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4色コンバイナの例。ポートには各波長のラベル付きです。コモンポート(COM)の被覆は白色です。

特長

• 405 nmコンバイナについてご相談は当社までご連絡ください。
• 405 nm波長と最大3つの別波長を合波、または分岐
• 波長範囲：400 nm～635 nm
• 共焦点顕微鏡、蛍光用途ほか、複数の光源を使用する用途に適した製品
• 識別用色付きリード線
• 2.0 mmナローキーのFC/PCコネクタまたはFC/APCコネクタ付き、あるいはコネクタ無しでご用意

当社の溶融型ファイバーコンバイナは、WDM(波長分割多重)カプラとも呼ばれ、最大4つのシングルモードファイバの信号を1つの出力ファイバに合波します。また、双方向で使用可能であり、コモンポートに入力した最大4つの波長を異なる出力ポートに分波することもできます。405 nmはその波長の短さのため、用途に適した405 nmのWDMカプラの種類を決定するうえでほかにも考慮すべき要素があります(下記の選択する際の検討事項をご覧ください)。405 nmのWDMカプラをご検討の場合には当社までご連絡ください。

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ゲルマニウム(Ge)添加ファイバ

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純粋石英コアファイバ

選択する際の検討事項

ファイバ
ゲルマニウム(Ge)添加ファイバと純粋石英コアファイバの2種類のファイバが405 nmでシングルモードで伝搬します。どちらも一般的な動作波長範囲は、400～635 nmです。NA 0.12の場合、ゲルマニウム(Ge)添加ファイバのコアはØ2.1 µmです。同じNAの場合、純粋石英コアファイバのコアはØ3.0 µmです。

コアサイズ
405 nmでのシングルモード動作に必要なコア径は、Corning SMF-28などの1550 nmファイバに比べて1/3以下となります。コア径がとても小さいため、FC/PCまたはFC/APCコネクターフェルールを取付けた場合、これらのファイバは非常に厳しい公差で中心に配置する必要があります。コネクタをバルクヘッド等で結合したとき、わずかなファイバーコアのミスアライメントが、大きな光損失を生じさせます。また、コア径の小さいシングルモードファイバの低損失な融着接続のためには、特殊な機器が必要です。

減衰
405 nmの光を誘導するファイバは、従来の近赤外(NIR)/通信波長の光ファイバよりも本質的に減衰量が多くなります。例えば、1550 nmの光の伝送に使用するファイバの減衰量は≤0.15 dB/kmであるのに対し、405 nmの光を伝送するファイバは一般的に≤30 dB/kmです。

端面の損傷
ファイバのコア径が小さいため、シングルモードファイバの端面は、高強度の放射に曝されます。コア径がØ3 µmのファイバ内の5 mW連続光のパワー密度は70.7 kW/cm²であるのに対し、コア径が2.1 µmのゲルマニウム添加ファイバ内で同じパワーの光のパワー密度は144.4 kW/cm²です。ファイバ端面の汚れ、埃、グリースなでもこの高強度の光に曝され、化学的な材料変性が生じた結果、ファイバを損傷する可能性や、光路内の減衰量が許容レベル以上に増加する場合があります。純粋石英コアファイバの方がコア径が大きいので、ゲルマニウム添加ファイバよりもファイバ端面への損傷が生じにくくなります。一般的に5～10 mW以上の光パワーでは、純粋石英コアファイバの使用が推奨されます。

カラーセンターの形成
光ファイバは405 nmの光にさらされたとき、光誘起吸収(フォトダークニング)が生じる場合があります。これは吸収または散乱による減衰が時間がたつにつれて増加することを意味します。ファイバ内の添加物または不純物、そしてファイバの線引き工程において生成された応力がかかった分子結合に対して高強度の光が作用することでカラーセンターが形成され、ごく小さい欠陥を誘起します。これはファイバの種類、光の波長と強度、そして露出時間に依存します。その影響は累積的ですが、可逆的な場合があります。フォトダークニングは、あらゆるファイバまたは405 nmで使用するファイバーベースのデバイスの性能に著しい影響を与え、その影響はファイバが使用できなくなるほどです。純粋石英コアファイバは、ゲルマニウム添加ファイバに比べてカラーセンター形成に耐性があります。

