ファイバーアレイとは何ですか?

光ファイバーの1次元または2次元アレイは、ファイバーアレイ、光ファイバーアレイ、またはファイバーアレイユニットとして知られている。 このようなアレイは、ファイバ長さ全体にわたって形成されるのではなく、ファイバの束の端部にのみ存在することが多い。 このようなアレイの機能には、通常、光源アレイからファイバーへ、またはファイバーから別のコンポーネント (フォトニック集積回路上の平面導波路のセットなど) への光の結合が含まれます。 以下の説明は、様々な他のアプリケーションをカバーする。

個々の繊維は、固体表面に作成されたV溝に挿入されて、リニアファイバーアレイを作成することがよくあります。 たとえば、ガラス、ポリマー、または金属板の穴の正確な配列を使用して、繊維を2次元配列に配置することができます。 単純な正方格子は、2D行列の最も典型的なタイプであるが、他のタイプも可能である。 より複雑で不規則なパターンが可能ですが、ほとんどの場合、単純で非常に規則的な構造が形成されます。 例えば、ファイバアレイは、いくつかのグループのファイバを含むことができ、すなわち、いくつかのファイバは、より広く離れている。 一方、ファイバーバンドルは実際には非対称な構造です。 さらに、繊維はいくつかの場所で不規則な束を形成する一方で、端に完全に規則的な配列を形成する可能性があり、これは界面として機能します。

ファイバーの間隔は最小限に抑えられることがよくありますが、場合によっては、特定のアプリケーションでは、間隔が著しく大きいファイバーアレイが使用されます。

使用される繊維。ファイバーアレイで使用されるファイバーの大部分はシリカファイバーであり、近赤外線から紫外線までのスペクトル範囲で使用できます。 しかし、それらは特定の特殊繊維から作ることもできる。 用途に応じて、シングルモード及びマルチモードファイバの両方が使用される。 偏光維持ファイバ (例えば、PANDAタイプの) が使用される例がある。

包装。ファイバーアレイを作成するときは、ファイバーの端がすべての寸法で完全に整列していることを確認することが重要です。 さらに、ファイバアレイ全体を容易かつ安全に取り扱うことができるように、入力または出力端をしばしばパッケージ化する必要がある。 たとえば、ファイバーアレイの端部は、適切に成形された光学ガラス材料のブロックであり、ファイバーコネクタのように位置合わせ支援機能を備えている可能性があります。 特に2Dアレイの場合、金属フランジでアレイを囲むこともできる。

反射防止コーティングを適用することにより、カップリングの損失が大幅に減少します。反射防止コーティングは、裸のファイバーの端でも使用できます。

切断とスプライシング。関与する各ファイバーを個別に切断することは、大量生産には望ましくありません。 その結果、アレイ全体を切断できるレーザーに基づくプロセスが作成されました。

繊維の端部は通常垂直に切断されますが、繊維軸に対してある角度で研磨する必要がある場合があります。 ガラス構造に繊維をしっかりと埋め込んだ後、それらは通常、個別にではなく一緒に研磨されます。

融合スプライシングは、単一のファイバーだけではなく、ファイバーアレイ全体を組み立てるためにも使用できます [1]。 ファイバーエンドをCO2レーザーで柔らかくするなど、このような手順が開発されています。 マルチモードファイバでは、少なくとも、結果として生じるスプライス損失は非常に最小限であり得る。

レンズアレイへのカップリング。 特にファイバーの出力が空のスペースに送られる場合、レンズアレイ (またはマイクロレンズアレイ) とコリメートされることがよくあります。 当然のことながら、ファイバーの間隔はレンズの間隔と正確に一致する必要があり、結果として生じるビームのコリメーションの方向とレベルに大きな影響を与えるため、正確な位置合わせが不可欠です。

ファイバーアレイ用途

ファイバアレイには多くの異なる用途がある。

フォトニック集積回路へのカップリング。主に光ファイバーを使用して、フォトニック集積回路や同様の光電子デバイスを外界とインターフェースさせる必要があります。 入力と出力の数は非常に多いことがよくあります。さまざまな信号が回路上のさまざまな導波路で誘導され、チップの端に到達する信号は光ファイバーへの結合を必要とします。 当然、これはファイバアレイの使用をもたらす。

サイズが小さいため、導波路とファイバーコアを互いに非常に正確に配置する必要があります。 アクティブなアライメントのみがそれを達成できます。 E。多くの場合、自動制御下で、アライメントプロセス中にトランスミッションが測定されます。

データおよび通信アプリケーション。データ信号をいくつかの出力に分配するために、信号を分割することがしばしば必要である。 ケーブルテレビは一般的な例であり、同じテレビ番組のコレクションがさまざまな視聴者に配信されます。 出力をファイバーに結合する必要がある平面導波路回路は、信号分割によく使用されます (多くの場合、ファイバーアンプに従います)。 したがって、ファイバをスプリッタに結合することは、ファイバアレイを使用して最もよく達成される。

リニアアレイの各ファイバーが異なる中心波長に関連付けられている可能性のある波長分割多重化、およびネットワークルーティング用の光ファイバースイッチでは、同様の問題も存在します。

光ファイバー通信では、データは天文ビットレートで、場合によっては両方向に一度に送信できます。 しかし、複数の繊維の使用が時々必要とされる。 次に、接続を単純化するために、ファイバアレイに基づくインターフェース (ファイバコネクタ) を使用することが望ましい。 単一の接続プロセスですべての関連する繊維の接続を確立している間、意図せずに繊維が交換されないようにします。

MEMSテクノロジーで作られたマイクロレンズアレイおよび可動ミラーアレイと組み合わせて1Dまたは2Dファイバーアレイを使用したデータ信号の柔軟なルーティングは、テレコムセクターのもう1つのアプリケーションです。 このような小型デバイスは、迅速かつフレキシブルな光クロス接続スイッチとして機能させることができる。

これらのテクノロジーは、通信プロバイダーだけでなく、光ファイバーセンシング、インフラストラクチャモニタリング、ファクトリーオートメーションなど、他のさまざまな業界でも役立ちます。

レーザーダイオードアレイ/VCSELアレイへのカップリング。レーザーエミッタの標準的なアレイは、ダイオードバーとしても知られるレーザーダイオードアレイに存在する。 各画像の放射が異なるファイバに入るように、ファイバアレイおよびそのようなデバイスを結合することができる。 VCSELアレイについては、同様の方法を使用することができる。

ビームの組み合わせ。スペクトルビーム結合は、リニアファイバーアレイで特にうまく機能します。 回折格子を使用して、アレイ内の各ファイバからのビームを組み合わせて、例えば、1つのファイバレーザを生成することができる。

左側のエミッタアレイの各波長スロットは、単一のファイバを有する。 出力は、すべての波長成分の完全な重ね合わせを有する。

2Dファイバーアレイと光をコリメートするための適切なレンズアレイにより、コヒーレントビームの組み合わせも実現可能です [8、9]。 ここで、ファイバ増幅器の単一周波数の位相安定化出力が各ファイバに供給される。 出力が高いビーム品質を持つためには、すべてのコンポーネントを非常に正確に配置する必要があります。