JP2006337519A - Polarization maintaining optical fiber having circularly polarized light suitability, and magnetooptic trapping apparatus and atomic chip using same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make input/output of circularly polarized light or its transmission possible by using an ordinary polarization maintaining optical fiber, without twisting an optical fiber or installing a 1/4 wavelength plate on the outside of the optical fiber. <P>SOLUTION: In this optical fiber which circularly polarized light is made once linearly polarized light and transmitted, wherein the polarization maintaining optical fiber contains a first part, a second part that is continuous to the first part in a manner tilted at 45° around the optical axis, and a third part that is continuous to the second part in a manner tilted at 45° around the optical axis. The first and third parts include a length producing, in the polarization components, a retardation of 1/4 wavelength or its integer multiples, making the circularly polarized light enter from the first part, transmitting the linear polarized light in the second part, and transmitting the circularly polarized light in the third part to output it from the end thereof. Also, in the second part, a linear polarization element is inserted having a polarization characteristic along the polarization direction of the polarization maintaining optical fiber, improving the purity of polarization in the linear polarization part. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、光ファイバの先端から直接円偏光を射出したり、また光ファイバに直接円偏光を入射させたり、あるいは光ファイバを用いて円偏光を伝送することが特に必要とされる用途に使用するものであり、特に、1)偏波保持光ファイバが使用されている光通信ネットワーク内における光ファイバの接続や、2)偏波保持光ファイバが使用されているレーザ機器や計測器内部での光ファイバの接続、あるいは、3)原子時計、原子レーザ、原子チップ、原子リソグラフィーなど、磁場とレーザ光との相互作用を利用した原子光学装置への円偏光ビームの供給などに使用できる、円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバと、それを用いた磁気光学トラップ装置および原子チップに関している。   The present invention is used for applications in which circularly polarized light is directly emitted from the tip of an optical fiber, or circularly polarized light is directly incident on an optical fiber, or where circularly polarized light is transmitted using an optical fiber. In particular, 1) connection of optical fibers in an optical communication network in which polarization maintaining optical fibers are used, and 2) in laser equipment and measuring instruments in which polarization maintaining optical fibers are used. Circularly polarized light that can be used to connect optical fibers, or 3) to supply a circularly polarized beam to an atomic optical device using the interaction between a magnetic field and laser light, such as an atomic clock, atomic laser, atomic chip, or atomic lithography The present invention relates to a polarization-maintaining optical fiber having compatibility, a magneto-optical trap apparatus using the same, and an atomic chip.

光ファイバを用いて位相の揃った円偏光を円偏光のまま伝送することは困難であることが知られている。単一モード光ファイバには、伝送特性に偏光依存性が無いため、一定の偏光状態を安定に伝送できる能力を備えていない。これは、光ファイバには、曲げ応力、振動、温度の不均一分布などが加わり、光ファイバ内に不規則な複屈折性が誘起され、入射した光の偏光状態は光ファイバの伝送途中で大きく崩れ、射出されるビームの偏光状態は元のそれと大きく異なる上、時間的にも偏光状態が大きく揺らぐためである。   It is known that it is difficult to transmit circularly polarized light having the same phase using an optical fiber as circularly polarized light. Single-mode optical fibers do not have the ability to stably transmit a fixed polarization state because the transmission characteristics do not depend on polarization. This is because the optical fiber is subjected to bending stress, vibration, uneven temperature distribution, etc., and irregular birefringence is induced in the optical fiber, and the polarization state of the incident light is greatly increased during the transmission of the optical fiber. This is because the polarization state of the beam that is broken and emitted is significantly different from the original one, and the polarization state fluctuates greatly over time.

このため、光ファイバの先端から円偏光を射出するためには、特別な工夫が必要であった。例えば、偏波保持光ファイバを用いてレーザ光を直線偏光のままで伝送した後、光ファイバからの出射光を4分の1波長板に通して円偏光に変換することで、円偏光を得ることができる。また、逆に、円偏光を光ファイバへ入射するためには、4分の1波長板を用いて、円偏光のレーザ光を一旦直線偏光に変換してから、偏波保持光ファイバに入射させる必要がある。   For this reason, in order to emit circularly polarized light from the tip of the optical fiber, a special device is required. For example, after transmitting laser light as linearly polarized light using a polarization maintaining optical fiber, circularly polarized light is obtained by passing the light emitted from the optical fiber through a quarter-wave plate and converting it into circularly polarized light. be able to. Conversely, in order to make circularly polarized light incident on the optical fiber, a quarter-wave plate is used to convert the circularly polarized laser light into linearly polarized light and then enter the polarization maintaining optical fiber. There is a need.

従って上記の例では、円偏光のレーザ光を伝送するには、偏波保持光ファイバの両端に、4分の1波長板を配置することになる。この構成は、構造的に複雑で、小型化に不向きである上、光ファイバ同士を直接接続することができないため、伝送特性が機械的振動に影響され易いという問題があった。   Therefore, in the above example, in order to transmit circularly polarized laser light, quarter-wave plates are disposed at both ends of the polarization maintaining optical fiber. This configuration is structurally complex and unsuitable for miniaturization, and the optical fibers cannot be directly connected to each other, so that there is a problem that transmission characteristics are easily affected by mechanical vibration.

また、上記の構成では、偏波保持光ファイバを用いているが、この場合でも、偏波保持光ファイバ単体では入射光の任意の偏光状態を安定に伝送する能力を備えていない。この例外は、偏波保持光ファイバの光学軸に平行かあるいはそれに垂直な電場ベクトルの振動面を有する直線偏光である。   In the above configuration, the polarization maintaining optical fiber is used. However, even in this case, the polarization maintaining optical fiber alone does not have the ability to stably transmit an arbitrary polarization state of incident light. An exception to this is linearly polarized light having an oscillation plane of an electric field vector that is parallel to or perpendicular to the optical axis of the polarization maintaining optical fiber.

また、低複屈折特性の光ファイバでは、通常の単一モード光ファイバよりも複屈折性が低く抑えられており、上記の状況が改善される。低複屈折特性の光ファイバは市販されており、その効果の有無を容易に確認することができる。しかし、単一モード光ファイバと同様に、曲げ応力等によって引き起こされる複屈折性によって、やはり偏光状態は保持されない。   In addition, an optical fiber having a low birefringence characteristic has a lower birefringence than a normal single mode optical fiber, and the above situation is improved. An optical fiber having a low birefringence characteristic is commercially available, and the presence or absence of the effect can be easily confirmed. However, like the single mode optical fiber, the polarization state is still not maintained due to the birefringence caused by bending stress or the like.

