波長 #$% &' のレーザー光を用いた"ファイバー干渉計部品の特性測定""
発表者：!(!$!)*" 渡辺大貴

指導教員：宮本洋子"!+ 序論"
本研究の目的は波長 #$% &' のレーザーを用いてファイバー干渉計部品の特性を明らかにすることである。対象となるファイバー干渉計は光子を , モードの重ね合わせ状態で検出するための干渉計である。検出対象の光子の波長が #!%&' であるため、近い波長の半導体レーザーを用いる。測定対象はアテニュエーターと , 入力 , 出力ファイバーカプラ―である。"",+ 原理",+!" 光子の軌道角運動量状態"
光子の軌道角運動量状態とは、方位角モード指数を ' として、光軸の周りの方位角‫׎‬に対する複素振幅の依存性 -./0‫׎‬1で表されるモードに光子が ! 個存在する状態である。この複数の ' に対応する状態を重ね合わせた状態が、軌道角運動量重ね合わせ状態である。",+, 経路干渉計法"
経路干渉計法を用いた方法ではホログラムを固定する。測定対象のビームをホログラムに入射する。ୌ 次のホログラムは 2 次回折光に -./034ୌ ‫ݏ‬1の位相変化を与える。
入射光のモード指数が଴ であるとすると、ホログラム反射後の 2 次回折光はୌ ‫ ݏ‬െ ݉଴のモードに変換される。ホログラムの % 次回折光と ! 次回折光をシングルモードファイバー05671によってフィルターする。シングルモードファイバー05671は '8% の成分のみ通過させるので、% 次回折光側の 567 は、元のビームの '8% 成分のみ通過させ、! 次回折光側の 567 は、元のビームの '8! 成分のみ通過させる。その , つのビームをビームスプリッタ0951、図 ! では、, 入力 , 出力ファイバーカプラɆによって重ね合わせる。ビームスプリッタ0951の後に検出器を設置することで、この , つの軌道角運動量の重ね合わせ状態を検出することができる。""
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図 !"# 経路干渉計法の光学系"!"

,+$ 測定対象の部品"
・アテニュエーター"
アテニュエーターは光減衰器と呼ばれ、自由空間または光ファイバーー内を伝搬する光波のパワーを減衰させる装置である。今回使用するアテニュエーターは :;":<=>?5" 社の 99@!%%@!!@#!%@(A!,(@<@(%@$B$B@$@%+( であり、光波のパワーを調節するために用いられる。今回、二つのアテニュエーターを使用するのでそれぞれアテニュエーター
!0シリアル番号C!#*%(*@%!1、アテニュエーター,0シリアル番号C!#*%(*@%,1とする。"
波長 #!%&' の光子を検出する予定なので、光ファイバーのコア径従来のͶɊより大きいͷɊのものとしている。""" " ・, 入力 , 出力ファイバーカプラ―"
ビームスプリッタ―0951の一種であり、光波を分割、合波することが可能な装置である。"
この装置はマイクロメーターの指示値を変えることで、出力の分岐比を調整できる。今回実験では DEF&-2G-&H":/H3G2 社の 6IJ-4")%(< を使用した。""$+ 実験"$+!"

アテニュエーター"!+" 半導体レーザーをファイバーカプラɆを通して、アテニュエーター付きの偏波保持ファイバーに入射した。",+" アテニュエーター付きの偏波保持ファイバーの出射側にパワーメーターをつないだ。
"$+" アテニュエーターの調節ねじを反時計回りに緩めていき、最大のときのパワーを測定した。"
K+" アテニュエーターの調節ねじを時計回りに回していき、減衰し始めた角度をͲιとしてͳͷιずつͲι̱ͷͶͲιまで出力パワーを測定した。""""

図 $：アテニュエーターの特性測定"" $+,", 入力 , 出力ファイバーカプラ―"!+ 半導体レーザーをファイバーカプラɆを通して、アテニュエーター付きの偏波保持ファイバーに入射した。",+ 偏波保持ファイバーの出射側を , 入力 , 出力ファイバーカプラɆの入力側 L に接続した。このとき、入力 9 側は付属のキャップを装着した。"","

$+ , 入力 , 出力ファイバーカプラɆの出力 MNO にパワーメーターを接続した。"
K+ , 入力 , 出力ファイバーカプラーのマイクロメーターのつまみを動かし出力 MNO のパワーを測定した。"(+ 偏波保持ファイバーの出力を入力 9 側に接続した場合についても同様の手順で行った。""

図 %：$ 入力 $ 出力ファイバーカプラーの特性測定"K+ 結果"K+!"

