JPH11326832A - 偏光ビ―ム装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造コストを削減可能であり、かつ小型化可
能な偏光ビーム装置を提供する。 【解決手段】 第２の光導波路１６ａ、１６ｂは、互い
に接近して配置され、所定の距離だけ第１の光導波路１
６ｃと離間して配置されると共に、第１の光導波路１６
ｃと光学的に連結されている。複屈折結晶体３０は、第
１の光導波路１６ｃと第２の光導波路１６ａ、１６ｂと
の間に配設され、入力ビームを第１の偏光ビームと、第
１の偏光ビームに対して直角方向に偏光した第２の偏光
ビームとに分離する。レンズ機構３２は、第１の光導波
路１６ｃまたは第２の光導波路１６ａ、１６ｂと複屈折
結晶体３０との間に配設され、複屈折結晶体３０を通過
する非平行光線の方向を決めると共に、光導波路１６ｃ
の端面に光線の焦点を結ばせる。
能な偏光ビーム装置を提供する。 【解決手段】 第２の光導波路１６ａ、１６ｂは、互い
に接近して配置され、所定の距離だけ第１の光導波路１
６ｃと離間して配置されると共に、第１の光導波路１６
ｃと光学的に連結されている。複屈折結晶体３０は、第
１の光導波路１６ｃと第２の光導波路１６ａ、１６ｂと
の間に配設され、入力ビームを第１の偏光ビームと、第
１の偏光ビームに対して直角方向に偏光した第２の偏光
ビームとに分離する。レンズ機構３２は、第１の光導波
路１６ｃまたは第２の光導波路１６ａ、１６ｂと複屈折
結晶体３０との間に配設され、複屈折結晶体３０を通過
する非平行光線の方向を決めると共に、光導波路１６ｃ
の端面に光線の焦点を結ばせる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光ビーム装置に
関し、一層詳細には入射したビームを偏光方向が互いに
直角方向の２つの偏光ビームに分離し、または２つの互
いに直角方向に偏光した偏光ビームを１個のビームに集
束する偏光ビーム装置に関する。
関し、一層詳細には入射したビームを偏光方向が互いに
直角方向の２つの偏光ビームに分離し、または２つの互
いに直角方向に偏光した偏光ビームを１個のビームに集
束する偏光ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、種々の偏光ビーム装置が開発され
ている。Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型偏光子は、プリ
ズム形にカットされた複数の複屈折材料のブロックを接
合したものであり、一方の偏光成分を接合面で反射し、
他方の偏光成分を透過させるものである。Ｇｌａｎ−Ｔ
ａｙｌｏ型の偏光子は、Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型
と類似しているが、偏光部材同士を接合せず両者の間に
空間を設けている。Ｇｌａｎ−Ｔａｙｌｏ型の偏光ビー
ム装置は多くの光源に対応して使用することができる。
Ｗａｌｌａｓｔｏｎ−Ｒｏｃｈｏｎ−Ｓｅｎａｒｍｏｎ
ｔ型ビームスプリッターは境界面を偏光が透過する際に
偏光成分を分離するもので、ほとんどの光源に対して光
学的な結合が可能である。
ている。Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型偏光子は、プリ
ズム形にカットされた複数の複屈折材料のブロックを接
合したものであり、一方の偏光成分を接合面で反射し、
他方の偏光成分を透過させるものである。Ｇｌａｎ−Ｔ
ａｙｌｏ型の偏光子は、Ｇｌａｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型
と類似しているが、偏光部材同士を接合せず両者の間に
空間を設けている。Ｇｌａｎ−Ｔａｙｌｏ型の偏光ビー
ム装置は多くの光源に対応して使用することができる。
Ｗａｌｌａｓｔｏｎ−Ｒｏｃｈｏｎ−Ｓｅｎａｒｍｏｎ
ｔ型ビームスプリッターは境界面を偏光が透過する際に
偏光成分を分離するもので、ほとんどの光源に対して光
学的な結合が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｇｌａ
ｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型偏光子の場合は、かなり大きな
複屈折材料（通常は方解石）が必要となり、材料費が高
価であること、また、接合面を破壊したり透過性を劣化
させるため高出力レーザや紫外線には使用できないこ
と、さらに、光を反射させて反射による偏光を利用する
ため、偏光されたビームが平行方向あるいは直角方向と
いった使いやすい方向に取り出せず、例えば４５度方向
といった不都合な角度でで装置から射出されるという課
題がある。Ｇｌａｎ−Ｔａｙｌｏ型の偏光ビーム装置で
は、空間（エアギャップ）に起因する反射ロスやゴース
トが発生するという課題がある。Ｗａｌｌａｓｔｏｎ−
Ｒｏｃｈｏｎ−Ｓｅｎａｒｍｏｎｔ型偏光ビーム装置で
は、偏光部材の変色や歪みにより不都合な角度でビーム
が装置から射出されるという課題がある。
ｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎ型偏光子の場合は、かなり大きな
複屈折材料（通常は方解石）が必要となり、材料費が高
価であること、また、接合面を破壊したり透過性を劣化
させるため高出力レーザや紫外線には使用できないこ
と、さらに、光を反射させて反射による偏光を利用する
