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ファイバ偏光コントローラ、電動型


  • Polarization Over Full Poincaré Sphere
  • Motorized Paddle Rotation from 0° to 170°
  • Compatible with Ø900 µm Jacketed Fiber
  • Operate Remotely Using Kinesis® Software via USB

Application Idea

The MPC220 controller, loaded with a Ø900 µm jacketed FC/PC patch cable, is mounted to an optical table using the three mounting slots and 1/4"-20 (M6) cap screws.

MPC320

3-Paddle Controller, Ø18 mm Loops

MPC220

2-Paddle Controller, Ø18 mm Loops

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特長

  • 偏光状態(直線、円、楕円)の変換
  • 電動パドルによる回転(最小ステップ:0.12°)
  • ループ径18 mm、2パドル型と3パドル型をご用意
  • Kinesis®ソフトウェアパッケージで操作可能
  • USB接続による電源供給(USB A-Micro USB Type Bケーブルが付属) 
  • Ø900 µm被覆付きシングルモードファイバの取り付けが可能
  • コンパクトな設置面積

当社の電動型ファイバ偏光コントローラはパドル型の偏光コントローラで、ファイバ内の応力によって誘起される複屈折性を利用して出射光の偏光状態を動的に制御することができます。コンパクトなサイズと内蔵されたDCサーボモータにより、大型の複雑なシステムにも簡単に組み込むことが可能です。各パドルは0.12°の最小ステップで170°まで回転し、ポアンカレ球全体をカバーするができます。こちらのコントローラは黒色のABS樹脂製で、ファイバは付属していません。Ø900 µm被覆付きのシングルモードファイバファイバーパッチケーブル用に設計されています。

この電動式偏光コントローラには2パドル型と3パドル型があり、各パドルのループ径は18 mmで、それぞれ4回まで巻き付けることができます。応力誘起の複屈折はファイバを曲げることによって生成されます。ファイバが曲がると、ループ面に垂直な軸(スロー軸)とループ面にある軸(ファスト軸)の2本の主軸ができます。その結果、スプールにファイバを巻き付けると偏光状態を変化させる波長板と同じ効果が得られます。パドルを回転させると透過光の偏光に対してファイバのファスト軸の方向が変化し、偏光状態が変化します。動作原理の詳細と、特定のリターダンスを得るために推奨されるファイバの種類とループ数については、「動作」タブをご覧ください。

Paddle Identification Number
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パドルの番号は底部プレートに2箇所、2つの向きで刻印されています。
Controller Mounting
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Ø900 µm被覆付きFC/PCパッチケーブルを取り付けたコントローラMPC220。接続されたUSBケーブルは電源供給とKinesisソフトウェアとの通信に使用できます。

ファイバの取り付けとコントローラの設置
ファイバの位置を固定するためのクランプがパドルの前後に付いています。これらのクランプはM2.5ネジを2 mmの六角レンチまたはボールドライバで緩めるだけで取り外すことができ、簡単にファイバが脱着可能です。コントローラ本体とファイバースプールにもファイバを取り付けるためのガイドが付いています。底部プレートに沿ったこれらのファイバ用ガイドは、右の使用例の写真でもご覧いただけます。

2パドル型と3パドル型のどちらの電動偏光コントローラにも、底部プレートにはM6キャップスクリュに対応する貫通穴スロットが付いています。コントローラのスロットを使用して、穴間隔25 mmの光学テーブルやブレッドボード上に自由な向きで固定することができます。各パドルが識別しやすいように、底部プレートの2か所に番号が刻印されています(右端の写真参照)。

Kinesisソフトウェアによるパドルの回転
電動偏光コントローラへの電源は、制御用のPCあるいは電源の供給されているハブとUSB接続することにより供給されます。 各コントローラにはUSB A-Micro USB Type Bケーブルが1本付属します。

パドルの回転は当社のKinesisソフトウェアによって操作できます。 ホーミング、ジョグ動作、絶対位置決めなどのパドル動作はGUIパネルから手動で操作可能なため、商品到着後すぐに使用することができます。偏光パドルをユーザの操作無しでも制御できるようKinesisパッケージには、プログラミングインターフェイスが含まれており、動作シーケンスを複数の開発言語でプログラミングすることが可能です。Kinesisソフトウェアやカスタムアプリケーションについての詳細は、「Kinesisソフトウェア」および「Kinesisチュートリアルをご覧ください。

