JPH08503315A - 偏光ビームスプリッタ及びこのビームスプリッタを用いる光磁気再生装置 - Google Patents
偏光ビームスプリッタ及びこのビームスプリッタを用いる光磁気再生装置Info
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- JPH08503315A JPH08503315A JP7502618A JP50261895A JPH08503315A JP H08503315 A JPH08503315 A JP H08503315A JP 7502618 A JP7502618 A JP 7502618A JP 50261895 A JP50261895 A JP 50261895A JP H08503315 A JPH08503315 A JP H08503315A
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Abstract
(57)【要約】
光偏光ビームスプリッタは、補償積層体(11〜13)及びことと隣接する偏光積層体88〜10)を構成する薄膜88〜12)の積層体を有する。偏光積層体は第1の屈折率nwの層と第2の屈折率nhの層とが交互に形成された複数の順次の層を有する。補償積層体は1/4波長の厚さを有すると共に、n1,n2及びn3(n3<n2〈n1)の屈折率を有する3個の順次層を有するるこの補償積層体により、ビームスプリッタを通過した透過光又は反射光の2個の直交する方向の偏光成分間の位相差を最小にする。このビームスプリッタは、発散性光ビーム又は集束性光ビームを所定の偏光成分に分割する光学装置に用いるのが好適である。
Description
【発明の詳細な説明】
偏光ビームスプリッタ及びこのビームスプリッタを用いる
光磁気再生装置
技術分野
本発明は、所定の波長を有する非平行な光ビームを偏光状態が互いに相異する
2本のサブビームに分離する偏光ビームスプリッタであって、複数の薄い層から
成る偏光積層体が形成されている偏光ビームスプリッタに関するものである。
背景技術
偏光ビームスプリッタは入射ビームを互いに直交する方向に偏光した2本のサ
ブビームに分割するのに好適である。部分偏光ビームスプリッタ(PPBS)と
称せられている特別な偏光ビームスプリッタは、入射した光ビームを、互いに直
交する偏光方向に偏光した2本のサブビームに所望の光量比で分割する。
冒頭部で述べた型式の偏光ビームスプリッタは欧州特許出願第336334号
明細書から既知である。このビームスプリッタは高屈折率層と低屈折率層とが交
互に形成されている偏光積層体を具えている。この積層体の第1の層及び最後の
層は中間の層よりも一層薄くされ、設計された入射角からずれた角度で入射する
光に対して正確な分割比を実現している。このようなビームスプリッタは、半導
体レーザダイオードから放出された発散性光ビームの光路中に直接配置すること
ができる。この結果、ビームスプリッタの前面にビームを平行化するレンズを配
置する必要が除去され、一層小型な光学系を実現することができる。
偏光ビームスプリッタを光磁気再生装置のビーム分離素子として用いることは
特開平2−64917号公報から既知である。この装置において、ダイオードレ
ーザから発生した第1の偏光方向を有する発散性光ビームはビームスプリッタを
経てレンズ系に入射し、このレンズ系により情報記録媒体上に集束している。記
録媒体で反射したビームの偏光状態は媒体に記録されている情報により変調され
、このビームは第1の偏光方向を有する相当大量の光だけでなく微小量で量が変
化
する第2の偏光方向の光も含むことになる。レンズ系は反射ビームを集束させる
。ビームスプリッタは記録媒体で反射したビームの一部を検出系に向けて反射し
、この検出系によりビームの変調は読み取った情報を表わす電気的検出信号に変
換される。ビームスプリッタは第2の偏光方向の光の全てを反射し第1の偏光方
向の光の一部を反射するので、検出信号は増幅される。しかしながら、前記欧州
特許出願から既知のビームスプリッタを用いたのでは、再生装置に最良でない検
出信号が生じてしまうこと明らかである。
発明の概要
本発明の目的は、増強された検出信号を得ることができる偏光ビームスプリッ
タを提供することにある。
本発明においては、上記目的は冒頭部で述べた偏光ビームスプリッタにおいて
