JP2003509719A - デュアルグレーティング光フィルターシステム - Google Patents

デュアルグレーティング光フィルターシステム

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JP2003509719A
JP2003509719A JP2001523906A JP2001523906A JP2003509719A JP 2003509719 A JP2003509719 A JP 2003509719A JP 2001523906 A JP2001523906 A JP 2001523906A JP 2001523906 A JP2001523906 A JP 2001523906A JP 2003509719 A JP2003509719 A JP 2003509719A
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ジェイミン エイミン
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エリセオ アール． ラナリー
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Abstract

(57)【要約】 光フィルタアセンブリは、入力セクション、フィルタセクション及び出力セクションを含む。入力セクションは、入力ビームを、偏光コンバータと回折グレーティングの各手段により空間的に分割されて、対応する複数の光路に沿って伝搬する複数の偏光化モノクロビームレットに分割する。偏光化モノクロビームレットは、入力ビームの所望の波長コンポネントに対応した所望の複数のビームレットからなる。フィルタセクションは、必要なビームレットを透過し、不必要なビームレットをブロックする。出力セクションは、所望のビームレットを結合し、出力ビームを形成する。ビームレットは、線形偏光化されているため、入力及び出力セクションは、効果的に高いスループットを実現し得るのである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波を扱う装置に関し、特に、相対的に急激な減衰カーブが実現で
きる波長に従う入力光線を選択的に減じ得るフィルタ装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
増加する容量を有するチャネルを運んでいる情報を提供するために、データ通
信ネットワークは、ますます操作、伝送および電磁波または光の探知に依存する
。典型的光学のチャネルは、ビームパスを提供するために調整された光線を出力
する光源、光線を復調する光検知装置および光ファイバーケーブルを利用するこ
とができる。
【０００３】 データ通信ネットワークの情報搬送容量を増やすために、各々の波長コンポネ
ントが別々のチャネルとして作用するように、複数の波長コンポネントを有する
光はケーブルに沿って送信される。チャネルの数を最大にすることは、望ましい
ので、コンポネントは通常小さい波長分離を有する。 更に情報搬送容量を増やすために、光波は反対方向の単一のケーブルに沿って
同時に送信されることができる。光波のうちの1つは所望の波長コンポネントの
第1の多数を含む、そして、光波のその他は所望の波長の第2の多数を含む。第1
の波長コンポネントの波長は、第2の波長コンポネントの間で通常はさまれる。
【０００４】 それらが光ファイバーケーブルに沿って進行するように、光波が減らされるの
で、光増幅ステージはビームパスに沿って通常配置される。各段階は、概して電
気的に被駆動ポンプ源によって光学上ポンプで揚げられる作動中の媒体を含む。 光波がケーブルに沿って進行するように、それらはしばしばチャネルの中の漏
話のために等級が下がって、不必要な波長コンポネントをチャネルにもたらすノ
イズを蓄積する。増幅装置に入ることができる場合、不必要な波長コンポネント
は所望の波長コンポネントとともに拡大される。不必要な波長コンポネントは、
個々の所望の波長コンポネントを検出するために光検知装置の能力を制限するこ
とができる。
【０００５】 不必要な波長コンポネントの課題を減らすために、光フィルタ装置は、各々の
光増幅装置の前で通常配置される。理想的には、光フィルタ装置は、完全に所望
の波長コンポネントを減らすことのない不必要な波長コンポネントを遮断する。
しかし、公知技術の光フィルタ装置が所望のコンポネントの相当な量を減らすこ
とのない、そして、求められていて所望の波長の波長から不必要なコンポネント
を遮断する限られたコンポネントがしばしば相対的に各々の近くにある効果があ
った時から、この種の光ろ過はノイズ比率に受け入れられる信号を出力すること
ができない。
【０００６】 したがって、前述のことから、光波にフィルターをかけることの改良型の光フ
ィルタ装置の必要があることはいうまでもない。特に、装置はノイズ比率に対す
る改良された信号が実感されるように、それが同時に不必要な波長コンポネント
を遮断して、所望の波長コンポネントを通過することができるフィルタ特性を改
良しなければならなかった。
【０００７】
【発明の概要】
1つの態様によれば、複数の所望の波長コンポネントおよび複数の不必要な波
長コンポネントを有する光の入力光線にフィルターをかけるための光学フィルタ
アセンブリである本発明によって、上述したニーズは、満たされる。アセンブリ
は、入力光線の経路に配置される入力セクションからなる。入力セクションは、
入力光線を空間的に分離されたビームパスの対応する多数に沿って進行する複数
の偏光化モノクロビームレットに分割する。複数の偏光化モノクロビームレット
は、(a)所望の波長コンポネントに対応する複数の所望のビームレット、及び、