ため、偏光されたビームが平行方向あるいは直角方向と
いった使いやすい方向に取り出せず、例えば４５度方向
といった不都合な角度でで装置から射出されるという課
題がある。Ｇｌａｎ−Ｔａｙｌｏ型の偏光ビーム装置で
は、空間（エアギャップ）に起因する反射ロスやゴース
トが発生するという課題がある。Ｗａｌｌａｓｔｏｎ−
Ｒｏｃｈｏｎ−Ｓｅｎａｒｍｏｎｔ型偏光ビーム装置で
は、偏光部材の変色や歪みにより不都合な角度でビーム
が装置から射出されるという課題がある。
【０００４】平行な偏光ビームを生成する複屈折材料
（ビーム偏向用）の場合は、ビーム間間隔が狭く、用途
が制約される。一方、好適なビーム間隔にするためにビ
ームをいろいろな材料に通すと、不適な結晶構造により
波面の歪んだ異常ビームが発生することがある（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔ
ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、１９５９年７月号（通巻４
９号）、「Ｂｒｉｅｆｒｉｎｇｅｒｎｃｅ ｏｆ Ｑｕ
ａｒｔｚ ａｎｄ Ｃａｌｃｉｔｅ」第７１０〜７１２
行目参照）。ビーム間隔は、複屈折結晶体のサイズやコ
ストによっても制限されることがある。偏光プリズムが
有する課題については、Ｂｅｎｅｔｔｏ ａｎｄ Ｂｅ
ｎｅｔｔｏ「”Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ” Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｃｒｉｓｃｏｌｌ ａ
ｎｄ Ｖａｕｇｈａｎ， ｅｄｓ．， ＭｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌ， １９７８」に詳しく解説されている。
（ビーム偏向用）の場合は、ビーム間間隔が狭く、用途
が制約される。一方、好適なビーム間隔にするためにビ
ームをいろいろな材料に通すと、不適な結晶構造により
波面の歪んだ異常ビームが発生することがある（Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔ
ｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、１９５９年７月号（通巻４
９号）、「Ｂｒｉｅｆｒｉｎｇｅｒｎｃｅ ｏｆ Ｑｕ
ａｒｔｚ ａｎｄ Ｃａｌｃｉｔｅ」第７１０〜７１２
行目参照）。ビーム間隔は、複屈折結晶体のサイズやコ
ストによっても制限されることがある。偏光プリズムが
有する課題については、Ｂｅｎｅｔｔｏ ａｎｄ Ｂｅ
ｎｅｔｔｏ「”Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ” Ｈａｎｄ
ｂｏｏｋ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｃｒｉｓｃｏｌｌ ａ
ｎｄ Ｖａｕｇｈａｎ， ｅｄｓ．， ＭｃＧｒａｗ−
Ｈｉｌｌ， １９７８」に詳しく解説されている。
【０００５】本発明は、従来装置での上述した課題を解
決する偏光ビーム装置を提供することを目的とする。ま
た、複屈折材料を心臓部に採用しつつ、製造コストを削
減可能な偏光ビーム装置を提供することを目的とする。
さらに、従来と同様な機能を有し、一層小型化可能な偏
光ビーム装置を提供することを目的とする。
決する偏光ビーム装置を提供することを目的とする。ま
た、複屈折材料を心臓部に採用しつつ、製造コストを削
減可能な偏光ビーム装置を提供することを目的とする。
さらに、従来と同様な機能を有し、一層小型化可能な偏
光ビーム装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、第１の光導
波路と、互いに接近して配置され、所定の距離だけ前記
第１の光導波路と離間して配置されると共に、前記第１
の光導波路と光学的に結合された２個の第２の光導波路
と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に
配設され、入力ビームを、第１の偏光ビームと該第１の
偏光ビームに対して直角方向に偏光する第２の偏光ビー
ムとに分離するための複屈折結晶体と、前記第１の光導
波路または前記第２の光導波路の少なくとも一つと前記
複屈折結晶体との間もしくはこれらに接して配設され、
前記複屈折結晶体を通過する非平行光線の方向を決める
と共に、光導波路の端面に光線の焦点を結ばせるための
レンズ機構とを具備することを特徴とする。
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、第１の光導
波路と、互いに接近して配置され、所定の距離だけ前記
第１の光導波路と離間して配置されると共に、前記第１
の光導波路と光学的に結合された２個の第２の光導波路
と、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に
配設され、入力ビームを、第１の偏光ビームと該第１の
偏光ビームに対して直角方向に偏光する第２の偏光ビー
ムとに分離するための複屈折結晶体と、前記第１の光導
波路または前記第２の光導波路の少なくとも一つと前記
複屈折結晶体との間もしくはこれらに接して配設され、
前記複屈折結晶体を通過する非平行光線の方向を決める
と共に、光導波路の端面に光線の焦点を結ばせるための
レンズ機構とを具備することを特徴とする。