WDM(波長分割多重)カプラ

当社のWDM(波長分割多重)カプラは光を2つの異なる波長に分波もしくは合波するよう設計されています。当社では、可視域(VIS)、近赤外域(NIR)、赤外域(IR)のスペクトルにわたるさまざまな波長の組合せでカプラをご用意しています。可視域用WDMカプラは、一般に顕微鏡用途で多色合成画像の生成に使用されるため、「波長コンバイナ」とも呼ばれています。

右の動画は1x2 WDMカプラの基本的な動作原理を示しています。光を合波する場合は、規定の波長用として設定されているポートにその帯域範囲内の光を入射します。こちらのWDMカプラでは、それらの光を波長多重し、信号の損失を最小に抑えながら一つのコモンポートから出力します。

特に明記されていなければ、当社のWDMカプラは双方向に機能します。つまり、コモンポートから入射した2波長信号を成分波長に分波することもできます。合波/分波を適切に行うには、入射信号にはそのWDMカプラで規定された波長のみが含まれている必要があります。仕様の帯域幅の外側での透過率と結合性能を推計する際には、挿入損失グラフを参考にしていただけます。当社の刻印付きの赤い筐体のWDMカプラには、このデータが付属の製品個別のデータシートにも掲載されています。

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グラフ内で網掛けされた領域は、各ポートにおいて規定の性能を満たす帯域幅を示しています。

挿入損失とアイソレーション
WDMカプラの性能は、一般に挿入損失を用いて数値化されます。下記で定義されているように、挿入損失(dB)は、WDMカプラの各分岐部分における入力パワーと出力パワーの割合です。光学系では、挿入損失は次の式で定義されます。

ここで、P_inは入力パワー(mW)、P_outは出力パワー(mW)です。

カプラの各ポートは、規定された1つの波長では挿入損失が低くなる(高い透過率となる)一方で、他のポートの波長においては透過しないように(透過損失が大きくなるように)設計されているため、ポート間のクロストークは最小限に抑えられています。アイソレーションは、規定外の波長の挿入損失として定義されています。そのため、dBの値が高いことがWDMカプラを使用した信号分波の用途には望ましいということになります。たとえば、右のグラフに示されているように、長波長ポート(赤い点線)の640 nm周辺における挿入損失は低く(透過率が高く)なりますが(赤い網掛け領域)、短波長ポート(青線)では25 dB以上の挿入損失となり、高いアイソレーションを示すことがわかります(青い網掛け領域)。

WDMカプラの製造工程

ここでは、当社のWDMカプラの製造工程および性能評価のプロセスをステップを追ってご紹介します。

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図ではファイバを短波長ポートは青、長波長ポートは赤に色分けしています。 

ステップ 1

最初の段階では、2本のファイバのコアが近接するように融着します。これによって、光は融着範囲において、2本のファイバのコア間をエバネセント結合として知られる挙動で伝播します。 この融着工程は、モニタしながら実施され、所望の挿入損失およびアイソレーションの仕様値が得られた時点で終了します。

一方には広帯域光源、もう一方には光スペクトラムアナライザ(OSA)を配置し、これらを使用して融着工程の間、短波長ポートからの出力をモニタします。波長毎の挿入損失はOSAから得たスペクトルから算出します。

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図ではファイバを短波長ポートは青、長波長ポートは赤に色分けしています。

ステップ 2

WDMカプラの性能を評価するため、ステップ1の後、広帯域光源およびOSAを使用して長波長ポートでの出力を測定します。ステップ1およびステップ2で得られた測定結果を組み合わせることによって、各チャンネルにおける挿入損失とアイソレーションを計算することができます。