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ファイバー結合効率の解析とは？課題と対策・製品を解説

光学設計・開発におけるファイバー結合効率の解析とは？

光技術・レーザー業界において、光源からの光を光ファイバーへ効率的に伝送するための光学設計・開発プロセスにおける、結合損失を最小限に抑えるための解析手法を指します。これは、レーザー加工、通信、計測など、様々な分野で光ファイバーの利用効率を最大化するために不可欠なプロセスです。

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【光学調整向け】ピエゾナノアクチュエータ P-753

PIジャパン株式会社

光学系の調整では、光軸や光学素子の位置を微小量で安定して制御できることが求められます。P-753 LISAは、15～38 µmのストローク（モデルによる）と最小0.1 nmの分解能（適切なコントローラ使用時）を備えたリニア・ピエゾステージです。フレクシャガイド構造により、摩擦やバックラッシュのない滑らかな動作を実現します。顕微鏡、レーザー光学系、干渉計などにおける微小位置補正やアライメント用途に適しています。【活用シーン】・光学顕微鏡の対物レンズ位置調整・レーザービームの微調整・光ファイバーアライメント・分光器のスリット位置調整・干渉計のミラー位置補正【導入の効果】・ナノメートルレベルの位置決め分解能・バックラッシュのない高再現性動作・コンパクト設計による装置組込み適性・微小位置補正の安定化

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【光学調整向け】B-421 BIX 小型ピエゾ駆動リニアステージ

PIジャパン株式会社

光学システムでは、レンズやミラー、光学素子の位置調整が性能を大きく左右します。わずかな位置ずれが、像の歪みや測定精度の低下につながる場合があります。B-421 BIX ミニチュアリニアステージは、超小型設計でありながら、ピエゾ駆動による高分解能な位置制御を実現。限られたスペースにも組み込みやすく、精密な光学アライメント用途に適しています。最大33mmのストロークに対応し、研究開発用途から装置組み込みまで幅広い光学調整ニーズに対応します。【活用シーン】・顕微鏡の対物レンズ調整・レーザー加工機の焦点調整・光ファイバーアライメント・干渉計・計測装置の精密位置決め【導入の効果】・高分解能な位置制御による安定したアライメント・装置の省スペース設計に貢献・再現性の高い光学調整を実現

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【光学調整向け】エアベアリング回転ステージ A-62x

PIジャパン株式会社

光学業界では、レンズやミラーなどの光学素子の精密な位置調整が、システムの性能を左右する重要な要素です。特に、高精度な光学検査やアライメントにおいては、微小な角度や位置のずれが、測定結果に大きな影響を与える可能性があります。エアベアリング回転ステージ PIglideA-62x高精度モデルは、摩擦のない非接触回転により、ウォブルや偏心を極限まで抑制し、平面度・偏心率200nm以下を実現します。これにより、光学素子の精密な位置調整を可能にし、高精度な光学検査やアライメントをサポートします。【活用シーン】・光学レンズやミラーの角度調整・光学素子の精密アライメント・光学検査システムの構築【導入の効果】・ナノメートル単位の精密な位置決めが可能・高精度な光学測定を実現・システムの性能向上に貢献

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【光学調整向け】Zチップチルトエアベアリング A-523

PIジャパン株式会社

光学業界における調整作業では、精密な位置決めが不可欠です。特に、レンズやミラーなどの光学部品の位置調整は、システムの性能を左右する重要な要素となります。微小なズレが、画像品質の低下や測定精度の悪化につながる可能性があります。当社の薄型エアベアリング Z Tip/Tilt ステージは、3軸の超高精度位置決めを実現し、光学部品の精密な調整を可能にします。【活用シーン】・光学レンズの位置調整・ミラーの角度調整・光ファイバーのアライメント【導入の効果】・高精度な位置決めによる光学性能の向上・調整作業の効率化・製品品質の安定化

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【光学調整向け】真空環境対応有り・小型リニアステージ M-11x