偏光積層体を通過する際に生ずる位相不整合を補償する補償手段を具えることを
特徴とする偏光ビームスプリッタにより達成される。
既知のビームスプリッタが設けられている再生装置における不適当な量の検出
信号はビームスプリッタの偏光積層体によって生ずる第1の偏光方向の光と第2
の偏光方向の光との間の位相差の結果によるものであり、位相差が零にならない
ことに起因している。この位相差は偏光積層体への入射角に依存する。この課題
を解決する為、本発明のビームスプリッタでは、ビームスプリッタ中に補償手段
を設け、この補償手段により非平行な光ビーム中に偏光積層体によって生じた位
相差とは符号が反対の位相差を導入する。偏光積層体と補償手段とを結合するこ
とによって生ずる位相差は広い範囲の入射角に亘って数度以下に低減される。第
1の偏光方向の光と第2の偏光方向の光との光量比はビームスプリッタの薄膜及
び基板の屈折率を選択することにより決定される。本発明によるビームスプリッ
タを光磁気再生装置に用いることにより一層良好な品質の検出信号が得られる。
好適実施例では、補償手段を、偏光積層体に隣接し薄膜で構成される補償積層
体で構成する。偏光積層体及び補償積層体における偏光機能及び補償機能を適切
に組み合わせることができるので設計の自由度が一層増大する。偏光積層体及び
補償積層体は、その機能が最良の態様となるように設計することができる。
偏光ビームスプリッタが偏光積層と隣接する別の補償積層体を有する場合、位
相差の補償が一層改善されると共に補償積層体の構成も一層簡単になる。この偏
光ビームスプリッタの実施例においては、偏光積層体の両側に補償積層体が存在
することになる。
本発明の偏光ビームスプリッタの好適実施例において、偏光積層体が、第1の
屈折率nw及び第1の屈折率よりも大きな第2の屈折率nhを交互に有する順次形
成した複数の薄い層を有する。この偏光積層体はそれぞれ所望の偏光分離比とな
るように設計できると共に容易に製造することができる。
本発明によるビームスプリッタの1個又は2個の積層体を有する実施例は2個
のクラスに分けることができる。第1のクラスの補償積層体は、屈折率n1,n2
及びn3をそれぞれ有する3個の順次の層を有し、これら屈折率がn3<n2<n1
の関係にある。屈折率が最小の層は偏光積層体と対向して適切な補償を行うこと
が好ましい。第1のクラスの偏光積層体を有するビームスプリッタの位相差は入
射光の波長変化に対してあまり影響を受けない。
第1のクラスの補償積層体において、層の屈折率を、nwがn3に等しく、nh
がn1及びn2のうちの一方の屈折率に等しくなるようにすることが好ましい。従
って、本発明による偏光積層体及び補償積層体を有する結合積層体の第1の実施
例は、屈折率がn1,n2,n3,n1,n3,n1,n3----を有する層、すなわち
高屈折率層と低屈折率層並びにこれらの層の間に屈折率がこれら2個の層の屈折
率の間に位置する特別な層を順次有している。結合積層体の第2の実施例は、屈
折率がn1,n2,n3,n2,n3,n2,n3を有する層、すなわち高屈折率層と
低屈折率層並びにこの高屈折率層よりも大きな屈折率を有する特別な層を有して
いる。この積層体は3個の異なる材料の薄膜だけを有し従って容易に製造するこ
とができる。
第1のクラスの補償層の容易に製造できる第3の実施例において、層の屈折率
を、nw=n2及びnh=n1となるように設定する。従って、これらの層は、n1
,n2,n3,n1,n2,n1,n2----の屈折率、すなわち高屈折率層と低屈折率
層並びに低屈折率層よりも低い屈折率を有する特別な層を有する。この積層体の
位相差は、補償積層体に用いられる屈折率をnw又はnhに等しくな
らないように適切に選択することにより最小にすることができる。
第1のクラスの偏光積層体及び補償積層体の各薄膜の光学厚さを光ビームの1/
4波長に等しくすれば、ビームスプリッタの満足し得る偏光効果が得られる。光
ビームが発散又は集束する場合、光学厚さはビームの中心光線について設計する
。他の薄膜の光学厚さを変更することができるが、全ての薄膜の光学厚さを等し
くすることにより製造が容易になる利点が得られる。
本発明による第2のクラスの補償積層体は、光ビームの1/2波長の整数倍に等
しい光学厚さを有する少なくとも1個の薄膜を有する。光ビームの半波長の1倍
、2倍又はそれ以上の倍数の厚さを有する薄膜は、結合積層体について設計され