本発明に比較的類似の技術として、特許文献1の開示を挙げることができる。特許文献1は、単一モード光ファイバを用いて円偏光を伝送するものであるが、外乱によって乱された偏光状態を補償するために「光ファイバの曲がりに依存する偏光に合わせて調整するためにチルト角及びロール角調整機能を有する台」が使用されており、光ファイバ単独で円偏光の安定した伝送を実現するものではない。   As a technique relatively similar to the present invention, the disclosure of Patent Document 1 can be cited. In Patent Document 1, circularly polarized light is transmitted using a single-mode optical fiber. In order to compensate for a polarization state disturbed by a disturbance, “to adjust according to the polarization depending on the bending of the optical fiber”. In addition, a stand having a tilt angle and roll angle adjustment function ”is used, and stable transmission of circularly polarized light is not realized with an optical fiber alone.

また、特許文献2にも「円偏光ファイバ」の記載がある。これは、通常の単一モード光ファイバに「軸ツイスト」を与えることによって、円偏光複屈折(circular birefringence)を誘起させ、単一モード光ファイバを用いて円偏光を安定に伝送する機能を有するファイバである。また、この原理の詳細は、非特許文献1にも記載されている。   Patent Document 2 also describes “Circularly Polarized Fiber”. This has the function of inducing circular birefringence by giving an “axial twist” to an ordinary single mode optical fiber and stably transmitting circularly polarized light using the single mode optical fiber. Fiber. Details of this principle are also described in Non-Patent Document 1.

通常の単一モード光ファイバ自体を、ツイストさせる方法では、ツイストさせた状態の光ファイバの保持に工夫が必要であり、光ファイバの取り扱いが困難である。また、光ファイバの製造過程で予めツイストを与えることも可能であるが、製造に当たっては特殊なプリフォームと特殊なドローイングタワーが必要になる。   In the method of twisting a normal single mode optical fiber itself, it is necessary to devise to hold the optical fiber in the twisted state, and it is difficult to handle the optical fiber. Further, it is possible to give a twist in advance in the manufacturing process of the optical fiber, but a special preform and a special drawing tower are required for the manufacturing.

本発明は、このような特殊な光ファイバを用いずに、通常の偏波保持光ファイバを利用して、円偏光の入出力とその伝送を実現するものである。   The present invention realizes circularly polarized light input / output and transmission using a normal polarization maintaining optical fiber without using such a special optical fiber.

また特許文献3に、偏波保持光ファイバの一部を溶融して、溶融部を45度稔回した偏光解消子の開示がある。また、この文献には、2本の偏波保持光ファイバを45度回転して溶融した光ファイバについても記載されている。しかし、45度回転して溶融した光ファイバの長さはレーザ光のコヒーレンス長よりも十分に長いため、このファイバは円偏光を入出力する機能を備えていない。   Patent Document 3 discloses a depolarizer in which a part of a polarization maintaining optical fiber is melted and the melted portion is wound 45 degrees. This document also describes an optical fiber in which two polarization maintaining optical fibers are melted by rotating 45 degrees. However, since the length of the optical fiber melted by rotating 45 degrees is sufficiently longer than the coherence length of the laser light, this fiber does not have a function of inputting / outputting circularly polarized light.

また、本発明を効果的に適用できるものに、磁気光学トラップ(MOT)技術がある。一般に、MOTでは、原子を真空容器に入れて隔離し、磁場と光の電場によって原子を空中にトラップする。このために、通常は、レーザ光を真空容器外から照射せざるを得ないため、真空容器にはビューイングポートの設置が不可欠であり、装置の小型化が困難であった。また円偏光を照射するために、高価な波長板を複数枚使用しなければならなかった。また、強磁場を発生する大電磁石を用い、大電流を流す必要があった。消費電力を抑制するためには、超伝導磁石を用いればよいことはよく知られているが、冷却が必要であるために装置が複雑になる。また、中性原子を捕獲し、あるいは開放するには、磁場をオン、オフする必要があり、実用上は一般に、常伝導電磁石の方が使い易い。しかし、上記の様に大電流を流す必要があることが、装置の小型化を困難にしていた。   Further, there is a magneto-optical trap (MOT) technique to which the present invention can be effectively applied. In general, in MOT, atoms are put in a vacuum vessel and isolated, and atoms are trapped in the air by a magnetic field and an electric field of light. For this reason, since it is usually necessary to irradiate laser light from the outside of the vacuum container, it is indispensable to install a viewing port in the vacuum container, and it is difficult to reduce the size of the apparatus. Moreover, in order to irradiate circularly polarized light, a plurality of expensive wave plates had to be used. In addition, it is necessary to use a large electromagnet that generates a strong magnetic field and to flow a large current. In order to suppress power consumption, it is well known that a superconducting magnet may be used. However, since cooling is necessary, the apparatus becomes complicated. In addition, in order to capture or release neutral atoms, it is necessary to turn on and off the magnetic field. In practice, a normal electromagnet is generally easier to use. However, the necessity of flowing a large current as described above has made it difficult to reduce the size of the apparatus.

これに対し、集積回路の配線の極近く、一般にはチップ表面から数mm以内では磁気トラップとして十分に使える大きな磁場勾配が得られることが知られている。これは、集積回路の配線を流れる電流値は小さいものの、その近傍ほど強磁場となるためである。このように、磁場に関しては、微細回路を用いた原子チップ技術が実用上有利であり、この実用化のために、光照射部分の微細化が求められている。   On the other hand, it is known that a large magnetic field gradient that can be sufficiently used as a magnetic trap can be obtained very close to the wiring of the integrated circuit, generally within a few mm from the chip surface. This is because the value of the current flowing through the wiring of the integrated circuit is small, but the magnetic field becomes stronger in the vicinity. As described above, with respect to the magnetic field, the atomic chip technology using a fine circuit is practically advantageous, and the light irradiation portion is required to be miniaturized for practical use.

特開2004−004579号公報JP 2004-004579 A 特表2002−525647号公報JP-T-2002-525647 特開平06−337321号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-337321

Hung-chia Huang著 "Microwave approach to Highly Irregular Fiber Optics" (Willey、1998)Hung-chia Huang "Microwave approach to Highly Irregular Fiber Optics" (Willey, 1998) P. Horak et al., "Possibility of single-atom detection on a chip," Physical Review A 67, 043806 (2003).P. Horak et al., "Possibility of single-atom detection on a chip," Physical Review A 67, 043806 (2003). P.A. Quinto-Su et al.、 "On-chip optical detection of laser cooled atoms," Optics Express 12、 5098 (2004)。P.A. Quinto-Su et al., "On-chip optical detection of laser cooled atoms," Optics Express 12, 5098 (2004).

光ファイバをツイストしたり、また光ファイバの外部に4分の1波長板を設けたりすることをせずに、通常の偏波保持光ファイバを用いて円偏光の入出力あるいはその伝送を可能にする。   Enables the input / output of circularly polarized light or transmission using ordinary polarization-maintaining optical fiber without twisting the optical fiber or providing a quarter-wave plate outside the optical fiber. To do.

