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ナローキー用アダプタとコネクタの接続

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ワイドキー用アダプタとコネクタの接続

FC/PCおよびFC/APCパッチケーブルのキーアライメント

FC/PCおよびFC/APCパッチケーブルには、接続部品のスロット部に接続できるアライメント用の2.0 mmのナローキーまたは2.2 mmのワイドキーが付いています。 これらのキーとスロットは接続したファイバーパッチケーブルのコアに正しくアライメントし、接続時の挿入損失を最小限に抑えるために重要です。

例えば、当社ではFC/PCならびにFC/APCパッチケーブル用のアダプタは、適切に使用されたとき接続損失が最小となるよう精密な仕様で設計・製造されています。パッチケーブルのアライメントキーがアダプタのナローキーまたはワイドキースロットに挿入されたとき、最適なアライメント状態となります。

ワイドキー用スロット付きアダプタ
2.2 mmのワイドキー用スロット付きアダプタは、ワイドキーコネクタとナローキーコネクタのどちらにも対応しています。ただし、ナローキーコネクタをワイドキー用スロットに使用すると、コネクタはアダプタ内で僅かに回転します(下の動画参照)。FC/PCコネクタ付きのパッチケーブルでは、この構成が可能ですが、FC/APCの用途において最適なアライメントを得るためにはナローキー用スロット付きアダプタのご使用をお勧めいたします。

ナローキー用スロット付きアダプタ
2.0 mmのナローキー用スロット付きアダプタは、角度付きナローキーFC/APCコネクタと接続した時に適切なアライメントができます(下の動画参照)。したがって、2.2 mmワイドキー付きのコネクタには対応していません。なお、当社の全てのFC/PCおよびFC/APCパッチケーブルはナローキーコネクタをご使用いただけます。

Insights:光ファイバ

こちらのページでは下記について説明しています。

• シングルモードファイバへの結合光量
• 最大受光角はマルチモードファイバのコア全体に渡り一定か？

このほかにも実験・実習や機器に関するヒントをまとめて掲載しています。こちらからご覧ください。

シングルモードファイバへの結合光量

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図2:シングルモードファイバへの光の結合効率を低下させる条件とは、入射ビームと、ファイバ導波モードの光学特性の類似性を損なわせるあらゆる状態です。

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図1:最大の結合効率でシングルモードファイバに結合するためには、光は軸上のガウシアンビームで、ウェスト位置がファイバの端面にあり、ウェスト径がMFDと等しくなる必要があります。

入射ビームの角度、位置、強度プロファイルの調整により、シングルモードファイバへの光の結合効率を向上させることができます。ファイバの端面が平坦かつファイバの長軸方向に対して垂直であることを想定し、結合効率は下記の基準を満たすビームにおいて最適化されます(図1参照)。

• ガウス分布の強度プロファイル
• ファイバ端面に垂直入射
• ビームウェストがファイバ端面にある
• ビームウェストの中心位置がファイバのコアにある
• ビームウェスト径がファイバのモードフィールド径(MFD)と等しい

これらの理想的な結合条件からかけ離れた状態を図2で示しています。

これらのビーム特性は、シングルモードファイバの導波モード(Kowalevicz氏。下記の参考文献参照)の波動光学論に従っています。

光源による結合効率の制限
次数が最も低い横モードを放射するレーザのみがガウス分布に近似するビームを生成し、そして結合効率の良い光をシングルモードファイバに結合することができます。

マルチモードファイバーレーザまたは広帯域光源からシングルモードファイバの導波モードに結合された光は、光がファイバ端面のコア領域に集光されたとしても結合効率は低くなります。 これらの光源からの光の大部分は、ファイバから漏れ出します。

結合効率が低い要因は、これらのマルチモード光源の光の一部のみしかシングルモードファイバの導波モードの特性に合致しないからです。光源の光を空間的にフィルタリングすることで、ファイバのコアに結合される光の量を見積もることはできます。シングルモードファイバが受光できるのは、最大でもフィルタを通ったガウシアンビームの光のみとなります。

マルチモード光源の光のファイバーコアへの結合効率は、シングルモードファイバの代わりにマルチモードファイバを使用すると改善します。

参考文献
Kowalevicz A and Bucholtz F, "Beam Divergence from an SMF-28 Optical Fiber (NRL/MR/5650--06-8996)." Naval Research Laboratory, 2006.