た入射角において光ビームの位相不整合について何ら影響を及ぼすことはない。
一方、ほかの入射角の場合、補償積層体の薄膜は偏光積層体によって生じた位相
差の符号とは反射の位相差を発生させる。補償積層体の薄膜が厚くなるに従って
この薄膜による位相差は増大する。つまり、偏光積層体の位相差の補償は、補償
積層体の光学厚さを光ビームの半波長毎に調整することにより調整できる。薄膜
の屈折率が高くなると位相補償に必要な光学厚さは減少する。
第2のクラスの補償積層体の少なくとも1個の薄膜の屈折率が偏光積層体の薄
膜の屈折率値nw及びnhの一方の値に等しい場合、積層体を製造するのに2個の
異なる屈折率の薄膜だけが必要であり、この結果結合積層体の製造が簡単になる
。
本発明によれば、光磁気記録媒体に記録されている情報を再生する光磁気再生
装置は、放射ビームを発生する放射源と、この放射源と記録媒体との間の光路で
あって記録媒体で反射された放射ビームの光路中に配置され、前記記録媒体から
の反射ビームを放射源から発生した放射ビームから分離する請求項1から12ま
でのいずれか1項記載の偏光ビームスプリッタと、記録媒体で反射した放射ビー
ムの光路のビームスプリッタの位段に配置され、この反射ビームから情報信号を
とり検出装置とを設けることができる。
米国特許第4733926号明細書には、偏光積層体が4個の順次の薄膜を有
し、各薄膜の屈折率がn2,n1,n2及びn3とされ、n3<n2<n1の関係があ
る偏光ビームスプリッタが開示されている。屈折率がn2,n1,n2の
はじめの3個の薄膜は、n1及びn2とは異なる屈折率を有する等価膜として作用
するいわゆるハーピン トライアド(Herpin Triad)を構成する。このパーピン
トライアドにより、単一の材料層では得られない屈折率を有する等価膜を形成
することができる。これら順次形成された4個の偏光積層体は2個の順次層とし
て、すなわち等価膜と屈折率n3の層の2個の層として作用する。つまり、屈折
率n1,n2及びn3の3個の順次の層はハーピン トライアドを利用することに
よって得られる入射側の順次層を構成する。これら3個の順次形成された層は偏
光積層体に隣接しているのではなく偏光積層体の一部を構成するものであり、偏
光積層体によって生ずる位相差を減少させるものではない。さらに、ハーピント
ライアド中の各層の光学厚さは1/4波長に等しくはない。
さらに、米国特許第4431258号明細書には、増大した屈折率を有する3
個の薄膜から成る積層体が形成されているビームスプリッタが開示されている。
しかしながら、このビームスプリッタは非偏光ビームスブリッタであり、3個の
順次層から成る数個の組が入射光の2個の互いに直交する偏光成分のうちの一方
の偏光成分の反射を増大させる機能を果たし、2個の偏光成分について同一の反
射率となるように構成されている。これに対して、本発明のビームスプリッタは
、高屈折率層と低屈折率層とを交互に形成することによって2個の偏光成分に対
して互いに等しくない反射特性を得る偏光ビームスプリッタであると共に、3個
の順次層の積層体によってサブビーム中の2個の偏光成分間の位相差を減少させ
るものである。
以下、図面に基いて本発明を詳細に説明する。
図面の簡単な説明
図1は通常の偏光ビームスプリッタを示す。
図2a,2b及び2cは通常のビームスプリッタの光学特性を入射角の関数と
して示す。すなわち、
図2aはS偏光した光の反射係数及び透過係数を示す。
図2bはP偏光した光の反射係数及び透過係数を示す。
図2cは透過光中のS偏光した光とP偏光した光との間の位相差を示す。
図3は第1のクラスの補償積層体を有する本発明による結合積層体の第1実施
例を示す。
図4a,4b及び4cは図3に示す積層体の図2a,2b及び2cに示す光学
特性と同様な特性を示すグラフである。
図5は第1のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第2実施例を
示す。
図6a及び6bは図5に示す積層体の図2a及び2bに示す光学特性と同様な
光学特性を示すグラフである。
図6cは図5に示す積層体の反射光中のS偏光した光とP偏光した光との間の
位相差を示す。
図7は平面板上に補償積層体を有する結合積層体の実施例を示す。
図8a,8b及び8cは図7に示す積層体の図2a,2b及び2cに示す光学