PIジャパン株式会社

光学業界における調整作業では、精密な位置決めが求められます。特に、レンズやミラーの位置調整は、光学系の性能を左右する重要な要素です。微小なズレが、画像品質の低下や測定精度の悪化につながる可能性があります。リニアステージ M-11x型は、小型ながらも高精度な位置決めを実現し、光学系の調整作業を効率化します。【活用シーン】・レンズやミラーの位置調整・ファイバーアライメント・光学部品の精密位置決め【導入の効果】・高精度な位置決めによる光学性能の向上・作業時間の短縮・調整作業の効率化

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【フォトニクス向け】Z・チップ・チルト開口部付ピエゾステージ

PIジャパン株式会社

フォトニクス分野のアライメント作業では、光ファイバーやレンズなどの精密な位置調整が求められます。特に、光軸のずれは、測定精度や効率を大きく左右するため、ナノレベルでの精密な位置決めが重要です。Z・チップ・チルト開口部付ピエゾステージ P-5x8は、これらの課題に対し、高精度な位置決めと広い開口部による透過光測定の実現で貢献します。【活用シーン】・光ファイバーアライメント・レンズアライメント・干渉計測・透過光アプリケーション【導入の効果】・ナノレベルでの精密な位置決めによるアライメント精度の向上・66mm×66mmの開口部による透過光測定の効率化・高信頼性PICMAピエゾセラミックスによる長寿命化・静電容量センサーによる高いリニアリティ

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【光学調整向け】超音波モータ駆動小型回転ステージ U-628

PIジャパン株式会社

光学業界における調整作業では、精密な角度調整が求められます。特に、光軸調整やレンズの微調整においては、高精度な位置決めと安定した動作が不可欠です。精度の低い調整は、光学系の性能低下や測定誤差につながる可能性があります。U-628は、高精度なインクリメンタル角度センサーとセルフロック機構により、光学調整作業の効率化と精度の向上に貢献します。【活用シーン】・フィルタ角度最適化・偏光素子調整・光学計測系のキャリブレーション【導入の効果】・波長依存性が高いフィルタの角度調整・偏光子・波長板角度の精密制御・干渉計、顕微鏡光路の角度最適化

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【光学機器向け】小型リニアエアベアリングステージ A-143

PIジャパン株式会社

光学機器業界では、レンズやミラーなどの精密な調整が、製品の性能を左右する重要な要素です。特に、微細な位置調整が求められる場面では、精度の高いステージングシステムが不可欠です。調整の精度が低いと、光学系の性能が低下し、最終的な製品の品質に悪影響を及ぼす可能性があります。A-143 PIglideは、ナノメートルレベルの精度で位置決めを行い、光学機器の調整作業を効率化します。【活用シーン】・光学レンズの位置調整・精密測定器のキャリブレーション・光ファイバーアライメント【導入の効果】・高精度な調整作業の実現・作業時間の短縮・製品品質の向上

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【光学調整向け】微細調整に最適なリニアアクチュエータ N-470

PIジャパン株式会社

光学システムでは、光学素子の精密な位置調整や光軸アライメントが、システム性能を左右する重要な要素です。特にレーザー装置や顕微鏡などの精密機器では、わずかな調整誤差でも測定精度や画像品質に影響を与える可能性があります。 N-470は、ピエゾ慣性駆動（スティックスリップ）方式を採用したコンパクトなリニアアクチュエータです。高分解能の微動調整と高い保持力（100 N）により、光学ミラーのチップ・チルト調整や光学素子の精密な位置決めを安定して行えます。さらに停止時にはセルフロック機構により位置を保持するため、電流を必要とせず発熱もありません。長期間にわたる安定した光学アライメントを実現します。【活用シーン】・光学ミラーの微調整・光学素子の位置決め・ファイバーアライメント【導入の効果】・高精度な位置決めによる測定精度の向上・長期安定性の確保による信頼性向上・手動調整からの解放による作業効率の向上