（b）不必要な波長コンポネントに対応する複数の不必要なビームレットからな
る。アセンブリは、フィルタセクションから所望のビームレットを受け取るため
にビームパスに配置されるフィルタセクションから更に成る。フィルタセクショ
ンは、不必要なビームレットを減らして、所望のビームレットを通過する。アセ
ンブリは、フィルタセクションから所望のビームレットを受け取るために配置さ
れる出力セクションから更に成る。出力セクションは、入力光線の所望の波長コ
ンポネントから成るフィルターをかけられた出力光線を出力するために空間的に
所望のビームレットを結合する。
【０００８】 本発明の別の態様は、所望の波長コンポネントから成る光のフィルターをかけ
られた出力光線を出力するために複数の所望の波長コンポネントおよび複数の不
必要な波長コンポネントを有する光の入力光線にフィルターをかける方法である
。空間的に分離されたビームパスに沿って進行する複数の偏光化モノクロビーム
レットに、方法は分割入力光線を含む。偏光化モノクロビームレットの多数は、
(a)不必要な波長コンポネントに対応する所望の波長コンポネントおよび（b）複
数の不必要なビームレットに対応する複数の所望のビームレットからなる。不必
要なビームレットは、それから所望のビームレットから不必要なビームレットを
除去するために減らされる。所望のビームレットは、それからフィルターをかけ
られた出力光線を出力するために結合される。
【０００９】 本発明の更に別の態様は、波長コンポネントが光の中で出力を提供するために
放射する複数を有する光の入力光線を操るためのアセンブリを操作している光で
ある。アセンブリは、入力光線の光路に配置される入力セクションから成る。入
力セクションは、入力光線を空間的に分離されたビームレット光路の対応する多
数に沿って進行する偏光化モノクロビームレットの第1の多数に分割する。アセ
ンブリは、空間的に依存している方法の偏光化モノクロビームレットの少なくと
も一つの第1の多数を操作するためにビームレット光路に配置されるビームレッ
ト操作者から更に成る。ビームレット操作者は、偏光化モノクロビームレットの
第2の多数を提供する。アセンブリは、ビームレット操作者を出ている偏光化モ
ノクロビームレットの第2の多数を受信するために配置される出力された断面か
ら更に成る。出力された断面は、偏光化モノクロビームレットの第2の多数から
出力された光線を造る。
【００１０】 実施例において、第1の複数の偏光化モノクロビームレットは、(a)複数の入力
ビームの所望の波長コンポネントに対応する複数の所望のビームレットと、(b)
複数の入力ビームの不必要な波長コンポネントに対応する複数の不必要なビーム
レットとからなる。第２の複数の偏光化モノクロビームレットは、複数の所望の
ビームレットから成る。ビームレット操作者は、不必要なビームレットを減らし
て、所望のビームレットを通過するフィルタセクションから成る。所望のビーム
レットの多数がそうであるために、フィルタセクションは複数の開口を有する不
透明な材料から成って、配置されている開口および不必要なビームレットの多数
の多数を有する整列配置する開口の多数を有する整列配置する。出力された断面
は、空間的に入力光線の所望の波長コンポネントから成る出力された光線を造る
ためにフィルタセクションを出ている所望のビームレットを結合する。
【００１１】 本発明の別の態様は、所望の波長コンポネントのそれぞれの第１および第２の
多数および不必要な波長コンポネントのそれぞれの第１および第２の多数を有す
る光の第１および第２の入力光線にフィルターをかける光フィルタ・システムで
ある。システムは、第１および第２の入力光線の光路に配置される入力セクショ
ンから成る。入力セクションは、第１および第２の入力光線を空間的に分離され
たビームパスのそれぞれの第１および第２の多数に沿って進行する偏光化モノク
ロビームレットのそれぞれの第１および第２の多数に分割する。複数の第１およ
び第２の偏光化モノクロビームレットは、(a)第１および第２の入力光線の所望
の波長コンポネントに対応するそれぞれ第１および第2の複数の所望のビームレ
ットと、(b)第１および第２の入力光線の不必要な波長コンポネントに対応する
不必要なビームレットのそれぞれ第１および第２の複数から成る。システムは、
第１および第２のビームパスに配置されるフィルタセクションから更に成る。フ
ィルタセクションは、不必要なビームレットの第１および第２の多数を減らして
、所望のビームレットの第１および第２の多数を通過する。システムは、フィル
タセクションから所望のビームレットの第１および第２の多数を受信するために
配置される出力された断面から更に成る。出力された断面は、第1の入力光線の
所望の波長コンポネントから成る第1のフィルターをかけられた出力光線を出力
するために空間的に所望のビームレットの第1の多数を結合する。出力された断
面は、第2の入力光線の所望の波長コンポネントから成る第2のフィルターをかけ
られた出力光線を出力するために空間的に所望のビームレットの第2の多数を結
合する。
【００１２】 前述のことから、フィルターをかけられた出力光線は実質的に入力光線の不必
要な波長コンポネントが欠けているように、本発明のアセンブリを分散させてい
る光が有能なフィルタ入力光線であることは、明らかでなければならない。さら
に、アセンブリを分散させている光は、高いスループット効率を有する所望の波
長コンポネントを通過することが可能である。本発明のこれらの、そしてまた他
の、目的および利点は添付の図面とともにとられる以下の説明からより明らかに
なる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
参照符が図面に付されているが、図面全体にわたって同様のパーツには同様の