特性と同様な光学特性を示すグラフである。
図9は第2のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第1実施例を
示す。
図10a,10b及び10cは図9に示す積層体の図2a,2b及び2cに示
す光学特性と同様な光学特性を示すグラフである。
図11a,11b及び11cは第2のクラスの補償積層体を有する結合積層体
の第2実施例の図2a,2b及び2cに示す光学特性と同様な光学特性を示すグ
ラフである。
図12a,12b及び12cは第2のクラスの補償積層体を有する結合積層体
の第3実施例の図2a,2b及び2cに示す光特性と同様な光学特性を示すグラ
フである。
図13平面板上に第2のクラスの補償積層体を有する本発明の結合積層体の第
4実施例を示す。
図14a,14b及び14cは図13に示す積層体の図2a,2b及び2cに
示す光学特性と同様な光学特性を示すグラフである。
図15は本発明によるビームスプリッタを具える光磁気再生装置を示す。
発明を実施するための最良の形態
図1は入射面3に対して45°の角度をなす分離面2を有するキューブの形態
の通常の偏光ビームスプリッタ1を示す。図1において、入射面は紙面と一致す
る。入射面に入射した光ビーム4は、入射面内に偏光した成分(図1のP偏光成
分)と入射面と直交する方向に偏光した成分(S偏光成分)とから成る。ビーム
スプリッタ1はビーム4を透過サブビーム5と反射サブビーム6とに分離する。
このビームスプリッタは透過光用に設計され、入射ビーム4のうちP偏光成分の
大部分を透過させ(P偏光成分の透過係数は1となる)、S偏光成分はその10
%の光だけを透過させる(S偏光成分の透過係数は0.1となる)。このため、5
個の薄膜の偏光積層体を分離面上に形成し、各薄膜は設計波長の1/4の厚さを有
している。順次形成した薄膜の屈折率は1.95,1.37,1.95,1.37,1.95とし、キ
ューブを構成する材料の屈折率は1.61とする。各薄膜の光学厚さは、入射角αが
45°の場合設計波長の1/4に等しくする。設計波長は785nmとする。
図2は通常のビームスプリッタ1の光学特性を785nmの波長の平行ビーム4
の入射角αの関数として示す。図2aは入射ビームのS偏光成分に対する反射係
数Rs及び透過係数Tsを示す。図2bは入射ビームのP偏光成分に対する反射係
数Rp及び透過係数Tpを示す。入射角が45゜以外の角度において、透過係数Ts
及びTpは設計値0.1及び1からずれている。図2cはビームスプリッタの光路
を通ることによって生じた透過サブビーム5のS偏光成分とP偏光成分との間の
位相差PDを示す。このパラメータは通常のビームスプリッタの場合一般に特定
されず、透過ビーム中の偏光成分間の位相関係が乱されないように零にする必要
がある。入射角が45°の場合、この位相差はほぼ零であるが、入射角が45゜
から僅かに増大又は減少すると位相差は急激に増大し又は減少する。所定の用途
の場合、例えば光磁気再生装置の場合、45゜を中心にして約10゜の範囲内の
全ての入射角に対して位相差を10゜以下にする必要がある。図2cに示す特性
を有する通常のビームスプリッタは−20゜及び+20゜以上の範囲の位相差を
有しているから、光磁気再生装置の用途には適していない。
本発明によるビームスプリッタは補償積層体が形成されているので、上記条件
に対しても良好に適合することができる。本発明による実施例の第1のクラスに
おいて、補償積層体は屈折率の分布が階段状の3個の順次層を有する。
第1のクラスのビームスプリッタの第1の実施例は、図1に示すように、分離
面2を有するキューブ1を具える。偏光積層体と偏光補償積層体とを有する本発
明による結合積層体の断面を図3に示す。この結合積層体はキューブ2の分離面
上に形成され、下側の基板7の屈折率は1.61に等しくする。結合積層体の6個の
薄膜8〜13は分離面の法線に対して45゜の入射角度において1/4波長の厚さ
をそれぞれ有している。ここで、設計波長は785nmである。薄膜8〜13の屈
折率は2.35,1.37,2.35,1.37,1.77及び2.35とする。はじめの3個の層は偏光
積層体を構成する。あとの3個の層は順次増大する屈折率を有し、本発明の補償
積層体を形成する。キューブの別の部品である基板14は、1.61の屈折率を有し
、この基板と同一の屈折率を有する接着剤により積層体に固定する。基板7及び
