反射、反射率と光の反射減衰量

屈折率が変化するあらゆる箇所は、コネクター端面、空気層、メカニカルスプライス、断線、ファイバーの終端など、一部の光を送信器側に送り返します。これらの反射はそれぞれ単独ではわずかですが、合わさるとリンクの光反射減衰量を決定づけ、レーザーを不安定にし、PAM4 やアナログ信号に干渉性ノイズを加え、OTDR のトレース波形を読みにくくします。本ページでは、その物理（フレネル反射）、反射を数える2つの方法（イベントごとの反射率、リンクごとの反射減衰量）、構成要素ごとの標準値、技術ごとに規格が求める要件、反射の測定方法、そして反射を低く抑える方法を扱います。

フレネル反射

屈折率 n₁ と n₂ を持つ2つの媒質の境界では、垂直入射における反射割合は R = ((n₁ − n₂) / (n₁ + n₂))² です。

境界	n₁ / n₂	反射割合	反射率
ガラス－空気（開放された平坦な端面、断線）	1.468 / 1.000	3.6 %	−14.4 dB（n = 1.45 として −14.7 dB とされることも多い）
ガラス－水（浸水したクロージャ、濡れた断線）	1.468 / 1.333	0.23 %	−26 dB
ガラス－屈折率整合ジェル（メカニカルスプライス）	1.468 / 1.46	0.0007 %	−51 dB
ガラス－ガラス、屈折率がわずかに異なる2本のファイバー	1.4675 / 1.4681	4 × 10⁻⁸	−74 dB（見えない）
ガラス－空気、8° の APC 端面	—	3.6 % が反射するが、軸に対して16°の角度	コアへ戻る結合は < −60 dB

APC の仕組みは幾何学的なものです。光は依然として反射しますが、コアから外れてクラッドへ逃げるため、レーザーへは戻りません。

反射率と反射減衰量

用語	定義	符号	標準値
1つのイベントの反射率	10 · log₁₀ (P_reflected / P_incident)	負の dB	清浄な UPC ペアで −55 dB
1つのイベントの反射減衰量	同じ量の符号を反転させたもの	正の dB	55 dB
リンクの光反射減衰量（ORL）	レイリー後方散乱を含むリンク全体での 10 · log₁₀ (P_in / ΣP_back)	正の dB	25–45 dB
レイリーフロア	長い SMF 単体での後方散乱	—	1550 nm で ORL ≈ 31–33 dB、1310 nm で ≈ 29–31 dB
個別対分布	コネクター、スプライス、断線は個別的；レイリー散乱はファイバーに沿って分布的	—	開放端のある短いリンクでは個別イベントが支配的

反射はデシベルではなくパワーとして加算されます。戻り光の合計パワーは個々の反射パワーの和であるため、最も悪いイベントが ORL を支配します（計算式と計算）。

構成要素の標準的な反射率

構成要素／状態	標準値	備考
融着接続	< −70 dB	OTDR では見えない——基準となる存在
UPC コネクターペア、清浄、嵌合	−50 … −60 dB	仕様 ≤ −50 dB；IEC 61753 の反射減衰量グレード2 = ≥ 45 dB
APC コネクターペア、嵌合	−60 … −70 dB	仕様 ≤ −60 dB；グレード1 = ≥ 60 dB
APC コネクター、非嵌合（開放）	−55 … −65 dB	角度によって反射がコアの外へ逃げる
UPC コネクター、非嵌合（開放、清浄、平坦）	−14.4 dB	よく見られる中で最悪のイベント；防塵キャップを付けても変わらない
旧式の PC／SPC 研磨	−30 … −45 dB	1990年代の設備
ゲルを用いたメカニカルスプライス	−40 … −60 dB	ゲルが10–20年かけて乾燥 → −30 dB まで悪化し損失も増加
汚れたまたは傷のある UPC ペア	−25 … −40 dB	さらに 0.5–3 dB の損失を伴う（端面検査とクリーニング）
嵌合ペア内の空気層（スプリング不良、フェルール長の誤り、異物混入）	−14 … −30 dB	断続的に発生することが多い
平坦な断線または劈開	−14 … −20 dB	斜めまたは圧壊した断線：−30 … −50 dB、あるいはほぼゼロ
PC フェルールと APC フェルールの嵌合	−20 … −35 dB	3–5 dB の損失と端面の損傷
スプリッター、WDM フィルター、固定減衰器	−45 … −55 dB	データシートによる
トランシーバーのレセプタクル（モジュール内部のスタブ）	−35 … −50 dB	平坦なスタブ；モジュールポートが汚れていると汚れたコネクターと同様に反射する
マルチモードコネクターペア	−20 … −35 dB	VCSEL リンクではこれで問題ない；仕様は反射減衰量 ≥ 20 dB を求める