Fiber Polarization Control Selection Guide
Polarization ControllersLinear Polarizers
Motorized Fiber Polarization Controllers Paddle Fiber Polarization Controllers In-Line Fiber Polarization ControllerFree-Space Fiber BenchIn-Line Fiber PolarizersPolarizing Fiber
Motorized Paddle Fiber Polarization ControllersManual Paddle Fiber Polarization ControllersIn-Line Manual Fiber Polarization ControllerFree-Space FiberBenchIn-Line Fiber PolarizersPolarizing Fiber
Item #MPC220MPC320
Paddle Specifications
Number of Paddles23
Loop Diameter (Ø900 µm Jacketed Fiber)18 mm
Paddle Rotation0 to 170°
Compatible FiberØ900 µm Jacket Single Mode Fibers and Patch Cables
Maximum Number of Loops per Paddle4
Minimum Fiber Length75 cm for 1 Loop per Paddle
110 cm for 4 Loops per Paddle
95 cm for 1 Loop per Paddle
155 cm for 4 Loops per Paddle
Minimum Step Size0.12°
Maximum Rotation Speed400°/sec
Bidirectional Repeatability
Unit Dimensions (L x W x H)85.2 mm x 115.7 mm x 61.0 mm
(3.35" x 4.55" x 2.40")
143.2 mm x 101.4 mm x 61.0 mm
(5.64" x 3.99" x 2.40")
Footprint for Full Paddle Rotation (L x W x H)90.1 mm x 115.7 mm x 62.0 mm
(3.55" x 3.99" x 2.44")
145.3 mm x 101.4 mm x 62.0 mm
(5.72" x 3.99" x 2.44")
Operating Temperature-20° to +60°C
Construction Material (Controller Body)Black Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)
Motor Specifications
Motor TypeDC Motor
Motor Drive Voltage5 V
CPU ConnectionMicro USB Type B (Cable Included)

動作原理
この電動偏光コントローラは、応力で誘起される複屈折を利用してシングルモードファイバ内を伝搬する光の偏光状態を変化させます。各スプールにファイバを巻き付けることにより、2つあるいは3つの波長板(リターダ)が形成されます。ファイバで誘起される複屈折の大きさは、ファイバのクラッド径、スプール(ループ)の径(固定)、スプールごとのファイバのループ数、および光の波長の関数になります。(注:この複屈折は、パドルを捻る操作によってではなく、ファイバのループによって誘起されます)。ファイバのファスト軸、つまりファイバを曲げることによって生じる複屈折の主軸は、スプール面内にあります。パドルを回転させることで、透過光の偏光ベクトルに対するこの軸の向きが変化します。任意の偏光状態の入射光を定められた偏光状態の出射光に変換するためには、3パドル型コントローラの場合は1/4波長板、1/2波長板、1/4波長板となるように、2パドル型コントローラの場合は2つの1/4波長板となるように、それぞれのパドルに対してファイバを巻き付けなければなりません。3パドル型コントローラでは1/4波長板が2つに分かれているため、2パドル型に比べてより多くの偏光状態が得られます。各パドルのリターダンスは以下の計算式を用いて推定できます。

Polarization Controller Equation

ここで、φはリターダンス、aは定数(石英ファイバは0.133)、 Nはループ数、dはファイバのクラッド径、λは波長、そしてDはループ径です。この計算式はファイバ素線用ですが、Ø900 µmの被覆付きファイバもほぼ同様なので使用することができます(つまり、Ø900 µm被覆付きファイバでN 回まで巻いても結果は変わらないということです)。

3パドル型偏光コントローラ
3パドル型偏光コントローラは1/4波長板、1/2波長板、1/4波長板の順番で並べることで、任意の光の偏光状態を別の偏光状態に変換することができます。最初の1/4波長板は入射光の偏光状態を直線偏光に変換します。次の1/2波長板は直線偏光を回転させ、最後の1/4波長板は直線偏光を定められた偏光状態に変換します。従って、偏光コントローラMPC320は、3つのパドル(ファイバーリターダ)をそれぞれ調整することによって、広い波長範囲 (300~2100 nm)にわたって出射光の偏光状態を完全に制御することができます。