最終更新日:2020年1月17日

最大受光角はマルチモードファイバのコア全体に渡り一定か？

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図3:ステップインデックスマルチモードファイバの屈折率( n )は、コア全体に渡り一定です。グレーデッドインデックスマルチモードファイバの屈折率はコアに渡り変動します。最大の屈折率は通常、コアの中心です。

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図5:グレーデッドインデックスマルチモードファイバの受光角は半径( ρ )によって異なります。なぜならコアの屈折率が径方向の距離によって変動するからです。通常、最大受光角は中心付近、0°に近い最小受光角はクラッドの境界付近で起こります(0 < ρ₁ < ρ₂ )。ファイバ端が空気に接していることを想定しています。

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図4:ステップインデックスマルチモードファイバは、角度が≤|θ_max | の入射光を良好な結合効率でコアに受光します。最大受光角はコア半径( ρ )に渡り一定です。ファイバ端が空気に接していることを想定しています。

これはファイバの種類によって異なります。ステップインデックスマルチモードファイバは、ファイバのコアのどの位置においても最大受光角は同じです。反対にグレーデッドインデックスマルチモードファイバは、コアの中心部のみで、入射角が最大範囲である光線を受光します。最大受光角は、中心から離れるにつれ小さくなり、クラッドの境界近くでは0°に近くなります。

ステップインデックスマルチモードファイバ
ステップインデックスマルチモードファイバのコアは、図3の左上に示すようなフラットトップの屈折率プロファイルを有します。 光がファイバの平坦な端面に入射されたとき、最大受光角(θ_max )は、コアのどの位置においても同じです(図4)。これはコア全体にわたって屈折率が一定であり、そして受光角はクラッドの屈折率に大きく依存するからです。

光が入射されるのがコアの中心だろうと端だろうと、ステップインデックスマルチモードファイバは、ファイバの軸に対して±θ_maxの角度内の光円錐を受光します。

グレーデッドインデックスマルチモードファイバ
図3の右上に示すような一般的なグレーデッドインデックスマルチモードファイバは、屈折率がコアの中心で最も高く、径方向の距離( ρ )に反比例して小さくなります。図5の式は、径方向距離の依存したコア屈折率により、最大受光角、すなわち開口数(NA)が算出できることを示しています。この式は、ファイバ端面が、平坦で、空気と接しており、ファイバ軸に対して垂直であることを想定しています。

図5では、コアの屈折率により角度が制限されている光錐を示しています。最大の角度の広がり (±θ_max ) は、ファイバ軸(ρ = 0)の場合となります。広がり角は、ファイバ軸に対する径方向距離が大きくなると減少します。

ステップインデックスか、グレーデッドインデックスか？
ステップインデックスマルチモードファイバの方がグレーデットインデックスマルチモードファイバよりもより多くの光を集める可能性があります。これは、ステップインデックスのコアに渡り、開口数(NA)は一定で、グレーデッドインデックスのコアでは放射距離に応じてNAが小さくなるからです。

しかし、グレーデッドインデックスのプロファイルにより、すべての導波モードで同じような伝搬速度が得られるため、ビームがファイバを伝送する際のモード分散が小さくなります。

できるだけ多くの量の光をマルチモードファイバに結合する必要がある用途で、モード分散に敏感ではない場合には、ステップインデックスマルチモードファイバの方がより良い選択となります。逆のケースにおいてはグレーデッドインデックスマルチモードファイバを検討する必要があります。

参考文献
Keiser G, "Section 2.6." Optical Fiber Communications. McGraw-Hill, 1991.

最終更新日:2019年1月2日