980nm バンドパス フィルター (InGaAs)

980nm の光は、組織への浸透性が良好で、特定の光電子部品との互換性がある近赤外線の波長です。

  • 用途 1:光通信システムでは、エルビウム添加光ファイバー増幅器の 980nm ポンプ光を分離し、効率的な信号増幅を保証するために使用されます。
  • アプリケーション 2:蛍光分光法などの生物医学アプリケーションでは、不要な波長を除去して、生物学的サンプル内の特定の 980nm 発光バイオマーカーを検出します。
  • アプリケーション 3:レーザー ダイオード システムでは、工業用切断や医療用レーザー治療における正確な波長制御のために 980 nm の発光を選択するのに役立ちます。

特定のアプリケーション向けの980nmフィルター選択ガイド

このガイドでは、980nm 波長アプリケーションのフィルタ構成戦略の概要を示し、実際のシナリオを通じて要件を分析し、それぞれの選択の背後にある技術的な根拠を説明します。

1. 光ファイバ通信システムにおけるポンプ光分離

アプリケーションコンテキストエルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）では、980nm のポンプ光と 1550nm の信号光を効率的に結合および分離することが、最適な増幅性能を得るために重要です。

フィルタ構成要件

a. 波長分割多重（WDM）フィルタ

  • 中心波長：980nm（±0.5nm）
  • 帯域幅: ≤1nm (FWHM、半値全幅)
  • 透過率: >95% (980nm帯域)
  • 反射率: >99% (1550nm帯域)
  • 損傷閾値: >10W/cm² (連続波)

b. 材料とプロセス

  • イオンビームスパッタリングにより塗布された多層誘電体コーティング（例：Ta₂O₅/SiO₂）を利用し、狭帯域通過特性のフィルム厚の精密制御を可能にします。
  • 基板: 低い熱膨張係数 (5.5×10⁻⁷/℃) を備えたフューズドシリカが採用され、-40℃ ～ 85℃ の範囲で安定した性能が保証されます。

選択ロジック

  • ナローバンド設計980nmのポンプ光は、EDFAにおけるエルビウムイオン吸収ピーク（976nm±4nm）と厳密に一致する必要があります。帯域幅が広すぎると、ポンプ効率の低下や信号光の漏洩が発生します。
  • 1550nmの高反射率: 最適化されたコーティング設計により、信号光がポンプ経路に反射するのを防ぎ、OD6レベルのブロッキング（透過率<0.001%）を実現します。
  • 高いダメージ耐性: 高出力ポンプレーザー出力（通常 200～1000mW）に耐え、コーティングへの熱による損傷を防止します。

問題解決

  • クロストークを >20dB (従来のビームスプリッター使用時) から < -40dB に低減し、システムの信号対雑音比を大幅に向上します。
  • フィルム システムの最適化により、温度による波長ドリフトを標準 0.01nm/℃ から ±0.05nm まで最小限に抑え、長期安定性を確保します。

2. レーザー医療機器における精密波長制御

アプリケーションコンテキスト前立腺核出術で使用される 980nm 半導体レーザーでは、手術中にバランスのとれた組織切除と止血が必要です。

フィルタ構成要件

a. バンドパスフィルタ

  • 中心波長：980nm（±2nm）
  • 帯域幅: 10nm (FWHM)
  • 透過率: >85% (980nm帯域)
  • 遮断深度: OD4 (可視光および赤外線 >1050nm)
  • レーザー損傷閾値: >20J/cm² (10nsパルス)

b. 材料とプロセス

  • 基板: シリコン (Si)、低コストで近赤外線 (1.1～6μm) における 90% 以上の透過率を実現。
  • イオンアシスト蒸着技術により、5B レベルのコーティング接着が保証され、手術環境における湿気や化学腐食に対する耐性が確保されます。

選択ロジック

  • 狭帯域精度: ヘモグロビンと水の吸収ピーク（吸収係数が980nmでバランスする）にレーザーエネルギーを集中させ、アブレーション効率と止血を最適化します。
  • 可視光遮断: 外科医の視覚的な干渉を排除し、迷光による損傷から周囲の組織を保護します。
  • 高出力耐性: 連続レーザー出力(10～80W)に関するISO 11146規格に適合しており、長期間の使用でもコーティングの耐久性を保証します。

問題解決

  • 組織浸透深度を ±0.5mm (フィルターなし) から 2mm 以内に安定させ、偶発的な組織損傷のリスクを軽減します。
  • OD4 レベルのブロッキングにより、環境光干渉を信号強度の 0.01% 未満にブロックし、術中の画像の鮮明度を高めます。

3. 主要パラメータの比較と選択の考慮事項

パラメータ比較

  • 中心波長精度

- 光ファイバー通信（EDFA）：±0.5nm

- レーザー医療（前立腺手術）：±2nm

  • 帯域幅

- 光ファイバー通信: ≤1nm

- レーザー医療：10nm

  • ダメージ閾値

- 光ファイバー通信: >10W/cm² (連続波)

- レーザー医療：>20J/cm²（パルス）

  • 材料

- 光ファイバー通信：溶融シリカ＋誘電体コーティング

- レーザー医学：シリコン+硬質硬膜镀层（ハードコーティング）

  • 動作温度範囲

- 光ファイバー通信: -40℃～85℃

- レーザー医療：0℃～50℃

選考ガイドライン

a. 精度が重要なシナリオ（例：EDFA）: 波長に敏感な光増幅システムに不可欠な、±0.1nm の波長精度を実現するには、誘電体コーティング フィルタを選択してください。

b. 高出力シナリオ（例：レーザー手術）: 熱伝導率が溶融シリカの 20 倍 (148W/m·K) 高いシリコンベースのフィルターを優先し、効​​率的な熱放散を実現します。

c. 環境適応性：高温環境（＞60℃）では、80℃まで安定した透過率を維持するゲルマニウム（Ge）基板を使用します。

これらの選択により、フィルタ構成をアプリケーション固有の要件に合わせて調整することで、波長分離、エネルギー制御、環境耐久性における重要な課題に対処し、最適なシステム パフォーマンスと信頼性を確保します。

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