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- PM Fiber Heater Driver and Compatible PM Patch Cables with Nichrome Heating Wire
- Enables Ultra-High-Precision Alignment of Input Polarization to the PM Axis
- Improves the Ouput Polarization Stability After PM Fiber
- Available for Wavelength Ranges Between 400 and 1625 nm
PMFH1
PM Fiber Heater Driver
P3-630PMH-2
620 - 850 nm PM Patch Cable with Heating Wires
P3-1060PMH-2
970 - 1550 nm PM Patch Cable with Heating Wires
Application Idea
A PMFH1 PM Fiber Heater Driver heats a P2-1550PMH-2 PM Patch Cable with Heating Wire for improved output polarization stability.
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用途例
- 量子光学
- 量子情報処理
- 精密物理学
- レーザ分光法および干渉法
- 原子時計
- 光ファイバによるデータ伝送
- 光ファイバによる量子ネットワーク
- 光ファイバによる量子または古典的なセンサ
- 光渦ビームの生成
| PM Patch Cables with Heating Wire Selection Guide | |
|---|---|
| Item # | Operating Wavelength Range |
| P3-405PMH-2 | 400 to 680 nm |
| P3-488PMH-2 | 460 to 700 nm |
| P3-630PMH-2 | 620 to 850 nm |
| P3-780PMH-2 | 770 to 1100 nm |
| P3-1060PMH-2 | 970 to 1550 nm |
| P3-1310PMH-2 | 1270 to 1625 nm |
| P3-1550PMH-2 | 1440 to 1625 nm |
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Figure 1.1 偏波保持ファイバ用ヒータードライバPMFH1とニクロムヒーターワイヤ付き偏波保持パッチケーブルP3-630PMH-2を使用して、入射偏光を偏波保持ファイバのスロー軸へアライメントするための光学セットアップ。推奨される調整手順については「使用方法」タブをご覧ください。
特長
- ニクロムヒーターワイヤ付きの偏波保持FC/APCパッチケーブル
- 2.0 mm幅のナローキーはスロー軸にアライメント
- 反射減衰量(典型値)：60 dB
- APCコネクタには8°の角度付きセラミック製フェルール
- Ø3 mmの保護被覆付き
- ドライバPMFH1は、対応する偏波保持パッチケーブルを0.1 Hzにおいて0～10 V、デューティ比50%で加熱し、複屈折を調製。
- 振動温度により、入射偏光とファイバの偏波保持軸の超高精度アライメントが可能。
- 一度のアライメントで、長期にわたり安定した偏光を得ることが可能。
- カスタム仕様のヒーターワイヤ付き偏波保持パッチケーブルにも対応。
当社のニクロムヒーターワイヤ付き偏波保持(PM)パッチケーブルP3-xxxPMH-2は、入射レーザの偏光軸を偏波保持ファイバのスロー(またはファスト)軸に対して超高精度に調整可能です。偏波保持ファイバ用ヒータードライバPMFH1は、パッチケーブルP3-xxxPMH-2のヒーターワイヤに0～10V、デューティ比50%の0.1Hz矩形波電圧を印加し、ファイバの温度、すなわち複屈折を振動させます。
偏波保持ファイバが偏光を維持するためには、入射光をファイバの偏波保持軸に正確にアライメントする必要があります。しかし、光学分野の多くの用途において要求される1度未満の精度でこれを達成することは困難です。偏波保持ファイバからの出射光の偏光状態が適切に安定化されていなければ、望ましい結果を得られないためです。さらに、光を偏波保持ファイバにアライメントする際、アライメント時の環境条件によりファイバの偏波保持軸と入射光の偏光軸の間のアライメントが最適でなくなる場合があります。出射時に高い消光比が達成された場合でも、環境変動が続くと、ファイバの偏波保持軸とのミスアライメントにより出射偏光が時間とともにシフトする可能性があります。
偏波保持ファイバから安定性の高い出射偏光を得るには、入射偏光を調整する有用な手法として、ファイバに熱振動を加えて複屈折を乱し、偏波保持ファイバのファスト軸とスロー軸に結合される光間の位相に振動を発生させます。その後、出射光の偏光状態に観測される振動を調整し、光がファイバの偏波保持軸に正確にアライメントされるまで最小化します。これによりアライメントの精度が向上し、ファイバからの出射偏光に長期的な安定性が得られます。加熱したブレッドボードなどで外部から加熱する方法もありますが、この方法はマウントや光学部品の温度も変化させるため、他の問題を引き起こす可能性があります。ヒーターワイヤ付き偏波保持パッチケーブルP3-xxxPMH-2とヒータードライバPMFH1を用いれば、ファイバのみを加熱できるため、これらの問題を解決できます。当社のFiberBenchを使用して、レーザS1FC635の偏光状態をヒーターワイヤ付きパッチケーブルP3-630PMH-2にアライメントする場合の推奨セットアップについては、Figure 1.1をご参照ください。
