(57)【要約】【課題】偏光方向調整の作業が容易な偏光制御装置を提供すること。【解決手段】らせん状に巻かれたらせん部分を有するホールアシストファイバと、ホールアシストファイバのらせん長さを変化させる長さ制御手段と、を有する偏光制御装置とする。なおこの場合において、長さ制御手段は、らせん部分の端部を保持する一対の保持手段と、一対の保持手段の間の距離を増減させる距離制御手段と、を有することが好ましい。またこの手段において、距離制御手段は、マイクロメーターを用いてなることも好ましい。【選択図】図１
2010210699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
らせん状に巻かれたらせん部分を有するホールアシストファイバと、
前記ホールアシストファイバのらせん長さを変化させる長さ制御手段と、を有する偏光制御装置。
【請求項２】
前記長さ制御手段は、前記らせん部分の端部を保持する一対の保持手段と、前記一対の保持手段の間の距離を増減させる距離制御手段と、を有する請求項１記載の偏光制御装置。
【請求項３】
前記距離制御手段は、マイクロメーターを用いてなる請求項２記載の偏光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光制御装置に関し、具体的には、ホールアシストファイバを用いた偏光制御装置に関する。
【０００２】
光ファイバ技術は現在、研究段階から実用段階に入っており、インターネットの急速な普及に伴い、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）にも拡張を遂げている。またもちろん光ファイバは、通信のみならず光波の特徴ある性質を用いて様々な物理量の測定にも用いられている。
【０００３】
光ファイバ内を伝搬する光波の偏光状態は、通信・測定のいずれにおいてもその影響を無視できず、その制御が重要な課題となっている。偏光を制御するための公知の技術として、例えば、下記非特許文献１には、コリメータ機構と、ファイバカップリング機構と、これらの間に配置された１／２波長板とその回転機構と、を有する偏光制御装置が開示されており、また市販されている。
【非特許文献１】ＯＦＲ社、ウェブカタログ“ファイバ光学製品  偏光コントローラ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、検索日：平成２１年１月５日、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｉｎｄｅｃｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｃｏ＿ｏｎｌｉｎｅ／ｍａｉｎ／ｏｆｒ／ｆｏ２５．ｈｔｍ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
確かに、上記公知の偏光制御装置は、理論上の正確性及び小型化された点において極めて有用である。しかしながら上記公知の技術では、小型化されている一方で、高精度な偏光の回転角度を得るためには小型化された１／２波長板を正確に回転させなければならず、偏光方向調整のための作業に手間がかかってしまうといった課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を鑑み、偏光方向調整の作業が容易な偏光制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題について、本発明者が鋭意検討を行っていたところ、らせん状に巻かれたホールアシストファイバのらせん部分の長さを変化させると、ファイバ端面が回転しないにもかかわらずその偏光状態が変化することを発見し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の一観点に係る偏光制御装置は、らせん状に巻かれたらせん部分を有するホールアシストファイバと、ホールアシストファイバのらせん長さを変化させる長さ制御手段と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明により、偏光方向調整の作業がより容易な偏光制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本偏光制御装置の概略図である。
【図２】ホールアシストファイバの断面概略図である。
【図３】ホールアシストファイバの他の例の断面概略図である。
【図４】ホールアシストファイバのらせん部分の断面概略図である。
【図５】実験系の概略図である。
【図６】偏光子透過容易軸に対する相対透過パワーを示す図である。
【図７】伸張量に対する偏光主軸角度を示す図である。
【図８】伸張量に対する偏波パラメータを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施の形態、実施の例にのみ狭く解釈されるものではない。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る偏光制御装置（以下「本偏光制御装置」という。）の概略図である。図１で示すとおり、本偏光制御装置１は、らせん状に巻かれたらせん部分を有するホールアシストファイバ２と、ホールアシストファイバ２のらせん部分２１の長さを変化させる長さ制御手段３と、を有する。
