インライン型ファイバー偏光コントローラー

特長

• ファイバースクイザによるファイバ可変波長板の構成
• コンパクトな接地面積: 24.9 mm x 74.9 mm
• OCTで採用済み
• Ø250 µmファイバ素線用またはØ900 µmタイトバッファーファイバ用

当社ではØ250 µmのファイバ素線またはØ900 µmのタイトバッファーファイバ用の小型のインライン型偏光コントローラをご用意しています。 こちらのデバイスには回転式のファイバースクイザが1つとファイバーホールドクランプが2つ付いています。 ファイバを機械的に圧迫することによって応力誘起複屈折を発生させ、回転式可変波長板の役割を果たします。波長板の角度ならびにリターダンスはそれぞれ単体で連続的に調整することが可能なので、どのような入射偏光でもご希望の出力偏光に変換することができます。詳細については「取扱い」タブをご参照ください。

ファイバ型偏光コントローラの設計は、デバイス固有の損失や後方反射の発生が低いため、2つの1/4波長板と1つの1/2波長板から構成される従来の自由空間型偏光コントローラの代わりとなります。偏光コントローラを光学セットアップから外すことなくファイバを入れることが可能で、工具を使用することなく操作できます。設置面積は24.9 mm x 74.9 mmと小型で、光学テーブルに固定するためにM6貫通スロットが4つ付いています。なお、こちらの偏光コントローラはルースタイプの補強チューブには使用できません。

当社では、こちらのコントローラに対応するØ900 µm被覆付きのシングルモードファイバおよびファイバーパッチケーブルをご用意しています。

Fiber Polarization Control Selection Guide
Polarization Controllers					Linear Polarizers
Motorized Fiber Polarization Controllers	Manual Paddle Fiber Polarization Controllers	In-Line Manual Fiber Polarization Controller	Free-Space FiberBench	Faraday Mirrors	In-Line Fiber Polarizers	Polarizing Fiber

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図1: 偏光コントローラの機能

図2: fはファイバ波長板のファスト軸、sはスロー軸にそれぞれ相当します。これらは、下記計算時の座標系を定義しています。(a)ファイバへの加圧により、応力誘起複屈折が生じ、波長板が形成されます。(b)ファイバをねじることによって波長板のファストならびにスロー軸を回転させます。

推奨調整手順

ファイバ偏光コントローラは、2つのファイバ固定用クランプの間に回転式のファイバースクイザが取り付けられている構造となっています。下記は任意の(シングルモードファイバでは一般的な)楕円入射偏光を、偏光依存の光学機器に入力するため直線偏光に変換する手順の説明です。

偏光コントローラにファイバを挿入するには、2つのファイバ固定用クランプの固定ネジを外して、クランプアームを持ち上げます。ファイバースクイザ(コントローラの中央部)を倒し、スロットがコントローラの上面と平行になるように調整します。クランプアームを元に戻し、ファイバの位置が固定されるようにしっかりとネジを締めます。ファイバースクイザのつまみネジ(圧力調整ノブ)が直立の状態になるまでスクイーザを戻し、その後、つまみネジを締めつけてください。

出射光の偏光状態は、偏光子とパワーメータ、もしくは偏光計で測定します。

圧力調整ノブを締め付けるとファイバの中央部分に圧力がかかります。これによってモニタしている光パワーが大幅に増加する場合、光パワーが減少に転じるまで圧力を増加させてください。最初に圧力を加えても光パワーが低下する、もしくは変化しない場合は、圧力調整ノブを緩め、コントローラのファイバースクイザを回転し、ファイバに異なる方向から圧力がかかるようにしてください。加える圧力を調整しやすいように、圧力調整ノブには付属の2.0 mm六角レンチに対応するスロットが付いています。

圧力を加えながらファイバースクイザを回転させ、出射偏光を微調整してください。回転式ファイバースクイザの圧力と方向を、最大量の光パワーとなるまで調整します。最大量の光パワーとなった状態では、ご希望の偏光状態を得られたことを意味します。