【０００７】上記の偏光ビーム装置において、前記光導
波路を光ファイバによって形成し、前記レンズ機構は、
前記第１の光導波路である光ファイバと前記複屈折結晶
体との間に配設され、前記第２の光導波路である２個の
接近して配置された光ファイバからの前記複屈折結晶体
内で非平行ビームとして伝搬する互いに直角方向に偏光
する光ビームを集束して受光するようにしてもよい。ま
た、上記の偏光ビーム装置において、前記光導波路を光
ファイバによって形成し、前記第１の光導波路である光
ファイバと、前記第２の光導波路である２個の接近して
配置された光ファイバとの間に他の複屈折結晶体を配設
するようにしてもよい。この偏光ビーム装置において、
前記レンズ機構は、２個のレンズから成り、２個の該レ
ンズは、２個の前記複屈折結晶体の間に配設してもよ
い。
波路を光ファイバによって形成し、前記レンズ機構は、
前記第１の光導波路である光ファイバと前記複屈折結晶
体との間に配設され、前記第２の光導波路である２個の
接近して配置された光ファイバからの前記複屈折結晶体
内で非平行ビームとして伝搬する互いに直角方向に偏光
する光ビームを集束して受光するようにしてもよい。ま
た、上記の偏光ビーム装置において、前記光導波路を光
ファイバによって形成し、前記第１の光導波路である光
ファイバと、前記第２の光導波路である２個の接近して
配置された光ファイバとの間に他の複屈折結晶体を配設
するようにしてもよい。この偏光ビーム装置において、
前記レンズ機構は、２個のレンズから成り、２個の該レ
ンズは、２個の前記複屈折結晶体の間に配設してもよ
い。
【０００８】さらに、他の形態として、各々が、光線を
実質的に平行にする端面と、実質的に焦点を結ばせる端
面とを有する２個のレンズと、少なくとも一方の前記レ
ンズと結合され、光線を互いに直角な偏光ビームに分離
し、または集束する複屈折結晶体と、各前記レンズに接
近して配置され、隣接する前記レンズへ光を入射し、ま
たは隣接する前記レンズからの光を受光し、端部と隣接
する前記レンズからの光学的距離ｄ1 と、２個の前記レ
ンズの対向面同士の光学的距離ｄ2 との関係が、ｄ1 ≒
ｄ2 ／２かつｄ1 ＞０となるよう配置された複数の光導
波路とを具備することを特徴とする。
実質的に平行にする端面と、実質的に焦点を結ばせる端
面とを有する２個のレンズと、少なくとも一方の前記レ
ンズと結合され、光線を互いに直角な偏光ビームに分離
し、または集束する複屈折結晶体と、各前記レンズに接
近して配置され、隣接する前記レンズへ光を入射し、ま
たは隣接する前記レンズからの光を受光し、端部と隣接
する前記レンズからの光学的距離ｄ1 と、２個の前記レ
ンズの対向面同士の光学的距離ｄ2 との関係が、ｄ1 ≒
ｄ2 ／２かつｄ1 ＞０となるよう配置された複数の光導
波路とを具備することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて添付図面と共に詳述する。まず、一般的な偏光ビ
ーム装置（ビームスプリッター／カプラー）の構成を図
１と共に説明する。同図で方解石の複屈折結晶体から成
る複屈折結晶体１０は、３／４ピッチ（波長）に形成し
た集束またはコリメータ用の屈折率分布型（ＧＲＩＮレ
ンズ）のレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと接している。
レンズ１２ａ、１２ｂは、複屈折結晶体１０の一方の端
面側に配設される。レンズ１２ｃは、複屈折結晶体１０
の他方の端面側に配設され、２個のレンズ１２ａ、１２
ｂからの光を受光する。
ついて添付図面と共に詳述する。まず、一般的な偏光ビ
ーム装置（ビームスプリッター／カプラー）の構成を図
１と共に説明する。同図で方解石の複屈折結晶体から成
る複屈折結晶体１０は、３／４ピッチ（波長）に形成し
た集束またはコリメータ用の屈折率分布型（ＧＲＩＮレ
ンズ）のレンズ１２ａ、１２ｂ、１２ｃと接している。
レンズ１２ａ、１２ｂは、複屈折結晶体１０の一方の端
面側に配設される。レンズ１２ｃは、複屈折結晶体１０
の他方の端面側に配設され、２個のレンズ１２ａ、１２
ｂからの光を受光する。
【００１０】図１において、レンズ１２ａ、１２ｂの端
面におけるビーム幅１４ａ、１４ｂは、レンズ１２ａ、
１２ｂと複屈折結晶体１０との接合面部分に太線で示
す。ビーム幅１４ａ、１４ｂは、この両ビーム幅および
長さｄ2 で示すスペースを合わせて複屈折結晶体１０の
端面の最小サイズより小さい幅となる。すなわち、ＧＲ
ＩＮレンズ１２ａ、１２ｂの直径がｄ1 で、レンズ１２
ａ、１２ｂの間の調整スペースの幅がｄ2 であれば、複
屈折結晶体１０の最小幅Ｓ＝ｄ1 ＋ｄ1 ＋ｄ2 となる。
設計上、サイズｄ1 またはｄ2 が大きくなり幅Ｓが大き
くなれば、複屈折結晶体１０の長さｌc も長くなる。逆
に、複屈折結晶体１０の長さが短くなれば（例えば図１
の長さの１／２）、レンズ１２ａ、１２ｂを配設するス
ペースも小さくなる。その状態を図２に示す。図２の状
態は実施不可能な状態であり、複屈折結晶体２０の長さ
はｌc ／２であり、図示するようにレンズ１２ａ、１２
ｂが重なってしまい、十分なスペースが無い。従って、
レンズを介して光を平行に複屈折結晶体１０内を透過さ
せるためには、複屈折結晶体１０のサイズは２個のレン
ズまたは平行ビーム光線を包含できるサイズの複屈折結
晶体１０が必要である。
面におけるビーム幅１４ａ、１４ｂは、レンズ１２ａ、
１２ｂと複屈折結晶体１０との接合面部分に太線で示
す。ビーム幅１４ａ、１４ｂは、この両ビーム幅および