数字でこれを参照する。図1は、本発明の一態様による光学フィルタアセンブリ3
0に関し、これを略図にて例示する。各々のコンポネントが一般に偏光の直角の
軸を有する第１および第２の線形に極性を与えられたサブコンポネントを含むよ
うに、アセンブリ30は複数の波長コンポネントから一般に成っている入力光線32
を受信する。コンポネントが複数から成る波長の多数は、複数の不必要な波長コ
ンポネントとともに波長コンポネントを要求した。更に詳細に下で記載されてい
るように、アセンブリ30は不必要な波長コンポネントを減らして、所望の波長コ
ンポネントの多数を含んで、不必要な波長コンポネントの多数を含まない出力さ
れた光線34を出力するために高いスループット効率を有する所望の波長コンポネ
ントを通過する。 図式的に、図1に示されるように、アセンブリ30は入力光線3
2を複数の空間的に分離されたビームパス40に沿って進行する複数のモノクロの
極性を与えられたビームレット38に分ける入力セクション36から成る。ビームレ
ット38が入力光線32の所望の波長コンポネントの第１および第２の偏光サブコン
ポネントに対応する複数の所望の実質的にモノクロのビームレット42から成るた
めに、ビームレット38は空間的に波長および偏光に従う各々から切り離される、
そして、入力の不必要な波長コンポネントの第１および第２の偏光サブコンポネ
ントに対応する複数の不必要な実質的にモノクロのビームレット44は32を放射す
る。さらに、入力光線32の所望の波長コンポネントを可能にする線形偏光状態に
おいて、ビームレット38の各々は、準備され、更に詳細に後述するように、高い
スループットを有するアセンブリ30を効率的に通過する。
【００１４】 図1に示すように、アセンブリはビームパス40に配置されるフィルタセクショ
ン46から更に成り、ビームレット38は、フィルタセクションに入る。 更に詳細に下で記載されているように、フィルタセクション46は不必要なビーム
レット44の光路40を遮断することによって選択的に入力光線32の不必要な波長コ
ンポネントを減じる。さらに、フィルタセクション46はフィルタセクション46で
送信する所望のビームレット42を許すことによって選択的に入力光線の所望の波
長コンポネントを通過する。
【００１５】 図1に示すように、所望のビームレット42が出力された断面48に入るために、
アセンブリ30は所望のビームレット42の出ているフィルタセクション46の光路に
配置される出力された断面48から更に成る。更に詳細に下で記載されているよう
に、出力された断面48は不必要な波長コンポネントなしで実質的に入力光線32と
同様である出力された光線34を形成するために高いスループット効率を有する所
望のビームレット42を再び結合する。
【００１６】 更に詳細に図1の光学フィルタアセンブリ30に関して略図で例示する図2および
3に、参照は現在なされる。一般に、ｚ軸に沿って進行するように、入力光線32
、出力光線34および中間ビームレット38の多数は例示される。さらに、ｚ軸に対
して垂直であるｙ軸に沿って、図2はビームレット38のそれを例示する光線偏光
に対するアセンブリ30の反応を示す。光線波長にアセンブリ30の反応を示すため
にｙ軸およびｚ軸に対して垂直であるｘ軸に沿って、図3はビームレット38のそ
れを例示する。
【００１７】 しかし、光フィルタ・システム30が多くの構成のいずれにでも配置されてもよ
いことは、当業者によって認められる。たとえば、入力光線32、出力光線34およ
び中間ビームレット38が類似した方向において進行しないように、光フィルタ・
システムは非線形の方法で設定されてもよい。さらに、アセンブリ30は図2およ
び3において略図で例示される光送信コンポネントの代わりにコンポネントを反
映している光から成ってもよい。さらに、x、yおよびｚ軸が相互に直角でないた
めに、システム30は設定されてもよい。
【００１８】 図2および3に示すように、光学フィルタアセンブリ30の入力セクション36は、
偏光されていない光を高効率を有する線形に極性を与えられた光に変える偏光コ
ンバータ49から成る。図4と関連しての下で更に詳細に記載されているように、
偏光コンバータ49は好ましくは入力光線32を偏光の垂直な軸を有する第１および
第２の線形に極性を与えられた出力光線52および54に分割する偏光ビームスプリ
ッタ50から成る。ｚ軸に沿って伝わっている入力光線32は、ビームスプリッタ50
の入力表面56に入って、光線52、54がｙ軸に沿って各々から相殺されるように、
ｚ軸に沿って好ましくは実質的に平行の方法のビームスプリッタ50の出力された
表面58を出る第１および第２の極性を与えられた光線52、54に、その中で分割さ
れる。第1の極性を与えられた光線52は偏光の第1の軸によって発生する、そして
、第2の極性を与えられた光線54は偏光の第1の軸に対して垂直である偏光の第2
の軸によって発生する。好適な実施例の、第1の極性を与えられた光線52がp-偏
光の第1の軸が偏光ビームスプリッタ50の出力表面58と平行であるように、偏光
される。さらに、第2の極性を与えられた光線54は、まず最初にs偏光の第2の軸
が偏光ビームスプリッタ50の出力表面58に対して垂直であるように、偏光される
。
【００１９】 図2に示すように、アセンブリ30の入力セクション36の偏光コンバータ49が第
一から更に成るこ半波プレート60は、偏光ビームスプリッタ50を出る第2の極性
を与えられた光線54の光路において配置した。光線54が第1の極性を与えられた
光線52のそれに合わせられる偏光の軸を有するプレート60を出るために、プレー
ト60は光線54を受信して、光線54の偏光の軸を回転させる。従って、好適な実施
例において、第１および第２の極性を与えられた光線52、54はpである-極性を与
