デポラライザー（光学）

デポラライザは、光の偏光をスクランブルするために使用される光学デバイスです。理想的なデポラライザは、入力に関係なくランダムに偏光した光を出力しますが、実際のデポラライザはすべて疑似ランダムな出力偏光を生成します。

光学システムは、多くの場合、そこに到達する光の偏光に敏感です (たとえば、格子ベースの分光計)。このようなシステムへの入力の望ましくない偏光は、システムの出力にエラーを引き起こす可能性があります。

コルニュ偏光解消器は最も初期の設計の 1 つで、発明者のマリー・アルフレッド・コルニュにちなんで名付けられました。この装置は、光学的に接触して直方体を形成する45° の水晶プリズムのペアで構成されています。高速軸は 90° 離れており、偏光解消器の側面から 45° 離れています (図を参照)。プリズムに入る光線は、実質的に 2 つの波長板を通過します。これらの波長板の厚さ、つまりそのリターダンスは、ビーム全体にわたって変化します。位相シフトは^{[1]で与えられます。}

$${\displaystyle \delta (y)={\frac {2\pi }{\lambda }}[n_{2}-n_{1}](2y-a).}$$

均一な偏光の入力ビームの場合、出力偏光はy 方向に周期的になります。位相シフトは分散により波長にも依存します。

2 つのプリズムを使用すると、出力は基本的に入力と同軸になります。プリズム間のインターフェースでは屈折率が交換されるため、屈折が起こります。そのため、出力ビームのコンポーネントがいくらか分離されます。

このデバイスは現在では一般的に使用されていませんが、同様の設計のものが市販されています。

Lyot デポラライザは、もう一つの初期の設計です。これは、Bernard Lyotによって発明されました。これは、速軸が 45° 離れた 2 つの波長板で構成され、2 番目の波長板の厚さは最初の波長板の 2 倍です。出力は、波長の関数および波長板の厚さの関数として周期的です。このデポラライザを特定の用途に使用する場合は、最適な波長板の厚さは、使用する信号波長と光スペクトルによって異なるため、特別な考慮が必要です。これは、広帯域可視用途向けに市販されています。

このデバイスは光ファイバーにおいて特に魅力的であり、波長板の代わりに、正しい長さの偏光保持光ファイバー2 本を 45 度の角度で接合して使用するため、ビーム スプリッターなどの他のコンポーネントは必要ありません。

石英シリカウェッジデポラライザは、一般的な市販の設計で、コルニュデポラライザに似ていますが、2 つのコンポーネント間の角度ははるかに小さく (通常は 2°)、最初のコンポーネントのみが複屈折します。2 番目のコンポーネントは、石英と非常によく似た屈折率を持つフューズドシリカで作られていますが、複屈折はありません。石英要素の高速軸は、通常、ウェッジに対して 45° です。デバイス全体は、コルニュデポラライザ (同じ開口部の場合) よりもはるかにコンパクトです。

コルニュ偏光解消器と同様に、偏光の関数として出力がいくらか分離し、石英とシリカの屈折率の不完全な一致によるビームの偏向もあります。出力は偏光解消器全体で周期的です。くさび角がコルニュ偏光解消器よりもはるかに小さいため、周期はより大きくなり、多くの場合約6 mm。このデポラライザーには、定義された単一の高速軸があるため、優先配向もあります。市販のウェッジデポラライザーでは、通常、これがマークされています。

石英-石英ウェッジ偏光解消器は市販されていますが、一般的ではありません。コルニュ偏光解消器に似ていますが、シリカ補償ウェッジのウェッジ角度が小さいです。

上記の設計では、石英の代わりに他の複屈折材料を使用することもできます。

ウェッジ デポラライザは、ビームがわずかに偏向します。これは、光学系の面が完全に平行であっても当てはまります。光学系の各半分はウェッジであり、2 つの半分の屈折率がまったく同じではないため (特定の偏光に対して)、デポラライザは実質的に非常にわずかにウェッジされています (光学的に)。

Lyot デポラライザや類似のデバイスは、光波長板またはリターダの遅延が光周波数または波長に依存するという事実に基づいています。これらは偏光モード分散を引き起こし、有害な場合があります。さらに、これらは (準) 単色信号には使用できません。後者の場合、時間可変デポラライザが必要です。これらは時間可変光リターダで構成されています。時間可変デポラライザを実現する効果的な方法は、回転波長板または同等の光学デバイスです。

回転する半波長板は、時間的に周期的な偏光を生成するため、十分に遅い応答に対して効果的にスクランブルされます。その入力偏光は線形である必要があります。結果として生じる出力偏光は回転線形偏光です。同様に、円偏光は回転する1/4 波長板で偏光解消できます。出力偏光は再び線形です。半波長板と 1/4 波長板を連結して異なる速度で回転すると、入力偏光が偏光解消されます。波長板が完璧でない場合は、回転する波長板を増やすことでパフォーマンスを向上させることができます。^[2]電気光学回転波長板に基づいて、このような偏光非依存の偏光解消装置は、偏光解消間隔が最小で 1/4 波長板まで市販されています。360ナノ秒。

多くの用途では、 1/4波長板を使用して円偏光を生成することが可能ですが、これは最初から直線偏光である限られた波長範囲の光に対してのみ可能です。ファラデー回転子や液晶の使用など、他の方法も実証されています。^[3]光ファイバーを使用して光の偏光を解消することも可能です。マットプラスチックや油を塗った紙などの通常の半透明材料を通過する光によっても、比較的高い偏光解消度が達成されます。

• 偏波スクランブル
• 偏光板
• 光学プリズム

• 「偏光非依存型デポラライザーと 50 Mrad/s 偏光スクランブラー」。Novoptel。