KR0133497B1 - 편광 검출기 - Google Patents

편광 검출기

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KR0133497B1
KR0133497B1 KR1019930014085A KR930014085A KR0133497B1 KR 0133497 B1 KR0133497 B1 KR 0133497B1 KR 1019930014085 A KR1019930014085 A KR 1019930014085A KR 930014085 A KR930014085 A KR 930014085A KR 0133497 B1 KR0133497 B1 KR 0133497B1
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다까히로 미야께
요시오 요시다
야스오 나까다
유끼오 구라따
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쯔지 하루오
샤프 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 편광 검출기는, 서로 평행하게 배치된 2개의 대향하는 면을 갖는 기판, 회절소자, 상기 기판의 한 면에 형성된 제1회절 격자 및 상기 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 포함하고, 광이 상기 제1회절 격자 상에 입사되며, 상기 제1 및 제2회절 격자를 각각의 격자 간격이 상기 입사광의 파장과 거의 같은 편광 회절 소자, 상기 제1회절 격자의 광 입사측 상에 형성된, 상기 편광회절 소자에 대해 상기 입사광의 입사 영역을 제한하기 위한 제한 부재, 상기 제1 및 제2회절 격자들을 투과하는 광과 상기 제1 및 제2회절 격자들에 의해 회절된 광을 서로 다른 빔 스폿으로 각각 집광시키기 위한 집광 렌즈 및 상기 집광 렌즈에 의해 집광된 2개의 빔 스폿들 각각의 광 세기를 검출하기 위한 한쌍의 광 검출기 등을 포함한다.

Description

편광 검출기
제1도는 본 발명에 따른 제1실시예의 편광 검출기 내의 편광 회절 소자의 주변을 개략적으로 보여주는 평면도.
제2A도는 제1도에 도시된 편광 회절 소자에 구면파가 입사되는 경우의 동작을 설명하기 위한 애퍼츄어(aperture)의 개략 평면도.
제2B도는 제1도에 도시된 편광 회절 소자에 구면파가 입사되는 경우의 동작을 설명하기 위한 편광회절 소자의 개략 평면도.
제2C도는 제1도에 도시된 편광 회절 소자에 구면파가 입사되는 경우의 동작을 설명하기 위한 제1회절 격자 상의 빔 스폿(beam spot)에 대한 개략도.
제3도는 제1도에 도시된 편광 검출기에 있어서의 잡음 레벨과 애퍼츄어 A의 폭 W 간의 관계를 보여주는 그래프.
제4A도는 제1실시예의 응용예를 보여주기 위해 편광 회절 소자의 주변을 개략적으로 보여주는 평면도.
제4B도는 제1실시예의 다른 응용예를 보여주기 위해 편광 회절 소자의 주변을 개략적으로 보여주는 평면도.
제5A도는 제1도에 도시된 편광 검출기에 사용된 애퍼츄어의 개구부의 형상예를 보여주는 도면.
제5B도는 제1도에 도시된 편광 검출기에 사용된 애퍼츄어의 개구부의 다른 형상예를 보여주는 도면.
제5C도는 제1도에 도시된 편광 검출기에 사용된 애퍼츄어의 개구부의 또다른 형상예를 보여주는 도면.
제6도는 본 발명에 따른 제2실시예의 편광 검출기 내의 편광 회절 소자의 주변을 개략적으로 보여주는 평면도.
제7도는 본 발명에 따른 제2실시예의 편광 회절 소자의 응용을 개략적으로 보여주는 평면도.
제8도는 편광 특성을 갖고 있는 종래의 편광 회절 소자를 보여주는 평면도.
제9도는 종래의 편광 검출기에 사용된 편광 회절 소자를 보여주는 평면도.
제10도는 제9도에 도시된 편광 회절 소자의 회절 격자를 보여주는 단면도.
제11도는 제9도에 도시된 편광 회절 소자를 이용하는 종래의 편광 검출기를 개략적으로 보여주는 평면도.
제12A도는 제9도에 도시된 편광 회절 소자에 있어서 광의 동작을 설명하기 위해 상기 편광 회절소자를 보여주는 개략적 평면도.
제12B도는 제9도에 도시된 편광 회절 소자에 있어서 광의 동작을 설명하기 위해 제1회절 격자 상의 빔 스폿을 보여주는 개략도.
제13도는 편광 특성을 갖고 있는 편광 회절 소자에 있어서 입사각과 반사도간의 관계를 보여주는 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100,110 : 편광 회절 소자112 : 제1회절 격자
113 : 제2회절 격자120 : 집광 렌즈
130a,130b : 광검출기
본 발명은 광 픽업 등에 사용되는 편광 검출기에 관한 것으로, 상세하게는 입사광을, 서로 다른 편광성분을 갖는 두개의 광 빔으로 분리하는 편광 회절 소자를 갖춘 편광 검출기에 관한 것이댜.
제8도는 편광 회절 소자(100)의 단면도를 보여주고 있다. 편광 회절 소자(100)는 유리 등으로 만들어진 투명한 기판(101)을 포함하며, 이 기판의 한쪽에는 빗금으로 표시된 회절 격자(102)가 형성되어 있다. 회절 격자(102)의 격자 간격은 사용되는 광의 파장에 거의 대응하도록 형성된다.
