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1970年代初頭以降、通信および情報トラフィックの増加に対する需要の高まりにより、光ファイバーネットワークが急速に発展しました。実際、現代の光ファイバーネットワークはインターネットバックボーンの大部分を占めています。これには、海底や地下管路を経由する光ファイバーを含む長距離通信ケーブルが含まれます。これらの光ファイバーは、世界中のデータセンターを相互接続し、オフィスへの光ファイバー接続（FTTO）や家庭への光ファイバー接続（FTTH）を実現します。
近年、光ファイバー業界の成長はさらに爆発的です。光ファイバー技術は、コンピュータネットワーク、ハイビジョンテレビ、コンピュータ内のマザーボードやデバイスなどのデバイス間の短距離接続にまで拡大しています。マルチモードおよびシングルモード用に高度に設計された構造を持つ光ファイバー（ガラス繊維）は、超短距離通信に使用されるほとんどのプラスチック光ファイバーと同様に進化を遂げてきました。アルカテル、AT&T、シエナ、シスコ、コーニング、フィニサー、JDSユニフェーズ、ルーセント・テクノロジーズ、タイコなど、多くの企業が光ファイバーの用途と形態の拡大に貢献してきました。
多様な光ファイバーネットワークに対応する光ファイバーケーブルの製造は、数十億ドル規模の産業です。光ファイバーケーブル（屋内・屋外用パッチコード、インターリンク）は、必要とされるあらゆる種類の相互接続を実現するために、多種多様なカスタムフォームファクターに対応する必要があります。一般的な光ファイバーパッチコードは、両端にSC、LC、MTなどのコネクタが接続されたガラス光ファイバーです。これにより、パッチコードは光スイッチ、光カプラ、増幅器、WDMなどの他の機能デバイスに迅速かつ確実に接続できます。光ファイバーの終端技術には、特殊なエポキシ樹脂、鏡面研磨、検査、そして導通と性能の試験が含まれます。
代替ソリューションとしてのポリマー導波路の開発
1980年代初頭、デュポンのエンジニアたちは、より容易に製造でき、カスタマイズ可能な光ファイバーアセンブリの必要性を予見しました。1985年には、ポリマーフィルムに光画像を形成する導波路を実証しました。1985年から1998年にかけて、デュポンは高性能で低コスト、かつ製造可能な光データデバイスを製造する技術を開発し、後にオプティカル・インターリンクス（OIL）社としてスピンアウトしました。
この技術は、ポリマー導波路を使用します。これは、フォトイメージングプロセスを使用して開発された、柔軟で自立型のポリマーフィルムであり、迅速な複製が可能です。製造可能な機能には、スプリッター/コンバイナー、傾斜またはステップインデックスプロファイル、光シャッフルなどがあります。I/Oミラー、ミラー/表面反射器、その他の光学面との90度相互接続も容易に組み込むことができます。この技術により、非常にコンパクトなカスタマイズされた光プローブとセンサーが可能になります。マトリックスプロセスを使用することで、交差する2本のファイバーが光パワーを伝達し、圧力によって導波路パスが歪むことで「クロストーク」機能が発生する、この種のプロセスを使用して光センサーを製造することもできます。手のひらと指の腹でグラスを持つのと同様に、圧力ポイントを簡単に測定できるマトリックス形式の低コストセンサーを大量生産できます。
この自動化プロセスにより、自動車データバスなどの短距離通信用の大量アプリケーションが可能になります。自動車がますます複雑になるにつれて、数千（または数十万）単位の大量生産が安価で、再現性の高いプラスチック光ファイバーバスシステムの使用が重要になります。このトピックを調査する際、私はプロセスの一部として、Technical Horsepower Consultingを通じてウェイン・カッハマー氏に連絡を取り、Optical InterLinks（OIL）ポリマー導波路技術について相談しました。カッハマー氏の経験（光ファイバーケーブルの設計、テスト、仕様作成、設置の38年以上）は、この技術に関する業界の全体的なトレンドと具体的な機会について、私にさらなる洞察を与えてくれました。光ケーブルの専門家であるウェイン・カッハマー氏によると、ポリマー導波路は、上記の理由から、自動車業界で競合技術になる可能性があるとのことです。
ポリマー導波路は新しい技術ではないことをご留意ください。1993年から1997年にかけて、米国国防高等研究計画局（DARPA）は、Optical InterLinks社がPD/VCSELと並列光リンク機構（Parallel Optical Link Organization）の間にフレキシブルなポリマー導波路アレイを提供するプロジェクトを支援しました。その後、米国国防総省傘下のDARPAと共同で別のプロジェクトが進められました。DARPAプロジェクトによる多数の出版物、プロトタイプの納入、そして広報活動により、ポリマー導波路に対する市場の認知度と関心が高まりました。この技術に取り組んで30年、Optical InterLinks社はこのシステムの光化学の微細な特性を深く理解し、製造される光学デバイスの性能をさらに向上させてきました。
なぜこの技術は光ファイバー業界で普及していないのでしょうか?