この発明は、円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバに関するものであり、通常の偏波保持光ファイバを用いて円偏光の入出力あるいはその伝送が可能になる。また、従来の光アイソレータとは異なる光アイソレータが実現できる。さらに、本発明の偏波保持光ファイバを磁気光学トラップ装置に用いることによって、真空容器を従来のものに比べて小型にすることができる。   The present invention relates to a polarization maintaining optical fiber having circular polarization compatibility, and it is possible to input / output circularly polarized light or transmit the polarization using a normal polarization maintaining optical fiber. Also, an optical isolator different from the conventional optical isolator can be realized. Furthermore, by using the polarization maintaining optical fiber of the present invention for the magneto-optical trap device, the vacuum vessel can be made smaller than the conventional one.

本発明は、円偏光を直線偏光に変えることのできる偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分とを含み、上記の第1部分は、第2部分よりも短く、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは自然数陪それに波長の自然数陪を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第1部分へ円偏光の光を入射し、第2部分では直線偏光を伝搬させるものである。   The present invention provides a polarization-maintaining optical fiber that can change circularly polarized light into linearly polarized light, including a first portion and a second portion that is continuous with the first portion inclined at 45 degrees about the optical axis, The first part is shorter than the second part, and has a length that causes a phase difference corresponding to a quarter wavelength or a natural number plus a natural number of wavelengths between the intrinsic polarization components of light. Circularly polarized light is incident on the part, and linearly polarized light is propagated in the second part.

また、本発明は、直線偏光を円偏光に変えることのできる偏波保持光ファイバで、第2部分と、第2部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第3部分を含み、上記の第3部分は、第2部分よりも短く、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは自然数陪それに波長の自然数陪を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第2部分では直線偏光を伝搬させ、第3部分では、直線偏光を円偏光に変換させて第3部分の端から円偏光を出力するものである。   The present invention also provides a polarization-maintaining optical fiber capable of changing linearly polarized light into circularly polarized light, including a second portion and a third portion that is continuous with the second portion inclined at 45 degrees about the optical axis, The third part is shorter than the second part, and has a length in which a phase difference corresponding to a quarter wavelength or a natural number plus a natural number of wavelengths is generated between the intrinsic polarization components of light. In the second part, linearly polarized light is propagated, and in the third part, the linearly polarized light is converted into circularly polarized light, and circularly polarized light is output from the end of the third part.

また、本発明は、円偏光を一旦直線偏光にして伝送するものであり、偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分と、第2部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第3部分を含み、上記の第1部分と第3部分は、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは自然数陪それに波長の自然数陪を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第1部分へ円偏光の光を入射し、第2部分では直線偏光を伝搬させ、第3部分では、直線偏光を円偏光に変換させて第3部分の端から円偏光を出力するものである。   Further, the present invention transmits circularly polarized light once into linearly polarized light, and is a polarization maintaining optical fiber, and a first portion and a second portion that is continuous with the first portion inclined at 45 degrees about the optical axis. And the second part includes a third part that is inclined at 45 degrees about the optical axis, and the first part and the third part have a quarter wavelength or a natural number between the intrinsic polarization components of the light. It has a length that produces a phase difference corresponding to the addition of a natural number of wavelengths to it, makes circularly polarized light incident on the first part, propagates linearly polarized light in the second part, and linearly polarized light in the third part. The light is converted into circularly polarized light, and circularly polarized light is output from the end of the third portion.

また、本発明は、直線偏光部分の偏光の純度を改善するものであり、上記の第2部分に、偏波保持光ファイバの偏光軸方向か、あるいはそれに垂直な方向に沿った偏光特性をもつ直線偏光素子を挿入したものである。   The present invention also improves the polarization purity of the linearly polarized light portion, and the second portion has a polarization characteristic along the polarization axis direction of the polarization maintaining optical fiber or a direction perpendicular thereto. A linearly polarizing element is inserted.

また、本発明は、円偏光の部分で光ファイバ間の接続を行なうものであり、偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分を含み、上記の第2部分は、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは自然数陪それに波長の自然数陪を加えた分の位相差が生ずる長さを有するAと、偏波保持光ファイバで、第3部分と、第3部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第4部分を含み、上記の第3部分は、光の偏光成分間に4分の1波長分あるいはそれに波長の自然数陪を加えた分自然数陪の位相差が生ずる長さを有するBと、を備え、AとBとを接続したものであって、第1部分を伝播した直線偏光を、第2部分を伝搬する際に円偏光に変換し、第2部分から第3部分へは円偏光のまま伝送し、第3部分で直線偏光に変換し、第4部分では直線偏光を伝搬させて伝送するものである。   Further, the present invention performs connection between optical fibers at a circularly polarized portion. In the polarization maintaining optical fiber, the first portion and the first portion are continuously inclined at 45 degrees about the optical axis. The second part includes A having a length that produces a phase difference corresponding to a quarter wavelength or a natural number plus a natural number of wavelengths between the intrinsic polarization components of light, and a polarization. A wave-holding optical fiber including a third portion and a fourth portion that is continuous with the third portion inclined at 45 degrees about the optical axis, and the third portion includes a quarter wavelength between polarization components of light. B having a length that produces a phase difference of a fraction or a fraction of a natural number obtained by adding a natural fraction of a wavelength thereto, and connecting A and B, and linearly polarized light that has propagated through the first portion, When propagating through the second part, it is converted to circularly polarized light, transmitted from the second part to the third part as circularly polarized light, And converted into linearly polarized light in a portion, in the fourth part is to transmit to propagate linearly polarized light.

また、本発明は、複数の波長で用いることが出来るようにするものであり、円偏光と直線偏光の間の変換を行う部分は、複数の異なる波長について、それぞれの波長の光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは自然数陪それに波長の自然数陪を加えた分の位相差が生ずる長さであるようにしたものである。   In addition, the present invention makes it possible to use at a plurality of wavelengths, and the part that performs conversion between circularly polarized light and linearly polarized light is the intrinsic polarization component of light of each wavelength for a plurality of different wavelengths. The length is such that a phase difference corresponding to a quarter wavelength or a natural number plus a natural number of wavelengths is generated between them.

また、本発明は、減圧容器の容積を節約するものであり、減圧容器の中に円偏光適合性を有する複数の偏波保持光ファイバを減圧容器壁を貫通するように導入し、磁気光学トラップ装置を構成する光照射配置となるように上記の偏波保持光ファイバを配置したものである。   Further, the present invention conserves the volume of the decompression vessel, and a plurality of polarization maintaining optical fibers having circular polarization compatibility are introduced into the decompression vessel so as to penetrate the decompression vessel wall, and a magneto-optical trap The polarization-maintaining optical fiber is arranged so as to be a light irradiation arrangement constituting the apparatus.