예를 들면, 회절 격자(102)는 1μm의 두께와 0.5μm의 격자 간격을 갖고 있는 포토레지스트로 형성된다. 회절 격자(102)의 2빔 간섭 방법 등에 의해 형성된다.
회절 격자(102)의 격자 간격이 상술한 바와 같이 광 파장과 거의 같도록 형성될 때, 다음의 편광 특성이 얻어지는 것으로 알려져 있다(K. Yokomori, Dielectric Surface-Felief Gratings with High Diffraction Efficiency, Applied Optics Vol. 23, No. 14, pp.2303, 1984 참조).
제8도에 화살표로 도시된 바와 같이, 상술한 구조를 갖고 있는 편광 회절소자(100)의 회절 격자(102)는 P-편광 성분 Lp는 제8도의 수직 방향으로 진동하는 전계를 갖는다. S-편광 성분 Ls는 지면에 법선 방향으로 진동하는 전계를 갖는다.
예를 들어, 0.8μm의 파장을 갖고 있는 광 L이 상술한 편광 회절 소자(100)에 입사될 때, P-편광 성분 Lp는 0차 회절광 La로서 회절 격자(102)를 투과하나, 1차 회절광 Lb로서는 거의 회절되지 않는다. 한편, S-편광 성분 Ls는 1차 회절광 Lb로서 회절 격자(102)에 의해 회절되나, 0차 회절광 La로서는 회절 격자(102)를 거의 투과하지 못한다.
상술한 편광 특성을 이용하는 자기-광 소자인 광 픽업을 위해 이용된 편광회절 소자로서, 본 발명자들에 의한 일본국 공개 특허 공보 제2-259702호는 편광 회절 소자, 편광 검출기 등을 기술하고 있다. 이들 편광 회절 소자들은 입사광의 파장 변동의 영향, 광검출기를 포함하는 편광 검출기를 구성하는 경우의 배치, P-, S- 편광 성분들의 분리도의 향상 등을 고려하여 구성되어 있다.
제9도는 상술한 편광 회절 소자의 한 예를 보여주고 있다. 편광 회절 소자(110)는 유리 등으로 만들어진 투명한 평면 기판(111)을 포함하며, 상기 기판(111)의 양면에는 제1회절 격자(112)와 제2회절격자(113)가 각각 형성되어 있다. 제1회절 격자(112)의 격자 간격 D1과 제2회절 격자(113)의 격자 간격 D2는 입사광 L의 파장 λ와 거의 동일하게 설정되어 있다. 또한, 제1 및 제2회절 격자(112 및 113)의 홈 방향은 제9도의 지면에 법선 방향과 대응한다.
제10도는 제1 및 제2회절 격자(112 및 113)의 단면도이다. 이 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 제1 및 제2회절 격자(112 및 113)는 각각 동일한 격자간격 D1및 D2로 형성된 다수의 정현파형 凸부(112a 및 113a)를 갖고 있다. 이 경우에, 격자 간격 D1보다 약간 크게 할 수 있다. 제1 및 제2회절 격자(112 및 113)는 예를 들어, 기판(111)을 에칭하므로써 릴리프(relief)형회절 격자로서 제작될 수 있다.
상술한 구조로 되어 있는 편광 회절 소자(110)의 동작이 이하 설명된다.
제1 및 제2회절 격자(112 및 113)는 입사광 L중 P-편광 성분 Lp를 거의 100% 투과시키나 S-편광 성분 Ls는 거의 100% 회절시킨다. 격자 간격 D2는 격자 간격 D1보다 크므로, 미리 정해진 파장을 갖고 있는 입사광 L이 제1회절 격자(112)를 통하여 편광 회절 소자(110)에 입사되는 경우에는 다음의 현상이 생긴다. 제9도에 화살표로서 도시한 바와 같이, 제1 및 제2회절 격자(112 및 113)를 투과한 투과광 Lc와 제1 및 제1회절 격자(112 및 113)에 의해 회절된 회절광 Ld는 서로 분리되는 방향으로 회절 각 α를 갖도록 편광 회절 소자(110)로부터 출사된다.
이 때, 입사광 L은 입사각 θ1으로 제1회절 격자(112)에 입사되고, 입사광 L중 S-편광 성분 Ls는 편광 회절 소자(110)의 법선 n에 대해서 각 θ2방향으로 회절된다. 또한, S-편광성분 Ls는 법선 n에 대하여 각 θ3방향으로 회절되어 편광 회절 소자(110)로부터 출사된다. 이 경우에, 각각 α의 차는 θ1-θ3이 된다. 더우기, 각 θ1, θ2및 θ3은 다음의 식(1)을 만족한다.
Sinθ1+ Sinθ2= λ/D1
Sinθ2+ Sinθ3= λ/D2 (1)
여기서, λ는 입사광의 발진 파장이다.
