JP3982702B2 - Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method - Google Patents
Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method Download PDFInfo
- Publication number
- JP3982702B2 JP3982702B2 JP2004024652A JP2004024652A JP3982702B2 JP 3982702 B2 JP3982702 B2 JP 3982702B2 JP 2004024652 A JP2004024652 A JP 2004024652A JP 2004024652 A JP2004024652 A JP 2004024652A JP 3982702 B2 JP3982702 B2 JP 3982702B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wave plate
- polarization
- quarter
- component
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
本発明は、偏光状態が刻々と変化する光を一定の偏光状態に保持して出力する自動偏光調整器および偏光調整方法に関するものである。 The present invention relates to an automatic polarization adjuster and a polarization adjustment method for maintaining and outputting light whose polarization state changes every moment in a constant polarization state.
通信システムやセンサにおいては、光ファイバが盛んに使われている。しかし、光ファイバに応力が加わると、光ファイバ中を伝播する光の偏光状態が変化してしまう。したがって、光の偏光状態を利用するシステムにおいては偏光調整器が不可欠であるが、ほとんどの偏光調整器は手動調整式であり、何らかの手段で光の偏光状態を観測しながら人が調整しなければならないことが多い。 In communication systems and sensors, optical fibers are actively used. However, when stress is applied to the optical fiber, the polarization state of light propagating through the optical fiber changes. Therefore, in a system that uses the polarization state of light, a polarization adjuster is indispensable. However, most polarization adjusters are manually adjusted and must be adjusted by a person while observing the polarization state of light by some means. Often not.
そのような問題に対処するための装置として、自動追尾型偏波コントローラという製品が市販されている(例えば、非特許文献1参照)。この自動追尾型偏波コントローラは、任意の偏光状態の光を直線偏光に変換して出力するものであり、入射光の偏光状態が変化した際にも、常に一定の強度の直線偏光を出力し続けることが可能である。
この自動追尾型偏波コントローラの構成を図15に示す。コントローラに入射した光は、1/4波長板(Quarter-Wave Plate;QWP )1000と1/2波長板(Half-Wave Plate;HWP)1001を通過した後に、偏光ビームスプリッタ(Polarizing-Beam Splitter;PBS )1002に入射する。PBS1002は、P偏光を透過させ、S偏光を反射する機能を有する素子である。ここで、P偏光とは図15の紙面に平行な電界成分のみを有する直線偏光であり、S偏光とは紙面に垂直な電界成分のみを有する直線偏光である。
As an apparatus for coping with such a problem, a product called an auto-tracking polarization controller is commercially available (for example, see Non-Patent Document 1). This auto-tracking polarization controller converts light with an arbitrary polarization state into linearly polarized light and outputs it, and always outputs linearly polarized light with a constant intensity even when the polarization state of incident light changes. It is possible to continue.
The configuration of this automatic tracking polarization controller is shown in FIG. The light incident on the controller passes through a quarter-wave plate (QWP) 1000 and a half-wave plate (HWP) 1001, and then is polarized by a polarizing beam splitter (Polarizing-Beam Splitter). PBS) 1002. The PBS 1002 is an element having a function of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light. Here, P-polarized light is linearly polarized light having only an electric field component parallel to the paper surface of FIG. 15, and S-polarized light is linearly polarized light having only an electric field component perpendicular to the paper surface.
コントローラに入射する光は一般に楕円偏光であり、S偏光およびP偏光の双方を有する。したがって、S偏光はPBS1002で反射されて光検出器(Photo Detector;PD)1004に入射し、P偏光はPBS1002を透過してビームスプリッタ(Beam Splitter;BS )1003に入射する。P偏光の一部はBS1003で反射され、PD1005で検出される。BS1003を透過したP偏光は、コントローラの出力光として取り出される。制御回路1006は、PD1004と1005の出力信号強度を比較し、PD1004の出力信号強度がPD1005の出力信号強度に比べて十分小さくなるように、QWP1000とHWP1001の角度を調整する。PD1004の出力信号強度が十分小さくなれば、QWP1000とHWP1001を通過した光はほとんどP偏光になっているはずなので、このような手法で直線偏光を得ることが可能である。
The light incident on the controller is generally elliptically polarized and has both S and P polarizations. Therefore, the S-polarized light is reflected by the
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
上記に述べたように、任意の偏光状態の光を完全な直線偏光に変換するためには、すでに市販されている自動追尾型偏波コントローラは有効である。
しかし、この自動追尾型偏波コントローラは、偏光制御を必要とするあらゆるシステムに対して万能という訳ではない。例えば、「偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在する偏光変調光を入力光として、高速の偏光変調光を出力する」という機能を有するデバイスを考える。このときの入力光には低速の偏光変化とこれよりも変化の速い高速の偏光変化とが含まれる。前記デバイスは、入力光に含まれる低速の偏光変化のみを打ち消す。これにより、低い周波数で観測すると特定の直線偏光状態を示し、かつ高い周波数で観測すると偏光状態の変化が観測されるといった、直線偏光を基準とする高速の偏光変調光を出力することができる。
As described above, in order to convert light of an arbitrary polarization state into complete linearly polarized light, an automatic tracking polarization controller that is already on the market is effective.
However, this automatic tracking polarization controller is not universal for any system that requires polarization control. For example, consider a device having a function of “outputting high-speed polarization-modulated light using as input light polarization-modulated light whose polarization state changes with time and a plurality of frequencies of the change exists”. The input light at this time includes a low-speed polarization change and a high-speed polarization change that is faster than this. The device only cancels the slow polarization change contained in the input light. Accordingly, it is possible to output high-speed polarization-modulated light based on linearly polarized light such that a specific linear polarization state is observed when observed at a low frequency and a change in polarization state is observed when observed at a high frequency.
このような直線偏光を基準とする高速の偏光変調光を光ファイバで伝送すると、低い周波数で観測すると楕円偏光状態を示し、かつ高い周波数で観測すると偏光状態の変化が観測されるといった、楕円偏光を基準とする高速の偏光変調光に変換されることになるが、多くのケースにおいては、この楕円偏光を基準とする高速の偏光変調光を直線偏光を基準とする高速の偏光変調光に再度変換し直す必要が生じる。 When such high-speed polarization-modulated light based on linearly polarized light is transmitted through an optical fiber, elliptically polarized light is observed, which shows an elliptical polarization state when observed at a low frequency, and changes in the polarization state are observed when observed at a high frequency. In many cases, this high-speed polarization-modulated light based on elliptically polarized light is converted again into high-speed polarization-modulated light based on linearly polarized light. It will be necessary to convert it again.
したがって、楕円偏光を基準とする高速の偏光変調光を直線偏光を基準とする高速の偏光変調光に変換する偏光調整器が望まれるところであるが、図15に示した従来の自動追尾型偏波コントローラでは、楕円偏光を基準とする高速の偏光変調光を完全な直線偏光に変換することはできるものの、直線偏光を基準とする高速の偏光変調光に変換することはできないという問題点があった。その理由は、自動追尾型偏波コントローラ内でモニタ用の光を抽出するためにPBS1002を用いていることによる。自動追尾型偏波コントローラに入射した偏光変調光はPBS1002を通過することによって強度変調光に変換されてしまうので、偏光変調光を出力させることができないからである。
Accordingly, there is a need for a polarization controller that converts high-speed polarization-modulated light with elliptically polarized light as a reference into high-speed polarization-modulated light with linearly polarized light as a reference. The conventional automatic tracking polarization shown in FIG. The controller can convert high-speed polarization-modulated light based on elliptically polarized light into perfect linearly-polarized light, but cannot convert it to high-speed polarized light modulated based on linearly polarized light. . The reason is that the PBS 1002 is used to extract monitoring light in the automatic tracking polarization controller. This is because the polarization-modulated light that has entered the automatic tracking polarization controller is converted into intensity-modulated light by passing through the
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、任意の偏光状態の光を別の任意の偏光状態の光に変換することが可能な自動偏光調整器および偏光調整方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、任意の偏光状態を基準とする高速の偏光変調光を別の任意の偏光状態を基準とする高速の偏光変調光に変換することが可能な自動偏光調整器および偏光調整方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and an automatic polarization adjuster and polarization adjustment capable of converting light of an arbitrary polarization state into light of another arbitrary polarization state It aims to provide a method.
The present invention also provides an automatic polarization adjuster and polarization adjustment method capable of converting high-speed polarization-modulated light based on an arbitrary polarization state into high-speed polarization-modulated light based on another arbitrary polarization state. The purpose is to provide.
本発明の自動偏光調整器は、任意の偏光状態を有する入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板と、この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルが予め設定された値になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備えるものである。
また、本発明の自動偏光調整器は、任意の偏光状態を有する入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板と、この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差が零になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備えるものである。
The automatic polarization adjuster of the present invention includes a first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component of input light having an arbitrary polarization state, and the first quarter-wave plate. A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to independent linearly polarized light components of the light that has passed through, and a first separation that splits part of the output light that has passed through the first half-wave plate A second quarter wavelength that is rotated at a constant frequency f with the element and an axis parallel to the traveling direction of the light branched by the first separation element as a rotation axis, and is polarized by passing the branched light. A plate, a second separation element that separates light that has passed through the second quarter-wave plate into P-polarized light and S-polarized light, a first photodetector that photoelectrically converts the P-polarized light, and the S-polarized light A second photodetector that performs photoelectric conversion, an output electrical signal of the first photodetector and an output electrical signal of the second photodetector And the angle of the first half-wave plate is controlled so that the level of the DC component included in the output electrical signal of the differential amplifier becomes a preset value. First control means and second control means for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the component of the frequency 2f included in the output electric signal of the differential amplifier becomes zero. Is.
The automatic polarization adjuster of the present invention includes a first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component of input light having an arbitrary polarization state, and the first quarter-wavelength. A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the plate, and a first that splits part of the output light that has passed through the first half-wave plate. And a
また、本発明の自動偏光調整器は、任意の偏光状態を有する入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板と、この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備えるものである。
また、本発明の自動偏光調整器は、任意の偏光状態を有する入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板と、この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備えるものである。
The automatic polarization adjuster of the present invention includes a first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component of input light having an arbitrary polarization state, and the first quarter-wavelength. A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the plate, and a first that splits part of the output light that has passed through the first half-wave plate. And a
The automatic polarization adjuster of the present invention includes a first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component of input light having an arbitrary polarization state, and the first quarter-wavelength. A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the plate, and a first that splits part of the output light that has passed through the first half-wave plate. And a
また、本発明の自動偏光調整器の1構成例は、さらに、前記周波数fの信号を生成する発振器を備え、前記第2の1/4波長板は、この発振器によって生成された信号に同期して回転し、前記第1の制御手段および第2の制御手段は、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記発振器によって生成された信号を用いるものである。
また、本発明の自動偏光調整器の1構成例は、さらに、前記第2の1/4波長板が自律的に回転する周波数fに同期した信号を前記第2の1/4波長板の回転に基づいて生成する同期信号生成手段を備え、前記第1の制御手段および第2の制御手段は、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記同期信号生成手段によって生成された同期信号を用いるものである。
また、本発明の自動偏光調整器の1構成例において、前記同期信号生成手段は、前記第2の1/4波長板の周辺部に1/4周分の光透過部と1/4周分の光遮蔽部とが交互に配置されるように前記光遮蔽部を構成する2枚の光遮蔽板と、前記第2の1/4波長板の周辺部に同期信号生成用の光を放射する光源と、前記光源から出射して前記光透過部を通過した強度変調光を光電変換して前記同期信号を生成する第3の光検出器とからなるものである。
Further, one configuration example of the automatic polarization adjuster of the present invention further includes an oscillator that generates a signal of the frequency f, and the second quarter-wave plate is synchronized with a signal generated by the oscillator. And the first control means and the second control means extract the local oscillation wave when the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component contained in the output electric signal of the differential amplifier are extracted. As described above, a signal generated by the oscillator is used.