長さｄ2 で示すスペースを合わせて複屈折結晶体１０の
端面の最小サイズより小さい幅となる。すなわち、ＧＲ
ＩＮレンズ１２ａ、１２ｂの直径がｄ1 で、レンズ１２
ａ、１２ｂの間の調整スペースの幅がｄ2 であれば、複
屈折結晶体１０の最小幅Ｓ＝ｄ1 ＋ｄ1 ＋ｄ2 となる。
設計上、サイズｄ1 またはｄ2 が大きくなり幅Ｓが大き
くなれば、複屈折結晶体１０の長さｌc も長くなる。逆
に、複屈折結晶体１０の長さが短くなれば（例えば図１
の長さの１／２）、レンズ１２ａ、１２ｂを配設するス
ペースも小さくなる。その状態を図２に示す。図２の状
態は実施不可能な状態であり、複屈折結晶体２０の長さ
はｌc ／２であり、図示するようにレンズ１２ａ、１２
ｂが重なってしまい、十分なスペースが無い。従って、
レンズを介して光を平行に複屈折結晶体１０内を透過さ
せるためには、複屈折結晶体１０のサイズは２個のレン
ズまたは平行ビーム光線を包含できるサイズの複屈折結
晶体１０が必要である。
【００１１】本発明に係る第１実施形態を図３に示す。
図示する偏光ビーム装置（ビームスプリッター／集束装
置）には光ファイバ１６ａ、１６ｂから成る２個の光導
波路が設けられている。光ファイバ１６ａ、１６ｂは、
不図示のファイバ・チューブを介して小型の複屈折結晶
体３０の一方の端面へ直接結合されている。図３の実施
形態において複屈折結晶体３０のサイズは、図１に示す
従来の偏光ビーム装置の複屈折結晶体１０の約１／５０
のサイズである。従って、図３の実施形態に示す偏光ビ
ーム装置の製造コストは図１に示す従来の偏光ビーム装
置の製造コストより低くすることが可能である。さら
に、第１実施形態ではたった１個のレンズで済むので、
図１に示すように従来は３個のレンズが必要であったこ
とと比較しても経済的である。
図示する偏光ビーム装置（ビームスプリッター／集束装
置）には光ファイバ１６ａ、１６ｂから成る２個の光導
波路が設けられている。光ファイバ１６ａ、１６ｂは、
不図示のファイバ・チューブを介して小型の複屈折結晶
体３０の一方の端面へ直接結合されている。図３の実施
形態において複屈折結晶体３０のサイズは、図１に示す
従来の偏光ビーム装置の複屈折結晶体１０の約１／５０
のサイズである。従って、図３の実施形態に示す偏光ビ
ーム装置の製造コストは図１に示す従来の偏光ビーム装
置の製造コストより低くすることが可能である。さら
に、第１実施形態ではたった１個のレンズで済むので、
図１に示すように従来は３個のレンズが必要であったこ
とと比較しても経済的である。
【００１２】図３において、出力用の光ファイバ（光導
波路）１６ｃは、複屈折結晶体３０の他方の端面から離
間して配設されている。レンズ３２は、複屈折結晶体３
０と光ファイバ１６ｃとの間に配設され、光ファイバ１
６ａと１６ｃおよび光ファイバ１６ｂと１６ｃを光学的
に結合している。本実施形態において、光ファイバ１６
ａ、１６ｂは互いに接近して配置できるので、複屈折結
晶体３０のサイズを大変小さくすることが可能であり、
製造コストを大きく削減可能である。さらに、光ファイ
バ１６ａ、１６ｂからのビームを複屈折結晶体３０を介
して非平行ビームとして伝搬できると共に、複屈折結晶
体３０が短小であってもレンズ３２を介してこれらのビ
ームを光ファイバ１６ｃへ結合して入射可能である。複
屈折結晶体３０のサイズが大きくなれば、複屈折結晶体
３０を伝搬するビームの直径も大きくすることができる
のはもちろんである。
波路）１６ｃは、複屈折結晶体３０の他方の端面から離
間して配設されている。レンズ３２は、複屈折結晶体３
０と光ファイバ１６ｃとの間に配設され、光ファイバ１
６ａと１６ｃおよび光ファイバ１６ｂと１６ｃを光学的
に結合している。本実施形態において、光ファイバ１６
ａ、１６ｂは互いに接近して配置できるので、複屈折結
晶体３０のサイズを大変小さくすることが可能であり、
製造コストを大きく削減可能である。さらに、光ファイ
バ１６ａ、１６ｂからのビームを複屈折結晶体３０を介
して非平行ビームとして伝搬できると共に、複屈折結晶
体３０が短小であってもレンズ３２を介してこれらのビ
ームを光ファイバ１６ｃへ結合して入射可能である。複
屈折結晶体３０のサイズが大きくなれば、複屈折結晶体
３０を伝搬するビームの直径も大きくすることができる
のはもちろんである。
【００１３】図３に示す偏光ビーム装置の使用方法につ
いて説明する。ビームスプリッターとして使用する場
合、まず、偏光方向が不明の光が光ファイバ１６ｃへ入
射される。この場合、光ファイバ１６ｃが入力ポートと
なる。入射光が複屈折結晶体３０を通過する際に２本の
偏光方向が異なるビームに分離され、常光線（ordinary
-ray) は複屈折結晶体３０の出力ポートとなる光ファイ
バ１６ａへ導かれ、異常光線(extraordinary-ray) は、
複屈折結晶体３０の出力ポートとなる光ファイバ１６ｂ
へ導かれる。逆に、ビームを集束する場合は、逆方向に
ビームを送ればよい。光ファイバ１６ａ、１６ｂと複屈
折結晶体３０との間にレンズが無いので、短かい複屈折
結晶体３０を横断する光線は平行化されていない。現
在、多くの光学装置において、種々のレンズが光導波路
から射出されたビームを平行にしたり、効率よく光線を
集束させるために光導波路内に焦点を結ばせるために用
いられている。
いて説明する。ビームスプリッターとして使用する場
合、まず、偏光方向が不明の光が光ファイバ１６ｃへ入
射される。この場合、光ファイバ１６ｃが入力ポートと