2パドル型偏光コントローラ
小型の2パドル型偏光コントローラは、2つの1/4波長板を用いて任意の偏光状態を別の偏光状態に変換することができます。しかし、2パドル型の構成では偏光の調整が2つのパドル間で結合するため、特定の偏光状態を得るのが難しい場合があります。MPC220は広い波長範囲 (300~2100 nm)にわたり出射光の偏光状態を完全に制御できるように設計されています。

推奨するループ数
パドルのリターダンスは、ループ径が固定である場合はループ数とファイバのクラッド径の関数になります。図1および図2は、それぞれクラッド径Ø80 µmおよびØ125 µmのファイバについての、1パドルあたりのリターダンス(計算値)を示しています。電動偏光コントローラのMPC220とMPC320は小型であるため、各パドルの18 mmのスプールに対して巻けるループ数は最大で4回です。

FPC030 with 80 micron clad fiber
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図2:クラッド径Ø125 µmの石英ファイバ素線をループ径18 mmで巻き付けた時の1パドルあたりのリターダンス
FPC030 with 125 micron clad fiber
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図1:クラッド径Ø80 µmの石英ファイバ素線をループ径18 mmで巻き付けた時の1パドルあたりのリターダンス

波長毎に推奨するループ数とファイバを下表に示します。上の式または図2から得られたループ数で、1/4波長板および1/2波長板に最も近いリターダンスが得られます。 

Wavelength# of Loops for ~1/4λ Retardationa# of Loops for ~1/2λ RetardationRecommended Fiber
(Ø125 µm Cladding)
480 nm3 Loops2 Loops460HP or SM450
630 nm3 Loops1 Loops630HP or S630-HP
850 nm3 Loops1 Loops780HP or SM800-5.6-125
980 nm2 Loops4 Loops980HP or HI1060-J9 
1064 nm2 Loops4 Loops980HP or HI1060-J9
1310 nm3 Loops2 LoopsSMF-28-J9 or CCC1310-J9
  • 推奨するループ数には、リターダンスがλ/4の場合と3λ/4の場合が含まれています。
GUI Panel
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電動型ファイバ偏光コントローラ用Kinesis GUI画面

当社のKinesis®ソフトウェアパッケージは、KinesisおよびAPTシリーズのデバイスの制御にご使用いただけます。小型で低出力のシングルチャンネルドライバ(K-Cube™やT-Cube™など)から高出力でマルチチャンネルの19インチラックナノポジショニングシステム(APTラックシステム)まで、幅広い種類のモーションコントローラに対応しています。

Kinesisソフトウェアでは.NETコントロールが使用でき、最新のC#、Visual Basic、LabVIEW®、その他の.NET対応言語を使用する開発者がカスタムプログラムを作成することもできます。また、.NETフレームワークを使用しないアプリケーション用にローレベルのDLLライブラリも含まれています。中央シーケンスマネージャは、当社のすべてのモーションコントロール用ハードウェアの統合と同期をサポートしています。

このソフトウェアパッケージには2つの使い方があります。1つはGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティを用いる方法で、商品到着後すぐにコントローラの直接的な操作と制御を行なうことができます。もう1つは一連のプログラミングインターフェイスを用いる方法で、ご希望の開発言語によりカスタム仕様の位置決めやアライメント用のプログラムを簡単に作成することができます。 

ソフトウェア

Kinesisバージョン1.14.18

このKinesisソフトウェアパッケージには、KinesisおよびAPT™システムコントローラを制御するためのGUIが含まれています。

下記もご用意しております。

  • 通信プロトコル
Software Download

Kinesis®ソフトウェアでは新しい.NETコントロールが使用でき、最新の最新のC#, Visual Basic, LabVIEW™、ほかの.NET対応言語を使用する開発者がカスタムにプログラムを作成することもできます。

C#
このプログラミング言語はマルチプログラミングパラダイムやマルチプログラミング言語が使用可能となるよう設計されているため、複雑な問題が簡単かつ効率的に解決できます。型付け、命令型、宣言型、関数型、ジェネリック、オブジェクト指向、そしてコンポーネント指向が含まれます。 この共通のソフトウェアプラットフォームにより、1セットのソフトウェアツールを習得するだけで、あらゆるKinesisコントローラを簡単に組み合わせることができます。このようにして1軸システムのコントローラから多軸システムのコントローラまで、様々なコントローラを組み合わせ、全てを1台のPCのソフトウェアインターフェイスから制御することが可能となりました。