反射が問題を起こす理由

影響	メカニズム	影響を受けやすい対象
レーザーの不安定化	レーザー共振器へ光が再入射すると、モードホッピング、線幅拡大、RIN 増加が起こり、バースト誤りにつながる	Fabry-Pérot レーザーが最も影響を受けやすく、LR／ER／ZR 向けの DFB／EML モジュールは TOSA 内にアイソレーター（30–40 dB）を備える；VCSEL は最も影響を受けにくい
マルチパス干渉（MPI）	2つの反射イベントが弱い干渉計を形成し、遅延した信号のコピーが元の信号と干渉する	PAM4 の 400G／800G（仕様は個別反射率を ≈ −35 dB に制限）、アナログ CATV（≤ −55 dB が必要）、コヒーレントでは影響が小さい
単一ファイバー方式での近端クロストーク	BiDi と PON では、自分の Tx が近端コネクターで反射し、そのまま自分の Rx へ入る；WDM フィルターは 30–40 dB しか分離しない	Tx パワーの高い BiDi モジュール、PON の OLT ポート、汚れた近端コネクター
アナログリンクでの受信器ノイズ	干渉性ノイズがレーザーの位相ノイズを強度ノイズへ変換する	RF-over-glass、radio-over-fibre
OTDR の読みやすさ	スパイクの背後のデッドゾーン、飽和、ゴースト	すべての OTDR 利用者（OTDR トレースの読み方）
増幅システム	EDFA の出力段への反射は発振と不安定化を引き起こす；汚染された高出力コネクターはファイバーヒューズを発火させることがある	ラマン、ブースター EDFA、+17 dBm の PON 映像オーバーレイ（安全と取り扱い）

規格が求める要件

数値は条項に典型的な値です。実際に準拠する規格の該当表を確認してください。

技術	反射減衰量の要件	個別反射率の上限
1000BASE-LX、10GBASE-LR／ER（IEEE 802.3）	配線の ORL ≥ 12 dB	イベントごとに ≤ −26 dB
100GBASE-LR4／ER4	ORL ≥ 21 dB	≤ −26 dB
400GBASE-DR4／FR4／LR4（PAM4）	ORL ≥ 21 dB	≤ −35 dB——理由は MPI
10G DWDM 直接検波（ITU-T G.959.1／G.698）	ORL ≥ 24 dB	≤ −27 dB
100G 以上のコヒーレント、400ZR	ORL ≥ 24 dB（実際には許容度が高い）	≤ −27 dB
GPON／XGS-PON の ODN（ITU-T G.984.2、G.9807.1）	OLT と ONU のインターフェースで ORL ≥ 32 dB	≤ −35 dB；RF 映像オーバーレイがあり全区間 APC の場合は ≤ −55 dB
アナログ CATV、RFoG	ORL ≥ 45–50 dB	≤ −55 … −60 dB（APC 必須）
構造化配線の受入試験（TIA-568.3-D、ISO/IEC 14763-3）	Tier 1 の損失試験には含まれない	指定があれば Tier 2 の OTDR で測定；プロジェクトの標準的な上限は UPC で −40 dB、APC で −55 dB

反射の測定

測定器	測定対象	備考
OTDR	後方散乱からのスパイク高さ H と、使用パルスに対応する後方散乱係数 K から各イベントの反射率を求める：R = K + 10 · log₁₀(10^(H/5) − 1)	飽和（クリップ）したスパイクは実際より低く出る——より短いパルスを使う；OTDR はリンク全体の ORL も積算する
ORL メーター／OCWR（光連続波反射測定器、IEC 61300-3-6）	入力側から見たリンク全体の ORL	非反射終端（マンドレル巻きまたは APC 終端器）を基準とする；27、32 または 45 dB での簡易合否判定
コネクター反射率メーター	基準に対する1個のコネクターの反射率	工場と試験室
検査スコープ	端面（傷、ピット、汚染）から反射率を予測する	最も安価な確認方法

反射を低く抑える

対策	理由
PON、アナログ、増幅リンク、PAM4 長距離リンク向けのシングルモード設備はすべて APC にする；シングルモード MPO は標準で APC	−50 dB ではなく −60 dB になり、開放端も無害なまま
経路内に開放した UPC 端を残さない	配線盤の予備コネクターや分岐ファイバーから −14 dB が生じる；終端するか APC を使う
嵌合前に毎回すべての端面を検査・清掃する	−40 dB を超える反射率の最大の原因は汚れ
恒久的な接続はメカニカルスプライスではなく融着接続にする	ゲルは乾燥する；融着接続は反射が生じない
PC／UPC を APC に嵌合させない	双方に反射、損失、損傷が生じる
コネクターペアを少なく抑え、配線盤内はピグテイルを融着接続にする	イベントが減り、干渉計を形成するペアも減る
OTDR には APC ランチコードを使う	ランチスパイクが小さくなり、デッドゾーンも短くなる
レーザーの特性を踏まえる：FP レーザーは清浄なコネクターの短距離リンクにのみ使う	内部にアイソレーターがない

CodingBox では

モジュール自身が、どれほど影響を受けやすいかを教えてくれます——コンプライアンスコードに記載されたレーザー種別（FP、DFB、EML、VCSEL）と、強い Tx を持つ単一ファイバー BiDi モジュールかどうかです。パワーがバジェットに十分収まっているのにリンクがフラップする場合は反射率が疑わしく、対処は設備側で行います——APC 化、清掃、開放端をなくすことです（Check transceiver、リンクフラッピング、レーザー）。

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