【００１２】
本実施形態におけるホールアシストファイバ２は、光ファイバの一種であり、一般に、コア２１と、このコアの周囲に対称に配置されるクラッド２２と、コアの周囲に対象に形成される複数のホール（空隙）２３とを有して構成されている。図２に、ホールアシストファイバ２の概略図を示しておく。なお、図２の例では、コアを有するホールアシストファイバ２としているが、コアを設けない構造の光ファイバを採用することも可能であり、ホールアシストファイバに含まれるものとする（図３参照）。また、本実施形態に係るホールアシストファイバ２のモードフィールド径は、用いる素材等の要因によって適宜調整可能であり、本偏光制御装置１を挿入して用いる両側の光ファイバのモードフィールド径（標準の通信用単一モード光ファイバの場合はおよそ１０μｍ）と近接していることが望ましい。また本実施形態に係るホールアシストファイバのホール２３は限定されるわけではないが略円形状は好ましい一例である。
【００１３】
また、本実施形態に係るホールアシストファイバ２は、上記のとおり、らせん状に巻かれたらせん部分２１を有している。らせん部分の内径については、用いる素材等の要因によって適宜調整が可能であり、限定されるものではないが、例えば１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。１０ｍｍ以上とすることで曲げ損失を少なくできるといった効果がある。また、２０ｍｍ以下とすることで小型でらせん形状が安定するといった効果がある。
【００１４】
また、本実施形態に係るホールアシストファイバ２のらせん部分２１の長さとしても、用いる素材等の要因によって適宜調整可能であり限定されるわけではないが、３６０度以上の偏光回転をえるためにはピッチ（ホールアシストファイバのらせんが一巻した場合のファイバ同士の距離をいう。以下同じ。）の３倍以上であることが好ましく、例えばピッチが２ｍｍの場合は６ｍｍ以上であることが好ましい。また、曲がりによる複屈折効果の平均化を期待するためには、らせんの直径の６倍以上であることが好ましく、例えばらせんの直径が１５ｍｍである場合は９０ｍｍ以上であることが好ましい。一方で、らせん部２１の長さは２５０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｍｍ以下である。２５０ｍｍ以下とすることでらせんの形状を安定的に保つことができ、１５０ｍｍ以下とすることでこの効果がより顕著となる。
【００１５】
また本実施形態に係るホールアシストファイバ２のらせん部分２１のピッチとしては、用いる素材、制御対象とする光の波長等の要因によって適宜調整が可能であり、限定されるものではないが、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。１ｍｍ以上とすることでらせん部分に十分な強度と弾性を付与することができるといった効果があり、３ｍｍ以下とすることでらせん部分２１の長さ全体をコンパクトにすることができるといった効果がある。
【００１６】
また本実施形態に係るホールアシストファイバ２のらせん部分２１のらせんの巻きの数としては、用いる素材、制御対象とする偏光回転角度範囲等の要因によって適宜調整が可能であり、限定されるものではないが、例えば３巻き以上１００巻き以下であることが好ましく、４０巻き以上８０巻き以下であることがより好ましい。３巻き以上とすることで３６０度以上の偏光回転角度を得ることが可能となるといった効果があり、４０巻き以上とすることで出射偏光角度あたりのらせん１巻きの変形をわずかなものとできる。
【００１７】
また、本実施形態に係る長さ制御手段３は、上記のとおりホールアシストファイバ２のらせん部分の長さを変化させるものであり、具体的には、ホールアシストファイバ２のらせん部分の端部を保持する第一の保持部３１及び第二の保持部３２と、第一の保持手段及び第二の保持手段の間の距離を増減させる距離制御手段３３とを有している。なお、この手段においては、ホールアシストファイバ２を保持する第三の保持手段３４及び第四の保持手段３５と、を有していることもホールアシストファイバを安定的に保持することができる点において好ましい。
【００１８】
第一の保持部３１及び第二の保持部３２は、ホールアシストファイバ２のらせん状態を安定的に保持、制御するために用いられるものである。第一の保持部３１及び第二の保持部３２が保持するホールアシストファイバ２の位置は、偏光方向の回転に寄与しないらせん部分以外を除外しらせん部分の長さを精度良く制御するために、らせんが開始する部分にできるだけ近く設けることが好ましいが、測定に影響が少ない数十ｍｍ程度の距離をおいてもよい。本明細書における「らせん部分の端部」という場合はこの意味で使用される。
【００１９】
第一の保持手段と第二の保持手段の間の距離を増減させる距離制御手段３３としては、第一の保持手段と第二の保持手段に接続され、この距離を増減させることができる限りにおいて限定されるわけではないが、例えばマイクロメーター、またはこれに用いられるような、回転を直線距離に精度良く変換することのできる位置調節機構を採用することが好適である。なお、らせん部分の長さを増減させる範囲としては、限定されるわけではないが、偏光回転角を９０度以上とするためには直径の２．５倍以上（例えば直径が１５ｍｍである場合は３８ｍｍ以上）であることが好ましく、３６０度以上の回転を得るためには直径の１０倍以上（直径が１５ｍｍである場合は１５０ｍｍ以上）であることがより好ましい。