ファイバの偏光制御

ファイバースクイザによって加えられた圧力は、ファイバの短い部分に線形の複屈折を発生させ、それがファイバ波長板を生成します。単位長さあたりの複屈折量δは、加えた圧力に比例し、下記の式で表します。

Fは加えられた力(ニュートン)、λは光の波長(m)、そしてdはファイバの直径(m)です^1,2。

ファイバのコアは、複屈折性のある波長板として機能し、スロー軸は図2aで示しているように加わった圧力の方向によって定義されます。圧力を変化させることによって、ファイバ波長板のリターダンスは連続的に0～2 πの間で変化します。

圧力を加えながらファイバースクイザを回転させると、ファイバの複屈折部分も回転します。このねじりによって、左側と右側のファイバ複屈折も誘起します。ねじられたファイバは、下記で求められる角度の方向に入射偏光を回転させます。

θは、図2bで示している物理的な回転角度、ηは、ねじりによって誘発された効果です。シングルモードファイバの場合、ηは、0.08のオーダです^3,4,5。 θの物理的回転角度を求める際、ファイバ波長板のスロー軸と入射偏光の間の入射角の純変化(°)は、

角度を粗調整する場合、ファイバースクイザはファイバを捻らずに回転させる必要があります。これは、ファイバースクイザを回転させる前に圧力を解くことによって実現可能です。ご希望の位置に回転できた後に、再度ファイバースクイザで圧力をかけてください。この場合、θの物理的回転角度に対しては、ファイバ波長板のスロー軸と入射偏光の間の入射角の純変化は、θ°に等しくなります。

この手順は出力偏光状態の粗調整にお勧めします。出力偏光がご希望の状態に近いときに、ファイバースクイザで圧力をかけながら少し回転させると出射偏光角度を微調整することができます。

ご希望の出射偏光状態を得るためには

回転式のファイバースクイザは、ファイバを可変リターダンスと回転式の複屈折軸を有する波長板として機能させることが可能です。この機能は、バビネソレイユ補償板⁶と同じです。図2で示しているようにファイバ波長板のスロー軸ならびにファスト軸を座標系に用いると、複屈折性を説明するジョーンズマトリックスは以下のように記すことができます。

は、ファイバの位相遅延です。この式では、lは複屈折ファイバの長さ、Δnは、スロー軸とファスト軸の屈折率差です。同じ座標系において任意の入力偏光のジョーンズベクトルは、

E_f E_sとE_fは、照射された光のスロー軸とファスト軸それぞれの振幅、 φはE_sとE_f,の間の位相関係です。
および

ねじられたファイバ内を伝搬した後の出力偏光のジョーンズベクトルは

ここで 。ファイバの複屈折軸は回転するので、αは、0～π/2の間を連続的に可変可能です。同様に位相遅延、Γも、ファイバに加わる圧力を変えることによって0～2 πまで連続的に変化させることが可能です。よってχは、複素平面Re(χ) vs. Im(χ)においてあらゆる値をとることができます。複素平面における各点が偏光状態⁷に関連するため、回転式のファイバースクイザは任意の入力偏光からあらゆる出力偏光を生成することができます。

参考文献

1. A. M. Smith, "Single-mode fiber pressure sensitivity," Electronics Letters, Vol. 16, No 20, pp 773-774 (1980).
2. J. Sakai and T. Kimura, "Birefringence and Polarization Characteristics of Single-Mode Optical Fibers under Elastic Deformations," IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-17, No. 6, pp 1041-1051 (1981).
3. R. Ulrich and A. Simon, "Polarization optics of twisted single-mode fibers," Applied Optics, Vol. 18, No. 13, pp 2241-2251 (1979).
4. A. Smith, "Birefringence induced by bends and twists in single-mode optical fiber," Applied Optics, Vol. 19, No. 15, pp 2060-2611 (1980).
5. M. Monerie and L. Jeunhomme, "Polarization mode coupling in long single-mode fibers," Optical and Quantum Electronics, Vol. 12, pp 449-461 (1980).
6. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics, New York: Pergamon Press, Sixth edition, 1980, pp. 693-694.
7. A. Yariv and P. Yeh, Optical Waves in Crystals, New York: John Wiley & Sons, 1984, pp. 61-62.