ポリマー導波路は注目を集めることに成功し、一部の企業はこの発展途上の技術を長らく注視してきました。市場に投入されるすべての技術は、ニッチな市場を見つけ、問題を解決する必要があります。この技術はどのような分野で問題を解決できるでしょうか？ウェイン・カクマー氏との相談の中で、最も実現性の高い用途と機会がいくつか挙げられました。以下に挙げます。
高速コンピューティングのためのコンピュータマザーボードアプリケーション
フレキシブルOLED（有機LED）デバイスに光入力を提供する能力 - 「ウェアラブルサイネージ」では、シャツのスクリーンがデータを受信および送信します。
自動車ネットワークシステム – 自動車の平均通信負荷はムーアの法則（計算能力は2年ごとに倍増する）にほぼ従っています。
光ファイバー業界でポリマー導波路が広く採用されないのはなぜでしょうか?
Optical InterLinks のエンジニアや Wayne Kachmar などの業界の専門家と協議した結果、ポリマー導波路技術が業界に完全に統合されていない主な理由は 4 つあると考えています。
Optical InterLinks社のポリマー導波路技術は30年の歴史を持つにもかかわらず、依然として非常にユニークです。ある意味で、この技術は時代を先取りしたソリューションと言えるでしょう。センサー技術、自動車データバス、コンピューター用光バックプレーンなどは急速に実用化が進んでいますが、この技術が実現するスピードとシンプルさはまだ求められていません。（銅バスシステムなどの金属導電システムは専門家の期待を大きく上回っていますが、銅の限界に近づいている可能性はあります。）フォトイメージングテンプレートを作成するには、フォトニック素子のライブラリに加え、間隔、最小曲率半径、モード充填などのルールが必要です。Optical InterLinks社は、ポリマー導波路技術向けにこれらのコンポーネントを数多く開発してきましたが、光ファイバー業界ではまだ確固たる地位を築いていません。
Si および Si ベースの材料を使用する代替技術は、より小型で高密度で安価な導波路構造の作成を目指しています。光源と増幅をシリコンベースのソリューションに統合する方法は、システム ハウスや (フォトニック) 集積回路メーカーなどさまざまな企業によって、さまざまな競合ソリューションで取り組まれています。集積回路への光の浸透をさらに進める取り組みに携わっている企業は、革新的な技術を自社で開発し、維持することを好みます。外部のパートナーと協力するのではなく、この専有情報を社内で保持する傾向があります。ポリマー導波路技術に関連する知的財産がないため、実質的にはオープンソース技術です。つまり、1 つの組織が多額の資金を投資してこれをさらに開発する可能性は低いということです。その一方で、これは誰もがこの技術を採用し、自分のアプリケーションに統合できる扉が開かれていることを意味します。
曲げ非依存光ファイバーの登場により、Optical InterLinks社のポリマー導波路技術は、高帯域アプリケーションへの関心が著しく低下しました。また、光ファイバーコネクタを作製（印刷）するための積層技術（いわゆる3Dプリンティング）の急速な進歩と普及により、従来の光ファイバーのコネクタ化の難しさも解消される可能性があります。これらの新しい競合技術、すなわち曲げ非依存光ファイバーと積層技術は、コンピューターの光バックプレーンなどのアプリケーションにおいて、より一般的な選択肢となる可能性が高いでしょう。これらの技術は特許取得率が高く、これらの技術を用いて製品を大量生産できる可能性があります。Wayne Kachmar氏との議論の中で、彼は興味深いアイデアを提示しました。「自動車業界では、積層技術とOILのポリマー導波路技術という2つの技術を組み合わせることで、自動車のデータバックボーンにとってキラーソリューションとなる可能性があります。このニッチ市場は、ポリマー導波路を前進させるための量、需要、そして要件を満たす可能性があります。このアプリケーションは、ポリマー導波路技術と非常に相性が良い可能性があります。」
ポリマー導波路の終端処理は依然として手作業であり、自動化を進める必要があります。しかし、導波路が電子チップ内にさらに深く浸透するにつれて、SC、LC、および MT を使用した標準的なコネクタ終端処理は、ほぼピグテールとしてチップの外側に続きます。しかし、ピグテールをチップのエミッターまたは検出器に接続する際に、付加技術などの光を結合する他の方法がチップ上でより一般的になる可能性があります。これにより、ポリマー導波路デバイスを含む他の方法がチップ間領域に入ることが可能になります。ただし、屈折率の不整合、平面と円形の導波路の形状などの多くの技術的な詳細や、ポリマーとガラス (したがってシリコン基板材料) の熱収縮の差をはじめとする多くの物理的な課題により、チップとガラス ファイバーのインターフェイス側の接続が変更される可能性は低いです。
結論
Optical InterLinks社のポリマー導波路技術は、光ファイバー業界ではまだニッチな市場を見つけていません。歴史上、多くのイノベーションは複数の支持者によってほぼ並行して発展してきました。例えば、ニコラ・テスラとトーマス・エジソンの「電気」論争や、ベータマックスとVHSテープの「フォーマット戦争」などが挙げられます。しかし、通常はいずれか1つが優先的な選択肢として浮上し、業界に標準化をもたらします。センサーや自動車システムなど、コンピューティング能力が影響力を発揮し始めたばかりの技術や業界では、ポリマー導波路が足場を築く可能性があります。ウェイン・カクマー氏は、私たちの議論の中でこの点を巧みにまとめ、「この技術にはチャンスがあります。ポリマー導波路は光ファイバー業界にとって大きな可能性を秘めています」と述べています。
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