Further, in one configuration example of the automatic polarization adjuster of the present invention, a signal synchronized with a frequency f at which the second quarter-wave plate rotates autonomously is rotated by the second quarter-wave plate. The first control means and the second control means are configured to generate an amplitude of a component of frequency 2f and an amplitude of a component of frequency 4f included in the output electric signal of the differential amplifier. The synchronization signal generated by the synchronization signal generation means is used as a local oscillation wave when extracting the signal.
Further, in one configuration example of the automatic polarization adjuster of the present invention, the synchronization signal generating means includes a light transmitting portion for a quarter turn and a quarter turn for the periphery of the second quarter wavelength plate. The light for generating the synchronization signal is emitted to the two light shielding plates constituting the light shielding unit and the peripheral part of the second quarter-wave plate so that the light shielding units are alternately arranged. It comprises a light source and a third photodetector that photoelectrically converts intensity-modulated light emitted from the light source and passed through the light transmission unit to generate the synchronization signal.
また、本発明の自動偏光調整器の1構成例は、さらに、前記第1の分離素子を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第3の1/4波長板と、この第3の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第2の1/2波長板と、使用者の欲する偏光状態を指定する楕円率ηと方位角ψに基づいて、前記第3の1/4波長板の設定すべき角度θq をθq =ηにより計算して、前記第3の1/4波長板の角度がθq になるように制御する第3の制御手段と、前記第2の1/2波長板の設定すべき角度θh をθh =η+{(ψ−η)/2}により計算して、前記第2の1/2波長板の角度がθh になるように制御する第4の制御手段とを備え、前記第2の1/2波長板を通過した出力光が前記使用者の欲する偏光状態の光となるようにしたものである。
また、本発明の自動偏光調整器の1構成例において、前記第1の1/4波長板に入射する入力光は、偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在する偏光変調光であり、前記第1の制御手段および第2の制御手段による制御の応答周波数の最大値をfC 、前記偏光状態の変化の周波数のうち任意の周波数をfM とすると、fM>fCを満たすようにしたものである。
Further, one configuration example of the automatic polarization adjuster of the present invention further includes a third quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first separation element, A second half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the third quarter-wave plate; an ellipticity η that specifies the polarization state desired by the user; Based on the angle ψ, the angle θ q to be set of the third quarter-wave plate is calculated by θ q = η so that the angle of the third quarter-wave plate becomes θ q. The third control means to be controlled and the angle θ h to be set of the second half-wave plate are calculated by θ h = η + {(ψ−η) / 2}, and the second 1 / and a fourth control means the angle of the half-wave plate is controlled to be theta h, wants the second output light which has passed through the half-wave plate of the said user Henhikarijo It is obtained as a light.
In one configuration example of the automatic polarization adjuster of the present invention, the input light incident on the first quarter-wave plate is polarized light whose polarization state changes with time and a plurality of change frequencies exist. When the maximum value of the response frequency of the control by the first control unit and the second control unit is f C , and an arbitrary frequency among the polarization state change frequencies is f M , f M > f C is satisfied.
また、本発明は、任意の偏光状態を有する入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板と、この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板とを用いて、前記入力光を一定の偏光状態に保持して出力する偏光調整方法であって、前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルが予め設定された値になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備えるものである。
また、本発明の偏光調整方法は、前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差が零になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が最小になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備えるものである。
The present invention also provides a first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light having an arbitrary polarization state, and light that has passed through the first quarter-wave plate. Using the first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to each of the independent linearly polarized light components, the polarization adjustment method for maintaining and outputting the input light in a constant polarization state, A first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the half-wave plate, and a second 1 that rotates at a fixed frequency f about an axis parallel to the traveling direction of the branched light. A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a / 4 wavelength plate, a second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light, and first light for photoelectrically converting the P-polarized light A detection procedure, a second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light, and a first light detection procedure. A differential amplification procedure for differentially amplifying a force electrical signal and an output electrical signal of the second photodetection procedure, and a level of a DC component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure to a preset value The first control procedure for controlling the angle of the first half-wave plate and the first frequency so that the frequency 2f component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is zero. And a second control procedure for controlling the angle of the quarter-wave plate.
The polarization adjusting method according to the present invention includes a first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate, and an axis parallel to the traveling direction of the branched light. A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a fixed frequency f as an axis, and a second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light, a second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light, an output electrical signal of the first light detection procedure, and the second light detection A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the procedure, and a sum or difference between the level of the direct current component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure and the amplitude of the component of the frequency 4f is obtained. Alternatively, the angle of the first half-wave plate can be controlled so that the difference becomes zero. And a second control procedure for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the frequency 2f component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is minimized. It is.
また、本発明の偏光調整方法は、前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備えるものである。
また、本発明の偏光調整方法は、前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備えるものである。
The polarization adjusting method according to the present invention includes a first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate, and an axis parallel to the traveling direction of the branched light. A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a fixed frequency f as an axis, and a second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light, a second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light, an output electrical signal of the first light detection procedure, and the second light detection The differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the procedure, and the absolute value of the ratio between the level of the DC component contained in the output electrical signal of the differential amplification procedure and the amplitude of the component of the frequency 4f is predetermined. A first control for controlling the angle of the first half-wave plate so as to be equal to or less than a threshold value. And the first quarter-wave plate so that the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is equal to or less than the threshold value. And a second control procedure for controlling the angle.
The polarization adjusting method according to the present invention includes a first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate, and an axis parallel to the traveling direction of the branched light. A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a fixed frequency f as an axis, and a second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light, a second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light, an output electrical signal of the first light detection procedure, and the second light detection A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the procedure, and a sum or difference between the level of the direct current component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure and the amplitude of the component of the frequency 4f is obtained. Alternatively, the absolute value of the ratio between the difference level and the amplitude of the frequency 4f component is predetermined. A first control procedure for controlling the angle of the first half-wave plate so as to be less than or equal to a large value, and the amplitude of the frequency 2f component and the frequency 4f included in the output electrical signal of the differential amplification procedure. And a second control procedure for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the ratio of the component amplitude to the threshold value or less.
また、本発明の偏光調整方法の1構成例は、さらに、前記周波数fの信号を生成する発振手順を備え、前記変調手順は、前記発振手順によって生成された信号に同期して前記第2の1/4波長板を回転させ、前記第1の制御手順および第2の制御手順は、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記発振手順によって生成された信号を用いるようにしたものである。
また、本発明の偏光調整方法の1構成例は、さらに、前記第2の1/4波長板が自律的に回転する周波数fに同期した信号を前記第2の1/4波長板の回転に基づいて生成する同期信号生成手順を備え、前記第1の制御手順および第2の制御手順は、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記同期信号生成手順によって生成された同期信号を用いるようにしたものである。
また、本発明の偏光調整方法の1構成例において、前記同期信号生成手順は、前記第2の1/4波長板の周辺部に1/4周分の光透過部と1/4周分の光遮蔽部とを交互に配置し、前記第2の1/4波長板の周辺部に同期信号生成用の光を光源から放射して、前記光源から出射して前記光透過部を通過した強度変調光を光電変換して前記同期信号を生成するようにしたものである。
Further, one configuration example of the polarization adjustment method of the present invention further includes an oscillation procedure for generating a signal of the frequency f, and the modulation procedure is synchronized with the signal generated by the oscillation procedure. The quarter wavelength plate is rotated, and the first control procedure and the second control procedure extract the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component contained in the output electrical signal of the differential amplification procedure. In this case, the signal generated by the oscillation procedure is used as a local oscillation wave.
Further, in one configuration example of the polarization adjustment method of the present invention, a signal synchronized with a frequency f at which the second quarter-wave plate rotates autonomously is used to rotate the second quarter-wave plate. The first control procedure and the second control procedure include an amplitude of a component of frequency 2f and an amplitude of a component of frequency 4f included in an output electric signal of the differential amplification procedure. The synchronization signal generated by the synchronization signal generation procedure is used as the local oscillation wave when extracting the signal.
Further, in one configuration example of the polarization adjustment method of the present invention, the synchronization signal generation procedure includes a light transmitting portion for a quarter turn and a quarter turn for the periphery of the second quarter wavelength plate. Light intensity is alternately emitted from the light source to the periphery of the second quarter-wave plate, emitted from the light source, and passed through the light transmission unit. The synchronizing signal is generated by photoelectrically converting the modulated light.
また、本発明の偏光調整方法の1構成例は、さらに、前記第1の分離手順を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第3の1/4波長板によって光の偏光状態を調整する第1の調整手順と、前記第3の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第2の1/2波長板によって光の偏光状態を調整する第2の調整手順と、使用者の欲する偏光状態を指定する楕円率ηと方位角ψに基づいて、前記第3の1/4波長板の設定すべき角度θq をθq =ηにより計算して、前記第3の1/4波長板の角度がθq になるように制御する第3の制御手順と、前記第2の1/2波長板の設定すべき角度θh をθh =η+{(ψ−η)/2}により計算して、前記第2の1/2波長板の角度がθh になるように制御する第4の制御手順とを備え、前記第2の1/2波長板を通過した出力光が前記使用者の欲する偏光状態の光となるようにしたものである。
また、本発明の偏光調整方法の1構成例において、前記第1の1/4波長板に入射する入力光は、偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在する偏光変調光であり、前記第1の制御手順および第2の制御手順による制御の応答周波数の最大値をfC 、前記偏光状態の変化の周波数のうち任意の周波数をfM とすると、fM>fCを満たすようにしたものである。
In addition, one configuration example of the polarization adjustment method of the present invention further includes a third quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized light component that has passed through the first separation procedure. Polarization of light by a first adjustment procedure for adjusting the polarization state and a second half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linear polarization component of the light that has passed through the third quarter-wave plate. Based on the second adjustment procedure for adjusting the state, the ellipticity η specifying the polarization state desired by the user, and the azimuth angle ψ, the angle θ q to be set of the third quarter-wave plate is set to θ q = Η, and a third control procedure for controlling the angle of the third quarter-wave plate to be θ q and an angle θ h to be set for the second half-wave plate the calculated by θ h = η + {(ψ -η) / 2}, the said angle of the second half-wave plate is controlled to be theta h And a control procedure, in which the output light which has passed through the second half-wave plate is set to be light polarization states wishes of the user.