また、本発明は、減圧容器の容積を節約するものであり、減圧容器の中に円偏光適合性を有する複数の偏波保持光ファイバを減圧容器壁を貫通するように導入し、表面磁気光学トラップ装置を構成する光照射配置となるように上記の偏波保持光ファイバを配置したものである。   Further, the present invention conserves the volume of the decompression vessel, and a plurality of polarization maintaining optical fibers having circular polarization compatibility are introduced into the decompression vessel so as to penetrate the decompression vessel wall, and surface magnetic optics The polarization-maintaining optical fiber is arranged so as to be a light irradiation arrangement constituting the trap device.

また、本発明は、微細な原子チップを実現するものであり、減圧雰囲気下にある平面基板上の配線パターンで形成された磁気トラップに捕獲された原子雲に上記の円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバから出射した円偏光を照射する手段を備えるものである。   In addition, the present invention realizes a fine atomic chip, and has the above-mentioned circular polarization compatibility with an atomic cloud captured by a magnetic trap formed by a wiring pattern on a flat substrate in a reduced-pressure atmosphere. Means for irradiating circularly polarized light emitted from the wave holding optical fiber is provided.

また、上記の偏波保持光ファイバを用いて円偏光を照射する手段は、円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバの出力側端面と予め決められた反射面とで形成される光共振器の中で円偏光を照射する手段である。   Further, the means for irradiating circularly polarized light using the polarization maintaining optical fiber is an optical resonator formed by an output side end surface of the polarization maintaining optical fiber having circular polarization compatibility and a predetermined reflecting surface. Means for irradiating circularly polarized light.

本発明は、光ファイバをツイストしたり、また光ファイバの外部に4分の1波長板を設けたりする代わりに、光ファイバ自身の一部分に4分の1波長板の機能を持つ部位を設けることによって、通常の偏波保持光ファイバを用いて円偏光の入出力を可能にするものである。以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。   In the present invention, instead of twisting the optical fiber or providing a quarter-wave plate outside the optical fiber, a portion having a function of a quarter-wave plate is provided in a part of the optical fiber itself. Thus, circularly polarized light can be input and output using a normal polarization maintaining optical fiber. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, devices having the same function or similar functions are denoted by the same reference numerals unless there is a special reason.

偏波保持光ファイバの一例の断面構造を図7に示す。これはPANDAファイバと呼ばれるものであり、応力付与部によってコアに誘起される一軸性の複屈折性を用いている。また、この偏波保持光ファイバに円偏光の光が入射した直後の光の電場ベクトルPx、Pyの様子を図8(a)に示す。この媒質には、図7(a)の応力付与部分の存在で応力が常に印加されており、伝播する直線偏光の光の振動方向に応じて異なる屈折率を示すため、伝播距離に応じて光ファイバ中にさまざまな偏光状態が周期的に出現する。   FIG. 7 shows a cross-sectional structure of an example of the polarization maintaining optical fiber. This is called a PANDA fiber, and uses uniaxial birefringence induced in the core by the stress applying portion. FIG. 8A shows the state of the electric field vectors Px and Py of the light immediately after the circularly polarized light is incident on the polarization maintaining optical fiber. Since stress is always applied to this medium due to the presence of the stress-applying portion in FIG. 7A, and the refractive index varies depending on the vibration direction of propagating linearly polarized light, the light depends on the propagation distance. Various polarization states appear periodically in the fiber.

この屈折率の差をΔnとし、光の波長をλ、光ファイバの長さをLとすれば、振動面の直交する2つの固有直線偏光成分の間には、伝播に伴って、
Δφ=(2π・Δn・L)/λ ラジアン、
の位相差が生じる。この位相差Δφ、あるいはΔn・Lをリターデーションという(以降、Δφをリターデーションと呼ぶ)。光ファイバが屈折率分散を有する場合は、上式は若干の修正を必要とするが、近似的には正しい結果を与える。Δφの値がちょうどπ/2ラジアンとなるような長さLの光ファイバは、この波長の光に対して4分の1波長板と等価な光学的性質を示す(図1)。以下では、このような光ファイバ片を「4分の1波長光ファイバ」と呼ぶことにする。
Assuming that the difference in refractive index is Δn, the wavelength of light is λ, and the length of the optical fiber is L, between the two intrinsic linear polarization components orthogonal to the vibration plane,
Δφ = (2π · Δn · L) / λ radians,
Phase difference occurs. This phase difference Δφ or Δn · L is referred to as retardation (hereinafter, Δφ is referred to as retardation). If the optical fiber has a refractive index dispersion, the above equation requires some correction but gives approximate results that are approximate. An optical fiber having a length L such that the value of Δφ is exactly π / 2 radians exhibits optical properties equivalent to a quarter-wave plate for light of this wavelength (FIG. 1). Hereinafter, such an optical fiber piece is referred to as a “quarter wavelength optical fiber”.

4分の1波長光ファイバは、材質的には通常の偏波保持光ファイバと同じものであるから、互いに融着接続することが可能である。4分の1波長光ファイバを通常の偏波保持光ファイバに対して、光学軸を互いに45度傾けた状態で融着接続することにより偏光状態の変換器として機能させることができる。以下では、このように光学軸を互いに45度傾けた状態で融着接続することでアセンブルされた光ファイバモジュールを、「円偏光適合光ファイバ」と呼ぶことにする。   Since the quarter-wavelength optical fibers are the same as ordinary polarization-maintaining optical fibers, they can be fused and connected to each other. A quarter-wave optical fiber can be made to function as a polarization state converter by fusion splicing with a normal polarization maintaining optical fiber with the optical axes inclined at 45 degrees. Hereinafter, the optical fiber module assembled by fusion-bonding with the optical axes inclined at 45 degrees in this way will be referred to as a “circularly polarized optical fiber”.

偏波保持光ファイバ2の両端に円偏光適合光ファイバとして、4分の1波長光ファイバの融着加工を施すことにより、円偏光を入射した場合に、それと全く同じ偏光状態の円偏光を他端より射出できるようにすることもできる(図2)。   By applying fusion processing of a quarter-wavelength optical fiber as a circularly polarized optical fiber to both ends of the polarization maintaining optical fiber 2, when circularly polarized light is incident, the circularly polarized light having exactly the same polarization state can be obtained. It is also possible to inject from the end (FIG. 2).