なる。入射光が複屈折結晶体３０を通過する際に２本の
偏光方向が異なるビームに分離され、常光線（ordinary
-ray) は複屈折結晶体３０の出力ポートとなる光ファイ
バ１６ａへ導かれ、異常光線(extraordinary-ray) は、
複屈折結晶体３０の出力ポートとなる光ファイバ１６ｂ
へ導かれる。逆に、ビームを集束する場合は、逆方向に
ビームを送ればよい。光ファイバ１６ａ、１６ｂと複屈
折結晶体３０との間にレンズが無いので、短かい複屈折
結晶体３０を横断する光線は平行化されていない。現
在、多くの光学装置において、種々のレンズが光導波路
から射出されたビームを平行にしたり、効率よく光線を
集束させるために光導波路内に焦点を結ばせるために用
いられている。
【００１４】装飾材料や光学的材料として多用されてい
るビルディングブロックの多くはＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅ
ｄ Ｉｎｄｅｘ）レンズである。このタイプのレンズは
商品名「ＳＥＬＦＯＣ」として販売されており、当該商
標は日本でも日本シートガラス社の商標として登録され
ている。ＧＲＩＮレンズを他の光学部材と組み合わせた
装置としては、ＷＤＭ装置、光学カプラ、円偏光装置、
アイソレータ等がある。ＧＲＩＮレンズを本発明に採用
することにより、従来のレンズと比較して多くの利点が
ある。しかし、本発明はＧＲＩＮレンズに限定されるも
のではない。ＧＲＩＮレンズの利点は、比較的安価であ
り、小型で、互いに平行な端面を有する点である。特
に、ＧＲＩＮレンズが平らな端面を持つことにより、光
線を平行にし、または集束させる手段を１個のレンズで
可能にしている。同様にレンズの端面で反射した光を取
り出す手段を１個のレンズで可能にしている。
るビルディングブロックの多くはＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅ
ｄ Ｉｎｄｅｘ）レンズである。このタイプのレンズは
商品名「ＳＥＬＦＯＣ」として販売されており、当該商
標は日本でも日本シートガラス社の商標として登録され
ている。ＧＲＩＮレンズを他の光学部材と組み合わせた
装置としては、ＷＤＭ装置、光学カプラ、円偏光装置、
アイソレータ等がある。ＧＲＩＮレンズを本発明に採用
することにより、従来のレンズと比較して多くの利点が
ある。しかし、本発明はＧＲＩＮレンズに限定されるも
のではない。ＧＲＩＮレンズの利点は、比較的安価であ
り、小型で、互いに平行な端面を有する点である。特
に、ＧＲＩＮレンズが平らな端面を持つことにより、光
線を平行にし、または集束させる手段を１個のレンズで
可能にしている。同様にレンズの端面で反射した光を取
り出す手段を１個のレンズで可能にしている。
【００１５】図４に実質的に１／４ピッチ（波長）のＧ
ＲＩＮレンズ４２を示す。図４では３本のビームが位置
４１ｃ、４１ｂおよびレンズ４２の端面に一致する位置
４１ａから入射している。位置４１ｃから広がって入射
するビームはレンズにより集束されてもその直径は、他
の位置４１ｂ、４１ａから入射するビームの直径より大
きい。また、反対側のレンズ端面へ入射する平行ビーム
の焦点位置はビーム直径により異なることを示してい
る。もし、レンズ（例えばＧＲＩＮレンズ）を通して光
線を効率よく集束するのであれば、直径の小さなビーム
をレンズへ入射させることが好ましい。そこで、図３に
おいて、もし光ファイバ１６ａ、１６ｂの一方から光フ
ァイバ１６ｃへ伝搬すべくレンズ３２へ入射されたビー
ムの直径が大き過ぎる場合、レンズ３２の外縁近傍へ入
射した光は効率よく光ファイバ１６ｃの受光端へ集束さ
れないことがある。
ＲＩＮレンズ４２を示す。図４では３本のビームが位置
４１ｃ、４１ｂおよびレンズ４２の端面に一致する位置
４１ａから入射している。位置４１ｃから広がって入射
するビームはレンズにより集束されてもその直径は、他
の位置４１ｂ、４１ａから入射するビームの直径より大
きい。また、反対側のレンズ端面へ入射する平行ビーム
の焦点位置はビーム直径により異なることを示してい
る。もし、レンズ（例えばＧＲＩＮレンズ）を通して光
線を効率よく集束するのであれば、直径の小さなビーム
をレンズへ入射させることが好ましい。そこで、図３に
おいて、もし光ファイバ１６ａ、１６ｂの一方から光フ
ァイバ１６ｃへ伝搬すべくレンズ３２へ入射されたビー
ムの直径が大き過ぎる場合、レンズ３２の外縁近傍へ入
射した光は効率よく光ファイバ１６ｃの受光端へ集束さ
れないことがある。
【００１６】図６に第２実施形態を示す。図６におい
て、光ファイバ１６ａから光ファイバ１６ｃへ進むビー
ムは、比較的直径が小さく、レンズ４２を通過するビー
ムの直径は、図５または図３のレンズに入射するビーム
の直径の約半分である。図７には、１対の１／４ピッチ
（波長）ＧＲＩＮレンズ１１０ａ、１１０ｂが図示され
ている。レンズ１１０ａ、１１０ｂの平行光の出力側端
面は内側に、集束光の出力側端面は外側に配設されてい
る。２個の光導波路１１１ａ、１１１ｂは、同軸に配設
され、それぞれレンズ１１０ａ、１１０ｂと光軸（破線
で示す）を一致させてレンズ１１０ａ、１１０ｂに結合
されている。光が光導波路１１１ａ、１１１ｂの一方か
ら他方へ入射する際のビーム形状をレンズ１１０ａ、１
１０ｂ内に図示する。２個のレンズ１１０ａ、１１０ｂ
の対向面におけるビームはレンズの外縁方向へ広がり、
ポイント１１２ａ、１１２ｂまで達している。
て、光ファイバ１６ａから光ファイバ１６ｃへ進むビー