14は光学ガラスSK16から成り、薄膜はNa3AlF6(氷水晶、n=1.37)、PbF2
(n=1.77)及びZnS(n=2.35)で構成する。これらの屈折率は、P偏光成分
ができるだけ大量に透過しS偏光成分は15%透過するように選択する。ビーム
スプリッタの反射率及び透過率の他の値は、薄膜の屈折率を適切に選択すること
により得られる。光は基板7側から及び基板14側から積層体に入射させること
ができる。
図4a及び4bは本発明によるビームスプリッタの第1実施例におけるS偏光
成分及びP偏光成分に対する反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプリ
ッタを透過したビームのP偏光成分とS偏光成分との間の位相不整合を図4cに
示す。図4cに示すように、位相不整合は40゜〜50゜の入射角の範囲におい
て2°以下である。位相差を表わす曲線の位相差の最大値は層12の屈折率によ
って決定され、すなわち、補償積層体の中間層の屈折率で定められる。この中間
層12の屈折率は隣接する2個の層の屈折率の間になければならない。
第1のクラスのビームスプリッタの第2の実施例も図1に示すものと同様に分
離面2′を有するキューブを具える。この本発明による結合積層体の断面を図5
に示す。この積層体をキューブの分離面2′上に形成し、下側の基板15の屈折
率は1.60とする。この積層体の12個の薄膜16〜27の各々は、分離面の法線
に対して45゜の入射角の場合に1/4波長の光学厚さを有している。設計波長は
790nmとする。層16〜27の屈折率は、それぞれ1.46,2.30,2.00,1.46,
2.30,1.46,2.30,1.46,2.30,1.46,2.30及び1.46とする。3個の層17,1
8及び19は本発明による補償積層体を構成する。キューブの別の部分である屈
折率1.60の基板28は、接着剤により積層体に固定する。基板15及び28は光
学ガラスSK7で構成し、薄膜はSiO2(n=1.46)、ZrO2(n=2.00)及
びTiO2(n=2.30)で構成する。これらの薄膜の屈折率は、P偏光成分の反
射率が20%となりS偏光の反射率が100%となるように選択する。
図6a及び6bは本発明によるビームスプリッタの第2実施例におけるP偏光
成分及びS偏光成分に対する反射係数及び透過係数を示す。このビームスプリッ
タの反射ビームに対する位相差を図6cに示す。この位相差は、入射角が40゜
と49°との間の範囲において4゜以下である。補償積層体の高屈折率層17に
隣接して低屈折率層16を配置することにより、S偏光成分に対して高い反射性
が達成される。本発明による補償積層体は、例えば層16のような最初の層又は
最後の層として別の単一の1/4波長層を有する結合積層体の最初位置又は端部に
配置することが好ましい。補償層が偏光積層体の各層間に配置された場合、反射
係数及び透過係数に相当な角度依存性を与えるファブリーぺロー効果が生じてい
まう。
図1に示すように、キューブ1の入射面3を経て入射した光ビーム4は入射面
3の法線方向に近づくように偏向される。この理由は、キューブはその外部の媒
体の屈折率よりも大きな屈折率の材料で作られているからである。従って、入射
ビームの発散性は、キューブの内部ではキューブの外部よりも一層小さい。比較
的高い屈折率の材料から成るキューブを製造することによりキューブ内部での入
射ビームの発散性は相当小さくなり、この結果光ビームの光が積層体に入射する
際の入射角の範囲も同様に小さくなる。空気中での発散角が5゜の場合、1.7の
屈折率を有する材料中では発散角は3°まで低下する。これにより、ビームスプ
リッタの光学特性の角度依存性に課せられる要件が緩和される。
図7に示すように、第1のクラスのビームスプリッタの第3の実施例は平面板
30を有する。結合積層体は平面板の一方の面31上に形成する。結合積層体は
10個の薄膜32〜41を有し、薄膜32は面31上に直接形成する。各薄膜は
、
面31の法線に対して65゜の入射角の場合1/4波長の光学厚さを有している。
設計波長は790nmである。薄膜32〜41の屈折率は、2.00,1.72,1.46,1.
72,1.46,1.72,1.46,1.72,1.46及び2.00である。3個の薄膜32,33及び
34は本発明による補償積層体を構成する。平面板30は非晶質の水晶(n=1.
