ファイバーブラッググレーティング(FBG)は、特定の波長の光を反射し、それ以外を伝送する光ファイバーの短いセグメントで構成された分布ブラッグ反射器の一種である。これは、ファイバーコアの屈折率の周期的変化を生み出す事で、固有波長の誘電体ミラーを生成することで達成される。したがって、ファイバーブラッググレーティングをインライン光学フィルタとして特定の波長を遮断する為、もしくは波長特異リフレクタとして使用できる。
Grating structure グレーティングの構造

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図:屈折率変化の構造。均一FBG(1)、チャープFBG(2)、傾斜FBG(3)、上部構造FBG(4)。

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図:次のコアにおける屈折率プロファイル、1)一様に正であるFBG、2)ガウスアポダイズFBG、3)DC変化の無いレイズドコサイン・アポダイズFBG、4)離散位相シフトFBG。

FBGの構造は、屈折率、または格子周期による違いがある。格子周期の違いとして、均一または傾斜、上部構造において局所的または分散的、がある。屈折率は屈折率プロファイルおよびオフセットという二つの主要な特性を有する。一般的に、屈折率分布は均一またはアポダイズであり、オフセットの屈折率は正またはゼロである。

FBGは以下の6種類の構造が一般的である。

1.一様に正のみの屈折率変化
2.ガウス・アポダイズ
3.レイズドコサイン・アポダイズ
4.チャープド
5.分散的位相シフト
6.上部構造

 

最初の複素格子は、1994年にJ.カニングによって作られた。これは、初の分布帰還型(DFB)ファイバーレーザー開発の基礎となり、続いてオーストラリアのピーター・ヒルらによって作られた最初のサンプルドグレーティング等、ほとんどの複素格子の基礎を築いた。

アポダイズグレーティング

FBGの特性を制御する格子長と格子強度という2つの値がある。グレーティング長L g {\displaystyle \scriptstyle L_{g}} Lg は以下の式で求められる。L g = N Λ {\displaystyle L_{g}=N\Lambda \,}
(画像:式1)
そして、光子強度はδ n 0 η {\displaystyle \scriptstyle \delta n_{0}\eta } (小画像:式2)である。
FBGには制御する必要がある3つの要素がある。それは反射率、帯域幅、サイドローブ強度である。上記されているように強い格子限度値(すなわち、大きい(小画像:式3))において帯域幅は格子強度ではなく、格子長に依存する。
これは、格子強度が、帯域幅を設定するために使用できることを意味する。格子長、エフェクティビティN、は格子強度および格子長の両方に依存するピーク反射率を設定するために使用することができる。
これはサイドローブ強度を制御することができないということであり、この単純な最適化の結果、かなりのサイドローブが生じる。第三の値がサイドローブ抑制を支援するために変更されることがある。これは、屈折率変化のアポディゼーションである。
用語としてのアポダイゼーションは、格子の終わりにゼロに近づくような屈折率の等級を指す。アポダイズグレーティングは、反射率と狭い帯域幅を維持しながらサイドローブ抑圧の大幅な改善を提供できる。一般的にFBGをアポダイズするために使用される二つの関数はガウシアンとレイズドコサインである。

チャープファイバーブラッググレーティング

回折格子の屈折率プロファイルは、他の機能を追加することができる。これは例えば、チャープと呼ばれる格子周期内の線形変化である。反射波長は格子周期で変化し、反射スペクトルを広げる。
チャープを有する格子は、追加分散する性質を有している。すなわち、回折格子から反射される異なる波長は、異なる遅延の対象となる。この特性は、フェーズド・アレイ・アンテナ・システムや偏波モード分散補償の開発にも使用されている。

傾斜ファイバーブラッググレーティング

標準のFBGでは、屈折率の等級または変動はファイバーの長さ(光軸)に沿っており、基本的にファイバーの幅全体において均一である。
傾斜FBG(FBG)では、屈折率の変化は光軸に対して斜めである。TFBGにおける傾斜角は反射波長、及び帯域幅に影響を与える。

長周期グレーティング

上記のように、基本的に格子周期はブラッグ波長と同じ大きさである。1500 nmで反射する回折格子の格子周期は500nmであり、1.5の屈折率を用いる。より長い周期を使えば、標準的なFBGで可能であるよりもはるかに広い応答を達成することができる。これらの格子は、長周期ファイバーグレーティングと呼ばれている。これらは一般的に100マイクロメートル代から1ミリメートル代の格子周期を持っているため、製造がはるかに容易である。
回折構造の異なるコーティングがファイバーブラッググレーティングのために使用され、これはコーティングされていない導波管に比べて、ブラッグ波長シフトに対する機械的衝撃を1.1倍から15倍低減することができる。

 

参考文献

ファイバーブラッググレーティング(FBG)」のメーカー

 

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