融着型現地組立コネクタ用工具(S) 外観図 ・住友電工社製の融着型現地組立コネクタを融着接続する際に
 必要なツール類をセット化
 (光コードφ1.7、φ2、φ3に対応)

※光コネクタの組立には、別途、融着接続機、ファイバホルダおよび光ファイバカッタ等が必要となります。(△:NTTRECで未提供)

(3)ピグテイル

 工場でフェルールの先端面を研磨加工した光コネクタ付の光ファイバを用い、工事現場で光ファイバ同士を接続(融着接続等)することで光コネクタ取付を行う方法です。
 この方法では、光ファイバ同士の接続部の保護のために接続BOXの設置や補強材料の取付が必要となります。




3.光コネクタの検査方法

(1)接続損失/反射減衰量の測定原理

光コネクタの試験方法については、JIS C 5961:2009「光ファイバ試験方法」が規格化されており、挿入損失(本文では接続損失)や反射減衰量の試験について複数の方法が規定されています。実際の光配線システムでは、光ファイバケーブルに取付けた形で光コネクタは用いられるため、接続損失はコネクタ付き光ファイバケーブルの損失の一部としてしか測定できないこともあります。ここでは、「光パワーメータ」や「OTDR」を用いた測定方法について説明します。

光パワーメータを用いる方法

●接続損失
光源と光パワーメータを用いる方法では、個々のコネクタ接続点の接続損失を測定することは困難で、光コネクタが取り付けられた光ファイバケーブル全体の損失を測定し評価することとなります。全長の短い機器接続用の光コードについてはそのほとんどが、光コネクタの接続損失とみなされます。
測定方法等ついては、別記事「LAN建設・保守用測定器の機能比較 2.(4)光ケーブル認証試験」で紹介しております。

●反射減衰量
光コネクタに入射した光パワーと、その光コネクタから反射され光源側に戻る光パワーを測定し評価することで反射減衰量が得られます。
測定時には、光源、光パワーメータに加えて光ブランチングデバイス(光分岐/結合器・カプラ)等が必要となります。
測定方法や評価方法については、JIS C 5961:2009「光ファイバ試験方法」などを参照してください。

OTDRを用いる方法

OTDR(Optical Time Domain Reflectometer)を用いて、光配線システムの測定を行う事で、複数の光ファイバケーブルや光コネクタが構成された状態で各部の損失や反射状態を一括して把握することができます。
測定波形を評価することで、個々の光コネクタ接続点の接続損失や反射減衰量の算出が可能で、その方法の概要を次図に示します。
OTDR測定

(2)接続損失/反射減衰量検査用測定機器

光源&光パワーメータ

光損失測定に使用される様々な光源・光パワーメータなどをご紹介します。
●光源

機器名AQ4280A
LD光源
AQ4280B
LD光源
KI2800LED光源
(GI)
SimpliFiber Pro
MM(FTK-1000)
<光源>
SimpliFiber Pro
SM(FTK-2000)
<光源>
外観
11227600_01
11227700_01
12169800_01
12218400_01
12218500_01
GI用0.85㎛
1.30㎛
SM用1.31㎛
1.55㎛
その他(㎛)1.49
光出力レベル-5dBm ± 1dB-5dBm ± 1dB-20±1dBm
(62.5/125)
≧-20dBm≧-20dBm
変調周波数CW、270Hz、
1kHz、2kHz
CW、270Hz、
1kHz、2kHz
CW、270Hz、
1kHz、2kHz
CW、2kHzCW、2kHz

●光パワーメータ
機器名パワーメータ
(211B)
AQ2170
パワーメータ
AQ2180H
パワーメータ
CSM-4
パワーメータ
SimpliFiber Pro
MM/SM
<光パワーメータ>
外観
11257100_01
11227800_01
11227900_01
11214400_01
12218400<br />
_01
適合ファイバ
SM、GI
SM、GI
SM
SM、GI
SM、GI
0.85㎛
1.30㎛
1.31㎛
1.55㎛
その他(㎛)1.491.49、1.625、
1.65
1.49、1.625、
1.65
0.98、1.49、
1.625
1.49、1.625
測定範囲-70~
+5dBm
-70〜
+10dBm
-50〜
+26dBm
-50〜
+26dBm
-60~
10dBm
(0.85:-52~)
変調周波数CW、270Hz、
1kHz、2kHz
CW、270Hz、
1kHz、2kHz
CW、2kHz