46)で構成し、薄膜はSiO2(n=1.46)、MgO(n=1.72)及びZrO2(
n=2.00)で構成する。これらの層の屈折率はP偏向成分をできるだけ透過させ
S偏向成分は20%透過させるように選択する。補償積層体は、適切な補償作用
が行われるように平面板と偏光積層体との間に配置する。
図8a及び8bは図7に示すビームスプリッタの第3の実施例におけるS偏光
成分及びP偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。層41により、位相
差に影響を及ぼすことなくS偏光成分の反射係数Rsが増大する。層41が1.72
の屈折率を有ずる場合、反射係数Rsは約0.70になり、層41が2.00の屈折率を
有する場合Rsは約0.80となる。ビームスプリッタによって生ずるP偏光成分と
S偏光成分との間の位相差を図8cに示す。図8cに示すように、この位相差は
入射角が40゜と50゜との間で2°以下である。
本発明によるビームスプリッタの第2のクラスの実施例において、補償積層体
は1/2波長の整数倍に等しい光学厚さを有する少なくとも1個の層を有する。
第2のクラスのビームスプリッタの第1の実施例は、図1に示す分離面2″を
有している。本発明による結合積層体の断面を図9に示す。この結合積層体はキ
ューブの分離面2″上に形成され、下側の基板42の屈折率は1.61に等しくする
。この結合積層体は偏光積層体と、この偏光積層体の両側に配置した補償積層体
とを具える。偏光積層体は5個の層44〜48を有し、各層は分離面の法線に対
して45°の入射角において1/4波長の光学厚さを有している。設計波長は79
0nmである。層44〜48の屈折率は1.47,2.30,1.47,2.30及び1.47とする。
第1の補償層は1波長の光学厚さを有する層43で構成し、第2の補償層は11/
2波長の光学厚さを有する層49で構成する。層43及び49の屈折率は共に2.3
に等しい。キューブの別の部材である基板50は1.61の屈折率を有し、この基板
と同一の屈折率を有する接着剤により積層体に固定する。基板42及び50は光
学ガラスSK16で作られ、各層はSiO2(n=1.47)及びTiO2(n=2.
30)から成る。
図10a及び10bは第2のクラスのビームスプリッタの第1の実施例におけ
るS偏光成分及びP偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。このビーム
スプリッタにより生ずるP偏光成分とS偏光成分との間の位相差を図10cに示
す。この位相差は40゜と50゜との間の入射角の範囲において1.5゜以下であ
る。結合積層体に2個の補償積層体の代りに積層体が1個だけ形成されている実
施例によっても比較的良好な補償作用が達成できる。単一の補償積層体の場合、
4波長の光学厚さの層を有して所望の低い位相差が得られるようにする必要があ
る。図9の実施例は、1波長及び11/2波長の光学厚さをそれぞれ有する2個の
個別の層43及び49は4波長の光学厚さを有する単一の層を形成する場合より
も製造が一層容易になる利点がある。2個の層43及び49がそれぞれ1/2波長
の光学厚さを有する場合、図9に示す実施例の補償作用と同等の補償作用が得ら
れないが、合理的な位相補償作用が達成される。図9に示す積層体の層43及び
49の屈折率は2.3に等しくされ、この値は偏光積層体に用いられている層の屈
折率よりも高い。層43及び49が偏光積層体に用いられている低い屈折率であ
る1.47に等しい屈折率を有する場合、偏光積層体により生ずる位相差は補償され
ることができるが、層43及び49の厚さを一層厚くして高屈折率の層を用いる
場合と同一程度の補償作用を達成する必要がある。位相差の補償は、偏光積層体
に用いられている高屈折率又は低屈折率とは異なる屈折率を有する層を用いて行
なうことも可能である。
第2のクラスのビームスプリッタの第2の実施例は、図9に示す実施例に匹敵
する積層構造を有し、基板42′と50′との間に順次の層43′〜49′を具
える。構成要素42′〜50′の屈折率は、それぞれ1.47,2.30,1.65,2.30,
1.47,2.30,1.47,2.30,1.47及び1.70とする。偏光積層体を構成する層44′
〜48′の各々の厚さは、1/4波長とし、層43′及び49′の厚さ及び補償積層
体を構成する各層の厚さをZ波長とする。基板42′及び50′は光学ガラスS
F1から成り、各層はSiO2(n=1.47),SiOx(n=1.65)及びTiO2
(n=2.30)で構成する。層45′の屈折率を予期される値1.47の代りに1.65と
することにより、位相差を小さい値に維持しながら結合積層体の反射係数及び
透過係数を変化させることができる。
図11a及び11bは第2のクラスのビームスプリッタにおけるS偏光成分及
びP偏光成分に対する反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプリッタに
より生じた透過ビームの偏光成分間の位相差を図11cに示す。この位相差は入