ヒータードライバPMFH1を用いて温度を振動させ、入射偏光をファイバの偏光状態に正確にアライメントすれば、ヒータードライバを取り外しても出射偏光は安定しています。偏波保持ファイバがずれた場合、再アライメントのために再度加熱することは可能ですが、日常的には必要ありません。ファイバの偏波保持軸に正確にアライメントすることでシステムの環境変化に対する感度が大幅に低下するためです。ヒータードライバは1台のみで複数のパッチケーブルP3-xxxPMH-2を一度にアライメントできます。ヒータードライバPMFH1を用いて、偏光状態の光をパッチケーブルP3-xxxPMH-2にアライメントする詳しい方法については「動作」タブをご覧ください。
標準品の中から用途に適したヒーターワイヤ付き偏波保持パッチケーブルが見つからない場合は、カスタムパッチケーブルもご用意しています。長さやコネクタ、ファイバについてカスタマイズが可能です。詳細は当社までお問い合わせください。
| Table 2.1 Patch Cable Specifications | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | P3-405PMH-2 | P3-488PMH-2 | P3-630PMH-2 | P3-780PMH-2 | P3-1060PMH-2 | P3-1310PMH-2 | P3-1550PMH-2 |
| Alignment Wavelength | 405 nm | 488 nm | 630 nm | 780 nm | 1064 nm | 1310 nm | 1550 nm |
| Fiber Item # | PM-S405-XP | PM460-HP | PM630-HP | PM780-HP | PM980-XP | PM1300-XP | PM1550-XP |
| Operating Wavelength Range | 400 to 680 nm | 460 to 700 nm | 620 to 850 nm | 770 to 1100 nm | 970 to 1550 nm | 1270 to 1625 nm | 1440 to 1625 nm |
| Mode Field Diametera | 3.3 ± 0.5 µm @ 405 nm 4.6 ± 0.5 µm @ 630 nm | 3.3 ± 0.5 µm @ 515 nm | 4.5 ± 0.5 µm @ 630 nm | 5.3 ± 1.0 µm @ 850 nm | 6.6 ± 0.5 µm @ 980 nm | 9.3 ± 0.5 µm @ 1300 nm | 10.1 ± 0.4 µm @ 1550 nm |
| Cladding Diameter | 125 ± 2 µm | ||||||
| Coating Diameter | 245 ± 15 µm | ||||||
| Cutoff Wavelength | 380 ± 20 nm | 410 ± 40 nm | 570 ± 50 nm | 710 ± 60 nm | 920 ± 50 nm | 1210 ± 60 nm | 1380 ± 60 nm |
| NA | 0.12 | 0.125 | |||||
| Insertion Loss | 1.50 dB (Max) 1.20 dB (Typ.) | 1.50 dB (Max) 1.20 dB (Typ.) | 1.20 dB (Max) 1.00 dB (Typ.) | 1.00 dB (Max) 0.70 dB (Typ.) | 0.70 dB (Max) 0.50 dB (Typ.) | 0.50 dB (Max) 0.30 dB (Typ.) | 0.50 dB (Max) 0.30 dB (Typ.) |
| Extinction Ratio | 15 dB (Max) 17 dB (Typ.) | 18 dB (Max) 20 dB (Typ.) | 20 dB (Max) 22 dB (Typ.) | 20 dB (Max) 22 dB (Typ.) | 22 dB (Max) 24 dB (Typ.) | 23 dB (Max) 25 dB (Typ.) | 23 dB (Max) 25 dB (Typ.) |
| Optical Return Loss (Typical) | 60 dB | ||||||
| Connector | |||||||
| Connector Type | FC/APC | ||||||
| Key Width | Narrow (2.0 mm) | ||||||
| Key Alignment | Slow Axis | ||||||
| General | |||||||
| Operating Temperature | 0 to 70 °C | ||||||
| Storage Temperature | -45 to 85 °C | ||||||
| Recommended Voltage | 10 V | ||||||
| Table 2.2 Heater Driver Specifications | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | PMFH1 | |||||
| Output Signala | 0 - 10 V, 100 mA, 0.1 Hz, 50% Duty Cycle | |||||