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【光学調整向け】コンパクト2軸ナノポジショナ

PIジャパン株式会社

光学分野における調整作業では、光軸の高精度な位置決めが求められます。特に、微細な調整が必要な光学素子の配置では、わずかな位置ずれが光損失や測定誤差を引き起こし、最終製品の性能や品質に影響を与えます。本XZ・XYZナノポジショナーは、44mm角のコンパクト設計ながら、最大120µmのストロークと0.2nmの高分解能を実現。ゼロバックラッシュのフレクシャガイド機構により、再現性の高い精密位置決めが可能です。さらに、PICMA(R)ピエゾアクチュエータの採用により、高い信頼性と長寿命を兼ね備えています。【活用シーン】・顕微鏡の対物レンズ調整・ファイバーアライメント・光学素子の位置決め【導入の効果】・高精度な位置決めによる測定精度の向上・作業効率の向上・製品品質の安定化

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【光学調整向け】リニアアクチュエータ N-472

PIジャパン株式会社

光学システムでは、高精度な光軸調整や位置決めが重要です。特にレンズやミラーなどの光学素子の位置は、システム性能や測定精度に大きく影響します。わずかな位置ズレでも、画像品質の低下や測定誤差の増大につながる可能性があります。 N-472シリーズは、インクリメンタルエンコーダによる位置フィードバックを備えたピエゾマイクロポジショニングアクチュエータです。慣性駆動（スティックスリップ）方式により、高分解能の位置決めと長期安定性を実現し、光学素子の精密なアライメント調整を可能にします。さらに停止時にはセルフロック機構により位置を保持するため、電流を必要とせず発熱を抑制。長時間にわたる安定した光学調整を実現します。【活用シーン】・光学顕微鏡の対物レンズ調整・レーザー加工機の光軸調整・半導体製造装置における位置決め【導入の効果】・高精度な位置決めにより、システムの性能向上・長期安定性により、メンテナンス頻度の削減・インクリメンタルエンコーダ内蔵により、位置フィードバックが可能

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【光学向け】高荷重ピエゾP-844-845

PIジャパン株式会社

光学システムにおけるレンズ位置の精密調整は、性能を左右する重要な要素です。特に高精度な位置決めが求められる用途では、わずかなズレが画像品質や測定精度に大きな影響を与える可能性があります。PICMA技術を採用したサブナノメートルクラスの分解能と高い力性能を備え、高速応答（µsオーダー）と高い信頼性により、レンズなどの精密位置制御を実現します。【活用シーン】・顕微鏡用精密位置調整・光学測定装置のアラインメント・レーザー光学系チューニング・光通信・フォトニクス機器の微小位置決め（ナノポジショニング全般）【導入の効果】・光学性能の向上：微小位置調整による最適焦点・高解像度化・高速・高精度位置決め：サブナノ調整とµs応答でプロセス改善・信頼性向上：PICMA技術による長寿命化と安定稼働・幅広い用途対応：微細調整から高荷重ポジショニングまで対応

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【光学分野向け】ピエゾアクチュエータ P-882・P-888

PIジャパン株式会社

光学分野では、高精度な位置決めと微調整が求められます。特に、レンズやミラーの位置調整は、光学系の性能を左右する重要な要素です。わずかなズレが、画像品質の低下や測定精度の悪化につながる可能性があります。多層PICMA(R)ピエゾアクチュエータ P-882・P-888は、サブナノメートルの分解能と超高剛性により、光学系の精密な位置決めと微調整を実現します。【活用シーン】・光学系の波面補正・レンズ・ミラーの微調整・干渉計用参照ミラー制御・レーザー光学系の安定化【導入の効果】・高精度な位置決めによる、光学性能の向上・サブナノメートル分解能による、微細な調整・長寿命と高い信頼性・過酷な環境下での安定動作

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【光学調整向け】可変ストローク・多軸対応ナノポジショナー

PIジャパン株式会社

光学分野における調整作業では、光軸のわずかなずれがシステム性能に大きく影響します。特に微細な位置調整が求められる場面では、高分解能に加え、優れた直線性と再現性が不可欠です。不正確な位置決めは、光学性能の低下や測定誤差の原因となります。本ナノポジショナは、最大0.1nmの高分解能と0.02%の優れた直線性を実現。さらに、可変ストロークおよびX・XY・Z・XYZの多軸構成に対応し、用途に応じた柔軟なシステム構築が可能です。非接触センサによる直接位置計測とゼロバックラッシュのフレクシャガイドにより、高い安定性と再現性を実現し、光学系の性能を最大限に引き出します。【活用シーン】・顕微鏡試料走査・光学アライメント・干渉計測【導入の効果】・高精度な位置決めによる、光学系の性能向上・測定精度の向上・作業効率の改善