射角が40゜と50゜との間において2°以下である。層45′の屈折率を1.47
から偏移させることにより、S偏光成分及びP偏光成分の透過率をそれぞれ20
%及び95%にすることができる。
第2のクラスのビームスプリッタの第3の実施例は、図9に示すビームスプリ
ッタと同様な積層構造を有し、基板42″と50″との間に順次形成した層43
″〜49″を具える。構成要素42″〜50″の屈折率は、それぞれ1.61,2.30
,1.47,2.30,1.47,2.30,1.47,2.0及び1.61とする。偏光積層体を構成する
各層の厚さは1/4波長とし、層43″及び49″の厚さ及び補償積層体を構成す
る各層はそれぞれ1/2波長及び2波長とする。基板42″及び50″は光学ガラ
スSK16で構成し、各層はSiO2(n=1.47)、ZrO2(n=2.00)及びT
iO2(n=2.30)で構成する。層49″は補償積層体としての機能及び結合積
層体のテンションを緩和する中間層としての機能を果たす。
図12a及び12bは第2のクラスのビームスプリッタの第2の実施例におけ
るS偏光成分及びP偏光成分の反射係数及び透過係数の変化を示す。ビームスプ
リッタによって生ずる透過ビームの偏光成分間の位相差を図12cに示す。この
位相差は入射角が40゜と50゜との間の範囲において5°以下である。層49
″の厚さを1/2波長の整数倍だけ変化させることにより、位相差は小さな値に維
持される。
第2のクラスのビームスプリッタの第4の実施例は、図13に示す平面板51
を有する。結合積層体は平面板の一方の面52上に形成する。この結合積層体は
7個の薄層を有する。第1の層53は補償積層体を構成し、面52上に直接形成
する。次の6個の層54〜59は偏光積層体を構成する。これら6個の層は、そ
れぞれ法線に対して45°の入射角において1/4波長の光学厚さを有し、層53
は3波長の長さを有する。設計波長は790nmである。層53〜59の屈折率は
2.30,1.47,2.30,1.47,2.30,1.47及び2.30である。平面板30は光学ガラス
SK16(n=1.46)で構成し、各層はSiO2(n=1.47)及びTiO2(n=
2.30)で構成する。
図14a及び14bは本発明によるビームスプリッタの第3実施例のS偏光成
分及びP偏光成分についての反射率及び透過率の変化を示す。ビームスプリッタ
によって生ずる透過ビームのP偏光成分とS偏光成分との間の位相差を図14c
に示す。この位相差は入射角が40゜と50゜との間の範囲において0.2゜以下
である。補償積層体は基板側に配置して良好な補償作用を達成する必要がある。
補償積層体の層が1.47に等しい屈折率を有する場合、この層の厚さを5波長にし
て屈折率2.30及び3波長の長さを有する層と同一の補償作用を達成する必要があ
る。
図15は記録媒体61に記録されている情報を再生する光磁気再生装置60を
示す。例えばダイオードレーザのような放射源62から発散ビーム63を発生す
る。この放射ビームは紙面と直交する方向に偏光した光、すなわちS偏光した光
とする。この放射ビームは本発明による偏光ビームスプリッタに入射する。ビー
ムスプリッタの分離面65上の薄膜の結合積層体は図3に示す積層体と同一の構
造を有している。図4aに示すように、このビームスプリッタにより入射光の8
4%の光が反射し対物レンズ系66に入射し、この対物レンズにより記録媒体6
1上に集束される。記録媒体で反射した放射ビームは記録媒体に記録されている
情報により変調される。この変調は、記録されている情報に基きビームの偏光方
向の回転として表わされる。この回転は、主としてS偏光した反射ビーム中のP
偏光成分として表わされる。反射ビームは、そのP偏光成分のほぼ100%がビ
ームスプリッタを透過しS偏光成分の16%が透過する(図4a及び4b参照)
。P偏光成分の透過量とS偏光光成分の透過量との間の比を適切に選択すれば、
記録媒体の情報によって生じた偏光回転が増幅され、生じた回転すなわち情報信
号を良好に検出することができる。ビームスプリッタ64を透過したビームは、
次にウオルストンプリズムのような別のビームスプリッタ67に入射し、互いに
異なる方向に伝播する2本の互いに直交する方向に偏光したビーム68,69に
分離される。これら2本のビームは、検出系70の個別の素子によってそれぞれ
検出され電気信号に変換される。読み取られた情報を表わす情報信号は変換され
た
電気信号から取り出すことができる。
満足し得る検出を行なうためには、ビームスプリッタ64を透過したP偏光成
分及びS偏光成分がビームスプリッタを通過する際、大きな相互の位相差又は不
整合を受けないことが必要である。本発明によるビームスプリッタでは、ビーム
スプリッタの分離面に特別な薄膜積層体を形成することにより上記要件が十分に
満たされ、図15に示す再生装置のような発散性ビームでも微小な位相差が生ず
るにすぎないことが確かめられている。
図5,7,9及び13に示すビームスプリッタは光磁気再生装置にも有用であ
る。図5及び13に示すビームスプリッタは、記録媒体からのビームをビームス
プリッタにより検出系に向けて反射させる装置に用いられる。図7及び9に示す
