マルチコアファイバー結合向け3Dプリント光スプリッタ

従来の製造技術では、現代のマルチコア光ファイバー（MCF）の多様なコア形状に適応できるコンパクトで低損失なソリューションの提供が困難でした。研究者たちはNanoscribe Quantumシステムを用いたTwo-Photon Polymerization（2PP）でこの課題に取り組みました。その成果は、複数の光学機能を単一のマイクロ構造に統合した完全3Dプリント光スプリッタです。この高度な統合によりシステムサイズと複雑さが軽減され、カスタム結合形状・選択的コアアドレッシング・ファイバー上への直接プリンティングが可能になります。

ファイバーシステム向け3Dマイクロデバイスの作製

新開発の1×4スプリッタは、コンパクト性、光学精度、そして既存ファイバーシステムとの互換性を実現するよう設計されました。三角形マルチモード干渉カプラ、導波路ルーティング用Sベンド、断熱テーパーを含む構造は、フットプリント180 µmに最適化されています。Nanoscribeの IP-Dip フォトレジストを使用したTwo-Photon Polymerizationで製作され、高い光学透明性とサブミクロン分解能を実現しています。このプリントされたデバイスにより、マルチコアファイバーの4つの特定コアへの選択的光ルーティングが可能で、ファイバーベースセンサー・光ネットワーク・ラボオンファイバーシステムへの使用に最適です。 

サブミクロンディテールによるフリーフォームオプティクスの実現

従来の製造方法では小型フリーフォーム3Dフォトニックコンポーネントの製作が困難ですが、Two-Photon Polymerizationなら、滑らかな導波路遷移、急ベンド、高精密アライメント構造を単一製造ステップで実現できます。Nanoscribeの Quantum X shape 2PPベース高分解能3Dプリンタを使用し、研究者たちはポリマー内に直接スプリッタを製作しました。サブミクロン精度でフリーフォーム3D構造を直接プリントできる能力が、光スプリッタの性能において重要でした。

ファイバーコアにわたる機能の検証

製作後、光スプリッタはシングルコアおよびマルチコアファイバーをバット結合して伝送性能を評価するテストが行われました。研究者たちは挿入損失・波長依存性・偏波特性をC帯およびL帯にわたって特性評価しました。中央出力コアが一貫して最も低い挿入損失を示し、外側コアはSベンドの形状により高い損失を示しました。チャネルあたりの平均挿入損失は約-3 dBでした。デバイスは低偏波依存損失も実証し、設計の有効性と3Dプリンティングプロセスの製造精度を確認しました。

フォトニックアプリケーション向けファイバー結合の改善

この3Dプリントスプリッタは、通信・量子技術・医療診断などの分野でのコンパクトでカスタム化されたフォトニックコンポーネントの需要の高まりに対応します。ロボット手術器具や内視鏡のリアルタイム形状センシングでは、マルチコアファイバーが人体内の微細な動きや変形を検出するために使用されます。このスプリッタにより、これらの複雑なファイバーを、大型でアライメントに敏感なファンアウトモジュールを必要とせずにシングルコアインタロゲータに直接接続できます。通信アプリケーションでは、より高い帯域幅のための空間多重分割をサポートします。量子通信においても、マルチプレキシングと安全な信号分離のために選択されたコアへ光を精密にルーティングすることが重要で、新たな可能性が開かれます。コンパクトなフォームファクタとカスタマイズ性により、スプリッタはさまざまなコア形状とシステムレイアウトに適応できます。その設計はパッケージングの複雑さを軽減し、信号安定性を高め、高性能フォトニック製造の新たな機会を開きます。