上記の円偏光適合光ファイバの中間部2には、通常の偏波保持光ファイバを用いるものとする。その中間部を伝播する光の偏光状態は直線偏光であるため、曲げ応力や温度変化等が加えられても偏光状態が変化しない。4分の1波長光ファイバの部分に曲げ応力等が加えられた場合は偏光状態が変化してしまう可能性があるが、この部分は通常は十分に短く(数mmから数cm)できるので、充分に保護することができる。しかも、円偏光適合光ファイバは材質的にも外観的にも通常の偏波保持光ファイバと変わるところがないため、一般に広く用いられている光ファイバ用コネクタに装填することが可能である。脆弱な4分の1波長光ファイバ部をコネクタ等のフェルール部や剛性の高いシース等で保護することによって、屈折率変化が起こりにくくすることが望ましい。   It is assumed that a normal polarization maintaining optical fiber is used for the intermediate portion 2 of the above-mentioned circularly polarized light compatible optical fiber. Since the polarization state of light propagating through the intermediate portion is linearly polarized light, the polarization state does not change even when bending stress, temperature change, or the like is applied. If bending stress or the like is applied to the quarter-wavelength optical fiber part, the polarization state may change, but this part can usually be sufficiently short (several millimeters to several centimeters), It can be well protected. Moreover, since the circularly polarized light compatible optical fiber is not different from a normal polarization maintaining optical fiber in terms of material and appearance, it can be loaded into a widely used optical fiber connector. It is desirable to prevent the refractive index from changing easily by protecting the fragile quarter wavelength optical fiber part with a ferrule part such as a connector or a highly rigid sheath.

このコネクタを介して円偏光適合光ファイバ同士を相互接続することも容易である。コネクタを介して偏波保持光ファイバを相互接続する際、従来は光ファイバの光学軸を精密に一致させる調整が不可欠であったが、円偏光適合光ファイバの場合は、コネクタ端面から円偏光が射出されるため、コネクタの相互接続の際に光学軸の方向を合わせる必要がない。   It is also easy to interconnect the circularly polarized light compatible optical fibers via this connector. When interconnecting polarization-maintaining optical fibers via a connector, it was necessary to adjust the optical axis of the optical fiber precisely until now. Since it is injected, it is not necessary to align the direction of the optical axis when interconnecting the connectors.

また、上記の円偏光適合光ファイバの中間部2には直線偏光が伝播しているが、その偏光方向は、入射または射出させる円偏光の回転の向きによって異なる。回転の向きが異なる円偏光を混合すると、円偏光の純度が下がり、楕円偏光となる。従って、図3に示す様に、円偏光適合光ファイバの中間部に直線偏光子4を挿入しておけば、純度の低い円偏光(楕円偏光)の入射光を純度の高い円偏光に変換させることが可能であり、円偏光偏光子として動作させることが可能である(図3)。   Further, linearly polarized light propagates in the intermediate portion 2 of the above-mentioned circularly polarized light compatible optical fiber, and the polarization direction thereof varies depending on the direction of rotation of the circularly polarized light that is incident or emitted. When circularly polarized light with different rotation directions is mixed, the purity of circularly polarized light is lowered and becomes elliptically polarized light. Therefore, as shown in FIG. 3, if the linear polarizer 4 is inserted in the middle part of the circularly polarized optical fiber, the incident light of low-purity circularly polarized light (elliptical polarized light) is converted into circularly polarized light with high purity. Can be operated as a circular polarizer (FIG. 3).

また、円偏光適合光ファイバ内を伝播した光がコネクタの端面で後方へ反射されると、反射された光の円偏光の回転の向きは入射光のそれと反対になるため、ファイバの中間部2を(直線偏光として)逆方向に伝播する際の偏光方向は入射光のそれと垂直になる。そこでこの反射光を中間部の直線偏光子4を使って除去することができる。つまり光アイソレータを構成することができる(図3)。従来の光アイソレータでは、ファラデー回転子を用いているが、本発明では、これを用いる必要が無く、容易に小型化できる。   Further, when the light propagating in the circularly polarized optical fiber is reflected backward at the end face of the connector, the direction of rotation of the circularly polarized light of the reflected light is opposite to that of the incident light. The direction of polarization when propagating in the opposite direction (as linearly polarized light) is perpendicular to that of the incident light. Therefore, this reflected light can be removed by using the linear polarizer 4 in the intermediate portion. That is, an optical isolator can be configured (FIG. 3). In a conventional optical isolator, a Faraday rotator is used. However, in the present invention, it is not necessary to use this, and the size can be easily reduced.

また、光ファイバ2の両端に接続する4分の1波長光ファイバのリターデーションの符号が互いに異なるように(つまり、光学軸の向きが互いに逆になるように)接続すれば、右円偏光を左円偏光に変換したり、またその逆にしたりも可能である。さらに、通常の光ファイバの一端だけに4分の1波長光ファイバを接続したものは、直線偏光を円偏光に変換したり、またその逆にしたりの使い方も可能であり、従来型の円偏光ファイバよりも用途が広い。   If the quarter-wavelength optical fibers connected to both ends of the optical fiber 2 are connected so that the signs of the retardations are different from each other (that is, the directions of the optical axes are opposite to each other), It is possible to convert to left circularly polarized light and vice versa. In addition, a quarter-wavelength optical fiber connected to only one end of a normal optical fiber can be used to convert linearly polarized light into circularly polarized light and vice versa. More versatile than fiber.

また、円偏光適合光ファイバは、光ファイバ以外に高価で容積の大きな光学素子を必要としないため、従来の光学系をそのまま置き換えて使用することができ、光ファイバとは別に設置されていた4分の1波長板を取り除くだけで、光学系の性能をそのまま引き継いで使用することができる。   In addition, since the circularly polarized light compatible optical fiber does not require an expensive and large-volume optical element other than the optical fiber, the conventional optical system can be used as it is, and is installed separately from the optical fiber. By simply removing the half-wave plate, the performance of the optical system can be used as it is.

4分の1波長光ファイバのリターデーション、
Δφ=(2π・Δn・L)/λ、は、
λとともに変化し、Δφがmを整数として(π/2+2πm)に一致した場合に円偏光適合型となる。このような波長λは整数mの数だけ無数に存在するが、2つの異なる波長を与えればLとmの値が一意に決まる。こうして波長板の高次性を利用して、任意の2波長で、例えば780nmと852nmに対して同時に円偏光適合型とすることができる。
Quarter-wave optical fiber retardation,
Δφ = (2π · Δn · L) / λ is
When it changes with λ and Δφ coincides with (π / 2 + 2πm) where m is an integer, a circularly polarized light conforming type is obtained. There are an infinite number of such wavelengths λ as many as the integer m, but if two different wavelengths are given, the values of L and m are uniquely determined. In this way, by utilizing the high-order nature of the wave plate, it is possible to make a circularly polarized light compatible type at an arbitrary two wavelengths, for example, for 780 nm and 852 nm simultaneously.

