光ファイバーと周波数

最近実験で行ったのですが、プラスチック光ファイバーの周波数特性についてです。オシロスコープから電気信号を流しにいれLDにいれ光に変換しプラスチックファイバーに流し、出口のフォトダイオードで再び電気信号に変換しオシロのインプットとアウトプットで差をとって減衰率を測るというものです。
電気信号を1～600MHzと変えていくのですが周波数が高くなるにつれて減衰が大きくなります。
なぜ周波数が高くなると減衰が大きくなるのでしょうか？

No.4 ベストアンサー 回答者： gontarohk 回答日時： 2005/10/07 21:39

プラスチックファイバーはマルチモードファイバーです。

これにはモード分散があります。マルチモードファイバーでは、基本モードの他に多くの高次モードが立ちます。モードとはファイバーの中の光の強度分布の形を言います。モード分散はモードによってファイバー中を光が伝わる速度が異なることを言います。これは＃３さんが書いたように、ファイバーの中の伝わり方の違いと考えても良いでしょう。

要するに、伝わる速度の異なるモードが幾つもできますので、光のパルスがファイバー中を伝わる間に、パルスの形が崩れてしまいます。その為、光のonとoffの光の強度比が小さくなります。（パルスの山が崩れて、谷を埋めてしまうと考えれば分かりや巣でしょうか。）これが信号強度が減衰する原因です。高周波ではパルスとパルスの間の時間差が小さいため、パルスの波形が少し崩れても、onとoffの比が小さくなってしまうのです。

蛇足ですが、一般の光通信で使われているファイバー（プラスチックではなく石英でできています）はシングルモードファイバーで、基本モードしか存在せず、モード分散の影響はありません。これで、10Gbpsなどの高周波の信号が送れます。

No.3 回答者： walkingdic 回答日時： 2005/10/07 18:06

物理的な厳密性を言わなければ、割と理解しやすいモデルで説明をつけられます。

平たく言えば、光ファイバーの中をまっすぐに一度も反射せずに伝わる光と、沢山ファイバーの内壁に反射しながら進む光とでは通る道筋の長さが違うので出口に出てくる時間が異なります。
つまり、ぼやけるのです。だからその分減衰が大きくなります。

この現象はどんなファイバーにも存在していて、だから伝送損失は必ず周波数特性の形で測定します。
でも６００ＭＨｚまでまがりなりにも計測できるということは割と伝送損失特性のよいプラスチックファイバーですね。物によっては４０ＭＨｚ程度までしか通しません。

No.2 回答者： marimo_cx 回答日時： 2005/10/07 08:58

ファイバーはマルチモードですよね？たぶん関係ありませんが。

長短の差を取って信号に対して周波数特性があるという事でしたら測定可能なほどのファイバーに蛍光があるって事でしょうか？測定可能な蛍光があるなら信号に位相回転もありそうですがどうでしょう？

No.1 回答者： marimo_cx 回答日時： 2005/10/07 01:04

光ファイバー無しの直接送受信での減衰との比較の評価はしましたか？

質問文だけの事しかやっていないのでしたら、素子の周波数特性の評価が抜けていますので、光ファイバー（のみ）の減衰を測定した事になっていません。

この回答へのお礼

いい忘れましたがまず51ｍのファイバーで測定し次に1ｍのファイバーの特性を取って、その差をとることで光ファイバーのみの減衰を測定しました

お礼日時：2005/10/07 07:36