アテニュエーター"

調節ねじを緩めた状態でのアテニュエーター! の最大出力パワーは !$+#," Ɋで、アテニュエーター, の最大出力パワーは !,+)," Ɋであった。アテニュエーター! の調節ねじの回転角に対する出力パワーの変化を図 K にアテニュエーター, の調節ねじの回転角に対する出力パワーの変化を図 ( に示す。アテニュエーター! の最大入出力比はͳǤͶͷ ൈ ͳͲି଻、アテニュエーター, の最大入出力比は͹ǤͶͷ ൈ ͳͲି଻と求まった。"""""

パワー0ߤ!1"!+DR%,ノイズも含んだパワー!+DR%,ノイズも含んだパワー

レーザー光のみのパワー!+DR%!

レーザ光のみのパワー!+DR%%

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調節ねじの回転角(度)図 &：アテニュエーター! の特性

調節ねじの回転角(度)図 '：アテニュエーター$ の特性"
K+,, 入力 , 出力ファイバーカプラ―", 入力 , 出力ファイバーカプラ―の入力 L のみに光が入射した場合の出力 MNO 及びその合計について、横軸をマイクロメーターの指示値、縦軸を出力パワーとして図 P に示す。, 入力 , 出力ファイバーカプラ―の出力 MNO の合計値のばらつきは (Q以下であった。また、マイクロメーターの指示値 !+$K@!+$* の K 点で直線近似をした0図 *1結果、出力 MNO の分岐比が !C! になるマイクロメーターの指示値はͳǤ͵ͷ͹ േ ͲǤͲͲʹと求まった。
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図 P、図 * はマイクロメーターの指示値を上げていったときのグラフである。",(MO合計!(!%(%!+!

(!+$K!+$(!+$P!+$*

マイクロメーターの指示値

図 ("#$ 入力 $ 出力ファイバーカプラーの出力特性#

図 ,：$ 入力 $ 出力ファイバーカプラーのマイク")* 入力のみ+"

V"8"@!PP+,,."R",$(+K#%!+,!+$!+K
マイクロメーターの指示値

OV"8"!*,+%,."ï,,K+)K!%

パワー0ߤ!1,%

パワー0ߤ!1!(Mロメーターの指示値 !-%( 付近での出力特性

また、入力が L のみの場合の , 入力 , 出力ファイバーカプラ―のマイクロメーターの指示値を上げていったときのパワーをグラフにまとめた。また、マイクロメーターの指示値を上げていったときと下げていったときのパワーをまとめた。図中の凡例の数字は何回目の測定か、Sはマイクロメーターの指示値を下げていった時を意味する。図 # より測定値の再現性を確認することができた。また図 ) よりマイクロメーターの指示値を上げていったときと、下げていったときのパワーに違いが生じることが分かった。これは機械的なヒステリシスの影響であると考えられる。",%
パワー"ߤ

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マイクロメーターの指示値

マイクロメーターの指示値"

図 .：$ 入力 $ 出力ファイバーカプラーの出力特性#

図 /：$ 入力 $ 出力ファイバーカプラーの特性測定#"（指示値を上げていくとき）（指示値を上げたときと下げたとき）(+ 結論"
波長 #$%&' の半導体レーザーを用いてアテニュエーターと , 入力 , 出力ファイバーカプラーの特性測定を行った。アテニュエーターは調節ねじの回転角と減衰比の関係を明らかにし、減衰比がെ͸ͲJ9 以下まで下がることを確認した。" , 入力 , 出力ファイバーカプラ
Ɇは、マイクロメーターの指示値と入出力パワーの特性について測定した。, 入力の合計が安定していること、またマイクロメーターを回す向きによって分岐比の振る舞いが異なることを明らかにした。""
P+ 参考文献"
T!U" 川名"優N" 「ファイバー干渉計の部品の特性測定」N" 電気通信大学卒業論文N"0,%!!1"

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