偏光コントローラ

光の偏光を変える光学装置

偏光コントローラは光の偏光状態を変更できる光学デバイスです。^[1]

種類と操作

偏光コントローラは、通常は手動調整またはジェネレータからの電気信号によってフィードバックなしで操作できますが、自動フィードバック付きで操作することもできます。自動フィードバック付きの場合、高速な偏光追跡が可能になります。偏光コントローラは、固定された既知の偏光を任意の偏光に変換するというタスクを担うことがあります。偏光状態は2つの自由度、例えば偏光状態の方位角と楕円度によって定義されるため、このような偏光コントローラには2つの自由度が必要です。任意の偏光を固定された既知の偏光に変換するタスクについても同様です。

さらに難しいのは、任意の偏光を別の任意の偏光に変換することです。ただし、これには 2 つの自由度だけが必要です。このような偏光コントローラは、たとえば、光路上に3 つの回転可能な波長板を縦続接続することで実現できます。1 つ目の1/4 波長板は入射楕円偏光を直線偏光に変換するように配置され、 1 つ目の1/4 波長板はこの直線偏光を別の直線偏光に変換し、2 つ目の 1/4 波長板は他の直線偏光を目的の楕円出力偏光に変換します。3 つの回転可能な波長板の位置によって当然 3 つの自由度が与えられますが、この場合は 1 度の自由度が、1 度の半波長板の前 (したがって後ろも) の直線偏光の選択によって消費されます。

偏光コントローラは、例えばファイバーピグテール付きUベンチなど、自由空間光学系を用いて実装できます。この場合、光はファイバーから出射し、3つの波長板を通過します。波長板は自由に回転することで偏光を調整し、その後ファイバーに戻ります。偏光コントローラは、オールファイバーソリューションにも実装できます。この場合、光の偏光は、ファイバー自体に制御された応力を加えることで変化します。

自動フィードバック機能付き偏光コントローラには、集積光ニオブ酸リチウム（LiNbO ₃）デバイスが非常に適しています。^[2]^[3]^[4]^[5]ポアンカレ球上で最大100 krad/sの追跡速度を持つ偏光コントローラが市販されています（下部の外部リンクを参照）。

任意の偏光を所望の偏光に変換するだけでなく、その偏光と直交偏光との間の位相シフトも制御する必要がある場合、3自由度が必要となる。20krad/sの追跡速度での実装が^[6]^{[7]に記載されている。この方法により、}BB84などの量子暗号プロトコルの実装において、正規化ストークス空間全体を安定化することができる。他の応用シナリオとしては、コヒーレント光給電を用いたフェーズドアレイが挙げられる。

参照

偏光スクランブル
ファイバースクイーザー

参考文献

^ E. Collett, "光ファイバーにおける偏光"、SPIE Press、p. 540 (2003)
^ Koch, B.; Noe, R.; Sandel, D.; Mirvoda, V.; et al. (2014). 「多用途エンドレス光偏光コントローラ／トラッカー／デマルチプレクサ」. Optics Express . 22 (7): 8259–76 . Bibcode :2014OExpr..22.8259K. doi : 10.1364/OE.22.008259 . PMID 24718201.
^ B. Koch、R. Noé、V. Mirvoda、H. Griesser、S. Bayer、H. Wernz、「112 Gb/s、640 km、PDM-RZ-DQPSK伝送における記録的な59 krad/s偏波トラッキング」、IEEE Photonics Technology Letters、2010年7月26日、DOI 10.1109/LPT.2010.2060719およびVol. 22、No. 19、2010年、pp. 1407-1409
^ B. Koch, R. Noé, V. Mirvoda, D. Sandel, 小型モジュールカードによる100krad/sエンドレス偏波追跡, Electronics Letters, Vol. 47, No. 14, 2011, pp. 813-814
^ Dyball, H. (2011年7月7日). 「IETデジタルライブラリ：高速化への道」 . Electronics Letters . 47 (14): 785. doi :10.1049/el.2011.1950.
^ Koch, B.; Noe, R.; Mirvoda, V.; Sandel, D.; et al. (2013). 「20 krad/s エンドレス光偏光および位相制御」. Electronics Letters . 49 (7): 483– 485. Bibcode :2013ElL....49..483K. doi :10.1049/el.2013.0485.
^ B. Koch、R. Noé、V. Mirvoda、D. Sandel、「初のエンドレス光偏光および位相トラッカー」、OFC/NFOEC 2013 会議録、カリフォルニア州アナハイム、論文 OTh3B.7、2013 年 3 月 17 ～ 21 日 https://www.novoptel.de/Control/Literature/OFC2013_3DOF_presentation_short_n06.pdf https://www.novoptel.eu/Control/Literature/OFC2013_3DOF_presentation_short_n06.pdf

外部リンク

「3 ステージ偏光コントローラのオンラインシミュレーション」。eigensolution.com。
「100 krad/s 偏光コントローラ/トラッカー/デマルチプレクサ」。Novoptel。

[1] E. Collett, "光ファイバーにおける偏光"、SPIE Press、p. 540 (2003)

[2] Koch, B.; Noe, R.; Sandel, D.; Mirvoda, V.; et al. (2014). 「多用途エンドレス光偏光コントローラ／トラッカー／デマルチプレクサ」. Optics Express . 22 (7): 8259–76 . Bibcode :2014OExpr..22.8259K. doi : 10.1364/OE.22.008259 . PMID 24718201.

[3] B. Koch、R. Noé、V. Mirvoda、H. Griesser、S. Bayer、H. Wernz、「112 Gb/s、640 km、PDM-RZ-DQPSK伝送における記録的な59 krad/s偏波トラッキング」、IEEE Photonics Technology Letters、2010年7月26日、DOI 10.1109/LPT.2010.2060719およびVol. 22、No. 19、2010年、pp. 1407-1409

[4] B. Koch, R. Noé, V. Mirvoda, D. Sandel, 小型モジュールカードによる100krad/sエンドレス偏波追跡, Electronics Letters, Vol. 47, No. 14, 2011, pp. 813-814

[5] Dyball, H. (2011年7月7日). 「IETデジタルライブラリ：高速化への道」 . Electronics Letters . 47 (14): 785. doi :10.1049/el.2011.1950.

[6] Koch, B.; Noe, R.; Mirvoda, V.; Sandel, D.; et al. (2013). 「20 krad/s エンドレス光偏光および位相制御」. Electronics Letters . 49 (7): 483– 485. Bibcode :2013ElL....49..483K. doi :10.1049/el.2013.0485.

[7] B. Koch、R. Noé、V. Mirvoda、D. Sandel、「初のエンドレス光偏光および位相トラッカー」、OFC/NFOEC 2013 会議録、カリフォルニア州アナハイム、論文 OTh3B.7、2013 年 3 月 17 ～ 21 日 https://www.novoptel.de/Control/Literature/OFC2013_3DOF_presentation_short_n06.pdf https://www.novoptel.eu/Control/Literature/OFC2013_3DOF_presentation_short_n06.pdf