える、それらを可能にする大きいスループット効率を有するアセンブリ30の散っ
ている装置62によって分散させる。
【００２０】 図2および3に示すように、アセンブリ30の入力セクション36は、光線52（波長
に従う54の出ている偏光ビームスプリッタ50）を分散させることの散っている装
置62から更に成る。散っている装置62は、光線52、54をそれぞれ分散するビーム
レット64、66の第１および第２の多数から成るモノクロのビームレット38の多数
に変える。第1の極性を与えられた光線52の出ているビームスプリッタ50が散っ
ている装置62の入力表面68に入って、分散するビームレット64の第1の多数を提
供するためにx-z平面と平行である平面に沿って、その中で分散するために、散
っている装置62は光線52、54の光路に配置されている。同様に、第二は出ている
光線54に極性を与えた50装置62を分散させる入力表面68を始まって、そして、x-
z平面に図2で示すｙ軸に沿って第1の分散するビームレット64から相殺される分
散するビームレット66の第2の多数を提供するために異なる平行である平面に沿
ってその中の分散する。さらに、ビームレット38の横断面が実質的に均一な形を
維持するように、散っている装置62を出ているビームレット38は実質的に視準さ
れる各々である。
【００２１】 好適な実施例において、図5と関連しての下で更に詳細に記載されているよう
に、散っている装置62は好ましくは平らな回折グレーティングから成る。好適な
実施例において、第１および第２の極性を与えられた光線の偏光の軸がグレーテ
ィングの平面と平行であるために、グレーティングは好ましくは整列配置される
。その結果、グレーティングに増加するスループット効率を実感するのを可能に
するグレーティングの偏光依存しているロスは、減少する。
【００２２】 図2および3に示すように、アセンブリ30を分散させている光の入力セクション
36は、x-y飛行機と平行である一般の焦点面72の上へ、ビームレット38台の出て
いる散っている装置62の多数を集中させるためのフォーカシング素子70から更に
成る。x-z平面と平行である平面に沿って、ビームレット38が分岐している方法
のフォーカシング素子70の入力表面74に入るように、フォーカシング素子70はビ
ームレット38の多数の光路40に配置されている。進行のそれらの方向が実質的に
y-z平面と平行である飛行機に合わせられるために、フォーカシング素子70はビ
ームレット38をリダイレクトする。さらに、波長に合致することを有する対応す
るビームレット一組39が焦点に集まっている装置70の焦点面72の各々を横切るた
めに、フォーカシング素子70はｙ軸に沿って部分的にビームレット38をそらせる
。さらに、図2および3に示すように、各々のビームレット38が焦点に集まってい
る装置70の焦点面72の減少する断面幅を有するために、フォーカシング素子70は
各々のビームレット38を集中させる。
【００２３】 従って、分散アセンブリ30の光の入力セクション36は、入力光線32を図3で示
すｘ軸に沿って伸びる実質的に狭い細長い強度パターン76が提供されるように、
焦点に集まっている装置70の焦点面72において集中するビームレット38の空間的
に分離された多数に変える。分散素子62が空間的に波長依存している方法のx-z
平面のビームレット38を切り離すので、強度パターン76はスペクトルで切り離さ
れる。
【００２４】 図2および3に示すように、アセンブリ30を分散させている光のフィルタセクシ
ョン46は、焦点に集まっている装置70の焦点面72を重ねるために配置される。フ
ィルタセクション46は好適な実施例において入力表面82、出力表面84および領域
86または開口86を送信している複数の光を有する不透明なスクリーン80である空
間の強度モジュレータから成る。そして、開口86がｘ軸に沿って空間的に計量分
配されるように、その間で伸びる。開口86がスペクトルで分離されたビームレッ
ト38によって生産される強度パターン76に合わせられるように、スクリーン80は
実質的に焦点に集まっている装置70の焦点面72に置かれる。
【００２５】 さらに、所望の波長を有するビームレット42に対応する強度パターン76の部分
が開口86を重ねるために、開口86は配置される、そして、不必要な波長を有する
ビームレット44に対応する強度パターン76のこの種のその部分はスクリーン80の
入力表面82の不透明な領域に当たる。このように、不必要な波長を有するビーム
レット44はスクリーン80によって遮断される、そして、所望の波長を有するビー
ムレット42は図2および3で示すスクリーン80の出力された表面84によって送信さ
れる。図3に示すように、y-z平面と平行である平面に沿って、スクリーン80を出
ているビームレット42は、進行する。図2に示すように、第1の極性を与えられた
光線52（以下にビームレット42aと称する）から生じているビームレット42は、
否定のｙ軸に沿って部分的に目指す。同様に、ビームレット42bが42a.ビームレ
ットから離れて分岐するために、第2の極性を与えられた光線54（以下にビーム
レット42bと称する）から生じているビームレット42は陽ｙ軸に沿って部分的に
目指す。さらに、それらの断面地域が増加するように、それらがスクリーン80か
ら離れて進行するように、ビームレット42は各々分岐している側面を有する。
【００２６】 図2および3に示すように、光学フィルタアセンブリ30の出力された断面48は、
入力表面92および出力表面94を有する視準している素子90から成る。分岐してい
るビームレット42がy-z平面と平行して実質的に飛行機に合わせられる進行の方
向を有する素子90を視準する入力表面92に入るために、素子90を視準することは