제11도는 상술한 바와 같이 기능하는 편광 회절 소자(110)를 갖춘 편광 검출기를 개략적으로 보여주는 정면도이다. 편광 검출기는 편광 회절 소자(110), 편광 회절 소자(110)로부터 출사되는 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈(120), 및 집광 렌즈(120)에 의해 집광된 광 세기를 검출하기 위한 한 쌍의 광검출기(130a 및 130b)를 포함한다. 광검출기 쌍(130a 및 130b)은 하나의 패키지(130) 내에 배치된다.
상술한 구조를 갖고 있는 편광 검출기에 있어서, 데이타 신호가 입사광 L로서 평광 회절 소자(110)에 제공되며, 입사광 L은 상술한 바와 같이 편광 회절 소자(110)에 의해 P-편광 성분 Lp와 S-편광 성분 Ls로 불리되어 편광 회절 소자(110)로부터 출사된다. 이 출사광은 집광 렌즈(120)에 의해 광검출기(130a 및 130b) 상에 집광된다. 그러므로써, 광신호가 광검출기(130a 및 130b)에 의해 전기 신호로 변환된다.
상술한 편광 회절 소자(110)에 있어서, 제1회절 격자(112)의 격자 간격 D1과 제2회절 소자(113)의 격자 간격 D2와의 차는 매우 작다. 그래서, 제9도에 도시된 바와 같이 입사광 L의 파장 변동에 의해 발생된 각 α차의 변동이 작으므로, 광검출기(130a 및 130b)에 집광된 빔의 위치 이동이 방지된다는 효과가 있다.
작고 가벼운 광 픽업 장치는 편광 검출기를 광 픽업 내에 합체시키므로써 실현되어 왔다.
그러나, 상술한 편광 검출기에 있어서는, 편광 회절 소자(110)에서 발생된 반사광과 입사광 L이 간섭을 일으킨다. 이러한 이유 때문에, 편광 회절 소자(110)로부터 나온 광의 세기는 변동되며 광검출기(130a 및 130b)에 의해 재생된 신호에 잡음이 생겨서 신호의 질이 떨어진다.
이러한 문제는 이하 상세히 설명된다.
제12A도는 편광 회절 소자(110)를 보여주는 단면도이다. 제12B도는 제1회절 격자(112) 상의 빔 스폿의 형상을 보여주고 있다. 제12A도에 도시된 바와 같이, 편광 회절 소자(110)에 관한 입사광 L중 S-편광 성분 Ls는 제1회절 격자(112)에 의해 회절되어 1차 회절광 L1이 된다. 더우기, 1차 회절광 L1은 출사광 L3와 반사광L2로 나뉘어진다. 출사광 L3는 제2회절 격자(113)에 의해서 1차 회절되는 광이다. 반사광 L2는 제2회절 격자(113)로부터 반사되는 광이다. 이 때문에, 제12B도에 도시된 바와 같이, 입사광 L(주로, S-편광 성분 Ls)과 반사광 L2의 두 빔 스폿이 형성되고 이들 빔 스폿의 겹치는 부분에 대응하는 광이 간섭광 L1이다. 제12A도에 도시된 바와 같이, 간섭광 L1중에서 제1회절 격자(112)로부터 반사된 광 L11은 제2회절 격자(113)에 의해 1차 회절되어 광 L12가 되며, 광 L12는 본래의 S-편광 성분 Ls와 함께 광검출기(130b ; 제12도에는 도시안됨)에 조사된다.
상술한 바와 같이, 광검출기(130b)로 향하는 간섭광 L1의 세기는 제1회절 격자(112)로부터 나온 반사광 L2와 입사광 L중 S-편광 성분 Ls간의 위상차에 의해 결정된다. 이 위상차는 입사광 L의 광원인 반도체 레이저의 발진 파장에 의존한다. 그러나, 레이저의 발진 파장이 변동하기 때문에, 위상차 역시 변동하므로, 간섭광 L1의 세기가 변동된다. 광 세기의 변동은 편광 회절 소자(110)를 통해 전송된 데이타 신호에 잡음을 발생시키므로, 데이타 신호의 질이 떨어진다. 반도체 레이저가 변동하는 이유는 다음과 같다. 반도체 레이저는 후광에 약하기 때문에, 반도체가 광 픽업용으로 사용되는 경우에, 후광을 억제시킬 목적으로 레이저 구동전류에 고주파 전류를 중첩시키기 때문이다.
입사광 L중 P-편광 성분 Lp의 경우에, 제2회절 격자(113)에 대해서 0차 회절광의 입사각이 약 35°라고 가정하면, 반사광은 제13도에 도시된 바와 같이 거의 발생되지 않는다. 그래서, 상술된 문제점이 야기되지 않는다.
본 발명의 편광 검출기는, 대향하는 평행한 2면을 갖고 있는 기판, 이 기판의 한쪽의 면에 형성된 제1회절 격자 및 다른 쪽의 면에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있고, 제1회절 격자에 광이 입사되고, 제1회절 격자 및 제2회절 격자 간의 격자 간격이 입사광의 파장과 거의 같은 편광 회절 소자, 제1회절 격자의 광입사측에 형성되어, 편광 회절 소자에 대한 입사광의 입사 영역을 제한하는 제한부재, 제1 및 제2회절 격자를 통해 투과된 광과 제1 및 제2회절 격자에 의해 회절된 광을 서로 다른 빔스폿으로 각각 집광하는 집광 렌즈 및 이 집광 렌즈에 의해서 집광된 두개의 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하는 한 쌍의 광검출기를 포함하고 있다.