【００２０】
第三の保持手段３４、第四の保持手段３５は、ホールアシストファイバ２の端面近傍を保持し、外部から光波を入力する他のファイバ、ホールアシストファイバ２から光波を取り出し他の機器に導くファイバを安定的に接続可能とするためのものである。なお、本実施形態では第一の保持手段３１乃至第四の保持手段３５をそれぞれ別個に設けているが、第一の保持手段３１を第三の保持手段３４と同じくして一つの保持手段で兼ねてもよいし、第二の保持手段３２を第四の保持手段３５と同じくして一つの保持手段で兼ねさせることとしてもよく、更には、第三の手段及び第四の手段を設けない構成とすることも可能ではある。
【００２１】
本実施形態に係る偏光制御装置では、ホールアシストファイバ２をらせん状にし、らせん部分の長さを変化させることでホールアシストファイバにねじれを生じさせ、偏光状態を変化させることができる。このため、小型の１／２波長板などの光学素子を回転させるのではなく、長さ方向に調整させることで、偏光方向調整の作業がより容易な偏光制御装置を提供することができる。
【００２２】
ここで、推論の域をでないところはあるが、本偏光制御装置における偏光制御の原理について説明する。図４は、ホールアシストファイバ２のらせん部分の概略図である。
【００２３】
まず、ホールアシストファイバ２のらせん部分の内径をａ、ピッチをｐ、巻き数をＮとする。すると、らせんの曲率は一般に１／ρ、捩率１／τは、まず以下の式（１）、（２）で与えられる。
【数１】
2010210699.tif 000003
【００２４】
ここで仮に、らせん部分の巻き数に変化が無いとすると、一巻き当たりのホールアシストファイバの長さｓは、一定に保たれる。この結果、以下の式（３）が成立する。
【数２】
2010210699.tif 000004
【００２５】
よって、ｐ＝２πｈをパラメータとして、下記式（４）を求めることができる。
【数３】
2010210699.tif 000005
【００２６】
すなわち、上記式から明らかなように、捩率１／τはｐに比例し、曲率１／ρはｐの増大とともに緩やかに減少する。よって、全長にわたるねじれ角度θは、下記となる。
【数４】
2010210699.tif 000006
【００２７】
そして、一般にファイバがθだけねじれた場合、その中を伝搬する直線偏光の回転角度ψは、以下の比例関係式（６）がある。
【数４】
2010210699.tif 000007
【００２８】
従って、上記式より係数αを求めることで、偏光の回転を求めることができる。特に、本発明者は、複雑な形状を有するホールアシストファイバにおいて、直線偏光状態を維持し、偏光方向のみを回転させることができる範囲が存在することを発見し、本発明を完成させるに至っており、偏光制御装置として優れた効果を発揮することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、上記実施形態に係る偏光制御装置の効果を確認するために、実際に確認試験を行った。以下に説明する。
【００３０】
まず、ホールの直径１１〜１２μｍ、ホール間隔２８〜２９μｍのホールアシストファイバ（ＮＴＴアドバンステクノロジ社製）を用いた。なお、らせんの状態として、らせんの内径（直径）を１５．８ｍｍ、ピッチ２ｍｍで６５．５回巻いた状態のものを採用した。また、入射光として、半導体レーザ（ＬＤ）を用いて波長１．５５μｍのものを用いた。この実験系の概略図を図５に示しておく。
【００３１】
まず、らせん部分の長さに変化を加えていない状態で、直線偏光をこの実験系に入射させ、この出射光の相対透過パワーを、偏光子を回転させながらフォトマル（ＰＭ）で測定した。この結果を図６に示す。この結果、偏光子透過容易軸の回転に伴い光の相対透過パワーが増減しており、ほぼ直線偏光状態が維持されていることを確認した。
【００３２】
次に、らせん部分の長さを増加させ、そのらせん部分の伸張量と偏光の主軸との関係を測定した。この結果を図７に示す。この結果、伸張量に対して偏光主軸角度が極めてよい直線関係にあることが確認できた。
【００３３】
また、らせん部分の長さを増加させ、そのらせん部分の伸張量と、偏波パラメータ（偏光主軸角度から９０度ずれた角度における相対透過パワー／偏光主軸角度における相対透過パワー）の関係を測定した。この結果を図８に示す。この結果、４０ｍｍ〜８０ｍｍの範囲において、直線偏光状態が高く維持されていることが確認できた。すなわち、この範囲をらせん部分の増減の操作範囲とすることで、直線状態を高く維持し、しかもその増減に対して直線的に偏光の回転角度を求めることができ、高度な偏光制御装置となることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、偏光制御装置として、産業上の利用可能性がある。
【図１】
2010210699.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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