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【レーザー加工向け】XYZ軸ピエゾステージ P-616

PIジャパン株式会社

レーザー微細加工では、ビーム位置や焦点のわずかなずれが加工品質に直結します。特にマイクロ加工や高アスペクト比加工では、サブミクロンレベルでの精密な位置制御が不可欠です。P-616 NanoCubeは、各軸100 µmストロークを備えたコンパクトなXYZピエゾナノポジショナーです。高剛性フレクシャガイド構造によりバックラッシュのない高直線性動作を実現し、ナノメートル分解能での微細位置調整が可能です。レーザー加工装置に組み込むことで、・ビーム位置の微調整・焦点位置の高精度制御・加工位置の補正用途に対応し、微細加工の安定性向上をサポートします。【活用シーン】・レーザー微細加工装置への組込み・フォーカス位置の精密制御・マイクロ穴あけ加工の位置補正・薄膜加工・精密パターニング【導入の効果】・ナノメートル分解能による焦点位置の高精度制御・バックラッシュレス構造による高再現性・コンパクト設計で装置内組込みが容易・微細加工品質の安定化

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【光学向け】高負荷容量リング型アクチュエータ PICA Thru

PIジャパン株式会社

光学業界におけるビーム制御では、光の精密な位置決めと安定性が求められます。特に、レーザー加工や光通信といった分野では、微小なズレがシステムの性能に大きな影響を与える可能性があります。PICA(TM) Thruアクチュエータは、サブミリ秒の応答速度とサブナノメートルの分解能により、高精度なビーム制御を実現します。性能劣化のない状態で長期間の使用が可能です。【活用シーン】・レーザー加工におけるビーム位置制御・光通信システムの光ファイバーアライメント・顕微鏡の対物レンズ位置調整【導入の効果】・ビーム位置決め精度の向上・システムの安定性向上・生産性の向上

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【光学部品向け】コンパクトな設計ながら6軸の動作を実行可能

PIジャパン株式会社

光学部品業界では、正確で要求の厳しい位置決めが品質を左右する重要な要素です。当社のH-815産業用ヘキサポッドは、高精度な位置決めを実現し、製品の品質向上に貢献します。【活用シーン】・フォトニクスにおける要求の厳しいアライメントプロセスに対応・レンズやその他の光学部品などの極めて小さな部品のアライメント【導入の効果】・複雑な製造・計測プロセスの生産性を向上・小さな部品のアライメント・高負荷サイクルに対応した長寿命設計

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FIMMWAVE (フィムウェーブ)

CTflo株式会社

FIMMWAVEは、導波路構造用の堅牢で完全なベクトルモードソルバーをもち、多数の補完的なアルゴリズムを採用することで、任意の材料と柔軟性の高い導波路CADツールにより多種多様な導波路を解くことができます。また、伝搬モジュール「FIMMPROP」を用いて、2D / 3D構造における伝搬をモデル化することが可能です。・　低屈折率高分子導波路、高屈折率シリコン（SOI）およびGaAs / AlGaAs 導波路・　シングルモードおよびマルチモード光ファイバー、フォトニック結晶ファイバー（PCF）・　エッチング（リブ、リッジ）、拡散、埋没などの一般的な各形状・　スロット導波路、スランテッドウォール、グレーデッド構造・　プラズモン導波管、マイクロ波導波管・　光活性導波路、光磁気導波路 FIMMWAVEには、様々な構造に最適化された、豊富な補完的ソルバーが含まれています。・　半解析的手法：屈折率の強い変動や薄い層などの問題に効率的に取り組むことができます。・　有限要素法（FEM）や有限差分法（FDM）のような数値的手法で、任意の問題に対してロバストな解を提供します。

