光ケーブル、カプラ、およびスプリッタ

光ケーブル、カプラ、およびスプリッタ

光ファイバケーブルにはさまざまな種類があります。 図１に示すように、複数のファイバを単一のユニボディケーブルまたはリボンまたはジップコード構造にパッケージすることが可能である。 端部がざらざらさせられ、磨かれ、そして磨かれている繊維の束は、柔軟な光パイプを形成することができる。 もちろん、入力ファイバの位置と出力ファイバの位置との間に固定関係がないようにファイバを束ねることは可能である。 そのような構造の主な目的は、一例として照明のためにある場所から別の場所に光を導くことである。 例として照明のために、これらは時々インコーサーと呼ばれます。 これらは、インコヒーレントバンドルと呼ばれることがありますが、光コヒーレンス理論とはほとんど関係がありません。 さらに興味深いケースは、繊維が束の両端で同じ相対位置を占めるように注意深く配置されている場合です。 そのようなバンドルはコヒーレントであると言われています。 シングルモードファイバのコヒーレントバンドルは、バンドルが非常に柔軟に作られている場合でも高品質の画像を伝送することができます。 そのようなファイバアレイは、遠隔視覚システムにおいて多くの用途があり、医療用途のための光ファイバ内視鏡において使用されている。 すべてのファイバーアレイが柔軟になるわけではありません。 陰極線管において低解像度の板ガラスを置き換えるためには、溶融した硬い束またはモザイクを使用することができる。 クラッディングを融合させた数百から数百万の個々の繊維からなるモザイクは、非常に均質なガラスのような機械的性質を有する。 モザイクのもう1つの一般的な用途は、フィールドフラットナーとしてです。

レンズシステムによって形成された画像が曲面上にある場合、例えば写真フィルムプレートを合わせるために、それを平面に再形成することがしばしば望ましい。 モザイクは、画像の輪郭に一致するように一方の端面で、そして検出器の構成に合うように他方の面で粗くて研磨することができる。 同様に、光がファイバの小さい方の端部に入るか大きい方の端部に入るかに応じて、溶融テーパファイバのシートを使用して画像を拡大するか、または画像を小型化することができる。

光ファイバスプリッタ、カプラ、コンバイナなどの多くの単純なデバイスが製造されています。 最も一般的な技術には、ファイバテーパテーパリングが含まれます。 マイクロ光学素子および集積光学部品を含む他の製造技術も使用することができる。 ただし、光ファイバデバイスは既存のネットワークに別のケーブルとして挿入できるため、特に便利です。 最も一般的なデバイスの1つは、多くの場合シングルモードファイバで実装されているテーパ付き光ファイバパワースプリッタです。 このプロセスでは、保護ジャケットを取り除いた2本のガラス繊維を互いに接近させて平行にしてから、トーチなどの熱源を使用して融着および延伸します。 最初に１本のファイバのみに入射した光は、テーパ領域を伝播する際に隣接するファイバに部分的に結合する。 シングルモードファイバ内を伝播する光は、コアに限定されず、周囲のクラッドに広がります。 ファイバテーパの場合、入力ファイバコアを通って伝播する光は、最初にテーパ領域に入るときにクラッド界面に伝達され、次に隣接ファイバのコア - クラッドモードに伝達されることが分かっている。 光はテーパー状の領域を出るとコアモードに戻ります。 これはクラッドモード結合装置として知られている。 高次モードのコア - クラッディング構造に伝達される光は、ファイバコーティングのより大きな屈折率によって容易に取り除かれ、過度の減衰をもたらす。 あるファイバのクラッドから別のファイバへの融着テーパを介した光結合の最も単純な場合は、スカラー波動方程式と一次摂動論によってよく近似すると説明することができる。 光が軸に沿って伝搬している場合、光パワーの交換ρは次式で与えられます。

伝搬距離とクラッディング、材料特性、および2つのファイバ間の重なり距離はどこにありますか。 これは単なる近似であり、高次の項は無視していますが、結合パワーの波長への正弦波依存性およびパワー伝達のクラッド径への依存性およびその他の影響を反映しています。 テーパーカプラは、この依存関係を使用して波長を分離するために使用できます。 デバイスの長さとテーパ比を適切に選択することで、2つの異なる出力ポートから2つの波長を発生させることができます。 いくつかの用途は、波長分割多重（ＷＤＭ）システム用のフィルタ、またはエルビウムドープファイバ増幅器内での信号およびポンプビームの多重化を含む。 ファイバースプライサーのような場合には、結合パワーの波長依存性を取り除くことがより望ましい。 アクロマティックカプラは、伝搬定数の異なる2本のファイバを使用して製造できます。 これらは異なる繊維として知られています。 ほとんどの場合、ファイバは、クラッドの直径またはクラッドの屈折率を変更することによって非類似になります。 この場合、結合された電力に対する上記の式は修正されなければならず、電力対距離は単に正弦波ではなく、はるかに複雑になります。

モードがクラッディング境界をはるかに超えて広がるようにデバイスを先細にすること、または異なる屈折率を有する第３の材料でファイバを封入することなど、他の手法も可能である。 多くの場合、異なるリファクタンス指数を持つ3番目の資料が望ましいです。 多くの場合、入力信号が多数の出力ファイバ間で分割されるように、複数のファイバを互いに先細にすることが望ましい。 通常、単一の入力が複数の出力に分割され、テーパー領域のファイバ構成が出力パワー分布に影響を与えます。 出力ファイバ間で均一な光パワー分布を達成するように注意しなければならない。 １つのファイバから別のファイバに結合された光パワーはまた、テーパ装置をその中間点で曲げることによってテーパを曲げることによって変えることができる。 テーパ付き装置をその中間点で曲げることによって別のものに変えることもできる。 これは結合電力伝送を苛立たせる。 たとえば、長さ1 cmのテーパの一端をわずか1 mmずらすと、結合電力が大きく変化する可能性があります。 この効果の用途は、可変光減衰器および光スイッチを含む。