コレクション: NIR バンドパス フィルター (800-1400nm)

800～1400nmアプリケーション向け赤外線フィルター選択ガイド

I. 光ファイバ通信における波長分割多重（WDM）システム

光ファイバ通信分野において、波長分割多重（WDM）技術は、1本の光ファイバで複数の異なる波長の光信号を伝送することで通信容量を大幅に向上させます。800～1400nm帯は、Oバンド（1260～1360nm）とSバンド（1460～1530nm）の一部をカバーし、短距離伝送およびアクセスネットワークにとって重要な周波数帯域となっています。

1. フィルタ構成要件

• 中心波長精度: DWDM (高密度 WDM) システムでは、フィルターは ITU-T 標準波長 (例: 1310nm、1550nm) に正確に一致し、中心波長偏差が ±0.1nm 以内に制御される必要があります。
• 狭帯域通過特性DWDMフィルタは通常、隣接チャネル間の高いアイソレーション（30dB以上）を実現するために、半値全幅（FWHM）が0.8～1.6nmです。コスト重視のシナリオに適したCWDM（Coarse WDM）フィルタは、最大20nmの帯域幅を実現できます。
• 高いカットオフ深度: クロストークを抑制するには、阻止帯域（非通過帯域）の透過率が 0.001% 未満（OD≥6）である必要があります。
• 低挿入損失: 信号減衰を最小限に抑えるには、挿入損失を 0.5dB 未満にする必要があります。
• 偏光不感性異なる偏光状態の光信号の均一な伝送を確保するには、偏光依存損失 (PDL) が 0.1dB 未満である必要があります。

2. 選択理由と適用価値

DWDMシステムは、薄膜フィルタ（TFF）またはアレイ導波路回折格子（AWG）技術を活用し、多層誘電体膜の干渉効果によって狭帯域フィルタリングを実現します。例えば、TFFフィルタは、高屈折率材料（TiO₂など）と低屈折率材料（SiO₂など）を交互に積層することでファブリペロー共振器構造を形成し、0.8nmという超狭帯域帯域幅を実現します。この設計は、従来の単一波長伝送における容量ボトルネックを解消し、高精度な波長分離によって信号間干渉を最小限に抑えることでシステムの安定性と信頼性を向上させます。LWDM（Coarse WDM）システムでは、フィルタ帯域幅が20nmまで拡張され、Oバンド（1264.95～1332.41nm）の16チャネルをカバーし、メトロネットワークやアクセスネットワークにおけるマルチサービスコンバージェンス伝送を実現します。この設計では、デバイスのサイズを縮小するために 8 度の入射角の最適化が組み込まれており、微結晶基板を使用して熱安定性が向上し、非密閉パッケージ環境における長期的な信頼性の要件を満たしています。

II. 近赤外分光法と生物医学イメージング

800～1400nmの近赤外線帯域は、生物組織への優れた浸透性と、水やヘモグロビンによる吸収の最小化を実現しており、血液成分モニタリングや組織酸素化分析などの非侵襲的検出やスペクトル分析に幅広く応用できます。

1. フィルタ構成要件

• 広帯域通過特性フィルターは、標的物質（グルコース、血中酸素など）の吸収ピークに基づいて特定の波長範囲をカバーする必要があります。グルコース検出の場合、一般的には940nm（水吸収ピーク）と1310nm（グルコース吸収ピーク）が使用され、帯域幅は20～50nmです。
• 高い透過率と低ノイズ信号強度を高めるには、通過帯域透過率が 90% を超える必要がありますが、バックグラウンド ノイズを抑えるには、阻止帯域透過率 (可視光および中赤外光の場合) が 0.01% (OD≥4) 未満である必要があります。
• 調整可能性: 音響光学チューナブルフィルタ (AOTF) は、マイクロ秒速度での動的な波長切り替えを可能にし、迅速な多成分検出に適しています。
• 温度安定性バイオメディカルデバイスでは、フィルタは熱ドリフト係数が 0.01nm/°C 未満で、-20°C ～ 85°C の温度変化に耐える必要があります。

2. 選択理由と適用価値

近赤外分光法では、干渉型バンドパスフィルターを採用し、フィルム層の厚さと屈折率分布を最適化して、対象波長での高い透過率を実現します。例えば、30nmの帯域幅を持つ940nmの中心波長フィルターは、水分の吸収信号を効果的に分離します。この構成を1310nmのグルコース吸収データと組み合わせることで、多変量​​回帰アルゴリズムによる非侵襲的なグルコース濃度推定が可能になり、従来の侵襲的検出の限界を克服し、検査の利便性と患者のコンプライアンスを向上させます。近赤外蛍光イメージングなどのバイオメディカルイメージングでは、フィルターは蛍光色素（例：Cy5.5、IRDye 800）の励起/発光スペクトルと一致している必要があります。780nm（20nm帯域幅）の励起フィルターと820nm（30nm帯域幅）の発光フィルターを、励起信号と蛍光信号を分離するダイクロイックミラーと組み合わせることで、深部組織の高コントラストイメージングが可能になります。この正確な波長分離により、蛍光信号の信号対雑音比が大幅に改善され、腫瘍縁の識別や薬物代謝の追跡などのアプリケーションが容易になります。

III. 主要な選定原則

1. アプリケーション駆動設計: DWDM システムの波長精度とチャネル分離を優先し、分光アプリケーションの透過率と帯域幅の柔軟性を重視します。
2. スペクトルマッチング: 中心波長、帯域幅、カットオフ深度が光源、検出器、対象物質のスペクトル特性と厳密に一致していることを確認します。
3. 環境適応性: 高温、高湿度、振動のある環境では長期的な安定性を確保するためにハードコート フィルター (イオンアシスト コーティング テクノロジーなど) を選択します。
4. 費用対効果のバランス狭帯域フィルタ（DWDM など）はコストが高くても高精度の要件に適していますが、広帯域スペクトル フィルタ（LWDM など）は予算が厳しいシナリオに経済的なソリューションを提供します。

これらの構成を順守することで、800～1400nm フィルターは光通信における信号多重化の課題やバイオメディカルにおける非侵襲的検出のニーズに効果的に対応し、関連分野における技術革新とアプリケーションの拡大を促進します。