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ファイバーコリメータ　HV-FC

株式会社フォトンプローブ

ファイバーからの出射光がコリメート光（平行光）の光部品です用途に合わせて3種類をご用意しています【特徴】 ○標準ファイバーコリメータ　光ファイバー用フェルール（規格品）に非球面レンズを組み込むことで　従来のＦＣコネクタを利用したコリメータ　空間伝幡光のファイバーへの導入も簡便に実現可能 ○大口径ファイバーコリメータ　標準ファイバーコリメータより大きなレンズを用いることで　集光力を高めた製品。受光光学系に簡便なコリメータ ○高コリメートファイバーコリメータ　非常に高いコリメート性を保持　出射光学系に簡便なコリメータ ●その他機能や詳細については、カタログダウンロード下さい。

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オプティカルフィルタチェンジャ『LAMBDA10』

ショーシンEM株式会社

『LAMBDA10』は1台のコントローラで複数台のフィルタホイールとメカニカルシャッタを自動制御し、マルチカラー、タイムラプス、レシオイメージングに対応出来ます。波長切替時間は30msec(4ポジションホイール)。フィルタホイールは、各顕微鏡の励起と蛍光側に取付け可能なアダプターを用意しております。【特長】 ■波長切替時間は30msec(4ポジションホイール) ■最大3台フィルタホイールと2台シャッタの制御 ■フィルタサイズは25mm、32mm、50mm ■7段階スピード調整 ※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

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集光用ビームプロファイラ『フォーカスモニタ FM+』

PRIMES Japan株式会社

『フォーカスモニタ FM+』は国内外で広く採用されているFMシリーズの「＋世代」ビームプロファイラの最新鋭機。減衰なしで集光点直接測定、自動のコースティック測定などの従来機能に加え、合成石英測定チップを採用したHPDタイプは独自の追加機能　FS³ (フューズドシリカセンサーシステム)をラインナップし、最大入力パワー密度は50MW/㎠【特長】 ■マルチkWのグリーンレーザやブルーレーザも測定可能 ■コースティック測定（Z軸：120mm） ■取り付け簡単な回転チップチップと検出器を交換するだけでさまざまな波長で測定可能 ■イーサネット採用でデータ転送速度向上 ■データ管理ビットの増加、機能向上 ■レーザ解析ソフトウェア(LDS)による操作性向上及び簡易化【仕様】 ■波長：FM+: 400-12,000nm FM+HPD: 515nm-545nm & 1,000nm-1,100nm ■ビーム径：FM+:100-5,000μm, FM+HPD:100-1,200μm ※詳しくはPDFをダウンロードして頂くか、お問い合わせください。

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光ファイバコリメータ

株式会社オプティ

当社では、高ピークパルスレーザで使用可能な光ファイバコリメータを取り扱っております。光路中に接着剤を使用しない独自構造で、小型軽量です。また、パルス光に対応可能です。【光学特性】 ■損失：≦ 0.5dB @ 1064 nm ■ピーク光パワー：≦ 100 kW for 25/250 DCF ■ビーム径：Φ 0.3～1.5 mm ■軸角度：≦ 0.5 deg ※詳しくはPDFをダウンロードしていただくか、お気軽にお問い合わせください。

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光学デバイス『ファイバーカプラー』

エイチアールディー株式会社

『ファイバーカプラー』は2本の異種ファイバーを接続する専用光学機器です。マイクロメータ付きによる調整機構の為、光軸調整時は調整値の履歴を残すこともでき、再現も可能なほか、専用治具により光軸調整済みにて出荷し、現地ではファイバー挿入によるプラグアンドプレイにて使用できます。高価なフィーディングファイバー破損対策や、レイアウト変更時もカプラ後の装置側を動かすのみといった導入メリットがあります。【特長】 ■光軸調整用マイクロメーター付き ■光軸調整済みで出荷 ■反射光への対策やロボット等でファイバーを振り回すような使い方での破損対策 ■加工ヘッドを含めたカプラ後の光学系を既設のまま使用可能 ■レイアウト変更時もカプラ後の装置側を動かすのみ ■プロセスファイバーの延長等によりレーザから離れた場所へも簡単に設置可能 ※詳しくはPDF資料をご覧いただくか、お気軽にお問い合わせ下さい。