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図2: 偏光コントローラによる偏光の変化を示すポアンカレ球

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図1: 偏光コントローラが生成する力

インライン型ファイバ偏光コントローラを用いて偏光を操作した際の実験データ

ここでは、偏光コントローラPLC-900による回転と圧縮の力が、ファイバからの出射光の偏光状態に与えた影響についての測定結果を示します。CPC900もPLC-900と同様の性能です。CPC250も同様の性能ですが、こちらはØ250 µmのファイバ素線にお使いいただけます。このコントローラは応力による複屈折性の効果を利用して、外力を受けたファイバを通過する光の偏光状態を変化させます。この応力は、図1のように圧縮[1]または回転[2]のどちらかよって発生します。応力による複屈折性は連続的に調整できるので、任意の入射光の偏光状態をご希望の出射光の偏光状態に変換することができます。ご希望の偏光を得るために必要な手順と、そのために必要なポアンカレ球上に偏光の変化をプロットするステップについて説明します。

当社の実験では、ファブリペローベンチトップ型レーザ(1310 nm)S1FC1310(旧製品)を光源として使用し、Ø900 µmタイトバッファーファイバに接続しました。ファイバはPLC-900を通して取リ付け、出力光はファイバーコリメータを用いて自由空間でのコリメート光にします。そのあとは偏光計で直接測定するか、またはλ/4波長計、直線偏光子およびパワーメータで構成されたアナライザーアセンブリで測定します。

図2はファイバ内の光の偏光を操作したときの測定結果を、回転と圧縮の力の関数としてまとめ、ポアンカレ球上に示しています。青い線と赤い線は、それぞれPLC-900 (図1)による圧縮と回転による様子を示しています。数字は各ステップを示しています。図2のように、任意の偏光状態から開始し、一連の回転および圧縮を通してご希望の偏光状態に達することができます。PLC-900を用いて偏光をコントロールする際に内部的な損失や後方反射は発生しません。応力による複屈折性をファイバ内の光の偏光を変換するメカニズムとして利用しています。データは圧縮と回転の力に対して表示していますが、これらの力に対する偏光の変化はポアンカレ球上に表示されます。この実験に使用された装置や実験結果の詳細はこちらをクリックしてご覧ください。

[1] A.M. Smith, “Single-mode fibre pressure sensitivity,” Electron Lett. 16, 773-774 (1980).
[2] R. Ulrich, A. Simon, “Polarization optics of twisted single-mode fibers” Appl Opt 18, 2241-2251 (1979).

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CPC250 Packaging

Smart Pack

• Reduce Weight of Packaging Materials
• Increase Usage of Recyclable Packing Materials
• Improve Packing Integrity
• Decrease Shipping Costs

Thorlabs' Smart Pack Initiative is aimed at waste minimization while still maintaining adequate protection for our products. By eliminating any unnecessary packaging, implementing packaging design changes, and utilizing eco-friendly packaging materials for our customers when possible, this initiative seeks to improve the environmental impact of our product packaging. Products listed above are now shipped in re-engineered packaging that minimizes the weight and the use of non-recyclable materials.^b As we move through our product line, we will indicate re-engineered packages with our Smart Pack logo.

• Travel-based emissions reduction calculations are estimated based on the total weight reduction of packaging materials used for all of 2013’s product sales, traveling 1,000 miles on an airplane, to provide general understanding of the impact of packaging material reduction. Calculations were made using the EPA’s shipping emissions values for different modes of transport.
• Some Smart Pack products may show a negative weight reduction percentage as the substitution of greener packaging materials, such as the Greenwrap, at times slightly increases the weight of the product packaging.