ムは、比較的直径が小さく、レンズ４２を通過するビー
ムの直径は、図５または図３のレンズに入射するビーム
の直径の約半分である。図７には、１対の１／４ピッチ
（波長）ＧＲＩＮレンズ１１０ａ、１１０ｂが図示され
ている。レンズ１１０ａ、１１０ｂの平行光の出力側端
面は内側に、集束光の出力側端面は外側に配設されてい
る。２個の光導波路１１１ａ、１１１ｂは、同軸に配設
され、それぞれレンズ１１０ａ、１１０ｂと光軸（破線
で示す）を一致させてレンズ１１０ａ、１１０ｂに結合
されている。光が光導波路１１１ａ、１１１ｂの一方か
ら他方へ入射する際のビーム形状をレンズ１１０ａ、１
１０ｂ内に図示する。２個のレンズ１１０ａ、１１０ｂ
の対向面におけるビームはレンズの外縁方向へ広がり、
ポイント１１２ａ、１１２ｂまで達している。
【００１７】図８にも、同じ１対のＧＲＩＮレンズ１１
０ａ、１１０ｂが図示されている。しかし、２個の光導
波路１１１ａ、１１１ｂは、レンズ１１０ａ、１１０ｂ
の共通の光軸から同一の光学的距離だけ偏位している。
２個のレンズ１１０ａ、１１０ｂの対向面におけるビー
ムは図７の実施形態と同様にレンズの外縁方向へ広が
り、ポイント１１２ａ、１１２ｂまで達している。しか
しながら、ビームの角度は異なっている。２個の光導波
路１１１ａ、１１１ｂが、レンズ１１０ａ、１１０ｂの
共通の光軸に対して平行に配設されている場合、２個の
レンズ１１０ａ、１１０ｂ間に隙間を無くし、かつ光導
波路１１１ａ、１１１ｂを直接各レンズ１１０ａ、１１
０ｂへ結合することにより、光線を確実かつ効率的に光
導波路１１１ａから光導波路１１１ｂへ（この逆も可）
伝搬することが可能になる。図９に同様な例を示す。図
９においては入出力用の光導波路１１１ａ、１１１ｂの
光軸に対する偏位方向が、図８の例と逆になっている。
０ａ、１１０ｂが図示されている。しかし、２個の光導
波路１１１ａ、１１１ｂは、レンズ１１０ａ、１１０ｂ
の共通の光軸から同一の光学的距離だけ偏位している。
２個のレンズ１１０ａ、１１０ｂの対向面におけるビー
ムは図７の実施形態と同様にレンズの外縁方向へ広が
り、ポイント１１２ａ、１１２ｂまで達している。しか
しながら、ビームの角度は異なっている。２個の光導波
路１１１ａ、１１１ｂが、レンズ１１０ａ、１１０ｂの
共通の光軸に対して平行に配設されている場合、２個の
レンズ１１０ａ、１１０ｂ間に隙間を無くし、かつ光導
波路１１１ａ、１１１ｂを直接各レンズ１１０ａ、１１
０ｂへ結合することにより、光線を確実かつ効率的に光
導波路１１１ａから光導波路１１１ｂへ（この逆も可）
伝搬することが可能になる。図９に同様な例を示す。図
９においては入出力用の光導波路１１１ａ、１１１ｂの
光軸に対する偏位方向が、図８の例と逆になっている。
【００１８】図１０では、図９で使用したレンズ１１０
ａ、１１０ｂが一定距離離間して配設されている。光導
波路１１１ａの光軸は、レンズ１１０ａの光軸ＯＡに平
行である。しかし、効率よく光線を光導波路１１１ｂへ
結合させるためには光導波路１１１ｂを光導波路１１１
ａと非平行とし、レンズ１１０ａと１１０ｂとの離間距
離に応じてレンズ１１０ｂの光軸ＯＡに対する角度θを
持たせるようにする。レンズ１１０ａと１１０ｂとの離
間距離が大きくなれば、出力ビームのレンズ１１０ｂの
光軸ＯＡに対する角度θは大きくなる。図１１では、レ
ンズ１１０ａ、１１０ｂは離間していない。しかし、入
力光導波路１１１ａと出力光導波路１１１ｂは、それぞ
れレンズ１１０ａ、１１０ｂの端面から離間している
が、光学的に結合されている。離間させることにより、
光ファイバ１１１ｂに入射する光は角度θだけ傾斜して
おり効率的に入射しない。
ａ、１１０ｂが一定距離離間して配設されている。光導
波路１１１ａの光軸は、レンズ１１０ａの光軸ＯＡに平
行である。しかし、効率よく光線を光導波路１１１ｂへ
結合させるためには光導波路１１１ｂを光導波路１１１
ａと非平行とし、レンズ１１０ａと１１０ｂとの離間距
離に応じてレンズ１１０ｂの光軸ＯＡに対する角度θを
持たせるようにする。レンズ１１０ａと１１０ｂとの離
間距離が大きくなれば、出力ビームのレンズ１１０ｂの
光軸ＯＡに対する角度θは大きくなる。図１１では、レ
ンズ１１０ａ、１１０ｂは離間していない。しかし、入
力光導波路１１１ａと出力光導波路１１１ｂは、それぞ
れレンズ１１０ａ、１１０ｂの端面から離間している
が、光学的に結合されている。離間させることにより、
光ファイバ１１１ｂに入射する光は角度θだけ傾斜して
おり効率的に入射しない。
【００１９】図１２に示す例では、入力光導波路と出力
光導波路は実質的にレンズ１１０ａ、１１０ｂの光軸と
平行に配設されており、入力光導波路同士の間隔とレン
ズ１１０ａと１１０ｂとの間隔を所定の範囲内とするこ
とにより、光を入力光導波路から出力光導波路へ効率よ
く入射させることができる。図１２において、レンズ１
１０ａと１１０ｂとの間隔はｌ3 であり、入力光導波路
１１１ａ，１１１ｃとレンズ１１０ａの端面との間の光
学的距離はｌ1 であり、出力光導波路１１１ｂ，１１１
ｄとレンズ１１０ｂの端面との間の光学的距離はｌ2 で
ある。この場合、最も好適な光学的結合を実現するため
には、入出力光導波路の光軸がレンズの共通な光軸と平
行になるよう配置し、前記距離ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 が、次
のような関係になるよう配置する。 ｌ1 ≒ｌ2 ≒ｌ3 ／２
光導波路は実質的にレンズ１１０ａ、１１０ｂの光軸と
