Ｈ３０第１回－通信線路－問２　電気通信主任技術者（線路）

(１)次の文章は、光の性質などについて述べたものである。
光の基本的性質には、屈折、回折、干渉、偏光、非線形光学効果などがあり、これらの性質は、幾何光学、波動光学などを用いて説明することができる。
光ファイバ中などにおける光の屈折は、【スネルの法則】によって説明され、屈折率の大きい媒質ほど、光の速度が遅くなる。【スネルの法則】は、媒質中を進む光は最短時間で進めるような経路をとるというフェルマーの原理を言い換えているものである。
光が波動であることを可視的に説明したのが【ヤング】の干渉実験である。これは一段目に配したスリットを通過した光が回折して放射状に広がり、二段目に配した二つのスリットを通過した光が互いに干渉し合うことにより、三段目に配したスクリーン上に干渉縞を映すものでじまあり、光が波の性質を持つことを示している。
干渉縞が鮮明に映し出されるためには、干渉し合う光の【位相】がそろっている必要があり、このような光の干渉を利用した光フィルタには、マッハツェンダ干渉計型などがある。また、ＬＤの出射光のように【位相】のそろった光は、【コヒーレント】な光であるといわれる。

(２)次の文章は、光ファイバの特性、光ファイバの特徴、発光デバイス、受光デバイスなどについ
て述べたものである。

(ⅰ)シングルモード光ファイバの特性、ファイバヒューズ現象などについて述べた次の文章のうち、正しいものは、(④)である。
①ＳＭ光ファイバの屈折率分布は、一般に、ステップインデックス型であり、光ファイバの屈折率分布構造を表すパラメータには開口数、モードフィールド径などがある。メモ：ＳＩ型はＭＭ光ファイバhttps://www.optigate.jp/basic/cable.html
https://www.swcc.co.jp/cs/products/optical_cable/pdf/h_fiber9_02.pdf
http://tccu.blog.fc2.com/blog-entry-226.html
②ＳＭ光ファイバにおけるモードフィールド径は、光強度分布がガウス型で近似できるとき、光強度(光パワー)が最大値の【１／ｅ＾２】(ｅは自然対数の底)になるところの直径をいう。
③光ファイバに強い光を入射すると、長い波長の光が短い波長の光より速く伝わる異常分散領域において、屈折率が変化する、光の位相がずれるなどの【光カ―効果】といわれる現象が起きる。
④光ファイバに入射する光のパワーが大きくなると、光ファイバのコア内の温度が上昇することによりプラズマ状態となり、放電現象が生じて、閃光が光ファイバの中を光源に向かって進むファイバヒューズが発生するおそれがある。

(ⅱ)光ファイバの特徴などについて述べた次の文章のうち、正しいものは、(③)である。
①屈折率分布構造は、光ファイバの寸法や分類の定義に用いられ、光学特性や伝送特性を決定する重要なパラメータでもある。【ＭＭ】光ファイバの屈折率分布構造には、グレーデッドインデックス型が用いられている。
②光ファイバの特徴の一つに、同軸ケーブルと比較して高い周波数が伝送できる広帯域性がある。光ファイバ通信に使用される波長帯域は、一般に、１.５５μｍ帯のＳバンドといわれ、数〔ＴＨz〕の周波数帯域幅を有する。メモ：https://www.fiberlabs.co.jp/tech-explan/wavelength/

③偏波モード分散は、理想的な真円構造を保ったＳＭ光ファイバでは生ずることがない。しかし、実際のＳＭ光ファイバではコア形状に僅かなゆがみが存在することから偏波モード分散が生じ、高速かつ長距離伝送の場合には伝送品質に影響を及ぼすことがある。
④光ファイバ通信に使用される単心の石英系光ファイバは、一般に、クラッド外径が約０.３ｍｍ、被覆を含めても１ｍｍ以下と細径であり、石英ガラスの密度は銅の約１／４である。

(ⅲ)発光デバイスの原理、特性などについて述べた次の文章のうち、正しいものは、(③)である。
①ＬＥＤにおいては、半導体のｐｎ接合に逆方向電圧を印加することにより、ｐ型半導体領域に電子が、ｎ型半導体領域に正孔が注入され、伝導帯にある電子と価電子帯にある正孔が再結合して自然放出光が発生する。
②ＬＤは誘導放出を利用しており、ある波長の光を入射すると同じ波長の光が誘導放出されると同時に一部が吸収される。誘導放出が吸収を上回るようにするには、ｐｎ接合に一定以上の逆方向電圧を加えて反転分布状態にする必要がある。
③ＬＤの駆動電流を変化させることによりＬＤの出力光強度を直接変調することが可能であるが、数ＧＨz以上の高速変調を行うと、一般に、ＬＤは多モードで発振し、発光スペクトルが広がり、これが伝送距離を制限する要因の一つとなる。
④半導体結晶では、その構成原子の内部エネルギーは量子化された準位をとり、禁制帯を挟んで低いエネルギー領域の伝導帯と高いエネルギー領域の価電子帯に分布する。

(ⅳ)受光デバイスの原理、特性などについて述べた次の文章のうち、正しいものは、(②)である。
①ＰＤにおいては、入射光が禁制帯で吸収されることにより、伝導帯に電子が、価電子帯には正孔が励起される。これら電子と正孔は電界によってドリフトし、光電流として外部回路に取り出すことができる。
②ＡＰＤは、ｐｎ接合に印加する逆バイアス電圧がある値を超えると、僅かなキャリアの移動によって次々にキャリアが生成され、加速度的に電流が増大するアバランシ効果による電流増幅作用を利用している。
③ＰＤの応答特性を高めるためには空乏層を広げることが必要である。空乏層を広げるためには、順バイアス電圧を印加する方法や、ｐ層とｎ層の間に不純物濃度の高い抵抗層を挟む方法がある。
④ＰＤで検出可能な光の波長領域は使用する半導体材料によって決まり、半導体材料としては、一般に、０.８μｍ以下の短波長領域ではＧeが、１.０μｍ以上の長波長領域ではＳiが使用される。