Further, in one configuration example of the polarization adjustment method of the present invention, the input light incident on the first quarter-wave plate has a polarization modulation in which a polarization state changes with time and a plurality of change frequencies exist. a light, said first control procedure and the maximum value f C of the response frequency of the control by the second control procedure, an arbitrary frequency of the frequency of the change of the polarization state when the f M, f M> f It is intended to satisfy C.
本発明によれば、第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を第1の分離素子によってサンプル光として取り出し、一定の周波数で回転する第2の1/4波長板によってサンプル光を偏光変調し、この偏光変調光を第2の分離素子によって強度変調光に変換してから第1、第2の光検出器によって光電変換して第1の1/4波長板および第1の1/2波長板を制御するのに必要な信号を得るようにしたので、従来の自動追尾型偏波コントローラと異なり、自動偏光調整器の出力光は偏光ビームスプリッタを通過する必要がなくなる。したがって、自動偏光調整器に入力された偏光変調光を、任意の偏光状態を基準とする偏光変調光として出力することが可能になる。 According to the present invention, a part of the output light that has passed through the first half-wave plate is extracted as sample light by the first separation element, and sampled by the second quarter-wave plate that rotates at a constant frequency. The light is polarization-modulated, the polarization-modulated light is converted into intensity-modulated light by the second separation element, and then photoelectrically converted by the first and second photodetectors to be converted into the first quarter-wave plate and the first Therefore, unlike the conventional automatic tracking type polarization controller, the output light of the automatic polarization adjuster does not need to pass through the polarization beam splitter. Therefore, the polarization-modulated light input to the automatic polarization adjuster can be output as polarization-modulated light with an arbitrary polarization state as a reference.
また、第1の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差が零になるように第1の1/2波長板の角度を制御し、第2の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように第1の1/4波長板の角度を制御することにより、第1の1/4波長板と第1の1/2波長板とを容易に制御することができ、S偏光またはP偏光を容易に生成することができる。 Further, the first control means obtains the sum or difference between the level of the direct current component included in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the component of the frequency 4f, and the first control means so that the sum or difference becomes zero. The second control means controls the angle of the first quarter-wave plate so that the frequency 2f component contained in the output electrical signal of the differential amplifier becomes zero. By controlling, the first quarter-wave plate and the first half-wave plate can be easily controlled, and S-polarized light or P-polarized light can be easily generated.
また、第1の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように第1の1/2波長板の角度を制御し、第2の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比がしきい値以下になるように第1の1/4波長板の角度を制御することにより、光学素子の不完全性や電気回路の雑音に影響されることなく第1の1/4波長板と第1の1/2波長板とを制御して、直線偏光を生成することができる。 Further, the first control means sets the first value so that the absolute value of the ratio between the level of the DC component included in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the component of the frequency 4f is equal to or less than a predetermined threshold value. The angle of the half-wave plate is controlled, and the second control means makes the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electric signal of the differential amplifier equal to or less than the threshold value. By controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the first quarter-wave plate and the first quarter-wave plate are not affected by imperfections in the optical element or noise in the electric circuit. The two-wave plate can be controlled to generate linearly polarized light.
また、第1の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように第1の1/2波長板の角度を制御し、第2の制御手段が、差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比がしきい値以下になるように第1の1/4波長板の角度を制御することにより、光学素子の不完全性や電気回路の雑音に影響されることなく第1の1/4波長板と第1の1/2波長板とを制御して、S偏光またはP偏光を生成することができる。 Further, the first control means obtains the sum or difference between the level of the DC component included in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the component of the frequency 4f, and the level of the sum or difference and the component of the frequency 4f The angle of the first half-wave plate is controlled so that the absolute value of the ratio to the amplitude is less than or equal to a predetermined threshold value, and the second control means has a frequency included in the output electric signal of the differential amplifier. By controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the ratio between the amplitude of the 2f component and the amplitude of the frequency 4f component is less than or equal to the threshold value, imperfections in the optical element and electrical circuit By controlling the first quarter-wave plate and the first half-wave plate without being affected by noise, S-polarized light or P-polarized light can be generated.
また、周波数fの信号を生成する発振器を設け、第2の1/4波長板を発振器によって生成された信号に同期して回転させ、第1の制御手段および第2の制御手段が発振器によって生成された信号を局部発振波として用いることにより、差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出することができる。 Also, an oscillator that generates a signal of frequency f is provided, and the second quarter-wave plate is rotated in synchronization with the signal generated by the oscillator, and the first control means and the second control means are generated by the oscillator. By using this signal as a local oscillation wave, it is possible to extract the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component contained in the output electric signal of the differential amplifier.
また、同期信号を第2の1/4波長板の回転に基づいて生成する同期信号生成手段を設けることにより、第2の1/4波長板が周波数fで自律的に回転している場合であっても、差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出することができ、第1の1/4波長板および第1の1/2波長板の角度を制御することができる。 In addition, by providing synchronization signal generation means for generating the synchronization signal based on the rotation of the second quarter wavelength plate, the second quarter wavelength plate is rotated autonomously at the frequency f. Even so, the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component contained in the output electric signal of the differential amplifier can be extracted, and the first quarter-wave plate and the first half-wavelength can be extracted. The angle of the plate can be controlled.
また、第3の1/4波長板と第2の1/2波長板と第3の制御手段と第4の制御手段とを設けることにより、第2の1/2波長板を通過した出力光が使用者の欲する偏光状態の光となるようにすることができる。 Further, by providing the third quarter-wave plate, the second half-wave plate, the third control means, and the fourth control means, the output light that has passed through the second half-wave plate Can be the light in the polarization state desired by the user.
また、第1の制御手段および第2の制御手段による制御の応答周波数の最大値をfC 、偏光状態の変化の周波数のうち任意の周波数をfM としたとき、fM>fCを満たすようにすることにより、第1の1/4波長板に入射する入力光の偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在するような場合に、第1の制御手段および第2の制御手段による制御の応答周波数の最大値fC より低速の偏光変化のみを打ち消すフィルタリング処理を実現することができ、任意の周波数fM より高速の偏光変調光を出力することができる。その結果、低い周波数で観測すると一定の偏光状態を示し、かつ高い周波数で観測すると偏光状態の変化が観測されるといった高速の偏光変調光を出力することができる。 Further, when the maximum value of the response frequency of the control by the first control means and the second control means is f C , and an arbitrary frequency among the change frequencies of the polarization state is f M , f M > f C is satisfied. By doing so, when the polarization state of the input light incident on the first quarter-wave plate changes with time and there are multiple frequencies of the change, the first control means and the first Filtering processing that cancels only the polarization change slower than the maximum value f C of the response frequency of control by the control means 2 can be realized, and the polarization-modulated light faster than the arbitrary frequency f M can be output. As a result, it is possible to output high-speed polarization-modulated light that exhibits a constant polarization state when observed at a low frequency and that changes in the polarization state are observed when observed at a high frequency.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態となる自動偏光調整器の構成例を示すブロック図である。本実施の形態の自動偏光調整器は、入力光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第1の1/4波長板(Quarter-Wave Plate、以下、QWPと略する)100と、第1のQWP100を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板(Half-Wave Plate 、以下、HWPと略する)101と、HWP101を通過した光の一部を分岐させる第1の分離素子であるビームスプリッタ(Beam Splitter 、以下、BSと略する)102と、BS102で分岐した光を偏光変調する第2のQWP103と、第2のQWP103を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子である偏光ビームスプリッタ(Polarizing-Beam Splitter、以下、PBSと略する)104と、PBS104の2つの光出力を光電変換する第1、第2の光検出器(Photodetector 、以下、PDと略する)105,106と、PD105の出力電気信号とPD106の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器107と、差動増幅器107の出力電気信号から直流成分を抽出するローパスフィルタ(Low-pass filter、以下、LPFと略する)108と、LPF108によって抽出された直流成分が予め設定された値になるようにHWP101の角度を制御する第1の制御回路109と、周波数fの信号を生成する発振器110と、発振器110の出力電気信号の2倍の周波数の電気信号を出力する周波数2倍器111と、差動増幅器107の出力電気信号から周波数2fの成分の振幅を抽出する第1のロックインアンプ112と、ロックインアンプ112によって抽出された周波数2fの成分の振幅が零になるように第1のQWP100の角度を制御する第2の制御回路113とを有する。LPF108と第1の制御回路109とは第1の制御手段を構成し、周波数2倍器111とロックインアンプ112と第2の制御回路113とは第2の制御手段を構成している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an automatic polarization adjuster according to the first embodiment of the present invention. The automatic polarization adjuster of the present embodiment includes a first quarter-wave plate (Quarter-Wave Plate, hereinafter abbreviated as QWP) 100 that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light, A first half-wave plate (hereinafter abbreviated as HWP) 101 that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of light that has passed through the
任意の偏光状態(一般には楕円偏光)の入力光は、第1のQWP100とHWP101を通過した後、BS102に入射する。BS102は、QWP100とHWP101を制御するのに必要な信号を抽出するための素子であり、入射した光の一部を反射して分岐させる。BS102で反射した光と透過した光の偏光状態は、BS102に入射した光の偏光状態と等しい。また、自動偏光調整器での光損失を少なくするために、BS102で分岐する光の強度は入射光強度の10%以下であることが望ましい。
Input light in an arbitrary polarization state (generally elliptically polarized light) passes through the
BS102で反射された光は、図1のz方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転している第2のQWP103によって偏光変調される。
図1に示した座標軸と第2のQWP103の主軸との関係を図2に示す。図1では、x−y−z系は右手系であり、光の進行方向(右手の親指と人差指と中指とを互いに直角にしたときの人差指の方向)をz軸、鉛直上向き(親指の方向)をy軸、水平方向(中指の方向)をx軸としている。図2のsl,faは、それぞれQWP103のスロー(slow)軸、ファスト(fast)軸を表す。スロー軸slがx軸となす角度をθとする。
The light reflected by the
The relationship between the coordinate axes shown in FIG. 1 and the main axis of the
このとき、x軸に平行な電界成分を有する光(P偏光)の強度をIx 、y軸に平行な電界成分を有する光(S偏光)の強度をIy とすると、強度Ix,Iyを以下の式で表すことが可能である。 At this time, assuming that the intensity of light (P-polarized light) having an electric field component parallel to the x axis is I x and the intensity of light having an electric field component parallel to the y axis (S polarized light) is I y , the intensity I x , I y can be expressed by the following equation.