본 발명의 제1실시예에 있어서, 상기 제한 부재는 차광 부재로 만들어지며, 편광 회절 소자의 표면에는 제1회절 격자가 형성된다. 차광 부재는 제1회절 격자의 홈 방향에 대해 수직 방향으로 입사광의 입사 폭을 광 제한 폭으로 제한한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 차광 부재는 제1회절 격자 상에 형성되는 차광막으로 제작된다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 차광 부재는 제1회절 격자에 의해 회절되어 기판의 다른 면에서 반사된 광과 입사광 간의 간섭을 방지하도록 형성된다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 차광 부재는 제1회절 격자 상에 형성된 차광막으로 형성된다.
본 발명의 또 한 실시에에 있어서, 제한 폭은 4t0·tanθ2이하이다. 여기서, t0는 편광 회절 소자의 기판 두께이고, θ2는 제1회절 격자에 의한 기판에 있어서의 입사광의 회절각이다.
본발명의 또 다른 실시예에 있어서, 변환 부재는 제1회절 격자의 광이 입사되는 쪽에 형성되고, 이 변환 부재는 입사광을 구면파로 변환시키고 이 구면파가 편광 회절 소자에 입사되도록 한다.
본 발명의 또 한 실시예에서, 변화 부재는 렌즈 및 애퍼츄어로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 집광 렌즈는 편광 회절 소자의 광이 입사되는 쪽에 배치된다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 변환 렌즈는 편광 회절 소자의 광이 출사되는 쪽에 배치된다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 편광 검출기는, 대향하는 평행한 두 면을 갖고 있는 기판, 이 기판의 한쪽 면에 형성된 제1회절 격자와 이 기판의 다른쪽면에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있으며, 제1회절 격자에 광이 입사되고 제1 및 제2회절 격자의 격자 간격이 입사광의 파장과 거의 같은 편광회절 소자, 입사광을 구면파로 변환시키고 구면파가 제1회절 격자의 광 입사쪽에 형성된 편광회절 소자에 입사되게 하는 변환 부재, 제1 및 제2회절 격자를 통해 투과된 광과 제 1및 제 2회절 격자에 의해 회절된 광을 서로 다른 빔 스폿으로 각각 집광시키는 집광 렌즈 및 집광 렌즈에 의해 집광된 두 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하는 한 쌍의 광검출기를 포함한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 변환 부재는 렌즈와 애퍼츄어로 구성되는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 집광 렌즈는 편광 회절 소자의 광 입사쪽에 배치된다.
본 발명의 또 한 실시예에서, 변환 렌즈는 편광 회절 소자의 광 출사쪽에 배치된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 편광 검출기는, 대향하는 평행한 두 면을 갖고 있는 기판, 이 기판의 한쪽에 형성된 제1회절 격자 및 다른 한쪽에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있고, 광이 제1회절격자에 입사되며, 제1 및 제2회절 격자의 각 격자 간격이 입사광의 파장과 거의 같고, 제1회절 격자는 제1회절 격자의 홈 방향에 대해 수직 방향으로 4t0·tanθ2이하의 폭으로 형성되며, 여기서 t0는 기판의 두께이고 θ2는 제1회절 격자에 의한 기판에 있어서의 입사광의 회절각인 편광 회절 소자, 제1 및 제2회절 격자를 통해 투과된 광과 제1 및 제2회절각인 편광 회절 소자, 제1 및 제2회절 격자를 통해 투과된 광과 제1 및 제2회절 격자에 의해 편향된 광을 각각 서로 다른 빔 스폿으로 집광시키는 집광 렌즈 및 집광 렌즈에 의해서 집광된 두 빔 스폿 각각의 세기를 검출하는 한 쌍의 광검출기를 포함한다.
본 발명의 또 한 실시예에 있어서, 편광 검출기는, 대향하는 평행한 두 면을 갖고 있는 기판, 이 기판의 한면에 형성된 제1회절 격자와 이 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있고, 제1회절 격자에는 광이 입사되며 제1 및 제2회절 격자의 격자 간격이 입사광의 파장과 거의 같고, 기판의 두께가 Wo/{4tanθ2·sin(90°-θ1} 이상이며, Wo는 입사광의 진행 방향에 대해 수직인 면에 입사되는 입사광의 폭이고, θ1은 입사광의 입사각이며, θ2는 제1회절 격자에 의한 기판에 있어서 입사광의 회절각인 편광 회절 소자, 제1 및 제2회절 격자를 통해 투과된 광과 제1 및 제2회절 격자에 의해 회절된 광을 각각 서로 다른 빔 스폿으로 집광시키는 집광 렌즈 및 집광 렌즈에 의해서 집광된 두 빔 스폿 각각의 광세기를 검출하는 한 쌍의 광검출기를 포함한다.
본 발명의 편광 검출기에 있어서, 입사광 중에서, 제1회절 격자에 의해 회절되어 제2회절 격자로부터 반사되는 광과 입사광은 편광 회절 소자로의 입사 영역을 제한하므로써 서로 간섭하지 못하게 할 수 있다.
또한, 상술한 간섭에 의해 발생되는 광검출기 상에 집광되는 광 세기의 변동은 구면파를 편광 회절소자에 입사시키므로써 감소될 수 있다. 간섭 도는 간섭에 이해 발생되는 광 세기 변동은 제1회절 격자의 폭을 제한하고 기판의 두께는 편광 회절 소자 내의 선정된 기판 두께 보다 크게 만들므로써 방지될 수 있다.
그래서, 여기에 기술되는 발명은 광원에 제공되는 레이져 구동 전류가 고주파 전류에 중첩될지라도 입사광과 입사광 중 회절광 간의 간섭을 방지하거나 간섭의 영향을 최소화시키므로써 잡음 성분이 거의 없는 만족할만한 데이타 신호를 검출할 수 있는 편광 검출기를 제공하고 있다.
본 발명의 장점들을 본 기술 분야에 숙련된 사람들에게는 이하의 설명과 첨부된 도면으로부터 명확하게 이해될 것이다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 실시예를 예시하는 방식으로 설명되어 진다.
실시예 1
제1도는 제1실시예의 편광 검출기의 편광 회절 소자 부분을 개략적으로 도시한 정면도이다. 편광검출기는, 제9도에 도시된 편광 회절 소자(110)와 동일한 구조의 편광 회절 소자(10)의 제1회절 격자(12)측 상에 애퍼츄어 A를 갖는다. 광은 제1회절 격자(12) 상에 입사된다. 입사광 L은 입사 면적을 제한하기 위해 애퍼츄어 A가 제공된다. 이 애퍼츄어 A가 편광 회절 소자(10)에 대한 입사광 L의 입사면적을 제한하여, 제1도의 지면 상에서 수직 방향으로 입사광 L의 폭을 제한한다.
애퍼츄어 A의 폭 W는 다음과 같이 계산에 의해 결정된다.
입사광 L중에서 제1회절 격자(12)에 의해 회절되는 상부측 광은 1차 회절광 L1이 되고, 1차 회절광 L1중에서 제2회절 격자(13)로부터 반사되는 광은 반사광 L2이며, 제1회절 격자(12) 상의 포인트 P에 도달한다. 편광 회절 소자(10)내에서 광의 간섭을 방지하기 위해서, 입사광 L은 포인트 P상에 입사되지 않는다. 따라서, 폭 W가 다음 식(2)를 만족하도록 설정되면 편광 회절 소자(10)에서의 광의 간섭은 발생되지 않는다.
W2t0·tanθ2·sinφ1(2)
여기에서, t0는 편광 회절 소자의 기판(11)의 두께이고, θ1은 편광 회절 소자(10)에 대한 광 입사각이며, θ2는 제1회절 격자(12) [기판(11) 내의]에 의한 입사광의 회절각이고, ψ1=90°-θ1이다.
상기 구조의 편광 검출기에 있어서, 광원에 인가될 레이져 구동 전류가 고주파 전류와 중첩되더라도, 편광 회절 소자(10) 내의 S-편광 성분의 출사광은 입사광 L의 파장 변동에 의해 변동되지 않는다. 따라서, 광검출기(도시되지 않음) 내에서 신호의 잡음 레벨은 감소 될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 실용적 부분에 있어서는, 폭 W가 상기 식(2)에 의해 정해진 최대치의 2배이더라도, 잡음 레벨은 충분히 감소될 수 있다. 좀 더 상세하게는, 폭 W가 다음 식(3)을 만족하도록 설정디더라도, 동일한 효과가 달성될 수 있다.
W4t0·tanθ2·sinψ1(3)
폭 W가 식 (3)을 만족하도록 설정될 때 동일한 효과가 달성될 수 있는 이유는 다음 실시예를 참조하여 설명되어 진다.
제2A도에 도시된 바와 같이, 입사광 L0(평면파)가 애퍼츄어 A의 개구부 a에 의해 제한되면, 애퍼츄어 A의 개구부 a를 투과한 입사광 L은 개구부 a에 의해 회절되어 구면파에 근접해진다. 개구부 a의 폭 W가 작아질수록 이러한 효과는 커진다. 즉 본 실험(제1도)에서와 같이, 입사광 L0이 애퍼츄어 A에 의해 제한되는 경우에, 편광 회절 소자(10)에 대한 입사광 L(즉, 애퍼츄어 A로부터의 출사광)은 구면파가 된다. 이러한 이유 때문에, 제2B도에 도시된 바와 같이, 입사광 L 및 회절 반사광 L2은 구면파가 된다. 그 결과로, 입사광 L 및 회절 반사광 L2의 간섭부 L1에 있어서, 스트라이프 패턴이 제2C도에 도시된 바와 같이 형성된다. 이러한 스트라이프 패턴은 구면파들 사이의 간섭에 의해 생성된다. 입사광 L 및 회절 반사광 L2가 구면파에 근접해지면, 간섭부 L1내에서 관측된 스트라이프 패턴의 스트라이프의 수가 증가된다. 즉, 애퍼츄어 A의 개구부 a의 폭 W이 작아질 수록 간섭부 L1내의 스트라이프의 수가 증가된다. 스트라이프의 수가 적은 경우에, 입사광 L의 파장이 변동되면, 간섭부 L1내에서의 광 세기는 강도가 크게 변동된다. 반면에, 스트라이프의 수가 커지는 경우에, 입사광 L의 파장이 변동되더라도, 스트라이프의 위치만이 변동되고 간섭부 L1내에서 광 세기의 변동은 감소된다. 그 결과로, 광검출기(도시되지 않음)에 의해 얻어진 잡음량은, 입사광 L이 평면파인 경우와 비교해서 적어진다.
상기 현상을 나타내는 실험 결과가 모범적인 값을 제시함으로써 설명되어 진다.
제3도는 잡음 레벨과 애퍼츄어 A의 폭 W와의 사이의 관련성을 나타낸다. 이러한 결과는, 원형의 개구부 a를 갖는 애퍼츄어 A의 폭 W를 변화시킴으로써 입사광 L의 폭이 1.5mm 내지 3mm의 범위로 변하는 경우에, 광검출기로부터의 신호의 잡음 레벨을 측정함으로써 달성된다. 이 실험에서, 편광 회절소자(10)이 사용되는데, 입사광의 파장 λ=780mm, 기판(11)의 두께는 1mm, 굴절율 n=1.454, 편광 회절 소자(10)의 입사각 θ1=58°, 제1회절 격자(12)에 의한 기판(11) 내에서의 회절각 θ2=35.68°이다. 잡음 레벨 N은, 고주파 구동 전류를 입사광을 발진시키는 레이저에 공급하지 않고도 발진 파장을 일정하게 되도록 조절함으로써 얻어진 잡음 레벨에 관련된다.
상기 조건하에서는, 편광 회절 소자 내에서의 간섭에 의해 발생된 신호의 잡음을 없애는 애퍼츄어 A의 폭 W0가 다음 식(2)에 의해 이론적으로 얻어질 수 있다.
W0=2·1·tan 35.68°·sin(90°-58°)=0.761mm
따라서, 제3도에서 점선으로 도시된 바와 같이, 곡선이 형성되는 것이 예상되는데, 잡음 레벨은 애퍼츄어 A의 폭 W가 0.76mm일때 N이다.
그러나, 제3도에서 실선으로 도시된 바와 같이, 실측정에서, 애퍼츄어 A의 폭 W가 약 1.5mm일 때 잡음은 간섭에 의해 거의 발생되지 않는다. 즉, 애퍼츄어 A의 폭 W가 신호 잡음이 이론적으로 0이 되는 폭 W0의 약 2배로 될 때 잡음 레벨은 충분히 감소되는 것으로 이해되어 진다.
상기 실험 결과를 고려해 보면, 제4A도 및 제4B도에 도시된 바와 같이, 광 L0는 렌즈(40)에 의해 구면파 광으로 변환되는데, 이는 편광 회절 소자(10)에 대한 입사광 L이다. 이로써, 잡음 성분이 충분히 감소된 신호가 입사광 L의 입사영역을 제한하지 않고서도 검출될 수 있다. 또한, 입사광 L이 구면파로 만들어지고 입사 영역이 제한되는 것이 가능하다. 제4B도에 도시된 구조에 따르면, 제11도에 도시된 광 검출기(130a 및 130b) 상에 광을 집광시키기 위한 집광 렌즈(120)을 필요로 하지 않는다.
제5A도 내지 제5C도에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 애퍼츄어 A의 개구부 a는 슬릿, 타원, 원형 등의 형태일 수 있다. 폭 W를 갖는 개구부 a가 수직 방향으로 존재하는 한, 임의의 형태가 사용될 수 있다. 제5A도에 도시된 슬릿형 개구부 a는 쉽게 만들어지지만, 광검출기 내의 반전된 빔 스폭의 형태는 만족스럽지 못하다. 반전된 빔 스폿의 가장 만족스런 형태를 형성하기 위해서는, 입사광 L의 단면이 제5C도에 도시된 바와 같이 원형으로 만들어지는 것이 바람직하다.
실시예 2
제6도는 제2실시예의 편광 검출기를 개략적으로 도시하는 정면도이다. 편광 검출기에 있어서, 차광시일 S는, 제9도에 도시된 편광 회절 소자(110)과 동일한 구조의 편광 회절소자(10)의 제1회절 격자(12)의 광 입사측에 부착된다. 차광 시일 S는 입사광 L의 입사 영역을 제한할 목적으로 제공된다. 차광 시일 S에는, 제1회절 격자(12)의 홈 방향에 대해 수직 방향으로 폭 m을 갖는 개구부가 제공된다. 광은 이 개구부를 통해서만 편광 회절 소자(10) 상에 입사된다.
폭 m은 다음과 같이 계산에 의해 정해진다.
편광 회절 소자(10) 내에서 광의 간섭을 방지하기 위해서, 폭 m은 실시예 1에서와 마찬가지로 다음 식(4)를 만족하도록 정해질 수 있다.
m2t0·tanθ2(4)
상기 구조의 편광 검출기에 있어서, 실시예 1에서와 같은 동일한 효과가 달성될 수 있다.
렌즈가 제4A도 및 제4B도에 도시된 바와 같은 편광 회절 소자(10)의 광 입사측 상에 제공되는 구조를 이용하여 편광 검출기가 실현되는 경우에는, 편광 회절소자(10)에 대한 입사광 L이 거의 구면파이기 때문에, 폭 m이 식(4)에서 얻어진 최대치의 약 2배이더라도 광의 간섭은 방지될 수 있다. 즉, 폭 m은 다음 식(5)를 만족시키도록 설정될 수도 있다.
m4t0·tanθ2(5)
차광 시일 S의 개구부는 슬릿, 타원, 원형 등의 형태일 수 있다. 개구부의 폭 m이 제6도에 도시된 제1회절 격자(12)의 홈 방향에 대해 수직 방향으로 존재하는 한, 임의의 형태가 사용될 수 있다.
더우기, 차광 부재의 재료는 시일에 국한되지 않는다. 예를 들면, 광 투과방지용 코팅이 편광 회절 소자(10)의 광 입사면에 제공되더라도, 차광 시일 S에서와 같은 동일한 효과가 달성될 수 있다. 대안적으로는 제7도에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 것이 가능하다. 제1회절 격자(12)가, 입사광 L이 도달되는 기판(11)의 영역 보다 작게 되도록, 즉 상기 폭 m을 갖도록 형성되므로써 회절 반사광 L2가 제1회절 격자(12)의 내부에 이르지 못하게 방지한다.
이 경우에, 입사광의 거의 구면파로 되면, 폭 m은 식(5)에 의해 정해진다.
(실시예3)
제3실시예의 편광 검출기에 있어서, 편광 회절 소자(10) 내에서 광의 간섭은, 상기 실시예에서 기술된 바와 같이 차광 시일 S또는 애퍼츄어 A를 사용하므로써 입사광을 제한하는 대신에, 제1도 또는 제6도에 도시된 편광 회절 소자(10)의 설계를 변형시키므로써 방지된다.
편광 회절 소자(10)의 설계 방법이 설명되어 진다.
제1도 또는 제6도의 수직 방향으로의 입사광[편광 회절 소자(10)의 제1회절 격자(12) 상에 입사되는]의 폭이 W0라고 가정하면, 편광 회절 소자(10)을 형성하는기판(11)의 두께 t는 다음 식(6)을 만족시켜야 한다.
tW0/(2tanθ2·sinψ1)(6)
입사광이 거의 구면파이면, 다음 식(7)을 만족시키는 두께 t는 다른 실시예에서와 동일한 방식을 사용될 수 있다.
tW0/(2tanθ2·sinψ1)(7)
본 실시예에서, 다른 실시예에서와 같은 동일한 효과는 편광 회절 소자(10)에 대한 광의 입사 영역을 제한하지 않고서도 달성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 입사광과 이 입사광의 회절 반사광과의 사이의 간섭은 방지될 수 있거나 광의 간섭의 영향이 제거될 수 있다. 따라서, 광의 세기는 레이져 빔의 파장의 변동에 따라 광검출기 상에서 변동되지 않고, 적은 잡음 성분을 갖는 만족스런 데이타 신호가 검출될 수 있다.
여러가지 다양한 변형이 이루어질 수 있고, 이러한 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 차원에서 본 분야의 숙련자들에게 쉽게 이해되어지는 것들이다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위는 본 명세서에서 기술된 것으로 국한되지 않고, 좀 더 광범위하게 구성될 수 있다.

Claims (18)

  1. 서로 평행한 2개의 대향하는 면을 갖는 기판, 이 기판의 한 면에 형성된 제1회절 격자 및 상기 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있고, 상기 제1회절 격자측으로부터 광이 입사되며, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2호절 격자 각각의 격자 간격이 상기 입사광의 파장과 거의 동일한 편광 회절 소자, 상기 제1회절 격자의 광 입사측에 형성되고, 상기 입사광이 입사하는 영역을, 상기 입사광과, 상기 입사광 중 상기 제1회절 격자에 의해 회절되고 또한 상기 다른 면에서 반사된 반사광과의 간섭이 억제되게 하는 영역으로 제한하기 위한 제한 수단, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자를 모두 투과한 광과, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자에 의해 모두 회절된 광을 각각 서로 다른 빔 스폿으로 집광시키기 위한 집광 수단 및 상기 집광 수단에 의해 집광된 2개의 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하기 위한 한 쌍의 광 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제한 수단이 차광 부재로 형성되고, 상기 제1회절 격자가 상부에 형성되어 있는 상기 편광 회절 소자의 표면상에서, 상기 차광 부재가 상기 제1회절 격자의 홈 방향에 대해 수직 방향으로 상기 입사광의 입사 폭을 제한 폭으로 제한하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 차공 부재가 상기 제1회절 격자 상에 형성된 차광막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 차광 부재가 상기 제1회절 격자에 의해 회절되고 상기 기판의 다른 면으로 부터 반사된 광과 상기 입사광 간의 간섭을 방지하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  5. 제4에 있어서, 상기 차광 부재가 상기 제1회절 격자 상에 형성된 차광막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 편광 회절 소자의 기판 두께가 t0이고, 상기 제1회절 격자에 의한 상기 기판 내에서의 상기 입사광의 회절각이 θ2일 때 상기 제한 폭이 4t0·tanθ2이거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제한 수단이 애퍼츄어로 형성되고, 상기 입사광의 진행 방향에 직교하는 면에 대해서 상기 입사광의 폭을 제한 폭으로 제한하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 편광 회절 소자의 기판 두께가 t0이고, 상기 입사광의 입사각이 θ1이며, 상기 제1회절 격자에 의한 상기 기판 내에서의 상기 입사광의 회절각이 θ2일 때 상기 제한 폭이 4t0·tanθ2·sin(90°-θ1) 이거나 그 이하인 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1회절 격자의 광 입사측 상에 변환 수단이 더 형성되고, 이 변환 수단이 상기 입사광을 구면파로 변환시켜 이 구면파가 상기 편광 회절 소자 상에 입사되게 하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변환 수단이 렌즈 및 애퍼츄어로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 집광 수단이 상기 편광 회절 소자의 광 입사측 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 집광 수단이 상기 편광 회절 소자의 광 출사측 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  13. 서로 평행한 2개의 대향하는 면을 갖는 기판, 이 기판의 한 면에 형성된 제1회절 격자 및 상기 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 갖고 있고, 상기 제1회절 격자측으로부터 광이 입사되며, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자 각각의 격자 간격이 상기 입사광의 파장과 거의 동일한 편광 회절 소자, 상기 제1회절 격자의 광 입사측 상에 형성되고, 상기 입사광과, 상기 입사광 중 상기 제1회절 격자에 의해 회절되고 또한 상기 다른 면에서 반사된 반사광과의 간섭 영역에서의 광 세기의 변동이 억제되도록 상기 입사광을 구면파로 변환해서 상기 편광 회절 소자로 입사시키는 변환 수단, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자를 모두 투과한 광과, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자에 의해 모두 회절된 광을 각각 서로 다른 빔 스폿으로 집광시키기 위한 집광 수단 및 상기 집광 수단에 의해 집광된 2개의 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하기 위한 한 쌍의 광 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  14. 제13항에 있어서, 상기 변환 수단이 렌즈 및 애퍼츄어로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  15. 제13항에 있어서, 상기 집광 렌즈가 상기 편광 회절 소자의 광 입사측 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  16. 제13항에 있어서, 상기 집광 렌즈가 상기 편광 회절 소자의 광 출사측 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  17. 서로 평행한 2개의 대향하는 면을 갖는 기판, 이 기판의 한 면에 형성된 제1회절 격자 및 상기 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 포함하며, 상기 제1회절 격자 상에 광이 입사되고, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자 각각의 격자 간격이 상기 입사광의 파장과 거의 동일하며, 상기 기판의 두께가 t0이고 상기 제1회절 격자에 의한 상기 기판 내에서의 상기 입사광의 회절각이 θ2일 때 상기 제1회절 격자가 4t0·tanθ|1또는 그 이하의 폭으로 상기 제1회절 격자의 홈 방향에 대해 수직방향으로 형성되는 편광 회절 소자, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자를 투과한 광과, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자에 의해 회절된 광을 서로 다른 빔 스폿으로 각각 집광시키기 위한 집광 수단 및 상기 집광 수단에 의해 집광된 2개의 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하기 위한 한 쌍의 광 검출 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
  18. 서로 평행하게 배치된 2개의 대향하는 면을 갖는 기판, 이 기판의 한 면에 형성된 제1회절 격자 및 상기 기판의 다른 면에 형성된 제2회절 격자를 포함하여, 상기 제1회절 격자 상에는 파장이 변동하는 광이 입사되고, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자 각각의 격자 간격이 상기 입사광의 파장과 거의 동일하며, 상기 입사광의 진행 방향에 직교하는 면에 대한 상기 입사광의 폭이 Wo이고 상기 입사광의 입사각이 θ1이며 상기 제1회절 격자에 의한 상기 기판내에서의 상기 입사광의 회절각이 θ2일때 상기 기판의 두께가 Wo/{4tanθ2·sin(90°-θ1)} 또는 그 이상인 편광 회절 소자, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자를 투과한 광과, 상기 제1회절 격자 및 상기 제2회절 격자에 의해 회절된 광을 서로 다른 빔 스폿으로 각각 집광시키기 위한 집광 수단 및 상기 집광 수단에 의해 집광된 2개의 빔 스폿 각각의 광 세기를 검출하기 위한 한 쌍의 광 검출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 편광 검출기.
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