光ファイバーカプラ( optical fiber coupler )は光信号を分波・合波できる受動光デバイスである。
光ファイバー自身が光導波路となるため挿入損失が小さく、量産化により価格も安くできることから、光ファイバー通信だけでなく光源や光ファイバーのモニタ、ファイバーレーザーの励起、EDFA、波長多重システムなどに用いられている。
特に分岐比が1:1のものを光パワーが半分(-3dB)になることから3dBカプラと呼ぶ。

光ファイバーカプラの原理

光ファイバーカプラでは複数の光ファイバーのコアが近接しているため、それぞれの光ファイバーでモード結合が起こり、光パワーが一方から他方に分岐する。分岐比はコア間の距離と、近接している距離(結合長)により制御できる。図1に光ファイバーカプラの模式図を示す。

光ファイバーカプラの模式図

図1:光ファイバーカプラの模式図

カプラの原理はモード結合理論(coupled mode theory)で説明されることが多い。

融着延伸型ファイバーカプラの作り方

図1のような2×2のファイバーカプラを想定する。まず、2本の光ファイバーを平行に整列させた後、マイクロバーナーまたはマイクロヒーターで加熱し融着する。さらに、融着下部分を加熱した状態で延伸することにより、融着部分が細径化される。この細径化された部分で光の結合が起きる。

分岐カプラ

光ファイバーカプラは用途によって様々な種類・性能を持っており、目的により(1)任意の波長の光を一定の比率で分岐するカプラ、(2)特定の波長の光を特定ポートから入射して同一ポートから出射したり(合波)、複数の波長を同一ポートから入射して特定ポートにそれぞれ波長を分けて出射する(分波)WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重方式)カプラに分類できる。

分岐カプラは、同一比で光を分岐して光信号を分配したり、分岐比を変えて主信号系の光パワーのモニタに使用する。分岐カプラは比較的温度制御が容易で、生産性がよく、価格が安いというメリットを持っている。特性としては分岐比誤差が小さい、過剰損失が小さい、偏波依存損失(PDL : Polarization Maintainging Loss)が小さいことが望まれる。分岐カプラのスペック例を表1に示す。

分岐カプラの特性
項目 特性
3dBカプラ(50:50) 6dBカプラ(75:25)
使用波長(nm) 1310±20 1310±20
通過損失(dB) ポート1⇔ポート3 ≦3.5 ≦1.7
ポート1⇔ポート4 ≦3.5 ≦7.1
過剰損失(dB) ≦0.6 ≦0.7
反射減衰量(dB) ≧50 ≧50
偏波依存損失(dB) ≦0.15 ≦0.15

上記のカプラは更に広帯域カプラ、多分岐カプラに分けることができる。

広帯域カプラ

分岐比の波長依存性を小さく抑えたカプラで、広帯域に渡ってフラットな分岐比となっている。広帯域光源を用いるOCTの干渉計などに用いられる。

スターカプラ

多数の光ファイバーの束を溶融接合したカプラをスターカプラという。1対多の光分岐ができるので、光LANや光アクセスシステムで重要なデバイスである。

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