ただし、第2のQWP103に入射するP偏光成分の振幅をEx 、S偏光成分の振幅をEy とすると、rはQWP103に入射するS偏光成分とP偏光成分の振幅比(Ey/Ex)であり、δはQWP103に入射するP偏光成分に対するS偏光成分の位相差である。また、P偏光の強度Ix とS偏光の強度Iy とは、PBS104でP偏光とS偏光に分離される前の光強度を1として規格化されており、Ix +Iy =1という関係が成り立っている。つまり、強度Ix,Iyは、それぞれPD105,106で検出される光の強度である。
したがって、差動増幅器107の規格化された出力電気信号Vdiffを次のように表すことができる。
However, if the amplitude of the P-polarized component incident on the
Therefore, the normalized output electric signal V diff of the
第2のQWP103の回転速度は、発振器110から供給される信号に基づいて図示しない回転機構により制御される。ここでは、回転機構は、発振器110で生成された電気信号の周波数をfとしたとき、QWP103を角周波数ω=2πfで回転させるような機構であるとする。これにより、式(5)に示した差動増幅器107の出力電気信号Vdiffを時間tの関数として以下のように書き換えることができる。
The rotation speed of the
つまり、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)は、直流成分、角周波数2ω(周波数2f)の成分、角周波数4ω(周波数4f)の成分の3つの成分を含む。
ところで、直線偏光はP偏光とS偏光の位相差δが零であるので、直線偏光を生成するにはδ=0となるように、つまり角周波数2ωの成分が零となるように何らかの制御をすればよい。また、第1のQWP100の角度を適切に設定すると、任意の偏光状態の光を直線偏光に変換することが可能である(つまり、δ=0とすることができる)。したがって、直線偏光を図1の自動偏光調整器で生成して出力するには、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)における角周波数2ωの成分が零となるように、第1のQWP100の角度を制御すればよい。
That is, the output electric signal V diff (t) of the
By the way, since the phase difference δ between the P-polarized light and the S-polarized light is zero in the linearly polarized light, some control is performed so that δ = 0, that is, the component of the angular frequency 2ω is zero, in order to generate the linearly polarized light. do it. In addition, when the angle of the
直線偏光の偏波面の角度に関する情報は、第2のQWP103に入射するS偏光成分とP偏光成分の振幅比rに含まれている。例えば、偏波面がx軸と45度の角度をなす直線偏光であれば、r=1である。このとき、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分は零になる。また、HWP101は、直線偏光の偏波面をz軸を回転軸として任意の角度で回転させることが可能である。したがって、偏波面がx軸と45度の角度をなす直線偏光を自動偏光調整器で生成して出力するには、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分が零になるように、HWP101の角度を制御すればよい。
Information regarding the angle of the polarization plane of linearly polarized light is included in the amplitude ratio r of the S-polarized component and the P-polarized component incident on the
また、x軸に垂直な偏波面をもつ直線偏光(S偏光)であれば、振幅比r=∞であるので、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分の規格化したレベルは−0.5となり、最小値をとる。したがって、S偏光を自動偏光調整器で生成して出力するには、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルが最小になるように、HWP101の角度を制御すればよい。
Further, since the amplitude ratio r = ∞ for linearly polarized light (S-polarized light) having a polarization plane perpendicular to the x-axis, the DC component of the output electric signal V diff (t) of the
また、y軸に垂直な偏波面をもつ直線偏光(P偏光)であれば、振幅比r=0であるので、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分の規格化したレベルは+0.5となり、最大値をとる。したがって、P偏光を自動偏光調整器で生成して出力するには、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルが最大になるように、HWP101の角度を制御すればよい。
In addition, in the case of linearly polarized light (P-polarized light) having a polarization plane perpendicular to the y-axis, the amplitude ratio r = 0, so the DC component of the output electric signal V diff (t) of the
以上説明したように、任意の直線偏光を生成するには、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分および角周波数2ωの成分を抽出し、これらに応じて第1のQWP100とHWP101の角度を制御する必要がある。
本実施の形態では、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)から直流成分を抽出してHWP101を制御するために、LPF108と第1の制御回路109とを用いている。すなわち、LPF108は、電気信号Vdiff(t)から直流成分を抽出し、第1の制御回路109は、抽出された直流成分のレベルに基づいてHWP101の角度を制御する。所望の直線偏光を生成するためには、抽出された直流成分のレベルに応じて前述のとおりHWP101を制御すればよい。
As described above, in order to generate arbitrary linearly polarized light, the DC component and the angular frequency 2ω component of the output electric signal V diff (t) of the
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)から角周波数2ωの成分を抽出して第1のQWP100を制御するために、発振器110と周波数2倍器111とロックインアンプ112と第2の制御回路113とを用いている。
周波数2倍器111は、発振器110の出力電気信号の2倍の周波数の電気信号を参照信号Vref(t)として出力する。
In this embodiment, in order to extract the component of the angular frequency 2ω from the output electric signal V diff (t) of the
The
図3にロックインアンプ112の機能を示す。ロックインアンプ112は、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の中から周波数2倍器111の参照信号Vret(t)と同一周波数の成分のみを抽出し、この抽出した成分の振幅を示す電圧値の信号Vout(t)を出力する。したがって、ロックインアンプ112は、式(6)におけるsin2ωtの項の係数の絶対値(=振幅)を出力することになる。なお、図3では、ロックインアンプ112の機能を一般化して記載しており、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)のうち角周波数2ωの成分のみを被測定信号Vin(t)として表している。また、図3における角周波数Ωは、本実施の形態では2ωである。
第2の制御回路113は、ロックインアンプ112の出力信号Vout(t)が零になるように、第1のQWP100の角度を制御する。
FIG. 3 shows the function of the lock-in
The
本実施の形態によれば、HWP101を通過した出力光の一部をBS102によってサンプル光として取り出し、一定の周波数で回転する第2のQWP103によってサンプル光を偏光変調し、この偏光変調光をPBS104によって強度変調光に変換してからPD105,106によって光電変換して第1のQWP100およびHWP101を制御するのに必要な信号を得るようにしたので、従来の自動追尾型偏波コントローラと異なり、自動偏光調整器の出力光は偏光ビームスプリッタを通過する必要がなくなる。したがって、自動偏光調整器に入力された偏光変調光を、任意の偏光状態の偏光変調光として出力することが可能になる。
According to the present embodiment, a part of the output light that has passed through the
[第2の実施の形態]
次に、本実施の形態の第2の実施の形態について説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態となる自動偏光調整器の構成例を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態は、図1の自動偏光調整器に対して、発振器110の出力電気信号の4倍の周波数の電気信号を出力する周波数4倍器114と、差動増幅器107の出力電気信号から周波数4fの成分の振幅を抽出する第2のロックインアンプ115と、差動増幅器107の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求める演算器116とを追加したものである。LPF108と周波数4倍器114と第2のロックインアンプ115と演算器116と第1の制御回路109とは第1の制御手段を構成し、周波数2倍器111とロックインアンプ112と第2の制御回路113とは第2の制御手段を構成している。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present embodiment will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of an automatic polarization adjuster according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
In the present embodiment, the frequency quadruple 114 that outputs an electric signal having a frequency four times that of the output electric signal of the
第1の実施の形態では、S偏光またはP偏光を生成して出力する場合、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分が最小または最大になるようにHWP101を制御しているが、現実的には電気信号Vdiff(t)のレベルを最小値または最大値に保つのは必ずしも簡単ではなく、信号レベルを零に保つほうが容易である。
In the first embodiment, when generating and outputting S-polarized light or P-polarized light, the
第1の実施の形態では、S偏光を生成する場合、数式(6)から差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分の規格化したレベルは−0.5となり、出力電気信号Vdiff(t)の角周波数4ωの成分の規格化した振幅は+0.5となる。そこで、S偏光を生成する場合には、周波数4倍器114と第2のロックインアンプ115とを用いて差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)から角周波数4ωの成分を抽出し、この4ωの成分の振幅と直流成分のレベルとの和を演算器116で求め、演算器116の出力電気信号のレベルが零になるように制御すればよい。
In the first embodiment, when generating S-polarized light, the normalized level of the direct current component of the output electric signal V diff (t) of the
すなわち、周波数4倍器114は、発振器110の出力電気信号の4倍の周波数の電気信号を参照信号として出力し、ロックインアンプ115は、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の中から周波数4倍器114の参照信号と同一周波数の成分のみを抽出し、この抽出した成分の振幅を示す電圧値の信号を出力する。演算器116は、ローパスフィルタ108の出力電気信号と第2のロックインアンプ115の出力電気信号との和を求めて出力し、第1の制御回路109は、演算器116の出力電気信号が零になるように、HWP101の角度を制御する。
That is, the
また、第1の実施の形態において、P偏光を生成する場合、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分の規格化したレベルは+0.5となり、出力電気信号Vdiff(t)の角周波数4ωの成分の規格化した振幅も+0.5となる。そこで、P偏光を生成する場合、演算器116は、ローパスフィルタ108の出力電気信号と第2のロックインアンプ115の出力電気信号との差を求めて出力し、第1の制御回路109は、演算器116の出力電気信号のレベルが零になるように、HWP101の角度を制御すればよい。
本実施の形態によれば、第1のQWP100と第1のHWPの角度を第1の実施の形態よりも容易に制御することができ、S偏光またはP偏光を容易に生成することができる。
In the first embodiment, when generating P-polarized light, the normalized level of the DC component of the output electric signal V diff (t) of the
According to the present embodiment, the angle between the
[第3の実施の形態]
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図5は、本発明の第3の実施の形態となる自動偏光調整器の構成例を示すブロック図であり、図1、図4と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態の自動偏光調整器は、第1のQWP100と、HWP101と、BS102と、第2のQWP103と、PBS104と、PD105,106と、差動増幅器107と、LPF108と、発振器110と、周波数2倍器111と、第1のロックインアンプ112と、周波数4倍器114と、第2のロックインアンプ115と、LPF108によって抽出された直流成分のレベルと第2のロックインアンプ115によって抽出された周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるようにHWP101の角度を制御する第1の制御回路109aと、第1のロックインアンプ112によって抽出された周波数2fの成分の振幅と第2のロックインアンプ115によって抽出された周波数4fの成分の振幅との比がしきい値以下になるように第1のQWP100の角度を制御する第2の制御回路113aとを有する。LPF108と周波数4倍器114と第2のロックインアンプ115と第1の制御回路109aとは第1の制御手段を構成し、周波数2倍器111と第1のロックインアンプ112と周波数4倍器114と第2のロックインアンプ115と第2の制御回路113aとは第2の制御手段を構成している。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of an automatic polarization adjuster according to the third embodiment of the present invention. The same components as those in FIGS. 1 and 4 are given the same reference numerals.