Kinesisシステムソフトウェアを使用するには2つの手段があります。コントローラを直接つないで制御を行なう付属のGUI(グラフィカルユーザーインターフェイス)ユーティリティ、またはご希望の開発言語でカスタム仕様の位置決めやアライメントを簡単にプログラムできる一連のプログラミングインターフェイスです。

Kinesisモーションコントロールライブラリの構築の参考となる実行可能なプロジェクト機能拡張例については下のリンクをクリックしてください。なお、Quick Startのプロジェクト例の実行には別の統合開発環境(IDE)(Microsoft Visual Studioなど)が必要です。C#のプロジェクト例はKinesisソフトウェアパッケージに付属する.NETコントロールで実行可能です(詳細は「Kinesisソフトウェア」タブをご覧ください)。

C Sharp IconClick Here for the Kinesis with C# Quick Start Guide
Click Here for C# Example Projects
Click Here for Quick Start Device Control Examples
C Sharp Icon

LabVIEW
LabVIEWは、.Netコントロールを介してKinesisまたはAPTベースのコントローラとの通信に使用できます。LabVIEWでは、ツールとオブジェクトでフロントパネルとして知られるユーザーインターフェイスを構築した後、グラフィカル表記の関数を使ってコードを追加し、フロントパネルのオブジェクトを制御します。下記のLabVIEWチュートリアルでは.Netコントロールを使用してLabVIEW内KinesisまたはAPT駆動デバイス用の制御GUIを作成するための情報をご提供しています。 LabVIEWでコントローラを制御する基本的な方法や、LabVIEW GUIを用いてデバイスを操作する前に行うべき設定の手順についても解説しています。

Labview IconClick Here to View the LabVIEW Guide
Click Here to View the Kinesis with LabVIEW Overview Page
Labview Icon
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図2:3パドル型偏光コントローラによる偏光の回転を示すポアンカレ球
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図 1:ファイバーコントローラによって生成される力

実験ファイバーパドルを用いた偏光の操作

ここでは、ファイバ偏光コントローラ(FPC)のパドルの回転が、ファイバからの出射光の偏光状態に与える影響についての測定結果を示します。このコントローラは応力で誘起される複屈折の効果を利用して、ファイバ中を伝搬する光の偏光状態を変化させます。図1のように、偏光状態はパドルの回転によって変化します[1]。各パドルにファイバを適切な回数巻きつけることによって、応力による複屈折の大きさを連続的に調整できることがわかりました。これにより、任意の入射光の偏光状態を希望する偏光状態の出射光に変換することができます。希望する偏光状態を得るために必要な手順と、そのために必要なポアンカレ球上に偏光状態の変化をプロットするステップについて説明します。

当社の実験では、ファブリペローベンチトップ型レーザ(1310 nm)S1FC1310を光源として使用し、それをØ900 µmタイトバッファーファイバに接続しました。このファイバをファイバ偏光コントローラFPC030に取リ付け、出力光はファイバーコリメータを用いて自由空間におけるコリメート光にしました。そのあとは偏光計で直接測定するか、またはλ/4波長計直線偏光子およびパワーメータで構成したアナライザーアセンブリで測定しました。

Lab Facts Complete Summary

図2は、ファイバ内の光の偏光を操作したときの測定結果をパドルの回転に従ってポアンカレ球上に示したものです。線の色は、図1のFPC030の3つのパドルの数字の色に対応しています。1/4波長板として機能させるにはパドルにファイバを2回巻きつける必要があり、1/2波長板とするには3回巻きつける必要があります。図2に示された結果は、巻きつける回数を2-3-2としたFPC030で得られたものです。図2のように、任意の偏光状態から開始しても、それぞれのパドルを何度か繰り返して回転させることで、希望する偏光状態に達することができます。FPCによる偏光の操作では、内部的な損失や後方反射は発生しません。応力による複屈折性はファイバ内の光の偏光を変換するメカニズムとして利用されています。 この実験に使用された装置や実験結果の詳細はこちらをクリックしてご覧ください。

[1] R. Ulrich, A. Simon, “Polarization optics of twisted single-mode fibers” Appl. Opt. 18, 2241-2251 (1979).


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