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光部品『ファイバーコリメーター HV-FC』

株式会社フォトンプローブ

『ファイバーコリメーター HV-FC』は、ファイバーからの出射光がコリメート光（平行光）である光部品です。「標準ファイバーコリメータ」「大口径ファイバーコリメータ」「高コリメートファイバーコリメータ」の3種類をラインアップ。用途に合わせてお選びください。【特長】 ■ファイバーからの出射光がコリメート光（平行光）である ■用途に合わせて3種類をラインアップ ※詳しくはカタログをご覧頂くか、お気軽にお問い合わせ下さい。

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スキャン方式FFP計測装置

プレサイスゲージ株式会社

FFP1003は、半導体レーザ・LED・光ファイバなどからの出射光ビームの拡がり角度分布を測定するシステムです。検出器としてPDを用いることにより、短波長帯・長波長帯を問わず、高感度・高ダイナミックレンジな計測を実現しています。ニ軸スキャン方式の採用により、Xプロファイル・XYプロファイルだけでなく、三次元プロファイルの計測まで可能としています。高精度に調整されたスキャン・回転光学系を外部PCで制御することにより、簡単に高精度なFFP計測が可能です。 ■特長 ●Xプロファイル、XYプロファイル、三次元プロファイル計測 ●短波長帯、長波長帯のLD・LEDおよびファイバに対応 ●マイクロW以下の微小光量で計測可能 ●強度軸ダイナミックレンジ＞40dB ●スキャン角度範囲：±60°および回転角度範囲：180°

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光学設計・開発におけるファイバー結合効率の解析

光学設計・開発におけるファイバー結合効率の解析とは？

課題

光軸ずれによる損失

光源と光ファイバーの光軸がわずかにずれるだけで、結合効率が大幅に低下し、光信号の減衰や品質劣化を引き起こす。

開口数不一致による損失

光源の光の広がり角（開口数）と光ファイバーの開口数が合わないと、光がファイバー内に閉じ込められず、結合効率が低下する。

波長依存性による損失

光源の波長や光ファイバーの特性によっては、波長によって結合効率が変動し、特定の波長帯で性能が低下する可能性がある。

製造ばらつきの影響

レンズや光ファイバー端面の微細な製造ばらつきが、設計通りの結合効率を達成できない原因となり、再現性の低下を招く。

対策

高精度な光軸調整機構

マイクロメートルオーダーでの精密な光軸調整を可能にする機構を導入し、光軸ずれによる損失を最小限に抑える。

最適化されたレンズ設計

光源の開口数と光ファイバーの開口数に合わせた最適なレンズ形状や配置を設計し、光の集光・導入効率を高める。

広帯域対応光学素子

使用する波長帯域全体で均一な性能を発揮するコーティングや材料を採用した光学素子を選定・設計する。

モンテカルロシミュレーション

製造ばらつきを考慮した多数のシミュレーションを実行し、許容できるばらつき範囲や設計マージンを評価する。

対策に役立つ製品例

精密位置決めステージ

マイクロメートル単位での高精度な位置決めを可能にし、光軸ずれを最小限に抑えることで、結合効率の向上に貢献する。

カスタム設計レンズアレイ

光源とファイバーの特性に合わせて最適化されたレンズ群を提供し、開口数不一致による損失を低減する。

広帯域反射防止コーティング

様々な波長域での光損失を抑制し、波長依存性による結合効率の変動を抑えることで、安定した伝送を実現する。

光学設計・解析ソフトウェア

光線追跡や回折計算に基づき、製造ばらつきを考慮した詳細な結合効率シミュレーションを行い、設計の最適化を支援する。

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​課題

光軸ずれによる損失

開口数不一致による損失

波長依存性による損失

製造ばらつきの影響

​対策

高精度な光軸調整機構

最適化されたレンズ設計

広帯域対応光学素子

モンテカルロシミュレーション

​対策に役立つ製品例

精密位置決めステージ

カスタム設計レンズアレイ

広帯域反射防止コーティング

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