The automatic polarization adjuster of the present embodiment includes a
第1の実施の形態では、例えば偏波面がx軸と45度の角度をなす直線偏光を生成する場合、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分と角周波数2ωの成分とが共に零になるように第1のQWP100とHWP101とを制御していた。しかし、現実には、光学素子の不完全性や電気回路の雑音などにより、信号レベルを完全に零にするのが困難な場合がある。そこで、本実施の形態では、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分と角周波数2ωの成分とが角周波数4ωの成分に対して相対的に小さくなるように調整することで、第1の実施の形態と同等の制御を実現する。
In the first embodiment, for example, when generating linearly polarized light whose polarization plane forms an angle of 45 degrees with the x axis, the direct current component of the output electric signal V diff (t) of the
すなわち、本実施の形態では、LPF108によって抽出した差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルと、第2のロックインアンプ115によって抽出した電気信号Vdiff(t)の角周波数4ωの成分の振幅とを第1の制御回路109aで比較し、また第1のロックインアンプ112によって抽出した電気信号Vdiff(t)の角周波数2ωの成分の振幅と、第2のロックインアンプ115によって抽出した角周波数4ωの成分の振幅とを第2の制御回路113aで比較する。
That is, in this embodiment, the level of the DC component of the output electrical signal V diff of the
そして、第1の制御回路109aは、直流成分のレベルと角周波数4ωの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように、HWP101の角度を制御し、第2の制御回路113aは、角周波数2ωの成分の振幅と角周波数4ωの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように、第1のQWP100の角度を制御する。
本実施の形態によれば、光学素子の不完全性や電気回路の雑音に影響されることなく、第1のQWP100と第1のHWP101とを制御して、直線偏光を生成することができる。
Then, the
According to the present embodiment, linearly polarized light can be generated by controlling the
[第4の実施の形態]
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。第3の実施の形態では、差動増幅器107の出力電気信号に含まれる直流成分を零にする場合、すなわち偏波面がx軸と45度の角度を保つ直線偏光を生成する場合について説明したが、第2の実施の形態を応用してS偏光またはP偏光を生成することもできる。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the case where the direct current component included in the output electric signal of the
S偏光を生成するためには、第2の実施の形態で説明したとおり、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルと角周波数4ωの成分の振幅との和が零になるようにHWP101の角度を制御すればよい。そこで、図5に示した第3の実施の形態の自動偏光調整器において、第1の制御回路109aは、LPF108によって抽出された電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルと第2のロックインアンプ115によって抽出された電気信号Vdiff(t)の角周波数4ωの成分の振幅との和を内部の演算器(不図示)によって求める。そして、第1の制御回路109aは、演算器で求めた和のレベルと角周波数4ωの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように、HWP101の角度を制御する。第2の制御回路113aの動作は第3の実施の形態と同じである。こうして、S偏光を生成することができる。
In order to generate S-polarized light, as described in the second embodiment, the sum of the level of the DC component of the output electric signal V diff (t) of the
また、P偏光を生成するためには、第2の実施の形態で説明したとおり、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルと角周波数4ωの成分の振幅との差が零になるようにHWP101の角度を制御すればよい。すなわち、第3の実施の形態の自動偏光調整器において、第1の制御回路109aは、LPF108によって抽出された電気信号Vdiff(t)の直流成分のレベルと第2のロックインアンプ115によって抽出された電気信号Vdiff(t)の角周波数4ωの成分の振幅との差を内部の演算器によって求める。そして、第1の制御回路109aは、演算器で求めた差のレベルと角周波数4ωの成分の振幅との比の絶対値が前述のしきい値以下になるように、HWP101の角度を制御する。こうして、P偏光を生成することができる。
In order to generate P-polarized light, as described in the second embodiment, the level of the direct current component of the output electric signal V diff (t) of the
本実施の形態によれば、光学素子の不完全性や電気回路の雑音に影響されることなく、第1のQWP100と第1のHWP101とを制御して、S偏光またはP偏光を生成することができる。
According to the present embodiment, S-polarized light or P-polarized light is generated by controlling the
[第5の実施の形態]
次に、本発明の第5の実施の形態について説明する。図6は、本発明の第5の実施の形態となる自動偏光調整器の構成例を示すブロック図であり、図1、図4、図5と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態の自動偏光調整器は、第1のQWP100と、HWP101と、BS102と、PBS104と、PD105,106と、差動増幅器107と、LPF108と、第1の制御回路109aと、第1のロックインアンプ112と、第2の制御回路113aと、第2のロックインアンプ115と、一定の周波数fで自律的に回転し、BS102で分岐した光を偏光変調する第2のQWP103aと、第2のQWP103aの周辺部に同期信号生成用の光を放射する光源118と、光源118から出射して第2のQWP103aの周辺の光透過部を通過した強度変調光を光電変換する第3のPD119と、第3のPD119から出力された同期信号から周波数2fを成分を抽出する第1のバンドパスフィルタ(Band-pass filtr 、以下、BPFと略する)120と、第3のPD119から出力された同期信号から周波数4fを成分を抽出する第2のBPF121とを有する。LPF108と第2のBPF121と第2のロックインアンプ115と第1の制御回路109aとは第1の制御手段を構成し、第1のBPF120と第1のロックインアンプ112と第2のBPF121と第2のロックインアンプ115と第2の制御回路113aとは第2の制御手段を構成している。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of an automatic polarization adjuster according to the fifth embodiment of the present invention. The same reference numerals are given to the same configurations as those in FIGS. is there.
The automatic polarization adjuster of the present embodiment includes a
本実施の形態においては、第2のQWP103aは、発振器の出力信号に同期しているのではなく、図示しない回転機構の制御により、一定の周波数fで自律的に回転を続けている。このため、その周波数に同期した同期信号を得るために、同期信号取得用の光源118とPD119とを用いる。本実施の形態の第2のQWP103aの構造を図7に示す。
In the present embodiment, the second QWP 103a does not synchronize with the output signal of the oscillator but continues to rotate autonomously at a constant frequency f under the control of a rotation mechanism (not shown). Therefore, in order to obtain a synchronization signal synchronized with the frequency, the
光源118から出射した光は、QWP103aの本体とそのホルダ1030との間の部分に向かう。ホルダ1030は、QWP103aを回転自在に支える固定部材である。QWP103aの周辺部には、1/4周分の光遮蔽部1031と1/4周分の光透過部1032とが交互に配置されている。2つの光遮蔽部1031は、2枚の光遮蔽板によって実現される。QWP103aの本体と光遮蔽板とは一体になっており、角周波数ω=2πfで回転する。
Light emitted from the
その結果、光源118から出射して光透過部1032を通過してPD119に達した光を光電変換した結果得られるPD119の出力電気信号は、図8(a)のようになる。図8において、TはT=2π/ω=1/fであり、QWP103aおよび光遮蔽板が一回転するのに要する時間を表す。
As a result, the output electric signal of the
PD119から出力された同期信号は、周波数2fの整数倍の周波数成分を含む。したがって、第2のQWP103aが回転する周波数fの2倍の周波数2fの成分を第1のBPF120によって図8(b)のように抽出し、4倍の周波数4fの成分を第2のBPF121によって図8(c)のように抽出することができる。第1のBPF120は、抽出した成分を第1のロックインアンプ112用の参照信号として出力し、第2のBPF121は、抽出した成分を第2のロックインアンプ115用の参照信号として出力する。
The synchronization signal output from the
第1のロックインアンプ112は、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)の中からBPF120の参照信号と同一の周波数2fの成分を抽出し、この抽出した成分の振幅を示す電圧値の信号を出力し、第2のロックインアンプ115は、電気信号Vdiff(t)の中からBPF121の参照信号と同一の周波数4fの成分を抽出し、この抽出した成分の振幅を示す電圧値の信号を出力する。第1の制御回路109aと第2の制御回路113aの動作は、第3の実施の形態または第4の実施の形態で説明したとおりである。
The first lock-in
本実施の形態によれば、第2のQWP103aが一定の周波数fで自律的に回転している場合であっても、このQWP103aの回転に基づいて同期信号を生成し、この同期信号に基づいて、差動増幅器107の出力電気信号Vdiff(t)に含まれる周波数2fの成分および周波数4fの成分を抽出することができ、第1のQWP100および第1のHWP101の角度を制御することができる。
According to the present embodiment, even if the second QWP 103a is autonomously rotating at a constant frequency f, a synchronization signal is generated based on the rotation of the QWP 103a, and based on the synchronization signal The frequency 2f component and the frequency 4f component included in the output electric signal V diff (t) of the
[第6の実施の形態]
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。図9は、本発明の第6の実施の形態となる自動偏光調整器の構成例を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。
本実施の形態の自動偏光調整器は、第1の実施の形態の自動偏光調整器に対して、BS102を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第3のQWP122と、第3のQWP122を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第2のHWP123と、使用者の欲する偏光状態を指定する楕円率と方位角に基づいて第3のQWP122および第2のHWP123の設定すべき角度を計算して、第3のQWP122および第2のHWP123の角度を制御する計算機124と、使用者が所望の偏光状態を指定するための入力用インタフェース125とを加えることで、直線偏光だけでなく任意の偏光を出力できるようにしたものである。計算機124と入力用インタフェース125とは、第3の制御手段と第4の制御手段とを構成している。
[Sixth Embodiment]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of an automatic polarization adjuster according to the sixth embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
The automatic polarization adjuster of the present embodiment has a
一般に、QWPおよびHWPの角度を適当に設定することにより、直線偏光を任意の偏光状態に変換することが可能である。本実施の形態では、まず使用者が出力したい光の偏光状態を入力用インタフェース125に入力する。第1の実施の形態で説明したとおり、第2のQWP103に入射するS偏光成分とP偏光成分の振幅比rと、第2のQWP103に入射するP偏光成分とS偏光成分の位相差δとを指定することによって所望の偏光状態を指定することができるが、より直感的にわかりやすいパラメータとして、出力したい光の偏光状態の楕円率ηと方位角ψとを指定する。
In general, linearly polarized light can be converted into an arbitrary polarization state by appropriately setting the angles of QWP and HWP. In this embodiment, first, the polarization state of light that the user wants to output is input to the
出力光の偏光状態の楕円率ηと方位角ψの定義を図10に示す。ただし、楕円率ηの定義域は−π/4≦η≦π/4であり、楕円率ηが正のときは右回り偏光、負のときは左回り偏光と定義する。方位角ψは、楕円の長軸とx軸のなす角であり、その定義域は−π/2≦ψ≦π/2である。 FIG. 10 shows definitions of the ellipticity η and the azimuth angle ψ of the polarization state of the output light. However, the definition range of the ellipticity η is −π / 4 ≦ η ≦ π / 4. When the ellipticity η is positive, it is defined as clockwise polarization, and when it is negative, it is defined as counterclockwise polarization. The azimuth angle ψ is an angle formed by the major axis of the ellipse and the x-axis, and its domain is −π / 2 ≦ ψ ≦ π / 2.