| Output Enable | Tactile Switch | |||||
| Indicatorb | LED | |||||
| Power Connector | USB Type-C | |||||
| Maximum Current | 400 mA | |||||
| Output Connector | Removable Terminal Block (Included) | |||||
| Operating Temperature | 0 to 40 °C (Non-Condensing) | |||||
| Storage Temperature | -40 to 85 °C | |||||
ヒータードライバPMFH1の前面＆背面パネル
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Figure 3.2 ヒータードライバPMFH1の背面パネル
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Figure 3.1 ヒータードライバPMFH1の前面パネル
| Back Panel | |
|---|---|
| Callout | Description |
| 1 | Heater Driver Output Connector (Terminal Block Included) |
| Front Panel | |
|---|---|
| Callout | Description |
| 1 | LED Status Indicator Blue LED: System is powered in standby. Green LED: Output Enabled Red LED: Error caused by an overcurrent condition. Amber LED: Error caused by an undercurrent condition. |
| 2 | Enable Heater Driver Output |
| 3 | Lockable USB Type-C Connector for Input Power with Threading for Locking Screw (M2 x 0.4 Tapped Hole) |
偏波保持(PM)ファイバ用ヒータードライバを用いたニクロムヒーターワイヤ付きPMパッチケーブルP3-xxxPMH-2のアライメント方法
PMファイバに関する詳しい情報は、Insights－ヒント集のページにある「偏光」タブをご覧ください。
アライメントのセットアップ
Figure 4.1は、光をPMファイバーパッチケーブルにアライメントする際の概略図を示しています。入力レーザ光源は、3パドル型偏光コントローラ内のシングルモード(SM)ファイバを通過し、その後、偏光子を通過します。偏光子は光を偏光させたり偏光状態を整えたりします。ほとんどの場合、偏光軸はPMファイバのスロー軸と同じ方向である必要があります。こちらのページでご紹介しているファイバは、このスロー軸がコネクタキーにアライメントされています。
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Figure 4.1 ニクロムヒーターワイヤ付きPMパッチケーブルの推奨アライメント方法を示した概略図(パッチケーブルP3-630PMH-2をアライメントするために必要な部品の一例を「概要」タブ内Figure 1.1に示しています)。
この偏光子に続いて1/2波長板(HWP)が配置され、ファイバに入射する直線偏光を回転させることができます。1/2波長板の後にオプションで1/4波長板(QWP)を配置して、直線偏光を最適化することができます。PMファイバの後に配置した偏光子とそれに続くフォトディテクタを使用して、レーザの偏光がファイバのPM軸に対してどの程度アライメントされているかを分析します。PMファイバのアライメント完了後、分析用偏光子の前にQWPとHWPを追加することで、偏光に敏感な用途に対応する非常にクリーンな直線偏光状態の出射光が得られます。
なお、入力側のFiberBenchにおいてHWPを偏光子の前に配置することで、出射光の偏光状態を改善できる場合がありますが、その場合、アライメント手順はより複雑になります。
消光比
ファイバ後方の消光比(ER)は、次の式で与えられます。
適切なアライメントにより最適な信号対雑音比を得るためには、分析用の偏光子をファイバのPM軸に対して垂直に配置する必要があります。ヒータードライバPMFH1により、印加した熱によって発生する信号の振動を利用して、PMファイバの前にあるHWPの精密なアライメントが可能になります。その後、QWPを追加して楕円偏光を補正し、ファイバのPM軸に超高精度にアライメントできます。アライメント時にPMファイバ用ヒータードライバを使用しない場合、PMパッチケーブルP3-1550PMH-2へのアライメント後に加熱をオンにした際のERは約25～30 dBの間で変動します(Figure 4.2参照)。ヒータードライバPMFH1を用いて偏光をファイバにアライメントした場合、ERは約44.75～47.25 dBの範囲で変動します(Figure 4.3参照)。 このアライメント手順を厳密に実施した結果、この測定で使用した光学素子では平均ERが約19.4 dB向上しました。グラフ右側に示したミスアライメント角度はマリュスの法則で算出しています。ヒータードライバPMFH1を使用してアライメントを行った場合、ミスアライメント角度の平均が約10分の1に低減した点にご注目ください。 こちらの例では、測定結果がディテクタのノイズフロアに近づきましたが、高出力レーザ光源を用いればERはさらに向上すると考えられます。