分岐しているビームレット42台の出ているスクリーン80の光路に配置されている
。ビームレット42が実質的にx-z平面と平行である飛行機に合わせられる進行の
方向を有する素子90を視準する出力された表面94を出るために、それから素子90
を視準することはビームレット42をリダイレクトする。これらの平行面の中で、
ビームレット42aは各々の方へ互いに近よる、そして、ビームレット42aおよび42
bの収束がx-y平面と平行である相交わっている平面99で起こるように、ビームレ
ット42bは各々の方へ互いに近よる。各々のビームレット42が視準された側面を
有する素子90を視準する出力された表面94を出るために、更に素子90を視準する
ことはビームレット42を修正する。
【００２７】 図2および3に示すように、光学フィルタアセンブリ30の出力された断面48は、
入力表面102および出力表面104を有する素子100を結合している第1の光線から更
に成る。素子100がビームレット42を横切る光路においてあるために、素子100は
交差99の平面に配置されている。ビームレット42は、素子100の入力表面102に入
って、更に詳細に下で記載されている方法で、そこにおいて、再び結合する。ビ
ームレット42の組換えは、それぞれビームレット42aおよび42bの第１および第２
の多数から生じる第１および第２の再び結合された光線106、108を生じる。第1
の再び結合された光線106がｙ軸に沿って第2の再び結合された光線108から相殺
されるように、再び結合された光線は素子100の出力された表面104を出て、ｚ軸
に沿って実質的に平行の方向において伝わる。再び結合された光線106、108が好
適な実施例のｐ偏光光線52（54）から生じるので、再び結合された光線106、108
が両方とも初めにpであって、-極性を与える。
【００２８】 図2および3に示すように、好適な実施例において、出力された断面は、極性を
与えられた光線106、108を一つの偏光されていない出力光線34に変えるための減
極コンバータ110から更に成る。減極コンバータ110は、第1の再び結合された光
線106の光路に置かれる第2の1/2波プレート112から成る。第2のプレート112（そ
れは実質的に第1のプレート60と同一である）は、90度第1の再び結合された光線
106の回転の軸を回転させる。結果として、好適な実施例において、第1の再び結
合された光線106は、ｓ偏光を有するプレート112を出る。
【００２９】 図2および3に示すように、光学フィルタアセンブリ30の出力された断面48の減
極コンバータ110は、偏光されていない光を生成するためにp-極光をs-極光と組
み合わせる素子114を結合している第2の光線から更に成る。 彼らが素子114を結合している第2の光線の入力表面116に入るために、入力表面1
16および出力表面118を有する素子114は再び結合された光線106、108の光路に配
置されている。素子114に入ると、即座に、出る出力された光線34に素子114の出
力された表面118を提供するために更に詳細に下で記載されている方法で、光線1
06、108は、再び結合される。
【００３０】 更に詳細に光フィルタ装置30の偏光ビームスプリッタ50の一実施例に関して略
図で例示する図4に、参照は現在なされる。 図4に示すように、ビームスプリッタ50は入力された表面部140を有する入力表
面56を有する、そして、少なくとも2から成る出力された表面58は表面部142、14
4を出力した。これらの表面は、構造上の厳格を提供する最も厚い部分Tを有する
透明な材料のシート146によって形成される。シート146は、実質的に平行のそれ
ぞれの平面に配置される第１および第２の平らな表層148、150を含む。入力光線
32は、ビームスプリッタ50の入力された表面部分140に入って、第1の屈折する光
線160を出力するために第1の屈折させている領域152で、屈折を経る。入力光線3
2は、シート146の第1の表面148に、通常の線に関して第1の入射角度θ1を定義す
る。さらに、第1の屈折する光線160は、第二に対する線標準が式に150に表面を
つける点を有する第1の屈折する角度θ2を定義する。
【００３１】
【式１】
【００３２】 そこにおいて、ｎoutはビームスプリッタ50に隣接した外部媒体138の屈折率であ
る、そして、ｎinはシート146の屈折率である。 実施例において、入力された表面部140は、第1の表層148の第1の屈折させてい
る領域152に沿って配置される第1の比較的薄い反反射するコーティング162から
成る。第1の反射するコーティング162の目的は、第1の屈折させている領域152に
よる入力光線32の伝送を強化することである。
【００３３】 第1の屈折する光線160は、シート146によって伝わって、シート146の第2の表
面150に、通常の線に関して第2の入射角度93を定義するために第2の表層150の極
性を持っている領域156に入る。シート146の第１および第２の表面148、150が実
質的に各々と平行であるので、第2の入射角度93は実質的に第1の屈折する角度92
に等しい。
【００３４】 出力表面部142は、第2の表層150の極性を持っている領域156に沿って配置され
る極性を持っているコーティング164から成る。極性を持っているコーティング1
64は、第2の入射角度θ3を有するコーティング164に入る第1の偏光を有する線形
に極性を与えられた光線を送信する。さらに、極性を持っているコーティング16
4は、第2の偏光を有する同様に誘導された第2の線形に極性を与えられた光線を
反射する。実施例において、極性を持っているコーティング164は、p偏光を送信
して、s偏光を反射するのに適している。
【００３５】 従って、第1の屈折する光線160の第1の極性を与えられたコンポネントは、第1