平行に配設されており、入力光導波路同士の間隔とレン
ズ１１０ａと１１０ｂとの間隔を所定の範囲内とするこ
とにより、光を入力光導波路から出力光導波路へ効率よ
く入射させることができる。図１２において、レンズ１
１０ａと１１０ｂとの間隔はｌ3 であり、入力光導波路
１１１ａ，１１１ｃとレンズ１１０ａの端面との間の光
学的距離はｌ1 であり、出力光導波路１１１ｂ，１１１
ｄとレンズ１１０ｂの端面との間の光学的距離はｌ2 で
ある。この場合、最も好適な光学的結合を実現するため
には、入出力光導波路の光軸がレンズの共通な光軸と平
行になるよう配置し、前記距離ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 が、次
のような関係になるよう配置する。 ｌ1 ≒ｌ2 ≒ｌ3 ／２
【００２０】再び図６の第２実施形態において、２個の
同一の複屈折結晶体５０ａ、５０ｂが設けられている。
複屈折結晶体５０ａ、５０ｂは、第１実施形態における
複屈折結晶体３０の半分のサイズである。複屈折結晶体
５０ａと５０ｂとの間に２個のフォーカスレンズ４２、
４２が配設されている。フォーカスレンズ４２、４２の
焦点位置は、両レンズ４２の端面から離間した両レンズ
４２の中間にある。光導波路１６ａ、１６ｂは、複屈折
結晶体５０ａの端面に結合され、光導波路１６ｃは、複
屈折結晶体５０ｂの端面に結合されている。
同一の複屈折結晶体５０ａ、５０ｂが設けられている。
複屈折結晶体５０ａ、５０ｂは、第１実施形態における
複屈折結晶体３０の半分のサイズである。複屈折結晶体
５０ａと５０ｂとの間に２個のフォーカスレンズ４２、
４２が配設されている。フォーカスレンズ４２、４２の
焦点位置は、両レンズ４２の端面から離間した両レンズ
４２の中間にある。光導波路１６ａ、１６ｂは、複屈折
結晶体５０ａの端面に結合され、光導波路１６ｃは、複
屈折結晶体５０ｂの端面に結合されている。
【００２１】第２実施形態において、ポート１６ａへ入
射した常光線（ｏ−ｒａｙ）は、装置内を通過してポー
ト１６ｃへ導かれる。一方、ポート１６ｂへ入射した異
常光線（ｅ−ｒａｙ）は、常光線と集束してポート１６
ｃへ導かれる。複屈折結晶体５０ａは複屈折結晶体３０
より小さいので、複屈折結晶体５０ａ側のレンズ４２へ
入射するビームは十分に細く、これによってレンズ４２
の最適範囲を使用することができる。同様に、複屈折結
晶体５０ａ、５０ｂについても最適範囲が使用され、ポ
ート１６ａから１６ｃ、ポート１６ｂから１６ｃの各々
について好適に光学的な結合がなされる。間を好適に光
学的結合できる。光学的結合として最も好適な位置関係
は、各ポートと最も近いレンズとの距離をｄ1 とすれ
ば、２個のレンズ同士の間の距離が２ｄ1 となる位置設
定である。
射した常光線（ｏ−ｒａｙ）は、装置内を通過してポー
ト１６ｃへ導かれる。一方、ポート１６ｂへ入射した異
常光線（ｅ−ｒａｙ）は、常光線と集束してポート１６
ｃへ導かれる。複屈折結晶体５０ａは複屈折結晶体３０
より小さいので、複屈折結晶体５０ａ側のレンズ４２へ
入射するビームは十分に細く、これによってレンズ４２
の最適範囲を使用することができる。同様に、複屈折結
晶体５０ａ、５０ｂについても最適範囲が使用され、ポ
ート１６ａから１６ｃ、ポート１６ｂから１６ｃの各々
について好適に光学的な結合がなされる。間を好適に光
学的結合できる。光学的結合として最も好適な位置関係
は、各ポートと最も近いレンズとの距離をｄ1 とすれ
ば、２個のレンズ同士の間の距離が２ｄ1 となる位置設
定である。
【００２２】以上、本発明の好適な実施形態について種
々述べてきたが、本発明は上述の実施形態に限定される
のではなく、例えば上記の実施形態ではレンズの端面が
レンズの光軸に対して直角であるが、不要なバックリフ
レクションの影響を減少させるために光軸に対して傾斜
させてもよい等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの
改変を施し得るのはもちろんである。
々述べてきたが、本発明は上述の実施形態に限定される
のではなく、例えば上記の実施形態ではレンズの端面が
レンズの光軸に対して直角であるが、不要なバックリフ
レクションの影響を減少させるために光軸に対して傾斜
させてもよい等、発明の精神を逸脱しない範囲で多くの
改変を施し得るのはもちろんである。
【００２３】
【発明の効果】本発明に係る偏光ビーム装置を用いる
と、複屈折結晶体やレンズ等の構成部品を小型化できる
と共に、従来と比較して前記構成部品の部品点数を減少
させることができるので、装置の製造コストを低下させ
ることが可能になる。また、従来の偏光ビーム装置と比
較して小型、軽量化を図ることが可能になる等の著効を
奏する。
と、複屈折結晶体やレンズ等の構成部品を小型化できる
と共に、従来と比較して前記構成部品の部品点数を減少
させることができるので、装置の製造コストを低下させ
ることが可能になる。また、従来の偏光ビーム装置と比
較して小型、軽量化を図ることが可能になる等の著効を
奏する。
【図１】従来の偏光ビームスプリッターの構造を示す平
面図である。
面図である。
【図２】複屈折結晶体を小型化して実施不能な偏光ビー
ムスプリッターの構造を示す平面図である。
ムスプリッターの構造を示す平面図である。
【図３】本発明に係る偏光ビーム装置の第１実施形態の
構造を示す平面図である。平行光線化されていない光が
複屈折結晶体に入射する例である。
構造を示す平面図である。平行光線化されていない光が
