【sevensixTV】に第87弾の動画を更新しました。
00:34 光ファイバカプラの役割
01:18 光ファイバカプラの構造（フィルター型と溶融延伸型）
03:56 溶融延伸型の製造方法と動作原理
今回は「光ファイバカプラ 入門編」と題しまして、これから光を用いた研究や応用製品の開発を始めようという方と一緒に、非常に重要なデバイスであります「光ファイバカプラ」について解説していきます。
■ 関連情報
▶ 光ファイバカプラ（セブンシックス/取扱製品）
▶ 【お役立ち情報】光ファイバカプラとは（セブンシックスHP）
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00:34 光ファイバカプラの役割
光ファイバカプラとは、1本の光ファイバを伝わる光を複数の光ファイバに分けたり、また複数から1本に束ねたりするデバイスです。一般的には大きく分けて2種類あります。
- 指定した強度で分岐・合流させるもの
- 指定した波長によって分波・合波させるもの
01:18 光ファイバカプラの構造（フィルター型と溶融延伸型）
光ファイバカプラには、構造の違いで2つのタイプがあります。
一つは「フィルター型」、もう一つは「溶融延伸（ようゆうえんしん）型」です。溶融延伸型は「ヒューズ型」とも呼ばれます。
それぞれの特徴を確認していきましょう。
- フィルター型の特徴： 帯域幅が広くて、分岐誤差が小さい。
- 溶融延伸型の特徴： ロスが小さく、高出力に対応している。
フィルター型の内部構造
フィルター型は、内部のコリメーターとフィルターで構成されています。ファイバから一度光を空間に出して、フィルターを通るところで光を分岐させます。分岐された光は2つのファイバに再入力して、デバイスから出力していきます。
フィルター型では、どんなフィルターを搭載するかによって特性が決まります。広帯域で精度の良いフィルターを用いることで、安定した特性を得ることができます。
一方、溶融延伸型はファイバのみで構成されており、非常にシンプルな構造です。そのためロスが小さく、高出力に対応できるというわけです。
2本のファイバを「溶融」、つまり高温で溶かすことにより接合されています。一方のファイバの光は、この接合部分でもう一方のファイバに「漏れ移り」ます。この漏れ出る量は、ファイバを加熱する温度と時間で調整することができます。
実際には光出力をモニタリングしながら加工するため、お客様が求める様々な分岐比にカスタマイズすることが容易です。
03:56 溶融延伸型の製造方法と動作原理
溶融延伸型について、もう少し詳しく製造方法と動作原理を確認しましょう。
製造プロセス
- 2本の光ファイバを用意し、カプラ製造機に配置します。
- バーナーで加熱し、ファイバを溶かしていきます。温度は1,000度以上、1,600度近くまで達します。
- 光出力を実際にモニターしながら、所望の特性が得られるまでファイバを「延伸（引き延ばし）」していきます。
- 出来上がったカプラをパッケージングして完成です。
こちらが実際のカプラ製造機です。先日、サプライヤーであるOptizone社の工場に訪問した際にも、実際にこちらの装置が使われていました。2本の光ファイバをステージの上に配置して磁石のコマで固定し、真ん中のノズル（バーナー）で接合点を加熱していきます。
動作原理：エバネセント光の利用
光が漏れ移る原理には「エバネセント光」が関わっています。 高い屈折率の物質と低い屈折率の物質の境目で光は全反射しますが、一部は低い屈折率の物質中に「エバネセント光」として染み出していきます。
溶融延伸型カプラは、このエバネセント光を調整することで強度分岐を行います。まさに光の「波」の特性を利用したデバイスと言えます。
※参照元※ 「近接場光学（エバネッセント光）による検出技術」特別WEBコラム
例えば、分岐比が10:90に設計された溶融延伸型カプラがあるとします。
- ファイバ1に入射： 10mWの光を入れると、一方が1mW（10%）、もう一方が9mW（90%）として出力されます。
- ファイバ2に入射： 逆に、もう一方のファイバから光を入射すると、強く出力される側が逆になります。
このように、どちらのポートから光を入れるかによって出力が変わるため、使用時には注意が必要です。しかし、構造と動作原理を理解していれば、間違うことはないでしょう。
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