の偏光を有する第1の極性を与えられた光線52を出力するために第1の出力された
表面部142によるビームスプリッタ50を出る。特に。光線52は、式に従う壁146の
第2の表層150に、通常の線に関して第1の出力された角度φ1を定義するために第
1の出力された表面部142を出る。
【００３６】
【式２】
【００３７】 さらに、式(1)および(2)およびθ2を有する角度θ3の相当な同等によれば、第1
の出力された角度φ1は、実質的に第1の入射角度θ1に等しい。 図4に示すように、第1の屈折する光線160の第2の極性を与えられたコンポネン
トは、シート146の第2の表面150に、通常の線に関して第1の反映された角度θ4
を定義する第2の偏光を有する第1の反射された光線166を出力するために極性を
持っているコーティング164の中で離れて反射する。さらに。反射の規則によれ
ば、第1の反映された角度94が第2の入射角度θ3に等しいこと。
【００３８】 図4に示すように、第1の反射された光線166は、シート146の第1の表面148に沿
って配置される反映している領域154に配置される反映しているコーティング170
に、シート146によって伝わる。第1の反射された光線166は、壁146の第1の表層1
48に、通常の線に関して第3の入射角度θ5を定義する。壁の第１および第２の表
層148、150が実質的に各々と平行であるので、第3の入射角度θ5は実質的に第1
の反映された角度θ4に等しい。
【００３９】 第2の偏光を有する第1の反射された光線166は、シート146の第1の表面148に、
通常の線に関して第2の反映された角度θ6を定義する第2の偏光を有する第2の反
射された光線168を出力するために第1の表層148の領域154を反映することで離れ
て反射する。反射の法律によれば、第2の反映された角度θ6は、第3の入射角度
θ5に等しい。それがシート146の第2の表面150の第2の屈折させている領域158上
の事変である第2の出力された表面部144に、第2の反射された光線168は、シート
146によって伝わる。光線168は、シート146の第2の表面150に関して、第4の入射
角度θ7を定義する。第１および第２の表層148、150が実質的に各々と平行であ
るので、第4の入射角度θ7は実質的に第2の反映された角度θ6に等しい。従って
、第4の入射角度97は、実質的に第1の屈折する角度θ2に等しい。
【００４０】 第2の反射された光線168は、第2の偏光を有する第2の極性を与えられた光線54
を出力するために第2の表層の150の隣接した第2の出力された表面部144の第2の
屈折させている領域158で屈折する。光線54は、第2の表層150に通常の線に関し
て第2の出力された角度φ2を定義するために第2の出力された表面部144を出る。
特に、光線54は式によって屈折する：
【００４１】
【式３】
【００４２】 式(1)および(3)およびθ2を有する角度θ6の相当な同等によれば、第2の出力さ
れた角度φ2は、実質的に第1の入射角度θ1に等しい。したがって、光線52、54
は実質的に各々と平行である。 実施例において、極性を持っているコーティング164は、コーティング164の平
面と平行である偏光の軸を有するp-極光を送信するのに適している。さらに、コ
ーティング164はコーティング164の平面に対して垂直である偏光の軸を有するs-
極光を反射するのに適している。本実施例において、第1の極性を与えられた光
線52はp偏光化される、そして、第2の極性を与えられた光線54はs偏光化される
。
【００４３】 実施例において、周知の反射するコーティング170は、比較的高い反射を提供
するためにシート146の第1の表面148の領域154を反映することに沿って配置され
る。従って、第1の反射された光線166の大部分のエネルギーは、第2の反射され
た光線168に反映される。さらに、（実施例において）、第2の非反射コーティン
グ172は、第2の表層150の第2の屈折させている領域158に沿って配置される。非
反射コーティング172の目的は、反射を抑制して、第2の屈折領域158での屈折を
強化することである。
【００４４】 実施例において、シート146は1.5にほぼ等しい屈折率を有する実質的に剛性ガ
ラス（例えば########）から成る。特に、第１および第２の表層148、150が0.5
秒以内に平行となるようにシート146は形成される。その結果、光線52、54は0.7
5秒以内に各々と平行である。さらに、シート146が実質的に剛体だった時から、
光線52、54の平行の高い程度は実質的に外部の振動に影響を受けない。
【００４５】 このように、公知技術の偏光ビームスプリッタ装置と比較して偏光ビームスプ
リッタ50が多くの効果を提供することはいうまでもない。特に、出力の平行が52
を放射した時から、54は主にシート146の第１および第２の表面148および150の
平行によって決定される、そして、従来技術装置の平行が別にマウントしたコン
ポネントの配置によって決定された時から、ビームスプリッタ50は出力された光
線52、54に実質的に従来技術装置のそれより大きい平行の程度を供給することが
可能である。さらに、ビームスプリッタ50は複雑な配置手順を必要とすることの
ないこの種の平行を実現させることが可能である。さらに、ビームスプリッタ50
の幾何が実質的に外部の影響に影響を受けなかった時から、ビームスプリッタ50
は常に出力された光線52、54に実質的に平行の方向を供給する。その上、それが
1つの入力光線から複数の出力された光線をつくるために用いることがありえて
、また、複数の入力光線を1つの出力された光線に結合するために用いることが
ありえるように、ビームスプリッタ50は双方向性である。