また、従来型の偏波保持光ファイバ同士を接続する際には、2本の光ファイバの光学軸を精密に一致させる必要があったが、円偏光適合光ファイバは偏波保持光ファイバの一種でありながら、それら同士を接続する際に光学軸を一致させる必要がなく、接続の際の手間が省かれると同時に、光学軸調整の不完全性に伴って発生する偏波クロストークを防ぐ目的で利用できる。この接続の例を図4に示す。被覆15で保護された偏波保持光ファイバ11と4分の1波長光ファイバ12とは、光軸を中心にその周りに互いに45度の傾きを設けて融着されている。同様に、4分の1波長光ファイバ13と偏波保持光ファイバ14とは、光軸を中心にその周りに互いに45度の傾きを設けて融着されている。4分の1波長光ファイバ12と13とは、空隙を設けずに物理的に接しているかあるいは反射防止用の充填材18を挟んで接続しており、この接続部分は、コネクタのシールド部分16で保護されており、左右のシールド部分16は接続金具17で接続されている。4分の1波長光ファイバ12あるいは13の長さは、4分の1波長あるいはそれに波長の自然数陪を加えた長さであればよい。   In addition, when connecting conventional polarization-maintaining optical fibers, the optical axes of the two optical fibers had to be precisely matched, but circularly-polarized optical fibers are a type of polarization-maintaining optical fiber. However, it is not necessary to make the optical axes coincide when connecting them, and at the same time, it saves the trouble of connecting, and at the same time prevents polarization crosstalk caused by imperfect optical axis adjustment Available at. An example of this connection is shown in FIG. The polarization maintaining optical fiber 11 and the quarter wavelength optical fiber 12 protected by the coating 15 are fused with an inclination of 45 degrees around the optical axis. Similarly, the quarter-wavelength optical fiber 13 and the polarization maintaining optical fiber 14 are fused with an inclination of 45 degrees around the optical axis. The quarter-wavelength optical fibers 12 and 13 are physically in contact with each other without providing a gap, or are connected with an antireflection filler 18 interposed therebetween, and this connection portion is a shield portion 16 of the connector. The left and right shield portions 16 are connected by a connection fitting 17. The length of the quarter-wavelength optical fiber 12 or 13 may be a quarter wavelength or a length obtained by adding a natural number of wavelengths to the quarter wavelength.

一例を図6に示す様に、超高真空中に置かれた平面基板上にエッチング等の手段によって形成された配線パターンに電流を流すことによって発生する磁場を用いて、中性原子を平面基板の表面の極近傍に捕獲することができる。これは磁場によって中性原子を捕獲する磁気トラップの一種であるが、平面基板を用いることによってトラップの小型化と集積化が可能になることが特長である。   As shown in FIG. 6, an example is shown in which a neutral atom is removed from a planar substrate by using a magnetic field generated by passing a current through a wiring pattern formed by etching or the like on a planar substrate placed in an ultrahigh vacuum. Can be captured in the very vicinity of the surface. This is a kind of magnetic trap that captures neutral atoms by a magnetic field, but the feature is that the trap can be miniaturized and integrated by using a flat substrate.

このように、微小なトラップを1枚の基板上に多数形成し、そこにレーザ光を照射したりトラップ電流を変調したりして捕獲された原子の状態を精密に制御できるように構成された構造体は、「原子チップ」と呼ばれている。図6に示す様に、配線パターンに電流を流して使用するほか、図には示していないが、チップ上に形成された光導波路にレーザ光を通し、漏れ出てくる近接場光による双極子力を利用して捕獲する方法もある。   In this way, a large number of small traps are formed on a single substrate, and the state of the captured atoms can be precisely controlled by irradiating the laser beam or modulating the trap current. The structure is called an “atomic chip”. As shown in FIG. 6, in addition to using a current flowing through the wiring pattern, the dipole is caused by the near-field light leaking through the optical waveguide formed on the chip, though not shown in the figure. There is also a way to capture using force.

また、原子チップ上に密に並んで配置される多数のトラップに捕獲された原子を光学的に検出したり、それらの状態を光学的に制御したりすることがしばしば必要になる。この場合、レーザ光を外部から集光して照射する方法では、光学部品の大きさの制約から、多数のトラップに同時にアクセスすることは極めて困難である。そこで原子チップ上に光ファイバを導入して個々のトラップに対応させて集積化して配置する方法が、非特許文献2、あるいは非特許文献3に提案されている。   In addition, it is often necessary to optically detect atoms trapped in a large number of traps arranged closely side by side on the atomic chip and to optically control their states. In this case, it is extremely difficult to access a large number of traps at the same time by the method of condensing and irradiating laser light from the outside due to the size limitation of the optical component. Therefore, Non-Patent Document 2 or Non-Patent Document 3 proposes a method in which an optical fiber is introduced on an atomic chip and is integrated and arranged corresponding to each trap.

この場合、光ファイバの配置に制約はないが、1対の光ファイバを数mm以下の間隔を隔てて向き合わせて配置することが多く、向き合った光ファイバの間に他の光学素子を配置することは困難である。また、非特許文献2にあるように、向き合ったファイバの端面に増反射率コーティングを施してファブリー・ペロ型共振器として機能させることもある。この場合はファブリー・ペロ型共振器のフリースペクトルレンジを拡大し、また結合損失を低減するために、2本の光ファイバを数μmの距離まで接近させる必要がある。   In this case, although there is no restriction on the arrangement of the optical fibers, a pair of optical fibers are often arranged facing each other with an interval of several mm or less, and other optical elements are arranged between the facing optical fibers. It is difficult. In addition, as described in Non-Patent Document 2, an end face of a facing fiber may be coated with an increased reflectance coating so as to function as a Fabry-Perot resonator. In this case, it is necessary to bring the two optical fibers closer to a distance of several μm in order to expand the free spectrum range of the Fabry-Perot resonator and reduce the coupling loss.

またよく知られているように、原子に直線偏光の光を照射すると、磁気量子数に変化が生じない遷移が起こり、円偏光を照射すると、磁気量子数が1だけ変化する遷移が引き起こされる。つまり、照射する光の偏光状態を用いて遷移に伴う磁気量子数の変化を制御することができる。このような制御はMOTの捕獲動作に不可欠であるだけでなく、磁気量子数の違いをキュビットやメモリとして活用する場合にも極めて有用である。   As is well known, when a linearly polarized light is irradiated to an atom, a transition in which the magnetic quantum number does not change occurs, and when a circularly polarized light is irradiated, a transition in which the magnetic quantum number changes by 1 is caused. That is, the change in the magnetic quantum number accompanying the transition can be controlled using the polarization state of the irradiated light. Such control is not only indispensable for the MOT capturing operation, but also extremely useful when the difference in magnetic quantum number is utilized as a qubit or memory.