複屈折結晶体に入射する例である。
【図４】１／４ピッチＧＲＩＮレンズを採用した従来例
の側面図である。
の側面図である。
【図５】図３の偏光ビーム装置で１個のＧＲＩＮレンズ
を使用して構成した平面図である。
を使用して構成した平面図である。
【図６】本発明に係る偏光ビーム装置の第２実施形態の
構造を示す平面図である。２つの複屈折結晶体と２つの
レンズを使用し、ビーム径を最小にしてポート間を光で
結合する例である。
構造を示す平面図である。２つの複屈折結晶体と２つの
レンズを使用し、ビーム径を最小にしてポート間を光で
結合する例である。
【図７】一対の１／４ピッチのＧＲＩＮレンズを背中合
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸が一致している例。
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸が一致している例。
【図８】一対の１／４ピッチのＧＲＩＮレンズを背中合
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸とレンズの光軸とが偏位している例。
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸とレンズの光軸とが偏位している例。
【図９】一対の１／４ピッチのＧＲＩＮレンズを背中合
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸とレンズの光軸とが偏位している例。
わせにして配置した従来例を示す側面図である。入出力
光導波路の光軸とレンズの光軸とが偏位している例。
【図１０】入力側と出力側の光導波路をＧＲＩＮレンズ
の光軸から偏位させて配置する方法を示す側面図であ
る。
の光軸から偏位させて配置する方法を示す側面図であ
る。
【図１１】入力側と出力側の光導波路をＧＲＩＮレンズ
から離間して配置する方法を示す側面図である。
から離間して配置する方法を示す側面図である。
【図１２】ＧＲＩＮレンズを離間させ、入力側と出力側
の光導波路をＧＲＩＮレンズの光軸から偏位させて配置
する方法を示す側面図である。
の光導波路をＧＲＩＮレンズの光軸から偏位させて配置
する方法を示す側面図である。
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ ポートの役目をする光ファイ
バ ３０ 複屈折結晶体 ３２ レンズ ４２ ＧＲＩＮレンズ ５０ａ、５０ｂ 複屈折結晶体 １１０ａ、１１０ｂ ＧＲＩＮレンズ １１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ 光導波路
バ ３０ 複屈折結晶体 ３２ レンズ ４２ ＧＲＩＮレンズ ５０ａ、５０ｂ 複屈折結晶体 １１０ａ、１１０ｂ ＧＲＩＮレンズ １１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ 光導波路
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の光導波路と、 互いに接近して配置され、所定の距離だけ前記第１の光
導波路と離間して配置されると共に、前記第１の光導波
路と光学的に結合された２個の第２の光導波路と、 前記第１の光導波路と前記第２の光導波路との間に配設
され、入力ビームを、第１の偏光ビームと該第１の偏光
ビームに対して直角方向に偏光する第２の偏光ビームと
に分離するための複屈折結晶体と、 前記第１の光導波路または前記第２の光導波路の少なく
とも一つと前記複屈折結晶体との間もしくはこれらに接
して配設され、前記複屈折結晶体を通過する非平行光線
の方向を決めると共に、光導波路の端面に光線の焦点を
結ばせるためのレンズ機構とを具備することを特徴とす
る偏光ビーム装置。 - 【請求項２】 前記光導波路は光ファイバであり、 前記レンズ機構は、前記第１の光導波路である光ファイ
バと前記複屈折結晶体との間に配設され、前記第２の光
導波路である２個の接近して配置された光ファイバから
の前記複屈折結晶体内で非平行ビームとして伝搬する互
いに直角方向に偏光する光ビームを集束して受光するこ
とを特徴とする請求項１記載の偏光ビーム装置。 - 【請求項３】 前記光導波路は光ファイバであり、 前記第１の光導波路である光ファイバと、前記第２の光
導波路である２個の接近して配置された光ファイバとの
間に他の複屈折結晶体が配設されていることを特徴とす
る請求項１記載の偏光ビーム装置。 - 【請求項４】 前記レンズ機構は、２個のレンズから成
り、２個の該レンズは、２個の前記複屈折結晶体の間に
配設されていることを特徴とする請求項３記載の偏光ビ
ーム装置。 - 【請求項５】 各々が、光線を実質的に平行にする端面
と、実質的に焦点を結ばせる端面とを有する２個のレン
ズと、 少なくとも一方の前記レンズと結合され、光線を互いに
直角な偏光ビームに分離し、または集束する複屈折結晶
体と、 各前記レンズに接近して配置され、隣接する前記レンズ
へ光を入射し、または隣接する前記レンズからの光を受
光し、端部と隣接する前記レンズからの光学的距離ｄ1
と、２個の前記レンズの対向面同士の光学的距離ｄ2 と
の関係が、ｄ1≒ｄ2 ／２かつｄ1 ＞０となるよう配置
された複数の光導波路とを具備することを特徴とする偏
光ビーム装置。
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