第3のQWP122の角度を適当に設定することにより、直線偏光を任意の楕円率を有する偏光に変換することができるが、変換された偏光の方位角を調整することはできない。一方、第2のHWP123の角度を適当に設定することにより、任意の偏光の方位角を変換することが可能であるが、楕円率ηの符号(回転方向)が反転する。この様子を図11に示す。ここでは、x軸に平行な電界成分を有する直線偏光を、楕円率η、方位角ψの楕円偏光に変換する例を示している。
By appropriately setting the angle of the
図11(a)において、slq,faqはそれぞれ第3のQWP122のスロー軸、ファスト軸を表す。スロー軸slq がx軸となす角度をθq とする。図11(a)に示したように、まず第3のQWP122のスロー軸slqがx軸となす角度θq をηに設定し、楕円率が−ηで方位角がηの楕円偏光を生成する。
In FIG. 11A, sl q and fa q represent the slow axis and fast axis of the
次に、図11(b)に示したように第2のHWP123によって方位角を調整する。図11(b)において、slh,fahはそれぞれ第2のHWP123のスロー軸、ファスト軸を表す。スロー軸slh がx軸となす角度をθh とする。第2のHWP123は、スロー軸slh に対して対称な位置に楕円の方位角ψを変換し、さらに楕円率ηの絶対値を保ちつつ、楕円率ηの符号を反転させるという機能を有する。このようなHWP123とQWP122の機能を考慮した場合、入力用インタフェース125に入力されたパラメータである楕円率ηと方位角ψに対して、θq =η、θh =η+{(ψ−η)/2}とすれば、入力されたパラメータを有する偏光を得ることができる。
Next, the azimuth angle is adjusted by the
計算機124は、入力用インタフェース125から入力された楕円率ηと方位角ψに基づいて上記のように角度θqとθh を計算し、第3のQWP122のスロー軸slqとx軸とのなす角が計算した角度θq になるように、第3のQWP122の角度を制御すると共に、第2のHWP123のスロー軸slh とx軸とのなす角が計算した角度θh になるように、第2のHWP123の角度を制御する。
The
こうして、本実施の形態によれば、使用者が指定したパラメータを有する偏光状態の光を安定に出力することが可能になる。
なお、第3のQWP122には常に方位角が一定の直線偏光が入射するので、角度θqとθh をいったん設定した後は、第3のQWP122と第2のHWP123を第1のQWP100や第1のHWP101のように動的に制御する必要はない。
また、本実施の形態では、第1の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、第2の実施の形態〜第5の実施の形態に適用してもよい。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to stably output light in a polarization state having parameters specified by the user.
Since linearly polarized light with a constant azimuth angle is always incident on the
In this embodiment, the case where the present invention is applied to the first embodiment has been described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and the present invention is applicable to the second to fifth embodiments. May be.
[第7の実施の形態]
次に、本発明の第7の実施の形態について説明する。図12は、本発明の第7の実施の形態となる磁界センサの構成例を示すブロック図である。
図12の磁界センサは、第1の実施の形態〜第6の実施の形態の自動偏光調整器を応用した例を示し、磁気光学結晶131を備えるセンサヘッド部11と、センサヘッド部11の出力に基づいて被測定磁界を検出する信号処理部12と、信号処理部12からの光をセンサヘッド部11に伝送する偏波保持ファイバ(Polarization-maintaining fiber、以下、PMFと略する)13と、センサヘッド部11からの光を信号処理部12に伝送する光ファイバ14とからなる。
[Seventh Embodiment]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of a magnetic field sensor according to the seventh embodiment of the present invention.
The magnetic field sensor of FIG. 12 shows an example in which the automatic polarization adjuster of the first to sixth embodiments is applied, and includes a sensor head unit 11 including a magneto-optic crystal 131 and an output of the sensor head unit 11. A
センサヘッド部11は、PMF13から出射した光ビームを平行光に変換して磁気光学結晶131の第1面に入射させるレンズ130と、磁気光学結晶131と、磁気光学結晶131中を伝搬して磁気光学結晶131の第1面と対向する第2面から出射した光を集光して光ファイバ4に入射させるレンズ132とを有する。
The sensor head unit 11 propagates through the lens 130 that converts the light beam emitted from the
信号処理部12は、直線偏光を放射する光源200と、光ファイバ14によって伝送された光を予め設定された角度の偏波面を有する直線偏光に変換する直線偏光生成器201と、直線偏光生成器201の出力光をS偏光とP偏光に分離するPBS203と、PBS203の2つの光出力を光電変換するPD204,205と、PD204と205の出力電気信号を差動増幅する差動増幅器206と、差動増幅器206の出力電気信号に基づいて被測定電界を検出する電気信号測定器207とを有する。
The
本実施の形態の磁界センサでは、光ファイバ4によって直線偏光生成器201に伝送される偏光変調光の偏光状態が、光ファイバ4の温度変化や光ファイバ4に加わる応力によりランダムに変化する。
このため、光ファイバ4に加わった応力や光ファイバ4の温度変化に起因する低速の偏光変化を打ち消し、被測定磁界に起因する高速の偏光変化がそのまま出力されるようにする必要がある。このような機能を有する手段が直線偏光生成器201であり、本実施の形態は直線偏光生成器201の構成として、第1の実施の形態〜第6の実施の形態の自動偏光調整器を用いたものである。
In the magnetic field sensor of the present embodiment, the polarization state of the polarization-modulated light transmitted to the linearly polarized
For this reason, it is necessary to cancel the low-speed polarization change caused by the stress applied to the optical fiber 4 or the temperature change of the optical fiber 4 and to output the high-speed polarization change caused by the magnetic field to be measured as it is. The means having such a function is a
光源200を出射した直線偏光は、PMF13によって直線偏光のままセンサヘッド部11に伝送され、センサヘッド部11内のレンズ130によって平行光に変換され、磁気光学結晶131に入射する。磁気光学結晶131は、被測定磁界の振幅に応じて直線偏光の偏波面を回転させるという機能を有する。図12のA点、C点における光の偏光状態を図13(a)〜図13(d)に示し、図12のB点における光の偏光状態を図13(e)〜図13(h)に示す。また、図13(i)は、時刻tの関数として被測定磁界H(t)を表したものであり、H(t1 )=0、H(t2 )>0、H(t3 )=0、H(t4 )<0であることを表している。
The linearly polarized light emitted from the
磁気光学結晶131を通過した図12のA点における光の偏光状態は、被測定磁界H(t)に応じて図13(a)〜図13(d)のように変化する。このような偏光変調光を光ファイバ14で伝送すると、図12のB点における光の偏光状態は、被測定磁界H(t)に応じて図13(e)〜図13(h)のように変化する。 The polarization state of the light at point A in FIG. 12 that has passed through the magneto-optical crystal 131 changes as shown in FIGS. 13A to 13D according to the magnetic field H (t) to be measured. When such polarization-modulated light is transmitted through the optical fiber 14, the polarization state of the light at the point B in FIG. 12 is as shown in FIGS. 13 (e) to 13 (h) in accordance with the measured magnetic field H (t). Change.
第1の実施の形態〜第6の実施の形態で説明した自動偏光調整器(直線偏光生成器201)の制御機構が有効に働く応答周波数の最大値をfC 、被測定磁界H(t)の周波数をfM とすると、fM>fCを満たしている場合は、被測定磁界H(t)に起因する光の偏光変化に直線偏光生成器201の制御が追随できないため、図12のC点における光の偏光状態はA点における状態と等しくなる。本実施の形態における直線偏光生成器201の機能は、光ファイバ14内を伝播することによって生じた静的な偏光変化を補償するためのものであるので、fC を大きくする必要は無く、fM>fCを満たすように設定することは十分可能である。
The maximum value of the response frequency at which the control mechanism of the automatic polarization adjuster (linear polarization generator 201) described in the first to sixth embodiments works effectively is f C , and the measured magnetic field H (t). of the a and f M frequency, If you meet f M> f C, since the control of the linearly polarized
図14(a)に被測定磁界H(t)の波形を示す。そして、第1の実施の形態〜第6の実施の形態の自動偏光調整器を図12の直線偏光生成器201として用いた場合のPD204,205の出力電気信号V1(t),V2(t)、差動増幅器206の出力電気信号ΔV(t)をそれぞれ図14(b)、図14(c)、図14(d)に示す。PD204,205は、PBS203によって分割されたS偏光およびP偏光の強度に比例した電気信号V1(t),V2(t)を出力する。差動増幅器206の出力電気信号ΔV(t)は、被測定磁界H(t)と同じ波形であるので、電気信号測定器207により電気信号ΔV(t)を検出することにより、被測定磁界H(t)を検出することができる。
FIG. 14A shows the waveform of the magnetic field to be measured H (t). Then, when the automatic polarization adjusters of the first to sixth embodiments are used as the linearly polarized
また、直線偏光生成器201の構成に自動偏光調整器を用いなかった場合のPD204,205の出力電気信号V1(t),V2(t)、差動増幅器206の出力電気信号ΔV(t)をそれぞれ図14(e)、図14(f)、図14(g)に示す。図14(d)と図14(g)を比べると、本発明の自動偏光調整器を用いることによって振幅の大きい信号を得ることができるばかりでなく、直流成分(オフセット)を含まない電気信号△V(t)を得ることができるので、後段の電気信号測定器207に余計な負荷をかけずに高感度な検出を行うことが可能になる。
Further, the output electric signals V 1 (t) and V 2 (t) of the
以上のように、本実施の形態によれば、直線偏光生成器201の応答周波数の最大値をfC 、直線偏光生成器201に入射する光の偏光変化の周波数のうち任意の周波数をfM としたとき、fM>fCを満たすようにすることにより、応答周波数の最大値fC より低速の偏光変化のみを打ち消すフィルタリング処理を実現することができ、周波数fM より高速の偏光変調光を直線偏光生成器201から出力することができる。
As described above, according to the present embodiment, the maximum value of the response frequency of the linearly polarized
なお、本実施の形態では、磁気光学結晶を用いた磁界センサについて説明したが、電気光学結晶を用いた電界センサに対しても、第1の実施の形態〜第6の実施の形態の自動偏光調整器を本実施の形態と同様に適用することが可能である。 In the present embodiment, the magnetic field sensor using the magneto-optic crystal has been described. However, the automatic polarization of the first to sixth embodiments is also applied to the electric field sensor using the electro-optic crystal. The adjuster can be applied in the same manner as this embodiment.
本発明は、通信システムやセンサに適用することができる。 The present invention can be applied to communication systems and sensors.
100…第1の1/4波長板、101…1/2波長板、102…ビームスプリッタ、103、103a…第2の1/4波長板、104、203…偏光ビームスプリッタ、105、106、119、204、205…光検出器、107、206…差動増幅器、108…ローパスフィルタ、109、109a…第1の制御回路、110…発振器、111…周波数2倍器、112…第1のロックインアンプ、113、113a…第2の制御回路、114…周波数4倍器、115…第2のロックインアンプ、116…演算器、118、200…光源、120…第1のバンドパスフィルタ、121…第2のバンドパスフィルタ、122…第3の1/4波長板、123…第2の1/2波長板、124…計算機、125…入力用インタフェース、11…センサヘッド部、12…信号処理部、13…偏波保持ファイバ、14…光ファイバ、130、132…レンズ、131…磁気光学結晶、201…直線偏光生成器、207…電気信号測定器。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、
この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、
この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、
この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルが予め設定された値になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、
前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備え、
前記第1の分離素子を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする自動偏光調整器。 A first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light having an arbitrary polarization state;
A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first quarter-wave plate;
A first separation element that branches part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A second quarter-wave plate that rotates at a constant frequency f with an axis parallel to the traveling direction of the light branched by the first separation element as a rotation axis, and that modulates polarization by passing the branched light;
A second separation element that separates light that has passed through the second quarter-wave plate into P-polarized light and S-polarized light;
A first photodetector for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second photodetector for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplifier for differentially amplifying the output electrical signal of the first photodetector and the output electrical signal of the second photodetector;
First control means for controlling the angle of the first half-wave plate so that the level of the DC component contained in the output electric signal of the differential amplifier becomes a preset value;
Second control means for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the component of the frequency 2f included in the output electric signal of the differential amplifier becomes zero,
An automatic polarization adjuster characterized in that the output light that has passed through the first separation element always becomes a constant linearly polarized light.