【００４６】 更に詳細に光学フィルタアセンブリ30の光分散素子62の一実施例に関して略図
で例示する図5に、参照は現在なされる。素子62は、分散する取付素子234に取り
付けられる回折グレーティング232から成る。実施例において、取付素子234は、
プリズム234である。素子62は、入力表面68での多色の入力光線52および54を受
信して、出るビームレット38の対応する多数に波長依存している出口角度φrを
有する素子62の出力された表面69を提供するのに適している。さらに、グレーテ
ィング232は光分散素子62に第1の分散特性を供給するのに適している、そして、
グレーティング232およびプリズム234が光分散素子62に改良された熱安定性を有
する結合された分散特性を供給するために結合するために、プリズム234は光分
散素子62に第2の分散特性を供給するのに適している。等高線を記された層242が
基板230の表面238から伸びるように、図5に示すように、実施例において、光分
散素子62のグレーティング232は第1の幅広い表層238を有する一般に平らな基板2
30および等高線を記された表層242を有する等高線を記された層240から成る。
【００４７】 等高線を記された表層242は、誇張された方法の図5において例示される複数の
狭い溝244を含む。基板230の平面に沿って測られるように、溝244は比較的小さ
いグルーブ間隔Sで区切られる。グレーティング232が反映している装置として機
能するために、等高線を記された表層242は相当な反射が形成されている。 実施例において、マスター・グレーティングに由来する型が繰り返されたグレ
ーティング232に平行の溝244の多数を有する等高線を記された表層242を付ける
ために用いるように、グレーティング232は従来の複写技術を使用して形成され
る。グレーティング232と関連する最も強い干渉最大に光の分散がない零番目の
オーダであることを避けるために、グレーティング232は第1の命令（m=-1）に、
好ましくはブレーズされる。従って、各々の溝244の表層は、基板236の平面に関
して曲げられる。しかし、他の種類のグレーティングが他の実施例において使わ
れてもよいことはいうまでもない。たとえば、非ブレーズ型グレーティング、ホ
ログラフィック・グレーティングおよび伝送グレーティングが、使われてもよい
。
【００４８】 好適な実施例において、回折グレーティング232は、光分散素子162に第1の分
散特性を供給するためにある意味で従来の回折グレーティングのそれと整合した
光を回折するのに適している。回折グレーティング232は、自由空間波長λfを有
する入力光線をリダイレクトするために構成されるすなわち光線の波長各々の出
力光線が下で議論される式(6)に従う回折された角度θmを備えているために、回
折グレーティングの平面に関して、真空および入射角度θiにおいて測られる。
グレーティングが第1の命令に好ましくは燃やされるので、事変光エネルギー（
一方回折効率として公知の）の上の回折された光エネルギーの比率はm=-1つの回
折命令のために強化される。
【００４９】 図5に示すように、光分散素子62のプリズム234は、複数の一般に平らな屈折さ
せている表層250を含む。屈折させている表層250は、入力表面68、出力表面69お
よび取付表層256から成る入口角度ある入力表層68および取付表層256および出口
角度γが出力表面69および取付表層256によって定義されるようなものによって
定義する。プリズム234の入力表面68は、光線52、54にそれによって装置を分散
させている光に入るのを可能にするために光分散素子62のための入力ポート260
として役立つ。プリズム234の出力された表面69は、ビームレット38の多数に波
長依存している方向によってそこから出るのを可能にするために光分散素子62の
ための出力ポート264として役立つ。プリズム234は、それによって動いている光
の波長に依存する屈折率ｎpを提供している透明な材料の中で形成される。
【００５０】 図5に示すように、好適な実施例において、グレーティング232は光分散素子62
に回折している表面258を供給するために直接プリズム234の取付表層256に取り
付けられる。グレーティング232の基板236の平面が実質的にプリズム234の取付
表層256の平面と平行であるために、グレーティング232はプリズム234の配置さ
れた隣接した取付表層256である。等高線を記された表層242が回折している表面
258であるために、グレーティング232の等高線を記された表層242は配置された
隣接した取付表層256である。エポキシ268がグレーティング232の等高線を記さ
れた表層242およびプリズム234の取付表層256に接着するように、最も厚い部分T
を有する透明なエポキシ268の比較的薄い層はグレーティング232およびプリズム
234の間に配置される。エポキシ268は、光が取付面256で反映するのを防止する
ために実質的にプリズム234の屈折率に等しい屈折率が形成される、好ましくは
ある。
【００５１】 光分散素子62の好適な実施例が、いうまでもなく、もう一つの実施例では図5
で示すプリズム234に取り付けられる別に形成されたグレーティング232を利用す
るにもかかわらず、表面を回折している選択肢は提供されてもよい。たとえば（
実施例において）、プリズム234の表層256は、図5のグレーティング232の等高線
を記された表層242の方法で等高線を記されてもよい。
【００５２】 光分散素子62の結合された分散特性を例示する図6に、参照は現在なされる。
この簡略化された実施例において、自由空間波長λfを有するモノクロの入力光
線270は、光分散素子62の入力表面68の方向を目指す。同じ自由空間波長λfを有
する出力された光線272が素子62の出力された表面69を出るために、入力光線270