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Figure 4.3 ヒータードライバPMFH1を使用してP3-1550PMH-2をアライメントした場合のERとミスアライメント角度(アライメントおよび測定時は加熱をONにしています。Figure 4.2と4.3ではY軸の目盛りが異なることにご注意ください)。
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Figure 4.2 ヒータードライバPMFH1を使用せずにP3-1550PMH-2をアライメントした場合のERとミスアライメント角度(測定時のみ加熱をONにしています。Figure 4.2と4.3ではY軸の目盛りが異なることにご注意ください)。
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Figure 4.4 PMファイバに熱振動を与えた後のポアンカレ球
偏光計による測定
Figure 4.3に示す超高精度なPMファイバのアライメント結果を得るために必須ではありませんが、当社の偏光計PAX1000シリーズなどの偏光計が利用可能な場合、アライメント中のERの評価やアライメント後の偏光状態の可視化に使用できます。ポアンカレ球を用いた偏光状態に関する詳しい情報は、Insights－ヒント集のページにある「偏光」タブ、またはこちらのCharacterizing Beam Polarizationのウェビナーをご参照ください。
PMファイバの出力の典型的な偏光状態は楕円偏光となり、これはポアンカレ球上で赤道面(完全な直線偏光状態が存在する領域)から外れた点として現れます。ファイバの温度を振動させると、ポアンカレ球上でこの点を中心に偏光が円を描くようになります(Figure 4.4参照)。ERは球上の角度から算出できます。
ヒータードライバPMFH1を使用せずにパッチケーブルP3-780PMH-2をアライメントした後の偏光計での測定結果をFigure 4.5に示しています。測定中はヒータをONにし、黄色の円は温度変化ならびに、PM軸と入射偏光のミスアライメントによる偏光ドリフトを示します。前述のように、ヒータードライバPMFH1を用いてファイバをアライメントした後の偏光計での測定結果は、ヒータ作動時の温度変動よりもはるかに安定しています。時間経過にともなう偏光の変化を示す黄色の円(Figure 4.6参照)は、ヒータードライバPMFH1を使用したアライメント後の偏光がポアンカレ球上でほとんど移動しないため、点として現れるようになりました。
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Figure 4.5 ヒータードライバPMFH1を使用せずに、ニクロムヒーターワイヤ付きパッチケーブルP3-780PMH-2をアライメントした後のポアンカレ球(加熱はON)
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Figure 4.6 ヒータードライバPMFH1を使用して、ニクロムヒーターワイヤ付きパッチケーブルP3-780PMH-2をアライメントした後のポアンカレ球(加熱はON)
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ズーム- FC/APC PM Patch Cables with Nichrome Heating Wire
- Designed for Use with the PMFH1 PM Fiber Heater Driver
- Allows Ultra-High-Precision Alignment of an Input Laser's Polarization to the PM Axis of the Fiber
Thorlabs' P3-xxxPMH-2 Patch Cables with Nichrome Heating Wire cover input wavelengths from 400 to 1625 nm, with narrow key (2.0 mm) FC/APC connectors that are aligned to the slow axis of the PM fiber inside the Ø3 mm jacket. The heating wires can be connected to the PMFH1 heater driver using the removable terminal block, which allows oscillating heat to be applied to the PM fiber, causing the birefringence of the fiber to fluctuate. The oscillations can be used to align the polarization into the PM fiber with almost a 10x lower misalignment angle, as shown in Figures 4.2 and 4.3 in the Operation tab, which includes an alignment schematic and directions. For a sample parts list for aligning a P3-630PMH-2 patch cable, see Figure 1.1 in the Overview tab.