この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、
この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、
この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、
この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差が零になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、
前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備え、
前記第1の分離素子を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする自動偏光調整器。 A first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light having an arbitrary polarization state;
A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first quarter-wave plate;
A first separation element that branches part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A second quarter-wave plate that rotates at a constant frequency f with an axis parallel to the traveling direction of the light branched by the first separation element as a rotation axis, and that modulates polarization by passing the branched light;
A second separation element that separates light that has passed through the second quarter-wave plate into P-polarized light and S-polarized light;
A first photodetector for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second photodetector for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplifier for differentially amplifying the output electrical signal of the first photodetector and the output electrical signal of the second photodetector;
The sum or difference between the level of the direct current component included in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the component of the frequency 4f is obtained, and the first half-wave plate of the first half-wave plate is set so that this sum or difference becomes zero. First control means for controlling the angle;
Second control means for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the component of the frequency 2f included in the output electric signal of the differential amplifier becomes zero,
An automatic polarization adjuster characterized in that the output light that has passed through the first separation element always becomes a constant linearly polarized light.
この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、
この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、
この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、
この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、
前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備え、
前記第1の分離素子を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする自動偏光調整器。 A first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light having an arbitrary polarization state;
A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first quarter-wave plate;
A first separation element that branches part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A second quarter-wave plate that rotates at a constant frequency f with an axis parallel to the traveling direction of the light branched by the first separation element as a rotation axis, and that modulates polarization by passing the branched light;
A second separation element that separates light that has passed through the second quarter-wave plate into P-polarized light and S-polarized light;
A first photodetector for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second photodetector for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplifier for differentially amplifying the output electrical signal of the first photodetector and the output electrical signal of the second photodetector;
The angle of the first half-wave plate so that the absolute value of the ratio between the level of the DC component contained in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the frequency 4f component is less than a predetermined threshold value. First control means for controlling
The angle of the first quarter-wave plate is controlled so that the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electric signal of the differential amplifier is equal to or less than the threshold value. Second control means for
An automatic polarization adjuster characterized in that the output light that has passed through the first separation element always becomes a constant linearly polarized light.
この第1の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第1の1/2波長板と、
この第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離素子と、
この第1の分離素子で分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転し、前記分岐した光を通過させて偏光変調する第2の1/4波長板と、
この第2の1/4波長板を通過した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離素子と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出器と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力電気信号と前記第2の光検出器の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅器と、
この差動増幅器の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手段と、
前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手段とを備え、
前記第1の分離素子を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする自動偏光調整器。 A first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linearly polarized component of input light having an arbitrary polarization state;
A first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first quarter-wave plate;
A first separation element that branches part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A second quarter-wave plate that rotates at a constant frequency f with an axis parallel to the traveling direction of the light branched by the first separation element as a rotation axis, and that modulates polarization by passing the branched light;
A second separation element that separates light that has passed through the second quarter-wave plate into P-polarized light and S-polarized light;
A first photodetector for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second photodetector for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplifier for differentially amplifying the output electrical signal of the first photodetector and the output electrical signal of the second photodetector;
The sum or difference between the level of the DC component contained in the output electric signal of the differential amplifier and the amplitude of the component of the frequency 4f is obtained, and the absolute value of the ratio between the level of the sum or difference and the amplitude of the component of the frequency 4f is obtained. First control means for controlling the angle of the first half-wave plate so as to be below a predetermined threshold;
The angle of the first quarter-wave plate is controlled so that the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electric signal of the differential amplifier is equal to or less than the threshold value. Second control means for
An automatic polarization adjuster characterized in that the output light that has passed through the first separation element always becomes a constant linearly polarized light.
さらに、前記周波数fの信号を生成する発振器を備え、
前記第2の1/4波長板は、この発振器によって生成された信号に同期して回転し、
前記第1の制御手段および第2の制御手段は、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記発振器によって生成された信号を用いることを特徴とする自動偏光調整器。 The automatic polarization adjuster according to any one of claims 1 to 4,
Furthermore, an oscillator for generating a signal of the frequency f is provided,
The second quarter-wave plate rotates in synchronization with the signal generated by the oscillator,
The first control means and the second control means are used by the oscillator as a local oscillation wave when extracting the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component contained in the output electric signal of the differential amplifier. An automatic polarization adjuster using the generated signal.
さらに、前記第2の1/4波長板が自律的に回転する周波数fに同期した信号を前記第2の1/4波長板の回転に基づいて生成する同期信号生成手段を備え、
前記第1の制御手段および第2の制御手段は、前記差動増幅器の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記同期信号生成手段によって生成された同期信号を用いることを特徴とする自動偏光調整器。 The automatic polarization adjuster according to any one of claims 1 to 4,
Furthermore, a synchronization signal generating means for generating a signal synchronized with the frequency f at which the second quarter-wave plate rotates autonomously based on the rotation of the second quarter-wave plate,
The first control unit and the second control unit are configured to output the synchronization signal as a local oscillation wave when extracting the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electric signal of the differential amplifier. An automatic polarization adjuster using a synchronization signal generated by a generating means.
前記同期信号生成手段は、
前記第2の1/4波長板の周辺部に1/4周分の光透過部と1/4周分の光遮蔽部とが交互に配置されるように前記光遮蔽部を構成する2枚の光遮蔽板と、
前記第2の1/4波長板の周辺部に同期信号生成用の光を放射する光源と、
前記光源から出射して前記光透過部を通過した強度変調光を光電変換して前記同期信号を生成する第3の光検出器とからなることを特徴とする自動偏光調整器。 The automatic polarization adjuster according to claim 6, wherein
The synchronization signal generating means includes
Two sheets constituting the light shielding portion so that a light transmitting portion for a quarter turn and a light shielding portion for a quarter turn are alternately arranged on the periphery of the second quarter wavelength plate A light shielding plate,
A light source that emits light for generating a synchronization signal to the periphery of the second quarter-wave plate;
An automatic polarization adjuster comprising: a third photodetector that photoelectrically converts intensity-modulated light emitted from the light source and passed through the light transmission unit to generate the synchronization signal.
さらに、前記第1の分離素子を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第3の1/4波長板と、
この第3の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第2の1/2波長板と、
使用者の欲する偏光状態を指定する楕円率ηと方位角ψに基づいて、前記第3の1/4波長板の設定すべき角度θq をθq =ηにより計算して、前記第3の1/4波長板の角度がθq になるように制御する第3の制御手段と、
前記第2の1/2波長板の設定すべき角度θh をθh =η+{(ψ−η)/2}により計算して、前記第2の1/2波長板の角度がθh になるように制御する第4の制御手段とを備え、
前記第2の1/2波長板を通過した出力光が前記使用者の欲する偏光状態の光となるようにすることを特徴とする自動偏光調整器。 The automatic polarization adjuster according to any one of claims 1 to 7,
A third quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first separation element;
A second half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the third quarter-wave plate;
Based on the ellipticity η specifying the polarization state desired by the user and the azimuth angle ψ, the angle θ q to be set of the third quarter-wave plate is calculated by θ q = η, and the third Third control means for controlling the angle of the quarter-wave plate to be θ q ;
The angle θ h to be set of the second half-wave plate is calculated by θ h = η + {(ψ−η) / 2}, and the angle of the second half-wave plate becomes θ h And a fourth control means for controlling so that
An automatic polarization adjuster characterized in that output light that has passed through the second half-wave plate becomes light in a polarization state desired by the user.
前記第1の1/4波長板に入射する入力光は、偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在する偏光変調光であり、
前記第1の制御手段および第2の制御手段による制御の応答周波数の最大値をfC 、前記偏光状態の変化の周波数のうち任意の周波数をfM とすると、fM>fCを満たすことを特徴とする自動偏光調整器。 The automatic polarization adjuster according to any one of claims 1 to 8,
The input light incident on the first quarter-wave plate is polarization-modulated light in which the polarization state changes with time and there are a plurality of frequencies of the change.
When the maximum value of the response frequency of the control by the first control means and the second control means is f C , and any frequency of the polarization state changes is f M , f M > f C is satisfied. Automatic polarization adjuster characterized by
前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、
前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、
前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、
前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルが予め設定された値になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、
前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が零になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備え、
前記第1の分離手順を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする偏光調整方法。 A first quarter wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linear polarization component of input light having an arbitrary polarization state, and an independent linear polarization component of light that has passed through the first quarter wavelength plate A polarization adjustment method for maintaining and outputting the input light in a constant polarization state using a first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to
A first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a constant frequency f about an axis parallel to the traveling direction of the branched light;
A second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light;
A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the first light detection procedure and the output electrical signal of the second light detection procedure;
A first control procedure for controlling the angle of the first half-wave plate so that the level of the DC component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure becomes a preset value;
A second control procedure for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the component of the frequency 2f included in the output electrical signal of the differential amplification procedure becomes zero,
A polarization adjustment method characterized in that output light that has passed through the first separation procedure is always constant linearly polarized light.
前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、
前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、
前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、
前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差が零になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、
前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分が最小になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備え、
前記第1の分離手順を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする偏光調整方法。 A first quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linear polarization component of input light having an arbitrary polarization state, and an independent linear polarization component of light that has passed through the first quarter-wave plate A polarization adjustment method for outputting the input light while keeping the input light in a constant polarization state using a first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to
A first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a constant frequency f about an axis parallel to the traveling direction of the branched light;
A second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light;
A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the first light detection procedure and the output electrical signal of the second light detection procedure;
The sum or difference between the level of the DC component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure and the amplitude of the component of frequency 4f is obtained, and the first half-wave plate is set so that this sum or difference becomes zero. A first control procedure for controlling the angle of
A second control procedure for controlling the angle of the first quarter-wave plate so that the component of the frequency 2f included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is minimized,
A polarization adjustment method characterized in that output light that has passed through the first separation procedure is always constant linearly polarized light.
前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、
前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、
前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、
前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、
前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備え、
前記第1の分離手順を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする偏光調整方法。 A first quarter wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linear polarization component of input light having an arbitrary polarization state, and an independent linear polarization component of light that has passed through the first quarter wavelength plate A polarization adjustment method for maintaining and outputting the input light in a constant polarization state using a first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to
A first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a constant frequency f about an axis parallel to the traveling direction of the branched light;
A second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light;
A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the first light detection procedure and the output electrical signal of the second light detection procedure;
The first half-wave plate is configured so that the absolute value of the ratio between the level of the DC component contained in the output electrical signal of the differential amplification procedure and the amplitude of the frequency 4f component is equal to or less than a predetermined threshold value. A first control procedure for controlling the angle;
The angle of the first quarter-wave plate is set so that the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is equal to or less than the threshold value. A second control procedure for controlling,
A polarization adjustment method characterized in that output light that has passed through the first separation procedure is always constant linearly polarized light.
