[論文レビュー] Distributed measurement of mode coupling in birefringent fibers with random polarization modes

Tianhua Xu, Feng Tang+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 22, 2016

Advanced Fiber Optic Sensors参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、白色光ミケルソン干渉計を用い、高双屈折性偏光維持ファイバ（PMF）における偏光モード結合（DPC）を分散的に測定する新規な手法を提示する。ランダムに励振された偏光モードを用いることで、偏光の正確な整合を必要とせず、アナライザーの回転によって感度を向上させることで、検出感度を100倍以上向上させ、厳密なモード励振制御が不要な高精度で実用的なDPCプロファイル測定を実現する。

ABSTRACT

A scanning white light interferometer is developed to measure the distributed polarization coupling (DPC) in high birefringence polarization maintaining fibers (PMFs). Traditionally, this technique requests only one polarization mode to be excited or both polarization modes to be excited with equal intensity in the PMF. Thus, an accurate alignment of the polarization direction with the principal axis in PMF is strictly required, which is not facilely realized in practical measurement. This paper develops a method to measure the spatial distribution of polarization mode coupling with random modes excited using a white light Michelson interferometer. The influence of incident polarization extinction ratio (PER) on polarization coupling detection is evaluated theoretically and experimentally. It is also analyzed and validated in corresponding measurement that the sensitivity of the polarization coupling detection system can be improved more than 100 times with the rotation of the analyzer.

研究の動機と目的

• 従来のPMF用DPC測定技術で求められる正確な偏光アライメントの課題を克服すること。
• 片方または両方の偏光モードがランダムな強度で励振される状況下でも、高双屈折性ファイバにおけるモード結合の正確な分散測定を可能とすること。
• 入射偏光消光比（PER）がDPC検出の正確性および感度に与える影響を評価すること。
• 干渉計設定におけるアナライザーの制御された回転によって、検出感度を顕著に向上させることを示すこと。
• 実世界のファイバ特性評価に適した実用的でアライメントフリーな分散DPC測定手法を提供すること。

提案手法

• スキャニング白色光ミケルソン干渉計を用いて、PMF内の偏光モード結合の空間的分布を測定する。
• システムは、ファイバの主軸と正確に一致させる必要がない、ランダムに励振された偏光モードで動作する。
• 理論的および実験的に、入射偏光消光比（PER）が測定精度に与える影響を分析する。
• アナライザーの回転を実装することで、偏光結合に対するシステムの感度を向上させ、検出能力を強化する。
• 干渉計設定により、ファイバ長に沿った高分解能な分散的モード結合測定が可能となる。
• 理論的モデルと実験的検証を統合し、感度の向上および測定精度の妥当性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 偏光モードがランダムな強度で励振される状況下でも、PMFにおける分散的偏光モード結合を正確に測定できるか？
• RQ2 白色光干渉計設定において、入射偏光消光比（PER）はDPC検出の正確性にどのように影響するか？
• RQ3 アナライザーの制御された回転によって、DPC検出感度をどの程度向上させられるか？
• RQ4 白色光干渉計を用いることで、DPC測定における正確な偏光アライメントの必要性を排除できるか？
• RQ5 高双屈折性ファイバにおける分散的DPCプロファイル測定に、ランダムな偏光励振を用いる実用的妥当性は何か？

主な発見

• 提案手法により、ファイバの主軸と入射偏光を正確に一致させる必要がない状態で、PMFにおける分散的モード結合測定が成功裏に実現された。
• 入射偏光消光比（PER）がDPC検出に与える影響を定量的に評価し、低PERでは測定精度が低下することが示された。
• アナライザーの回転により、システムの検出感度が100倍以上向上し、微弱な結合効果の解像能力が顕著に向上した。
• 白色光光源と標準的な干渉計部品のみを用いても、ファイバ長に沿った高精度で高分解能のモード結合プロファイル測定が可能となった。
• 実験的検証により理論的予測が確認され、ランダムなモード励振下でも現実的な条件下で安定した性能を示した。
• 本手法は、高双屈折性ファイバにおける分散的DPC測定に実用的でアライメントフリーなソリューションを提供し、実世界への展開に適している。