ほとんどの光ファイバーは、水道管のように動作します。つまり、一端に光を入力すると、光はファイバーの中をある程度の距離を移動し、他端から同じ量（またはそれ以下）の光が出力されます。ただし、入力した以上の光が出力されるわけではありません。
これを「パッシブファイバー」と呼びますが、光ファイバーには、実際に光を増やす（増幅する）アクティブファイバーという種類があります。そのため、最初に入れた光よりも多くの光が出てきます。その方法は？
ドーペストファイバー
その方法は、「ドーピング」です。つまり、少量の化学物質、通常は希土類元素（エルビウム、イッテルビウム、ツリウムなど）のイオンをファイバー自体に組み込みます。これらのイオンは、ある波長の光を吸収してから別の波長の光を再放出します。
この図は、レーザ光を増幅する装置である「ファイバー増幅器」を作るために、アクティブファイバーを使用する方法を非常に簡略化して表しています。比較的低出力の半導体レーザからの「シード光」がパッシブファイバーに結合されます。また、シード光よりも短波長の励起半導体レーザ光源からの光もファイバーに結合されます。これらの光はすべてアクティブファイバーに入り、ドーパントが励起ダイオードの光を吸収し、シード光の波長で再放出されます。また、最も重要なのは、この再放出された光がシード光と位相がそろっているということです。つまり、シード光とすべての点で同じレーザ光です。
これにより、シード光の波長の光が、最初に入った光よりもファイバーから多く出ます。この方法で、光量を1000倍にすることも十分可能です。複数のステージを組み合わせることで、さらに高いレベルのゲインを得ることができます。
アクティブファイバー – 成功への道
ファイバーレーザやファイバー増幅器の基礎となるのは、「ゲイン」（光増幅）を持つ添加ファイバーです。これらの技術は、材料加工、通信、医療/手術、センシング、防衛・航空宇宙など多くの分野で利用されています。
ファイバー増幅器の重要な発展中の用途の1つに、自律走行車や先進運転支援システム用のLIDAR（Light Detection and Ranging：光による検知と測距）システムがあります。どちらも、LIDARによって車が道路や環境を「見る」ことができます。
車載用として、1550 nmのファイバー増幅器を用いたLIDARは、比較的高いレベルのレーザ出力を小型・軽量のパッケージで実現できるというメリットがあります。レーザ出力を上げることで、車がより遠くを「見る」ことができるようになります。とは言え、かなり高出力の1550 nmのレーザでも「アイセーフ」（レーザ光が網膜に到達しないこと）であるため、他のドライバーに危険が及ぶことはありません。また、サイズや重さも車には重要な要素です。
また、1550 nmのファイバー増幅器の別の用途としては、衛星通信が大きく発展しています。多くの既存および開発中の衛星通信企業が、地球低軌道上に何千もの小型で比較的安価な衛星を「コンステレーション」と呼ばれる形で打ち上げることに興味を示しています。これらのコンステレーションは、インターネットサービスやその他の高速通信サービスを提供することができます。
これら数多くの衛星には、相互に通信する手段が必要で、その手段としてレーザが非常に有効です。その理由は、これらの光が宇宙空間でも損失や歪みがほとんどなく伝搬するからです。また、レーザを使ったリンクは、無線通信のような干渉の影響を受けません。繰り返しになりますが、1550 nmファイバー増幅器の良好なサイズ/重量比と総合的な電気効率は、この用途に最適な選択肢です。
Coherentはアクティブファイバーのエキスパートです
Coherentは、さまざまな種類のアクティブ光ファイバーを製造しており、前述の衛星通信や車載用LIDARシステムに特化した新製品を最近発表しました。一見、まったく異なる用途のように見えますが、実はいくつかの共通した要件があります。特に、小型・軽量で電気効率が高く、かつ強力なレーザ光源が求められています。さらに、どちらも熱や放射線によって性能が時間と共に低下するような厳しい環境下で使用されます。さらに、同じファイバーを両方の用途に使用することで、生産量を増やし、コストを下げることができます。
新製品のCoherent NuEYDFシリーズエルビウム・ イッテルビウム共添加アクティブファイバーは、現在の市場でも独特の機能の組み合わせを備えています。これには以下が含まれます：
- 宇宙での使用に不可欠な耐放射線性
- 高温の自動車用途で信頼性の高い動作と長寿命を可能にするコーティング
- 最大のゲイン、ノイズの低減、長寿命化を実現する、最小限に抑えられたASE（Amplified Spontaneous Emission：自然放射増幅光）
- システム全体のスループットを最大化する、マッチングされたパッシブファイバー
Coherentは、通信、センシング、慣性航法、手術、材料加工などの用途に向けて、400種類以上のパッシブおよびアクティブファイバーを提供しています。また、ほとんどが即日出荷可能です。入手可能な製品については、当社のオンラインストアをご覧ください。
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