●光源/光パワーメータ一体型
機器名AQ1100D
マルチフィールドテスタ
(SM・MM0.85)
AQ1100D
マルチフィールドテスタ
(SM)
CMA5
光ロステスタ(GI)
外観
11223500_01
11223300_01
11229700_01
光源GI0.85㎛
1.30㎛
SM1.31㎛
1.55㎛
光出力レベル-20±1dBm(GI)
-3±1dBm(SM)
-3±1dBm-7dBm以上
変調周波数CW, 270Hz,
1kHz/2kHz(SM)
CW, 270Hz,
1kHz/2kHz(SM)
CW, 270Hz,
1kHz/2kHz(SM)
光パワーメータ適用光ファイバGI、SMGI、SMGI、SM
測定波長(㎛)0.85,1.30,1.31,1.49,
1.55,1.625,1.65
0.85,1.30,1.31,1.49,
1.55,1.625,1.65
0.85,1.30,1.31,1.49,
1.55,1.625
測定範囲-70〜+10dBm-70〜+10dBm-60〜+5dBm
その他可視光源
0.65μm/-3dBm
可視光源
0.65μm/-3dBm


OTDR

OTDRは光パルス試験機とも呼ばれ、光コネクタ等での反射や光ケーブル・光コネクタの各種損失の発生状況を測定点からの距離と対応し特定することが可能なため、配線の不具合箇所の発見のために広く利用されています。
光パルス試験に使用される代表的なOTDRについてご紹介します。

機器名MT9085B53
ミニOTDR
SM・PWM
AQ7280
OTDR SM
AQ7280
OTDR GI
光パルス試験機
MAX-720C-SM1
(PWM)
Optifiber Pro
OTDR
外観
11244500_01
11230500_01
11230500_01
11240900_01
12139800_01
適用ファイバ
SM
SM
GI
SM
SM、GI
測定波長
/パルス幅
GI
0.85μm
/3ns~200ns
1.30μm
/3ns~5μs
0.85μm
/3ns~200ns
1.30μm
/20ns~1μs
SM1.31、 1.55μm
/3ns~20μs
1.31、 1.55μm
/3ns~20μs
1.31、 1.55μm1.31、 1.55μm
/3ns~20μs
ダイナミックレンジGI
22dB/24dB
(0.85/1.30)
28dB/30dB
(0.85/1.30)
SM42/41dB
(1.31/1.55)
40/38dB
(1.31/1.55)
36/35dB
(1.31/1.55)
32/30dB
(1.31/1.55)
測定距離範囲
(測定レンジ)
GI
~100km
9km/35km
(0.85/1.30)
SM~200km~512km
~260km80km/130km
(1.31/1.55)
光パワーメータ測定波長(㎛)0.85, 1.30, 1.31, 1.383, 1.49, 1.55, 1.625, 1.651.31, 1.49, 1.55, 1.625, 1.65
0.85, 1.30, 1.31, 1.49, 1.55, 1.625, 1.65
測定範囲-67〜+6dBm-50〜-5dBm
-50~27dBm
その他可視光源0.65μm/0±3dBm
0.65μm/≧-1.5dBm
備考


(3)端面状態の検査基準

端面の汚れは、光コネクタの性能(接続損失/反射減衰量)低下だけでなく、先端面の溶解の原因となる場合もあります。
コネクタの端面検査の基準については、ISO/IEC 14763-3規格に記載されています。

(4)端面状態検査機器

光コネクタの先端面はコネクタクリーナ等を用いて清掃し、汚れ等の除去を行いますが、清掃後の汚れの残留やキズの状況を観察するためにコネクタ端面検査装置が用いられています。
光コネクタ端面検査装置にはIEC規格に準拠した自動判定機能を有するものもあります。
取扱いが簡単な、光コネクタ端面検査装置についてご紹介します。

機器名光コネクタ端面検査装置
(FOCIS Flex2)
コネクタ端面検査装置
(ビューコンプラス)
FiberInspector
プローブ
光コネクタ端面検査装置
FBP-SD01
外観
12407100_01
12406100_01
12216400_01
12402900_01
装置構成
一体型
一体型
VERSIVオプション
PC/タブレット
USB接続
適用コネクタ
研磨
タイプ
直角
斜め
直角
直角
直角
斜め
2. 5mm
フェルール
SC(SC2)
FC(ST)
1.25mm
フェルール
MU
LC
MPO/MTP
主要機能オートフォーカス
自動合否判定
レポート
その他Windows7まで
※一部の機能については専用オプション等が必要になります。(◇:NTTRECで提供/△:NTTRECで未提供)

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高見沢 和俊  NTTレンタル・エンジニアリング株式会社 エンジニアリング部長

高見沢 和俊  NTTレンタル・エンジニアリング株式会社 エンジニアリング部長

主にネットワーク系の執筆を担当しています。 光ファイバケーブルや施工技術の開発経験を基にして、ネットワーク構築・保守に使われる各種測定器・工具の効果的な利用方法を紹介するというスタンスで執筆しています。
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