前記第1の1/2波長板を通過した出力光の一部を分岐させる第1の分離手順と、
前記分岐した光の進行方向と平行な軸を回転軸として一定の周波数fで回転する第2の1/4波長板により、前記分岐した光を偏光変調する変調手順と、
前記偏光変調した光をP偏光とS偏光に分離する第2の分離手順と、
前記P偏光を光電変換する第1の光検出手順と、
前記S偏光を光電変換する第2の光検出手順と、
前記第1の光検出手順の出力電気信号と前記第2の光検出手順の出力電気信号とを差動増幅する差動増幅手順と、
この差動増幅手順の出力電気信号に含まれる直流成分のレベルと周波数4fの成分の振幅との和または差を求め、この和または差のレベルと周波数4fの成分の振幅との比の絶対値が所定のしきい値以下になるように前記第1の1/2波長板の角度を制御する第1の制御手順と、
前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅と周波数4fの成分の振幅との比が前記しきい値以下になるように前記第1の1/4波長板の角度を制御する第2の制御手順とを備え、
前記第1の分離手順を通過した出力光が常に一定の直線偏光となるようにすることを特徴とする偏光調整方法。 A first quarter wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to an independent linear polarization component of input light having an arbitrary polarization state, and an independent linear polarization component of light that has passed through the first quarter wavelength plate A polarization adjustment method for maintaining and outputting the input light in a constant polarization state using a first half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to
A first separation procedure for branching a part of the output light that has passed through the first half-wave plate;
A modulation procedure for polarization-modulating the branched light by a second quarter-wave plate rotating at a constant frequency f about an axis parallel to the traveling direction of the branched light;
A second separation procedure for separating the polarization-modulated light into P-polarized light and S-polarized light;
A first light detection procedure for photoelectrically converting the P-polarized light;
A second light detection procedure for photoelectrically converting the S-polarized light;
A differential amplification procedure for differentially amplifying the output electrical signal of the first light detection procedure and the output electrical signal of the second light detection procedure;
The sum or difference between the level of the direct current component included in the output electric signal of this differential amplification procedure and the amplitude of the component of frequency 4f is obtained, and the absolute value of the ratio between the level of this sum or difference and the amplitude of the component of frequency 4f A first control procedure for controlling the angle of the first half-wave plate so that is equal to or less than a predetermined threshold;
The angle of the first quarter-wave plate is set so that the ratio of the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electrical signal of the differential amplification procedure is equal to or less than the threshold value. A second control procedure for controlling,
A polarization adjustment method characterized in that output light that has passed through the first separation procedure is always constant linearly polarized light.
さらに、前記周波数fの信号を生成する発振手順を備え、
前記変調手順は、前記発振手順によって生成された信号に同期して前記第2の1/4波長板を回転させ、
前記第1の制御手順および第2の制御手順は、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記発振手順によって生成された信号を用いることを特徴とする偏光調整方法。 The polarization adjustment method according to any one of claims 10 to 13,
And an oscillation procedure for generating a signal of the frequency f,
The modulation procedure rotates the second quarter-wave plate in synchronization with the signal generated by the oscillation procedure,
The first control procedure and the second control procedure include the oscillation as a local oscillation wave when extracting the amplitude of the component of frequency 2f and the amplitude of the component of frequency 4f included in the output electric signal of the differential amplification procedure. A polarization adjustment method using a signal generated by a procedure.
さらに、前記第2の1/4波長板が自律的に回転する周波数fに同期した信号を前記第2の1/4波長板の回転に基づいて生成する同期信号生成手順を備え、
前記第1の制御手順および第2の制御手順は、前記差動増幅手順の出力電気信号に含まれる周波数2fの成分の振幅および周波数4fの成分の振幅を抽出する際の局部発振波として前記同期信号生成手順によって生成された同期信号を用いることを特徴とする偏光調整方法。 The polarization adjustment method according to any one of claims 10 to 13,
And a synchronization signal generating procedure for generating a signal synchronized with the frequency f at which the second quarter-wave plate rotates autonomously based on the rotation of the second quarter-wave plate,
In the first control procedure and the second control procedure, the synchronous oscillation is performed as a local oscillation wave when extracting the amplitude of the frequency 2f component and the amplitude of the frequency 4f component included in the output electric signal of the differential amplification procedure. A polarization adjustment method using a synchronization signal generated by a signal generation procedure.
前記同期信号生成手順は、前記第2の1/4波長板の周辺部に1/4周分の光透過部と1/4周分の光遮蔽部とを交互に配置し、前記第2の1/4波長板の周辺部に同期信号生成用の光を光源から放射して、前記光源から出射して前記光透過部を通過した強度変調光を光電変換して前記同期信号を生成することを特徴とする偏光調整方法。 The polarization adjusting method according to claim 15, wherein
In the synchronization signal generation procedure, a light transmitting portion for a quarter turn and a light shielding portion for a quarter turn are alternately arranged in the periphery of the second quarter wavelength plate, Light for generating a synchronization signal is emitted from a light source to the periphery of the quarter-wave plate, and the synchronization signal is generated by photoelectrically converting the intensity-modulated light emitted from the light source and passed through the light transmission unit. A polarization adjusting method characterized by the above.
さらに、前記第1の分離手順を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差90度を与える第3の1/4波長板によって光の偏光状態を調整する第1の調整手順と、
前記第3の1/4波長板を通過した光の独立な直線偏光成分に位相差180度を与える第2の1/2波長板によって光の偏光状態を調整する第2の調整手順と、
使用者の欲する偏光状態を指定する楕円率ηと方位角ψに基づいて、前記第3の1/4波長板の設定すべき角度θq をθq =ηにより計算して、前記第3の1/4波長板の角度がθq になるように制御する第3の制御手順と、
前記第2の1/2波長板の設定すべき角度θh をθh =η+{(ψ−η)/2}により計算して、前記第2の1/2波長板の角度がθh になるように制御する第4の制御手順とを備え、
前記第2の1/2波長板を通過した出力光が前記使用者の欲する偏光状態の光となるようにすることを特徴とする偏光調整方法。 The polarization adjustment method according to any one of claims 10 to 16,
A first adjustment procedure for adjusting the polarization state of the light by a third quarter-wave plate that gives a phase difference of 90 degrees to the independent linearly polarized light component of the light that has passed through the first separation procedure;
A second adjustment procedure for adjusting the polarization state of the light by a second half-wave plate that gives a phase difference of 180 degrees to an independent linearly polarized light component of the light that has passed through the third quarter-wave plate;
Based on the ellipticity η specifying the polarization state desired by the user and the azimuth angle ψ, the angle θ q to be set of the third quarter-wave plate is calculated by θ q = η, and the third A third control procedure for controlling the angle of the quarter-wave plate to be θ q ;
The angle θ h to be set of the second half-wave plate is calculated by θ h = η + {(ψ−η) / 2}, and the angle of the second half-wave plate becomes θ h And a fourth control procedure for controlling so that
The polarization adjustment method, wherein the output light that has passed through the second half-wave plate becomes light in a polarization state desired by the user.
前記第1の1/4波長板に入射する入力光は、偏光状態が時間的に変化し、かつその変化の周波数が複数存在する偏光変調光であり、
前記第1の制御手順および第2の制御手順による制御の応答周波数の最大値をfC 、前記偏光状態の変化の周波数のうち任意の周波数をfM とすると、fM>fCを満たすことを特徴とする偏光調整方法。
The polarization adjustment method according to any one of claims 10 to 17,
The input light incident on the first quarter-wave plate is polarization-modulated light in which the polarization state changes with time and there are a plurality of frequencies of the change.
When the maximum value of the response frequency of the control by the first control procedure and the second control procedure is f C , and any frequency of the polarization state change is f M , f M > f C is satisfied. A polarization adjusting method characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004024652A JP3982702B2 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004024652A JP3982702B2 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005215541A JP2005215541A (en) | 2005-08-11 |
JP3982702B2 true JP3982702B2 (en) | 2007-09-26 |
Family
ID=34907275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004024652A Expired - Fee Related JP3982702B2 (en) | 2004-01-30 | 2004-01-30 | Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3982702B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5923132B2 (en) * | 2014-04-30 | 2016-05-24 | 住友電気工業株式会社 | Polarization state conversion element for laser processing equipment |
US10132686B1 (en) | 2015-09-11 | 2018-11-20 | Industrial Cooperation Foundation Chonbuk National University | Method for snapshot interferometric spectrometry |
-
2004
- 2004-01-30 JP JP2004024652A patent/JP3982702B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005215541A (en) | 2005-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4812799B2 (en) | Electric field sensor | |
JPH0680405B2 (en) | Light fiber gyro | |
US5104222A (en) | System and method for minimizing input polarization-induced phase noise in an interferometric fiber-optic sensor depolarized input light | |
US8655192B2 (en) | Polarization diversity optical system device, demodulator and transceiver | |
CN103162836B (en) | Device and method for detecting optical interference of light polarization tiny corner | |
JPWO2006095620A1 (en) | Photosensor and photocurrent / voltage sensor | |
US6563589B1 (en) | Reduced minimum configuration fiber optic current sensor | |
CN106323478B (en) | The fiber optic interferometric sensor phase generated carrier modulation demodulation system of anti-polarization decay | |
Chang et al. | Sensitive Faraday rotation measurement with auto-balanced photodetection | |
US6801320B2 (en) | Method and apparatus for a Jones vector based heterodyne optical polarimeter | |
CN110530497A (en) | Interference-type optical fiber vibrating sensing demodulating system and method based on optical-electronic oscillator | |
JP5645011B2 (en) | Modulated light analyzer and electric field or magnetic field measuring probe device using the modulated light analyzer | |
JP3982702B2 (en) | Automatic polarization adjuster and polarization adjustment method | |
JP2808188B2 (en) | Demodulation reference signal source | |
JP4071723B2 (en) | Electric field sensor and electric field detection method | |
CN115241725B (en) | Terahertz balance detection system and method based on laser-air effect | |
JPS63135829A (en) | Optical heterodyne detector | |
WO2022024217A1 (en) | Sound measurement method | |
JPH07181211A (en) | Surface potential measuring apparatus | |
JPH11101694A (en) | Light phase characteristic measuring device and measuring method therefor | |
JP3369538B2 (en) | Optical polarization characteristic measuring device and its measuring method | |
JPH04127513U (en) | Optical fiber gyro device | |
JP2003505670A (en) | Optical fiber current sensor reduced to minimum configuration | |
JP4875835B2 (en) | Measuring system | |
JP2963612B2 (en) | Optical rotation angular velocity sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060406 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070613 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070626 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070628 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100713 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110713 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |