JPH0650820A - 偏光検出装置 - Google Patents
偏光検出装置Info
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- JPH0650820A JPH0650820A JP20212492A JP20212492A JPH0650820A JP H0650820 A JPH0650820 A JP H0650820A JP 20212492 A JP20212492 A JP 20212492A JP 20212492 A JP20212492 A JP 20212492A JP H0650820 A JPH0650820 A JP H0650820A
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- light
- grating
- diffraction grating
- diffraction
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 回折格子を使用した偏光分離・検出機能をも
つ導波路を小型化し、さらに光源の波長変動の影響の受
けにくい、安定した偏光の検出を可能とすると共に、偏
光特性を著しく向上させる。 【構成】 30は光結合回折格子、13は入射光、14
は透過光、15は回折光、5、6は集光レンズ、7、8
は光検出器、である。 導波路11の導波層内に格子間
隔が波長程度である第一及び、第二の回折格子3及び、
4が作製されている。回折格子3及び、4はいずれも紙
面に垂直な方向に作製されている。導波路内に入射され
た光束を格子方向と格子間隔の一致した第1・第2の回
折格子で回折させることにより、透過光と回折光を第2
回折格子から平行に出射させることが出来、透過光と回
折光の光受光器の近配置が可能になるだけでなく、光源
の波長変動の影響の受けにくい、安定した偏光の検出を
可能とすると共に、回折効率が上がり偏光特性が向上す
る。
つ導波路を小型化し、さらに光源の波長変動の影響の受
けにくい、安定した偏光の検出を可能とすると共に、偏
光特性を著しく向上させる。 【構成】 30は光結合回折格子、13は入射光、14
は透過光、15は回折光、5、6は集光レンズ、7、8
は光検出器、である。 導波路11の導波層内に格子間
隔が波長程度である第一及び、第二の回折格子3及び、
4が作製されている。回折格子3及び、4はいずれも紙
面に垂直な方向に作製されている。導波路内に入射され
た光束を格子方向と格子間隔の一致した第1・第2の回
折格子で回折させることにより、透過光と回折光を第2
回折格子から平行に出射させることが出来、透過光と回
折光の光受光器の近配置が可能になるだけでなく、光源
の波長変動の影響の受けにくい、安定した偏光の検出を
可能とすると共に、回折効率が上がり偏光特性が向上す
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学素子に関し、特に
偏光の異なる光束を分離検出する光学素子にかかるもの
である。
偏光の異なる光束を分離検出する光学素子にかかるもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来より格子間隔が波長程度である回折
格子は偏光特性を有することが知られ、このような回折
格子を光集積回路内で用いる試みが行われている(例え
ば、Y.Handa,T.Suhara,H.Nishihara and J.Koyama,"Mic
rogratings for high-efficiency gui-dedbeam deflect
ion fabricated by electron-beam direct w-riting t
echniques", Applyed Optics Vol.19,No.16,pp2842,198
0)。
格子は偏光特性を有することが知られ、このような回折
格子を光集積回路内で用いる試みが行われている(例え
ば、Y.Handa,T.Suhara,H.Nishihara and J.Koyama,"Mic
rogratings for high-efficiency gui-dedbeam deflect
ion fabricated by electron-beam direct w-riting t
echniques", Applyed Optics Vol.19,No.16,pp2842,198
0)。
【0003】図6(b)に示すように、導波路11の基
板12は例えばシリコンをもちいて、その一方の面にT
iO2等で導波層10を形成し、例えば種々のレジスト
を用いた二光束干渉法や電子ビーム描画といった作製方
法によって回折格子3が形成されている。
板12は例えばシリコンをもちいて、その一方の面にT
iO2等で導波層10を形成し、例えば種々のレジスト
を用いた二光束干渉法や電子ビーム描画といった作製方
法によって回折格子3が形成されている。
【0004】図6のような二次元導波路では、導波光は
導波路面内の任意の方向に伝搬が可能であり、適当な方
位の回折格子により、異なる伝搬方向の導波光間で結合
が生じる。この際、回折格子の格子間隔に対して長さL
が相対的に長い場合、ブラッグ回折条件を成立させるよ
うな角度の入射光があると、単一の回折波が生じ、回折
波が回折格子に関して透過する場合と反射する場合があ
る。本発明では導波路の小型化という目的から、主に透
過型の回折格子を用いて入射光の偏光分離を行う。回折
格子に入射した光は、回折格子を透過する偏光成分と、
回折格子により回折される偏光成分に分離される。特
に、回折角が90°前後となる回折格子はTE−TM偏
光分離能力をもつ。電子ビーム描画法等をもちいて、透
過するタイプの格子方向・格子間隔の回折格子を作製し
入射光13をブラッグ角で入射させた場合、TE偏光の
光14であればほぼ100%は0次回折光として透過し
レンズ5によって光検出器7に集光され、一次回折光は
殆ど発生しない。逆にTM偏光の光15であれば0次回
折光は殆ど発生せず、ほぼ100%が回折され一次回折
光として出射されてレンズ6によって光検出器8に集光
される。このような偏光分離機能を持つ導波路を光磁気
記録再生装置の光ピックアップの光学系に組み込むこと
で、光学部品点数の削減とピックアップの軽量化が図る
ことが試みられている。
導波路面内の任意の方向に伝搬が可能であり、適当な方
位の回折格子により、異なる伝搬方向の導波光間で結合
が生じる。この際、回折格子の格子間隔に対して長さL
が相対的に長い場合、ブラッグ回折条件を成立させるよ
うな角度の入射光があると、単一の回折波が生じ、回折
波が回折格子に関して透過する場合と反射する場合があ
る。本発明では導波路の小型化という目的から、主に透
過型の回折格子を用いて入射光の偏光分離を行う。回折
格子に入射した光は、回折格子を透過する偏光成分と、
回折格子により回折される偏光成分に分離される。特
に、回折角が90°前後となる回折格子はTE−TM偏
光分離能力をもつ。電子ビーム描画法等をもちいて、透
過するタイプの格子方向・格子間隔の回折格子を作製し
入射光13をブラッグ角で入射させた場合、TE偏光の
光14であればほぼ100%は0次回折光として透過し
レンズ5によって光検出器7に集光され、一次回折光は
殆ど発生しない。逆にTM偏光の光15であれば0次回
折光は殆ど発生せず、ほぼ100%が回折され一次回折
光として出射されてレンズ6によって光検出器8に集光
される。このような偏光分離機能を持つ導波路を光磁気
記録再生装置の光ピックアップの光学系に組み込むこと
で、光学部品点数の削減とピックアップの軽量化が図る
ことが試みられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記偏光検出器では、
回折角が90°前後になるので、図6(a)に示すよう
に二つの光検出器を離れた位置に配置する必要が有り、
光ピックアップ等に組み込む場合、小型化しにくいとい
う問題生じる。
回折角が90°前後になるので、図6(a)に示すよう
に二つの光検出器を離れた位置に配置する必要が有り、
光ピックアップ等に組み込む場合、小型化しにくいとい
う問題生じる。
【0006】また、光ピックアップの発光源として例え
ばレーザダイオード等を用いた場合、周囲温度の変化に
よって光の波長が変化する現象が起こる。すると、回折
格子による回折光の回折角は波長依存性があるため変化
する。これを図6を用いて説明する。今、光源の波長が
所定の波長λ0であれば一次回折光は実線で示される光
路を通ってレンズ6によって光検出器8に集光される。
ところが周囲温度が低くなって光の波長がλ<λ0にな
ったとすると回折角は所定の角度よりも小さくなり2点
鎖線で示された光路を通るので、回折光の集光点は光検
出器8から外れ検出できなくなる。
ばレーザダイオード等を用いた場合、周囲温度の変化に
よって光の波長が変化する現象が起こる。すると、回折
格子による回折光の回折角は波長依存性があるため変化
する。これを図6を用いて説明する。今、光源の波長が
所定の波長λ0であれば一次回折光は実線で示される光
路を通ってレンズ6によって光検出器8に集光される。
ところが周囲温度が低くなって光の波長がλ<λ0にな
ったとすると回折角は所定の角度よりも小さくなり2点
鎖線で示された光路を通るので、回折光の集光点は光検
出器8から外れ検出できなくなる。
【0007】波長変化による回折角の変化は回折格子の
格子間隔が波長程度であるため大変大きなものとなり、
光検出器の寸法を大きくする等では十分に対応できず実
用上の問題点となっている。
格子間隔が波長程度であるため大変大きなものとなり、
光検出器の寸法を大きくする等では十分に対応できず実
用上の問題点となっている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光検出装置
は、格子間隔が波長程度であることにより結果的に偏光
特性を有する微細な回折格子と、その回折格子により回
折された光束を所定の位置に導くための反射素子とを導
波構造内に具備し、かつ回折格子を透過した光束と、回
折格子で回折され反射素子で反射されて所定の位置に導
かれる光束が入射される集光レンズとこの集光レンズで
集光される上記一対の光束をそれぞれ受光する一対の光
検出器とを一つの基板上に備えたことを特徴とする。
は、格子間隔が波長程度であることにより結果的に偏光
特性を有する微細な回折格子と、その回折格子により回
折された光束を所定の位置に導くための反射素子とを導
波構造内に具備し、かつ回折格子を透過した光束と、回
折格子で回折され反射素子で反射されて所定の位置に導
かれる光束が入射される集光レンズとこの集光レンズで
集光される上記一対の光束をそれぞれ受光する一対の光
検出器とを一つの基板上に備えたことを特徴とする。
【0009】本発明の他の偏光検出装置は、格子間隔が
波長程度であることにより結果的に偏光特性を有する微
細な回折格子を導波構造内に二つ具備し、上記第一の回
折格子の格子間隔と上記第二の回折格子の格子間隔がほ
ぼ等しく、かつ、上記第一の回折格子の格子方向と上記
第二の回折格子の格子方向が一致するように形成され、
上記2つの回折格子を共に透過した光束と、共に回折し
た光束が入射される集光レンズとこの集光レンズで集光
される上記一対の光束をそれぞれ受光する一対の光検出
器とを一つの基板上に備えたことを特徴とする。
波長程度であることにより結果的に偏光特性を有する微
細な回折格子を導波構造内に二つ具備し、上記第一の回
折格子の格子間隔と上記第二の回折格子の格子間隔がほ
ぼ等しく、かつ、上記第一の回折格子の格子方向と上記
第二の回折格子の格子方向が一致するように形成され、
上記2つの回折格子を共に透過した光束と、共に回折し
た光束が入射される集光レンズとこの集光レンズで集光
される上記一対の光束をそれぞれ受光する一対の光検出
器とを一つの基板上に備えたことを特徴とする。
【0010】上記の偏光検出装置において、2つの回折
格子の格子間隔をD1・D2とした場合、D1≠D2となる
ように回折格子が作製されることを特徴とする。
格子の格子間隔をD1・D2とした場合、D1≠D2となる
ように回折格子が作製されることを特徴とする。
【0011】上記の偏光検出装置において、2つの回折
格子の格子間隔をD1・D2とした場合、入射光の波長を
λとした場合、入射光の波長λとD1・D2との間に 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/2D1)2)
- ( 1/ 2) ┃≦0.35 又は、 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/D1−λ/
2D2)2)-(1/2)┃≦0.35 の関係が満たされるように第一・第二の回折格子が形成
されることを特徴とする。
格子の格子間隔をD1・D2とした場合、入射光の波長を
λとした場合、入射光の波長λとD1・D2との間に 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/2D1)2)
- ( 1/ 2) ┃≦0.35 又は、 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/D1−λ/
2D2)2)-(1/2)┃≦0.35 の関係が満たされるように第一・第二の回折格子が形成
されることを特徴とする。
【0012】上記の偏光検出装置において、回折格子の
格子間隔が対象となる光の波長の0.5〜2倍であるこ
とを特徴とする。
格子間隔が対象となる光の波長の0.5〜2倍であるこ
とを特徴とする。
【0013】上記の偏光検出装置の回折格子はクラッド
型または、レリーフ型または屈折率変調形回折格子であ
ることを特徴とする。
型または、レリーフ型または屈折率変調形回折格子であ
ることを特徴とする。
【0014】上記の偏光検出装置において、λは波長、
Dは格子間隔、nは整数とした場合、光束を θ=sin-1(n・λ/2D) で表される第n次ブラッグ角で入射させるようにしたこ
とを特徴とする。
Dは格子間隔、nは整数とした場合、光束を θ=sin-1(n・λ/2D) で表される第n次ブラッグ角で入射させるようにしたこ
とを特徴とする。
【0015】上記の偏光検出装置において、回折格子へ
の入射光に対して入射角θiが sin-1(λ/2D1)≦θi≦sin-1(λ/D1−λ
/2D2) 又は sin-1(λ/D1−λ/2D2)≦θi≦sin-1(λ
/2D1) を満たす角度で入射するように第一の回折格子を作製す
ること特徴とする。
の入射光に対して入射角θiが sin-1(λ/2D1)≦θi≦sin-1(λ/D1−λ
/2D2) 又は sin-1(λ/D1−λ/2D2)≦θi≦sin-1(λ
/2D1) を満たす角度で入射するように第一の回折格子を作製す
ること特徴とする。
【0016】上記の偏光検出装置において、回折格子の
断面形状が矩形または正弦波状またはノコ歯状であるこ
とを特徴とする。
断面形状が矩形または正弦波状またはノコ歯状であるこ
とを特徴とする。
【0017】
【作用】本発明による偏光検出装置では、回折格子によ
り回折された光束を検出する光検出器と、回折格子を透
過した光束を検出する光検出器の近配置が可能となり、
偏光検出装置を小型化することが出来るため、光ピック
アップ等へも組み込み易くなり、光ピックアップの小型
・軽量化を図ることが出来る。
り回折された光束を検出する光検出器と、回折格子を透
過した光束を検出する光検出器の近配置が可能となり、
偏光検出装置を小型化することが出来るため、光ピック
アップ等へも組み込み易くなり、光ピックアップの小型
・軽量化を図ることが出来る。
【0018】特に、導波構造内に回折格子を2つ配置す
る方法では、回折格子を透過した光束に対して、回折格
子で回折された光束が平行又は、ある角度範囲内に回折
格子から出射されるので、光源の波長変動の影響を受け
にくく、安定した偏光の検出が可能であり、また、回折
格子を二度通過させることにより偏光特性を著しく向上
させることができる。
る方法では、回折格子を透過した光束に対して、回折格
子で回折された光束が平行又は、ある角度範囲内に回折
格子から出射されるので、光源の波長変動の影響を受け
にくく、安定した偏光の検出が可能であり、また、回折
格子を二度通過させることにより偏光特性を著しく向上
させることができる。
【0019】
(実施例1)図1は本発明の一実施例である。導波路1
1の導波層内に波長程度の格子間隔の回折格子3と上記
回折格子3により回折された光束をある所定の位置に導
くための反射素子2と回折格子を通過した光束から信号
を得るための光検出器7・8と光検出器に集光するため
の集光レンズ5・6、そして自由空間から導波層内に光
を結合するための回折格子30が設けられている。回折
格子3は紙面に垂直な方向に作製されている。
1の導波層内に波長程度の格子間隔の回折格子3と上記
回折格子3により回折された光束をある所定の位置に導
くための反射素子2と回折格子を通過した光束から信号
を得るための光検出器7・8と光検出器に集光するため
の集光レンズ5・6、そして自由空間から導波層内に光
を結合するための回折格子30が設けられている。回折
格子3は紙面に垂直な方向に作製されている。
【0020】回折格子30より導波層内に入射された光
束13は、ブラッグ角で入射されるように、回折格子3
が作製されているため、回折格子3を透過するTE偏光
14はほぼ100%透過し、TM偏光はほぼ100%回
折させる。回折格子3を透過したTE偏光14は集光レ
ンズ5によって光検出器7に集光される。一方、回折格
子3により回折されたTM偏光15は反射素子2により
集光レンズ6に反射され、集光レンズ6によって光検出
器8に集光される。
束13は、ブラッグ角で入射されるように、回折格子3
が作製されているため、回折格子3を透過するTE偏光
14はほぼ100%透過し、TM偏光はほぼ100%回
折させる。回折格子3を透過したTE偏光14は集光レ
ンズ5によって光検出器7に集光される。一方、回折格
子3により回折されたTM偏光15は反射素子2により
集光レンズ6に反射され、集光レンズ6によって光検出
器8に集光される。
【0021】回折格子の構造例を図4(a)〜(c)に
示す。図4(a)はクラッディング型の回折格子であ
り、導波層の表面に周期的な凹凸を設けたもので導波層
表面に薄膜を装荷し、パターンニングを行うことにより
作製される。また、図4(b)は導波層を直接エッチン
グして作製されるエッチング型の回折格子である。ま
た、図4(c)は導波構造内またはその近傍の媒質の屈
折率を周期的に変化させたもので、レーザビーム干渉や
電子ビーム走査によりこれらのビームに感度を有する媒
質内に屈折率変調を記録することにより作製される。回
折格子はクラッド型または、レリーフ型または屈折率変
調形のものを用いることができる。また、本発明はこの
例の矩形に限定されるものではなく正弦波状や三角形
状、台形状等の形状でも良い。また、自由空間中からの
光を導波路内に入射させる方法として本実施例では回折
格子30を用いているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、プリズムを使用する方法や、劈開または垂
直研磨した導波路の端面からレンズで導波層厚さに比べ
て十分細く絞ったビームを入射させるといった方法でも
良い。
示す。図4(a)はクラッディング型の回折格子であ
り、導波層の表面に周期的な凹凸を設けたもので導波層
表面に薄膜を装荷し、パターンニングを行うことにより
作製される。また、図4(b)は導波層を直接エッチン
グして作製されるエッチング型の回折格子である。ま
た、図4(c)は導波構造内またはその近傍の媒質の屈
折率を周期的に変化させたもので、レーザビーム干渉や
電子ビーム走査によりこれらのビームに感度を有する媒
質内に屈折率変調を記録することにより作製される。回
折格子はクラッド型または、レリーフ型または屈折率変
調形のものを用いることができる。また、本発明はこの
例の矩形に限定されるものではなく正弦波状や三角形
状、台形状等の形状でも良い。また、自由空間中からの
光を導波路内に入射させる方法として本実施例では回折
格子30を用いているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、プリズムを使用する方法や、劈開または垂
直研磨した導波路の端面からレンズで導波層厚さに比べ
て十分細く絞ったビームを入射させるといった方法でも
良い。
【0022】さらに、ミクロンオーダの光検出器7・8
で信号を得るために必要な集光レンズ5・6は、モード
インデックスレンズやジオデシックレンズ、フレネルレ
ンズ、グレーティングレンズといった種類のレンズを使
用する。また、反射素子2としては、例えば導波層内に
イオンエッチングでくぼみを作製することにより、その
くぼみの端面は導波路面内に対してほぼ90°になるた
め、端面がミラーとして働くが、これに限るものではな
くブラッグ反射型回折格子を導波路内に、導波層をレー
ザービームまたは電子ビーム等のビームに感度を有する
材質(例えばAs2S3真空蒸着膜やPMMA等)を用
い、上記ビームによる直接走査を行うことで屈折率変調
型回折格子として作製しても良いし、導波路端面に反射
型チャープグレーティングを設けても良い。またミラー
の形状を凹型にすることによって回折格子により回折さ
れた光束を集光レンズ6無しに光検出器8に集光させる
といったことも出来る。上記の構成にすることによって
回折格子により回折された光束を検出する光検出器と、
回折格子を透過した光束を検出する光検出器の近配置が
可能となり、偏光検出装置を小型化することが出来る。
で信号を得るために必要な集光レンズ5・6は、モード
インデックスレンズやジオデシックレンズ、フレネルレ
ンズ、グレーティングレンズといった種類のレンズを使
用する。また、反射素子2としては、例えば導波層内に
イオンエッチングでくぼみを作製することにより、その
くぼみの端面は導波路面内に対してほぼ90°になるた
め、端面がミラーとして働くが、これに限るものではな
くブラッグ反射型回折格子を導波路内に、導波層をレー
ザービームまたは電子ビーム等のビームに感度を有する
材質(例えばAs2S3真空蒸着膜やPMMA等)を用
い、上記ビームによる直接走査を行うことで屈折率変調
型回折格子として作製しても良いし、導波路端面に反射
型チャープグレーティングを設けても良い。またミラー
の形状を凹型にすることによって回折格子により回折さ
れた光束を集光レンズ6無しに光検出器8に集光させる
といったことも出来る。上記の構成にすることによって
回折格子により回折された光束を検出する光検出器と、
回折格子を透過した光束を検出する光検出器の近配置が
可能となり、偏光検出装置を小型化することが出来る。
【0023】(実施例2)図2は本発明の別の実施例を
表している。導波路11の導波層内に格子間隔が波長程
度である第一及び、第二の回折格子3及び、4が作製さ
れている。回折格子3及び、4はいずれも紙面に垂直な
方向に作製されている。また、図3は図2における回折
格子と光束の方向を示している。この回折素子に角度θ
i1で光束が入射するとその電界が紙面と平行なTE偏光
成分はほぼ100%0次光として回折格子3及び、4を
透過する。他方、その電界が紙面に垂直なTM偏光成分
はまず回折格子3によってθ1の回折角でほぼ100%
回折され回折格子4に入射する。そして再度回折格子4
によってθ2の回折角で再度ほぼ100%回折されて回
折素子から出射される。このとき、回折角は回折格子の
格子間隔と光源の波長によって決まるので、回折格子3
と回折格子4の格子間隔をほぼ等しくしておけば回折角
θ1及び、θ2がほぼ等しくなり、TM偏光成分はTE偏
光成分とほぼ平行な方向に出射される。入射角θi1は次
式で表される角度、いわゆるブラック角としておけばθ
i2=θi1となり、回折格子の特性を揃え易くて良い。
表している。導波路11の導波層内に格子間隔が波長程
度である第一及び、第二の回折格子3及び、4が作製さ
れている。回折格子3及び、4はいずれも紙面に垂直な
方向に作製されている。また、図3は図2における回折
格子と光束の方向を示している。この回折素子に角度θ
i1で光束が入射するとその電界が紙面と平行なTE偏光
成分はほぼ100%0次光として回折格子3及び、4を
透過する。他方、その電界が紙面に垂直なTM偏光成分
はまず回折格子3によってθ1の回折角でほぼ100%
回折され回折格子4に入射する。そして再度回折格子4
によってθ2の回折角で再度ほぼ100%回折されて回
折素子から出射される。このとき、回折角は回折格子の
格子間隔と光源の波長によって決まるので、回折格子3
と回折格子4の格子間隔をほぼ等しくしておけば回折角
θ1及び、θ2がほぼ等しくなり、TM偏光成分はTE偏
光成分とほぼ平行な方向に出射される。入射角θi1は次
式で表される角度、いわゆるブラック角としておけばθ
i2=θi1となり、回折格子の特性を揃え易くて良い。
【0024】θi1=sin-1(λ/2D) 但しλは波長、Dは格子間隔。
【0025】導波層内の回折格子3、4は例えばフォト
レジストを用いたフォトリソグラフや二光束干渉露光、
または電子ビーム描画をにより導波層表面または導波層
内レリーフ型回折格子として導波層表面または導波層内
に作製することができる。この場合の回折格子の断面形
状も例えば図4(a)〜(c)に示すような矩形の他に
正弦波状や三角形状、台形状等の形状で良く、光源の波
長や基板の屈折率に応じてその間隔、深さ及び、デュー
テイを適切に選ぶことにより、所望の偏光特性が得られ
る。
レジストを用いたフォトリソグラフや二光束干渉露光、
または電子ビーム描画をにより導波層表面または導波層
内レリーフ型回折格子として導波層表面または導波層内
に作製することができる。この場合の回折格子の断面形
状も例えば図4(a)〜(c)に示すような矩形の他に
正弦波状や三角形状、台形状等の形状で良く、光源の波
長や基板の屈折率に応じてその間隔、深さ及び、デュー
テイを適切に選ぶことにより、所望の偏光特性が得られ
る。
【0026】次に図5を用いて本発明による回折素子は
光源の波長変動の影響を受けにくいことを説明する。図
1と同じ番号を付したものは図1と同一のものである。
回折素子に入射したTE偏光の光はほぼ100%回折素
子を透過し集光レンズ5で光検出器7に集光される。他
方、TM偏光の光は回折格子3で回折されて回折格子4
に入射し、再度回折格子4で回折され集光レンズ6で光
検出器8に集光される。前述したように回折角θ1、θ2
は格子間隔と波長によって決まるので、回折格子3、4
で格子間隔を等しくしておけばθ1=θ2となる。ここで
例えば光源の波長が何らかの原因で所定の波長より短く
なったとするとこれに応じて回折角θ1、θ2ともに小さ
くなりθ1’、θ2’となるが、回折格子3、4の格子間
隔が等しいことは変わりないのでやはりθ1’=θ2’が
成り立ち、点線で示すようにTM偏光の光はTE偏光の
光と平行に出射され集光レンズ6によって光検出器8に
正しく集光される。従って、本発明においては光源の波
長変動によって回折光の集光点が移動し光検出器から外
れることは殆ど無い。また、本発明では二つの光検出器
を並べて配置出来るので光ピックアップ等に組み込む際
でもコンパクトに配置することが出来る。
光源の波長変動の影響を受けにくいことを説明する。図
1と同じ番号を付したものは図1と同一のものである。
回折素子に入射したTE偏光の光はほぼ100%回折素
子を透過し集光レンズ5で光検出器7に集光される。他
方、TM偏光の光は回折格子3で回折されて回折格子4
に入射し、再度回折格子4で回折され集光レンズ6で光
検出器8に集光される。前述したように回折角θ1、θ2
は格子間隔と波長によって決まるので、回折格子3、4
で格子間隔を等しくしておけばθ1=θ2となる。ここで
例えば光源の波長が何らかの原因で所定の波長より短く
なったとするとこれに応じて回折角θ1、θ2ともに小さ
くなりθ1’、θ2’となるが、回折格子3、4の格子間
隔が等しいことは変わりないのでやはりθ1’=θ2’が
成り立ち、点線で示すようにTM偏光の光はTE偏光の
光と平行に出射され集光レンズ6によって光検出器8に
正しく集光される。従って、本発明においては光源の波
長変動によって回折光の集光点が移動し光検出器から外
れることは殆ど無い。また、本発明では二つの光検出器
を並べて配置出来るので光ピックアップ等に組み込む際
でもコンパクトに配置することが出来る。
【0027】また、本発明では回折格子を二度通過させ
ることにより、偏光特性の向上を図ることが出来る。こ
れを図3を用いて説明する。一般にはTE偏光の光は1
00%0次光として透過し、TM偏光の光は100%回
折されるように回折格子は作製されるが、実際に作製出
来る回折格子ではTE偏光の0次回折効率η0TE及び、
TM偏光の1次回折効率η1TMは0.99程度である。
しかるに所望の偏光成分以外の偏光成分の割合、即ち偏
光度は余り小さくない。例えば、0次光における偏光度
はη0TEに対するη0TMの比で表されるが、η0TE、η0TM
をそれぞれ0.99、0.01とすると図6では偏光度
は約0.011である。1次回折光においても同様であ
る。
ることにより、偏光特性の向上を図ることが出来る。こ
れを図3を用いて説明する。一般にはTE偏光の光は1
00%0次光として透過し、TM偏光の光は100%回
折されるように回折格子は作製されるが、実際に作製出
来る回折格子ではTE偏光の0次回折効率η0TE及び、
TM偏光の1次回折効率η1TMは0.99程度である。
しかるに所望の偏光成分以外の偏光成分の割合、即ち偏
光度は余り小さくない。例えば、0次光における偏光度
はη0TEに対するη0TMの比で表されるが、η0TE、η0TM
をそれぞれ0.99、0.01とすると図6では偏光度
は約0.011である。1次回折光においても同様であ
る。
【0028】ところが本発明に従って回折格子を二度通
過させると図3に示すように各々の回折効率はその二乗
になる。よって例えば、0次光における偏光度はη0TE 2
に対するη0TM 2の比で表され、η0TE、η0TMがそれぞれ
0.99、0.01であっても偏光度は約0.0001
となる。これは回折格子を一度通過させた場合の1/1
00であり十分実用的な値である。1次回折光において
も同様のことが言える。
過させると図3に示すように各々の回折効率はその二乗
になる。よって例えば、0次光における偏光度はη0TE 2
に対するη0TM 2の比で表され、η0TE、η0TMがそれぞれ
0.99、0.01であっても偏光度は約0.0001
となる。これは回折格子を一度通過させた場合の1/1
00であり十分実用的な値である。1次回折光において
も同様のことが言える。
【0029】(実施例3)図7は本発明における実施例
2において、2つの回折格子3・4の格子間隔をD1・
D2とした場合、D1≠D2のように回折格子を作製した
例である。特に入射光13の波長λとした時、入射光1
3の波長λと回折格子3・4の格子間隔D1・D2との間
に 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/2D1)2)
-(1/2)┃≦0.35 又は、 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/D1−λ/
2D2)2)-(1/2)┃≦0.35 の関係が満たされる時は、偏光特性や波長変動による集
光スポットの移動を抑制する効果がほぼ損なわれること
はなく、又偏光度を改善する効果も維持される。
2において、2つの回折格子3・4の格子間隔をD1・
D2とした場合、D1≠D2のように回折格子を作製した
例である。特に入射光13の波長λとした時、入射光1
3の波長λと回折格子3・4の格子間隔D1・D2との間
に 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/2D1)2)
-(1/2)┃≦0.35 又は、 0<┃λ(1/D1−1/D2)(1−(λ/D1−λ/
2D2)2)-(1/2)┃≦0.35 の関係が満たされる時は、偏光特性や波長変動による集
光スポットの移動を抑制する効果がほぼ損なわれること
はなく、又偏光度を改善する効果も維持される。
【0030】さらに、上記の条件に加えて入射光13に
対して入射角θiが sin-1(λ/2D1)≦θi≦sin-1(λ/D1−λ
/2D2) を満たす角度で入射するように第1の回折格子3を作製
すると、回折格子に所定波長の入射光が入射した場合、
第1・第2の格子3・4を共に透過した光束と、第1・
第2の格子3・4で共に回折された光束とは、互いに離
れる方向に20°以内の角度差を有するように出射され
るようになり、集光レンズ20への入射時に上記の光束
が互いに重なりあっていても焦点面において異なる位置
に集光させることが出来るので、比較的有効径の小さい
単一の集光レンズ20で上記2つの光束を容易に分離し
てそれぞれの光束を受光する光検出器21・22上に収
束させることが出来るようになる。一方、第1の回折格
子3と第2の回折格子4の格子間隔の差はごく僅かであ
るので、入射光13の波長変動によって生じる光検出器
21・22上での集光スポットの位置ずれを抑制する効
果はほとんど損なわれることがない。又、入射光13に
対して入射角θiが sin-1(λ/D1−λ/2D2)≦θi≦sin-1(λ
/2D1) を満たす角度で入射するように第1の回折格子3を作製
すると、入射角θiのブラッグ角からのずれもわずかに
なるので、光学特性の劣化もほとんど生じない。
対して入射角θiが sin-1(λ/2D1)≦θi≦sin-1(λ/D1−λ
/2D2) を満たす角度で入射するように第1の回折格子3を作製
すると、回折格子に所定波長の入射光が入射した場合、
第1・第2の格子3・4を共に透過した光束と、第1・
第2の格子3・4で共に回折された光束とは、互いに離
れる方向に20°以内の角度差を有するように出射され
るようになり、集光レンズ20への入射時に上記の光束
が互いに重なりあっていても焦点面において異なる位置
に集光させることが出来るので、比較的有効径の小さい
単一の集光レンズ20で上記2つの光束を容易に分離し
てそれぞれの光束を受光する光検出器21・22上に収
束させることが出来るようになる。一方、第1の回折格
子3と第2の回折格子4の格子間隔の差はごく僅かであ
るので、入射光13の波長変動によって生じる光検出器
21・22上での集光スポットの位置ずれを抑制する効
果はほとんど損なわれることがない。又、入射光13に
対して入射角θiが sin-1(λ/D1−λ/2D2)≦θi≦sin-1(λ
/2D1) を満たす角度で入射するように第1の回折格子3を作製
すると、入射角θiのブラッグ角からのずれもわずかに
なるので、光学特性の劣化もほとんど生じない。
【0031】また、本実施例1〜3では第1・第2の回
折格子の格子方向を一致させているが、本発明において
は必ずしも一致させる必要はなく、また、回折格子の構
造は図4に限定されるものではなく正弦波状や三角形
状、台形状等の形状でも良い。また、自由空間中からの
光を導波路内に入射させる方法として本実施例では回折
格子30を用いているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、プリズムを使用する方法や、劈開または垂
直研磨した導波路の端面からレンズで導波層厚さに比べ
て十分細く絞ったビームを入射させるといった方法でも
良い。さらに、ミクロンオーダの光検出器7・8で信号
を得るために必要な集光レンズ5・6は、モードインデ
ックスレンズやジオデシックレンズ、フレネルレンズ、
グレーティングレンズといった種類のレンズを使用す
る。
折格子の格子方向を一致させているが、本発明において
は必ずしも一致させる必要はなく、また、回折格子の構
造は図4に限定されるものではなく正弦波状や三角形
状、台形状等の形状でも良い。また、自由空間中からの
光を導波路内に入射させる方法として本実施例では回折
格子30を用いているが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、プリズムを使用する方法や、劈開または垂
直研磨した導波路の端面からレンズで導波層厚さに比べ
て十分細く絞ったビームを入射させるといった方法でも
良い。さらに、ミクロンオーダの光検出器7・8で信号
を得るために必要な集光レンズ5・6は、モードインデ
ックスレンズやジオデシックレンズ、フレネルレンズ、
グレーティングレンズといった種類のレンズを使用す
る。
【0032】
【発明の効果】本発明による偏光検出装置では、回折格
子により回折された光束を検出する光検出器と、回折格
子を透過した光束を検出する光検出器の近配置が可能と
なり、偏光検出装置を小型化することが出来るため、光
ピックアップ等へも組み込み易くなり、光ピックアップ
の小型・軽量化を図ることが出来る。また、実施例2の
ように回折格子を2つ配置することで分離された異なる
偏光の2つの光束が入射光と平行に回折素子から出射さ
れるので、光源の波長変動の影響を受けにくく、安定し
た偏光の検出が可能であり、また、回折格子を二度通過
させることにより偏光特性を著しく向上させることがで
きる。
子により回折された光束を検出する光検出器と、回折格
子を透過した光束を検出する光検出器の近配置が可能と
なり、偏光検出装置を小型化することが出来るため、光
ピックアップ等へも組み込み易くなり、光ピックアップ
の小型・軽量化を図ることが出来る。また、実施例2の
ように回折格子を2つ配置することで分離された異なる
偏光の2つの光束が入射光と平行に回折素子から出射さ
れるので、光源の波長変動の影響を受けにくく、安定し
た偏光の検出が可能であり、また、回折格子を二度通過
させることにより偏光特性を著しく向上させることがで
きる。
【図1】本発明の第1の実施例の正面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の正面図である。
【図3】本発明の第2の実施例の回折格子図である。
【図4】回折格子の断面図である。
【図5】波長変動の影響がないことを示した図である。
【図6】従来例の偏光回折素子の断面図である。
【図7】本発明の他の実施例の正面図である。
2 導波層 3、4 回折格子 5、6 集光レンズ 7、8 光検出器 9 矩形凸部 10 導波層 11 導波路 12 基板 13 入射光 14 透過光 15 回折光 16 光束 20 集光レンズ 21、22 光検出器 30 光結合用回折格子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 功治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 岡田 訓明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 倉田 幸夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項1】 格子間隔が波長程度であることにより結
果的に偏光特性を有する微細な回折格子と、その回折格
子により回折された光束を所定の位置に導くための反射
素子とを導波構造内に具備し、かつ回折格子を透過した
光束と、回折格子で回折され反射素子で反射されて所定
の位置に導かれる光束が入射される集光レンズとこの集
光レンズで集光される上記一対の光束をそれぞれ受光す
る一対の光検出器とを一つの基板上に備えたことを特徴
とする偏光検出装置。 - 【請求項2】 格子間隔が波長程度であることにより結
果的に偏光特性を有する微細な回折格子を導波構造内に
二つ具備し、上記第一の回折格子の格子間隔と上記第二
の回折格子の格子間隔がほぼ等しく、かつ、上記第一の
回折格子の格子方向と上記第二の回折格子の格子方向が
一致するように形成され、上記2つの回折格子を共に透
過した光束と、共に回折した光束が入射される集光レン
ズとこの集光レンズで集光される上記一対の光束をそれ
ぞれ受光する一対の光検出器とを一つの基板上に備えた
ことを特徴とする偏光検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20212492A JPH0650820A (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 偏光検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20212492A JPH0650820A (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 偏光検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0650820A true JPH0650820A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=16452365
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20212492A Pending JPH0650820A (ja) | 1992-07-29 | 1992-07-29 | 偏光検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0650820A (ja) |
-
1992
- 1992-07-29 JP JP20212492A patent/JPH0650820A/ja active Pending
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