ビームスプリッタは、記録媒体からのビームを検出系に向けて透過させる構成の
装置に用いられる。
本発明によるビームスプリッタを用いれば、集束性又は発散性ビーム中に偏光
ビームスプリッタが配置される用途並びに反射ビーム又は透過ビーム中にP偏光
成分とS偏光成分との間に大きな位相差が生じてはならない全ての用途に有益で
ある。このような用途として、例えば光遠隔通信に用いられる偏光測定装置及び
偏光検出装置がある。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),CN,JP,KR,US
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.所定の波長を有する非平行な光ビームを偏光状態が互いに相異する2本の サブビームに分離する偏光ビームスプリッタであって、複数の薄い層から成る偏 光積層体が形成されている偏光ビームスプリッタにおいて、 前記偏光積層体を通過する際に生ずる位相不整合を補償する補償手段を具える ことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 2.請求項1に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償手段を、前記 偏光積層体と隣接し、薄い層で構成される補償積層体で構成したことを特徴とす る偏光ビームスプリッタ。 3.請求項2に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光積層体と隣接 し、薄い層で構成される別の補償積層体を有することを特徴とする偏光ビームス プリッタ。 4.請求項1,2又は3に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記偏光積 層体が、第1の屈折率nw及び第1の屈折率よりも大きな第2の屈折率nhを交互 に有する順次形成した複数の薄い層を有することを特徴とする偏光ビームスプリ ッタ。 5.請求項2又は3に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償積層体 が、屈折率n1,n2及びn3をそれぞれ有する3個の順次の層を有し、これら屈 折率がn3<n2<n1の関係にあることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 6.請求項4及び5に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記薄い層の屈 折率を、nwがn3に等しく、nhがn1及びn2のうちの一方の屈折率に等しくな るようにしたことを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 7.請求項4又は5に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記屈折率を、 nwがn2に等しくnhがn1に等しくなるように設定したことを特徴とする偏光ビ ームスプリッタ。 8.請求項1から7までのいずれか1項に記載の偏光ビームスプリッタにおい て、前記偏光積層体及び補償積層体の各層が前記光ビームの1/4波長に等しい光 学厚さを有することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 9.請求項2,3又は4に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記補償積 層 個の層を有することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 10.請求項4及び9に記載の偏光ビームスプリッタにおいて、前記少なくとも 1個の層が前記屈折率nw又はnhに等しい屈折率を有することを特徴とする偏光 ビームスプリッタ。 11.請求項1から10までのいずれか1項に記載の偏光ビームスプリッタにお いて、前記偏光積層体への入射角が20゜と80゜との間の範囲の入射ビームの 一部の光成分に対して好適となるように構成したことを特徴とする偏光ビームス プリッタ。 12.請求項1から11までのいずれか1項に記載の偏光ビームスプリッタにお いて、前記偏光積層体が2個の基板間に位置するように別の基板を有することを 特徴とする偏光ビームスプリッタ。 13.光磁気記録媒体に記録されている情報を再生する光磁気再生装置であって 、放射ビームを発生する放射源と、この放射源と記録媒体との間の光路であって 記録媒体で反射された放射ビームの光路中に配置され、前記記録媒体からの反射 ビームを放射源から発生した放射ビームから分離する請求項1から12まで のいずれか1項に記載の偏光ビームスプリッタと、記録媒体で反射した放射ビー ムの光路のビームスプリッタの位段に配置され、この反射ビームから情報信号を とり検出装置とを具える光磁気再生装置。
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