One heater driver can be used with multiple patch cables, as it is only needed for the initial alignment of the fiber, or when the polarization becomes misaligned. The polarization of the output from the P3-xxxPMH-2 patch cable after alignment with the PMFH1 heater driver is much more stable than without using the driver. Once the alignment is complete, the heater driver can be removed and used for aligning another patch cable, if needed.
Note that a function generator can be connected to the heating wire of the P3-xxxPMH-2 patch cables if one is available. We recommend driving the wires using the output signal specifications in Table 2.2 in the Specs tab. Please see the PMFH1 heater driver manual, which includes a detailed alignment protocol for these PM patch cables that should be followed regardless of which type of driver is used.
| Figure G2.1 PM Patch Cables with Heating Wire Key Specificationsa | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Item # | Alignment Wavelength | Fiber Item # | Wavelength Range | MFDb | Cutoff Wavelength | NAc |
| P3-405PMH-2 | 405 nm | PM-S405-XP | 400 to 680 nm | 3.3 ± 0.5 µm @ 405 nm 4.6 ± 0.5 µm @ 630 nm |
380 ± 20 nm | 0.12 |
| P3-488PMH-2 | 488 nm | PM460-HP | 460 to 700 nm | 3.3 ± 0.5 µm @ 515 nm | 410 ± 40 nm | |
| P3-630PMH-2 | 630 nm | PM630-HP | 620 to 850 nm | 4.5 ± 0.5 µm @ 630 nm | 570 ± 50 nm | |
| P3-780PMH-2 | 780 nm | PM780-HP | 770 to 1100 nm | 5.3 ± 1.0 µm @ 850 nm | 710 ± 60 nm | |
| P3-1060PMH-2 | 1064 nm | PM980-XP | 970 to 1550 nm | 6.6 ± 0.5 µm @ 980 nm | 920 ± 50 nm | |
| P3-1310PMH-2 | 1310 nm | PM1300-XP | 1270 to 1625 nm | 9.3 ± 0.5 µm @ 1300 nm | 1210 ± 60 nm | |
| P3-1550PMH-2 | 1550 nm | PM1550-XP | 1440 to 1625 nm | 10.1 ± 0.4 µm @ 1550 nm | 1380 ± 60 nm | 0.125 |
Figure G2.2 The FC/APC Connector Key is Aligned to the PM Fiber Slow Axis
ズーム- Outputs a Drive Signal to Apply Oscillating Heating to PM Patch Cables with Heating Wire
- Square-Wave Signal From 0 to 10 V at 100 mA and 0.1 Hz, with a 50% Duty Cycle
- Compatible with P3-xxxPMH-2 Patch Cables with Nichrome Heating Wire, Sold Above
- USB Cable and Power Supply Sold Separately Below
The PMFH1 PM Fiber Heater Driver is designed for use with our specially designed PM Patch Cables with Nichrome Heating Wire, which are sold above for a variety of operating wavelength ranges. The heater driver can be connected to the wires on a compatible patch cable using the removable terminal block that accepts the ferrules on the ends of the wires installed within our P3-xxxPMH-2 patch cables. Note that a small flathead screwdriver, such as one from our PSS7 screwdriver set, is required to install the ferrules in the terminal block. The heater driver applies a 50% duty cycle, 0.1 Hz oscillating square wave from 0 to 10 V with 100 mA of current to the heating wires when the power is enabled. Once connected, it is switched on or off with the simple tactile enable switch on the front panel (see the Front & Back Panels tab for details).
Note that the PMFH1 heater driver is powered through the USB Type-C connector on the front panel using a compatible USB power supply and cable. We recommend using our DS5 power supply and our CABCUL72 USB 3.0 Type-A to Type-C Cable with Locking Screw, sold separately below. Note that, in the event of a short circuit, some USB power supplies may cause the PMFH1 heater driver’s internal PD circuit to disable the voltage, causing the PMFH1 heater driver to shut down. Removing the short and cycling the power will reset the system. Using the recommended Thorlabs DS5 power supply, the short circuit error detection will operate as normal, shutting down the output and turning the status LED red.
パッチケーブル |  PMパッチケーブル、ヒーターワイヤ付き、FC/APCPMパッチケーブル |