図6に示した集積化された光ファイバを用いて磁気量子数の制御を可能にするためには、ファイバの先端から円偏光を出力できる必要がある。この場合、1本のファイバから任意の偏光状態を出力する必要はなく、決まった偏光状態を出力できる光ファイバを2、3個並べて配置すればよい。本発明は、光ファイバの一部に波長板の機能を付加する構成としたことで、光ファイバ以外の光学素子を付加することなく、光ファイバの先端から直接円偏光を出力することを可能にするものであるため、光ファイバを用いて磁気量子数を制御する原子チップを実現する目的に適うものである。   In order to enable control of the magnetic quantum number using the integrated optical fiber shown in FIG. 6, it is necessary to be able to output circularly polarized light from the tip of the fiber. In this case, it is not necessary to output an arbitrary polarization state from one fiber, and two or three optical fibers that can output a predetermined polarization state may be arranged side by side. The present invention has a configuration in which the function of the wave plate is added to a part of the optical fiber, so that circularly polarized light can be directly output from the tip of the optical fiber without adding an optical element other than the optical fiber. Therefore, it is suitable for the purpose of realizing an atomic chip that controls the magnetic quantum number using an optical fiber.

本発明は、原子ビーム減速機、2次元または3次元の磁気光学トラップ(MOT:Magnet-optical trap)、原子の偏光勾配冷却装置、原子時計など、磁場とレーザ光との相互作用を利用した原子光学装置において、レーザ光を供給する部位の部品数を減らすことによって装置を小型で安価なものとし、また調整を容易にするために利用できる。   The present invention relates to an atom using an interaction between a magnetic field and laser light, such as an atomic beam reducer, a two-dimensional or three-dimensional magneto-optical trap (MOT), an atomic polarization gradient cooling device, and an atomic clock. In the optical apparatus, the apparatus can be made small and inexpensive by reducing the number of parts in the portion to which the laser beam is supplied, and can be used for easy adjustment.

従来型のMOT、原子ビーム減速機などは、真空装置の外部に光学系を設置し、レーザ光を真空装置内へ導入していたため、装置全体の容積や重量が大きく、小型化が困難であった。円偏光適合光ファイバを使用すれば、光ファイバの先端を直接真空装置内に導入することによって、従来型の光学系の大部分を省くことが可能であり、小型化・軽量化に適したものとなる。光ファイバを使用することにより、光学系の調整作業も不要になり、可搬性も得られる。   Conventional MOTs, atomic beam reducers, etc. have an optical system installed outside the vacuum device, and laser light is introduced into the vacuum device, so the overall volume and weight of the device are large, and miniaturization is difficult. It was. If a circularly polarized light compatible optical fiber is used, most of the conventional optical system can be omitted by introducing the tip of the optical fiber directly into the vacuum device, making it suitable for miniaturization and weight reduction. It becomes. By using an optical fiber, adjustment work of the optical system becomes unnecessary and portability can be obtained.

また、原子光学分野では、前述のように、原子チップ上に光ファイバを集積化して断面を通過する原子の数を計数したり、共振器QED(量子電磁力学)の効果で量子力学的効果を引き出したりする可能性が指摘されているが、そのような目的のためには、ファイバ端から直接円偏光が射出できると都合がよく、円偏光適合光ファイバは有用である(図6)。   In the field of atomic optics, as described above, an optical fiber is integrated on an atomic chip to count the number of atoms passing through the cross section, and the quantum mechanical effect can be obtained by the effect of the resonator QED (quantum electrodynamics). However, for such purposes, it is convenient if circularly polarized light can be emitted directly from the end of the fiber, and a circularly polarized optical fiber is useful (FIG. 6).

本発明によって原子チップを用いた量子情報処理装置の応用範囲が格段に広がるものと考えられる。   It is considered that the application range of the quantum information processing apparatus using the atomic chip is greatly expanded by the present invention.

直線偏光を円偏光に変換する機能を持つ偏波保持光ファイバを示す図である。It is a figure which shows the polarization maintaining optical fiber which has the function to convert linearly polarized light into circularly polarized light. 円偏光適合光ファイバの構造の一例と動作原理。An example of the structure and operation principle of a circularly polarized optical fiber. 円偏光適合光ファイバの中央部に直線偏光子を用いた、円偏光偏光子を示す図で、光アイソレータとしても動作する。The figure which shows the circularly-polarized light polarizer which used the linear polarizer for the center part of a circularly polarized light compatible optical fiber, and operate | moves also as an optical isolator. 円偏光適合光ファイバの接続を示す図で、(a)は、長手方向の断面図、(b)は、光軸に垂直な断面図である。It is a figure which shows the connection of a circularly polarized light compatible optical fiber, (a) is sectional drawing of a longitudinal direction, (b) is sectional drawing perpendicular | vertical to an optical axis. 円偏光適合光ファイバを用いて構成されたミラーMOT(表面磁気光学トラップ)装置を示す図である。It is a figure which shows the mirror MOT (surface magneto-optical trap) apparatus comprised using the circular polarization compatible optical fiber. 本発明を適用した原子チップを例示する図である。It is a figure which illustrates the atom chip to which the present invention is applied. PANDAファイバの断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of a PANDA fiber. 偏波保持光ファイバに円偏光の光が入射した直後の光の電場ベクトルの様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the electric field vector of the light immediately after the circularly polarized light injects into the polarization maintaining optical fiber.

符号の説明Explanation of symbols

1 4分の1波長光ファイバ
2 偏波保持光ファイバ
3 4分の1波長光ファイバ
4 直線偏光子
11 偏波保持光ファイバ
12 4分の1波長光ファイバ
13 4分の1波長光ファイバ
14 偏波保持光ファイバ
15 被覆
16 シールド部分
17 接続金具
18 反射防止用の充填材
1 1/4 wavelength optical fiber 2 polarization maintaining optical fiber 3 1/4 wavelength optical fiber 4 linear polarizer 11 polarization maintaining optical fiber 12 quarter wavelength optical fiber 13 1/4 wavelength optical fiber 14 polarization Wave holding optical fiber 15 Coating 16 Shield portion 17 Connection fitting 18 Antireflection filler

Claims (11)

偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分とを含み、
上記の第1部分は、第2部分よりも短く、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第1部分へ円偏光の光を入射し、第2部分では直線偏光を伝搬させることを特徴とする円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。
A polarization-maintaining optical fiber, including a first part and a second part that is inclined by 45 degrees about the optical axis and is continuous with the first part;
The first part is shorter than the second part, and a phase difference is generated between the intrinsic polarization components of light by a quarter wavelength or by adding a natural number of wavelengths to the quarter wavelength. A polarization-maintaining optical fiber having circular polarization compatibility, characterized in that circularly polarized light is incident on a first portion and linearly polarized light is propagated in a second portion.
偏波保持光ファイバで、第2部分と、第2部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第3部分を含み、
上記の第3部分は、第2部分よりも短く、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第2部分では直線偏光を伝搬させ、第3部分では、直線偏光を円偏光に変換させて第3部分の端から円偏光を出力することを特徴とする円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。
A polarization-maintaining optical fiber, including a second part and a third part that is inclined at 45 degrees about the optical axis in the second part and is continuous,
The third part is shorter than the second part, and a phase difference is generated between the intrinsic polarization components of light by a quarter wavelength or by adding a natural number of wavelengths to the quarter wavelength. Circular polarization compatibility characterized by having a length, propagating linearly polarized light in the second part, and converting circularly polarized light into circularly polarized light in the third part and outputting circularly polarized light from the end of the third part A polarization maintaining optical fiber.
偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分と、第2部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第3部分を含み、
上記の第1部分と第3部分は、第2部分よりも短く、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さを有し、第1部分へ円偏光の光を入射し、第2部分では直線偏光を伝搬させ、第3部分では直線偏光を円偏光に変換させて第3部分の端から円偏光を出力することを特徴とする円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。
A polarization-maintaining optical fiber, a first part, a second part that continues to the first part with an inclination of 45 degrees about the optical axis, and a third part that continues to the second part with an inclination of 45 degrees about the optical axis Including
The first part and the third part are shorter than the second part, and a part corresponding to a quarter wavelength or a part obtained by adding a natural number multiple of the wavelength to the quarter wavelength between the intrinsic polarization components of light. It has a length that causes a phase difference. Circularly polarized light is incident on the first part, linearly polarized light is propagated in the second part, and linearly polarized light is converted into circularly polarized light in the third part. A polarization-maintaining optical fiber having circular polarization compatibility, characterized by outputting circularly polarized light from
第2部分に、偏波保持光ファイバの固有偏光軸方向か、あるいはそれに垂直な方向に沿った偏光特性をもつ直線偏光素子を挿入したことを特徴とする請求項3に記載の円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。   4. The circular polarization compatibility according to claim 3, wherein a linearly polarizing element having a polarization characteristic along the direction of the intrinsic polarization axis of the polarization maintaining optical fiber or a direction perpendicular thereto is inserted in the second portion. A polarization maintaining optical fiber. 円偏光と直線偏光の間の変換を行う部分は、複数の異なる波長について、それぞれの波長の光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さであることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。   The part that converts between circularly polarized light and linearly polarized light is a natural number of wavelengths for a quarter wavelength or a quarter wavelength between the intrinsic polarization components of light of each wavelength for a plurality of different wavelengths. The polarization maintaining optical fiber having circular polarization compatibility according to any one of claims 1 to 4, wherein the length is such that a phase difference corresponding to double is generated. 偏波保持光ファイバで、第1部分と、第1部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第2部分を含み、上記の第2部分は、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さを有するAと、
偏波保持光ファイバで、第3部分と、第3部分に光軸を中心に45度傾いて連続する第4部分を含み、上記の第3部分は、光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さを有するBと、を備え、
AとBとを接続したものであり、
第1部分を伝播した直線偏光を、第2部分を伝搬する際に円偏光に変換し、第2部分から第3部分へは円偏光のまま伝送し、第3部分を伝搬する際に直線偏光に変換し、第4部分では直線偏光を伝搬させて伝送することを特徴とする円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。
The polarization maintaining optical fiber includes a first portion and a second portion that is inclined at 45 degrees about the optical axis in the first portion, and the second portion is a quarter of the intrinsic polarization component of light. A having a length that produces a phase difference corresponding to one wavelength or a quarter wavelength plus a natural number multiple of the wavelength;
The polarization maintaining optical fiber includes a third part and a fourth part that is inclined at 45 degrees about the optical axis in the third part, and the third part is a quarter of the intrinsic polarization component of light. B having a length that produces a phase difference corresponding to one wavelength or a quarter wavelength plus a natural number multiple of the wavelength; and
A and B are connected,
The linearly polarized light that has propagated through the first part is converted into circularly polarized light when propagating through the second part, is transmitted as circularly polarized light from the second part to the third part, and is linearly polarized when propagated through the third part. A polarization-maintaining optical fiber having circular polarization compatibility, characterized in that linearly polarized light is propagated and transmitted in the fourth part.
円偏光と直線偏光の間の変換を行う部分は、複数の異なる波長について、それぞれの波長の光の固有偏光成分間に4分の1波長分あるいは前記4分の1波長分に波長の自然数倍を加えた分の位相差が生ずる長さであることを特徴とする請求項6に記載の円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバ。   The part that converts between circularly polarized light and linearly polarized light is a natural number of wavelengths for a quarter wavelength or a quarter wavelength between the intrinsic polarization components of light of each wavelength for a plurality of different wavelengths. The polarization-maintaining optical fiber having circular polarization compatibility according to claim 6, wherein the length is such that a phase difference corresponding to double is generated. 減圧容器の中に請求項2、3、4、5のいずれかに記載の円偏光適合性を有する複数の偏波保持光ファイバを減圧容器壁を貫通するように導入し、磁気光学トラップを構成する光照射配置となるように上記の偏波保持光ファイバを配置したことを特徴とする磁気光学トラップ。   A plurality of polarization-maintaining optical fibers having circular polarization compatibility according to any one of claims 2, 3, 4, and 5 are introduced into a decompression container so as to penetrate the decompression container wall, thereby forming a magneto-optical trap A magneto-optical trap, wherein the polarization-maintaining optical fiber is arranged so as to have a light irradiation arrangement. 減圧容器の中に請求項2、3、4、5のいずれかに記載の円偏光適合性を有する複数の偏波保持光ファイバを減圧容器壁を貫通するように導入し、表面磁気光学トラップを構成する光照射配置となるように上記の偏波保持光ファイバを配置したことを特徴とする磁気光学トラップ。   A plurality of polarization-maintaining optical fibers having circular polarization compatibility according to any one of claims 2, 3, 4, and 5 are introduced into a decompression vessel so as to penetrate the decompression vessel wall, and a surface magneto-optical trap is provided. A magneto-optical trap characterized in that the polarization-maintaining optical fiber is arranged so as to constitute a light irradiation arrangement. 減圧雰囲気下にある平面基板上の配線パターンや光導波路等で形成されたトラップに捕獲された原子に、請求項2、3、4、5のいずれかに記載の円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバからの円偏光を照射する手段、を備えることを特徴とする原子チップ。   Polarized waves having circular polarization compatibility according to any one of claims 2, 3, 4, and 5 on atoms trapped by a trap formed of a wiring pattern or an optical waveguide on a flat substrate in a reduced-pressure atmosphere An atomic chip comprising: means for irradiating circularly polarized light from a holding optical fiber. 上記の偏波保持光ファイバを用いて円偏光を照射する手段は、円偏光適合性を有する偏波保持光ファイバの出力側端面と予め決められた反射面とで形成される光共振器の中で、円偏光を照射する手段であることを特徴とする請求項10に記載の原子チップ。   The means for irradiating circularly polarized light using the polarization-maintaining optical fiber is an optical resonator formed by an output side end face of a polarization-maintaining optical fiber having circular polarization compatibility and a predetermined reflecting surface. The atomic chip according to claim 10, which is means for irradiating circularly polarized light.
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