光ファイバーの結合
良好な結合効率を得るには、集中ビーム（通常はレーザービーム）の特性をファイバーパラメーターと一致させる必要があります。一般的なガイドラインは、（1）フォーカススポットはコアサイズに匹敵し、（2）焦点を合わせたビームはコアの中心にある必要があり、（3）入射円錐角は繊維の数値開口naを超えてはならないということです。条件（1）および（2）は図1の左側に示されており、条件（3）は図1の右側に示されています。マルチモード繊維の場合、最初の2つの条件は、コア直径が大きいために簡単に適合します。したがって、カップリングレンズをファイバーの数値開口NAに一致させると、マルチモード繊維の適切な結合効率が得られます。
この観点から、シングルモード繊維への結合はより困難な問題です。シングルモードファイバーのコア直径が小さいため、フォーカスビームをサブミクロンの位置決めの精度と結合できるようにするために、より多くの光機械要素が必要です。さらに、入射レーザーのモードは、ファイバーのモードと一致する必要があります。言い換えれば、結合効率は、入力レーザービームのガウスモードと繊維の近似ガウス基本モードのオーバーラップ積分に依存します。
図1マルチモードまたはシングルモードファイバーへの光カップリングの概略図（左）。マルチモードファイバーの発生率は、光のオーバーフロー（右上）と繊維の下部（右下）になります。
光繊維の種類
図2に示すように、さまざまな種類の光ファイバーが非常に異なるジオメトリを示すことができます。通信で使用される標準シングルモードファイバーは、コア直径が小さい（10ミクロン未満）、マルチモードファイバーは60から数百ミクロンの範囲のコア直径を持っています。マルチモードファイバーには、段階的またはステップ屈折型インデックスプロファイルがある場合があります。特殊繊維は、バイアスを摂取する繊維、高電力透過繊維オプティックケーブル、ベンド感受性繊維、極端な温度のための繊維なども一般的です。
図2さまざまなファイバータイプ
それらの有病率と有用性により、2つの特定のタイプの特殊繊維を以下で詳しく説明します：希土類元素ドープ繊維とフォトニッククリスタルファイバー（PCF）。
希土類元素ドープ繊維：希土類元素ドープ繊維は、繊維レーザーにとって特に重要です。これは、これらのドーパント（ND、YB、およびER-YB共ドープ）をレーザーゲイン媒体として使用できるためです。ダブルクラッドの希土類ドープ繊維を使用すると、フリースペースの焦点を焦点を合わせたり、別の繊維を介して伝送することでポンプビームを効率的に一致させることができます。これらのドープ繊維は、ブラッググレーティング（FBG）の光感受性繊維を作るためにも使用できます。
高品質のFBGは、感光性繊維が露出するUV光の周期パターンから構築できます（希土類元素ドーパントはUVを強く吸収します）。繊維がUV光の周期パターンにさらされると、格子が形成されます。これは通常、位相マスクによって生成されます。制作の観点から、この製造方法は高速で信頼性が高く、明らかに魅力的です。 Bragg Gratings（FBGS）は、狭い波長帯域で高い反射率（最大99％）を達成することができます（図3を参照）。これは、ファイバーレーザーでキャビティミラーを生成したり、繊維光学通信システムでスペクトルフィルターとして使用するのに有益です。
フォトニッククリスタルファイバー（PCF）：フォトニック結晶は、屈折率が定期的に位置によって変化する微細構造材料です。 PCFでは、この周期的な変動は、定期的な空孔または軸に平行な空気穴によって達成されます（図2を参照）。従来の光ファイバーとは異なり、コアとクラッディングの両方が同じ材料で作られています。したがって、PCFのすべての導視プロパティは、空室の存在から生じます。PCFは通常、2つの主要なカテゴリに分けられます。固体コアを備えた屈折指数誘導繊維と、低屈折指数材料で作られた周期的な微細構造要素とコアを持つフォトニックバンドギバー繊維（例えば、中空のコア）があります。紫外線からIRへのフィールド径、非常に高い非線形性、およびNA PCFの値を持つ能力は、分光法、計測、生物医学、イメージング、電気通信、産業処理、防衛アプリケーションで広く使用されています。
図3 FBG概略図および代表的な送信および反射率スペクトル。