はそれから素子62によってリダイレクトされる。そして、出力された表面69に通
常の線に関してそれによって出口角度φrを定義する。
【００５３】 図6に示すように、入力光線270は、入力表面68に通常の線に関して第1の入射
角度βiを定義するためにプリズム234の入力表面68の方へ、屈折率ｎ1を有する
入射媒体274（例えば空気）によって目指す。入力表面68に着くと、即座に、入
力光線270は屈折を経る。そして、このように式に従う第1の屈折する光線276を
出力する。
【００５４】
【式４】
【００５５】 そこにおいて、βrは、入力表面68に通常の線に関する屈折角である。 図6に示すように、屈折する光線276は、取付表層256に沿って配置されるグレ
ーティング232の方へ、プリズム234によって目指す。光線276は、取付表層256の
平面に、通常の線に関して第2の入射角度θiを定義するために取付表層256に接
近する。角度θiは、幾何学の式によるプリズム（α）のβrおよび入口角度に関
する。
【００５６】
【式５】
【００５７】 図6に示すように、取付表層256によるプリズム234を再び入れる回折された光
線278に、回折グレーティング232は、光線276を回折する。回折ビーム278が取付
面256の法線に関して回折角度θmを定義する、この状況（回折順序m =-1）の表
される回折された光線
【００５８】
【式６】
【００５９】 図6に示すように、回折された光線278はプリズム234の出ている出力表面69の
前に、プリズム234によって伝わる。そして、出力された表面69に法線に関して
このように第3の入射角度φiを定義する。角度φiは、幾何学の式によるプリズ
ム（γ）のθmおよび出口角度に関する。
【００６０】
【式７】
【００６１】 回折された光線278は出力された表面69で屈折を経る。そして、このように式に
従う出力された光線272を出力する：
【００６２】
【式８】
【００６３】 そこにおいて、ｎrは中間の隣接した出力表層254および外部のプリズム234の屈
折率である。好適な実施例において、中間の隣接した出力表面69は、空気である
。 式(4)-(8)によれば、出口角度φrがプリズムｎpの屈折率、プリズムの入力角
度α、グレーティングのグルーブ間隔S、プリズムの出口角度γおよび出力の自
由空間波長λfが放射する第1の入射角度βiに依存することは、明らかである。
これは、図5の光線52、54がユニークな出口角度φrを各々有しているモノクロの
ビームレット38の対応する多数に分散する理由を説明する。しかし、ｎpおよびS
が温度の変化に応答してしばしば異なった時から、現在記載されている光分散素
子62の熱的に補償設計機能のために更に詳細でないならば、出口角度φrが相当
な方法で異なるだろうことはありそうである。
【００６４】 温度の変化に応答して光分散素子62の出口角度φrの変化を減らす、実施例に
おいて、ｎpの熱的に誘発された変化の効果がSの熱的に誘発された変化の効果に
よって減少するために、光分散素子62は構成される。より詳しくは、(4)-(8)、
軽い分散素子62が形成される式によれば、材料は温度（dn/dT）の変化に関して
、そのようにプリズム234の屈折率のその変化率を選んだ、 そして、温度（dφr/dT）の変化に関する232が温度（dφr/dT）の変化に関して
、出口角度φrの比較的少ない変化率に提供するグレーティングのグルーブ間隔
の変化率。
【００６５】 たとえば、実施例において、グレーティング232は等高線を記された層240に対
する温度依存している応力を印加することによってds/dTの値を要求したのに適
している。この種の応力は、光分散素子62の熱膨張の結果であってもよい。より
詳しくは、等高線を記された層240のds/dTは、熱膨張（ＣＴＥ）の適当な係数を
有する等高線を記された層240の材料を選ぶことによって選ばれることができる
。項ds/dTは、更に等高線を記された層240に作用する熱応力によって定義される
。たとえば、等高線を記された層から240が直接付着されること基板236、基板23
6は基板236のＣＴＥに依存する等高線を記された層240に対する熱応力を用いる
のに適していることがありえる。等高線を記された層240が直接付着される、エ
ポキシ268、エポキシ268はエポキシのCTEに依存する等高線を記された層に対す
る熱応力を用いるのに適していることがありえる。加えて、エポキシ268はプリ
ズム234から付着されてある、プリズム234は間接的にエポキシ268による等高線
を記された層240に対する熱応力を用いるのに適していることがありえる。そこ
において、等高線を記された層240に動作する熱応力はエポキシ268、エポキシ26
8の厚みおよびプリズム238のＣＴＥの弾力性がある率に依存する。
【００６６】 実施例において、グレーティング232のグルーブ間隔Sは、温度の変化に応答し
て比較的安定した値で維持される。これは、比較的小さいＣＴＥを有する基板23
6の材料を選ぶことによって達成される。実施例において、グレーティング232が
本質的にプリズム234の熱膨張から分離されるために、エポキシ268は充分な最も
厚い部分を有する非常に弾性材料の中で形成される。プリズム234の材料は、比
較的小さいＣＴＥを有するために選ばれることができる。
【００６７】 実施例において、グレーティング232のds/dTが実質的にゼロであるために、光
分散素子62は形成されるので、プリズムのそのdn/dTは実質的にゼロでないであ
る。熱補償を提供するために、φr上の実質的にゼロ以外のdn/dTの効果が式(4)-
(8)によって実質的に無効にされるために、光分散素子62はα、γおよびｎpの適
当な値が形成されている。たとえば、プリズムのインデックスｎpが増加する場
合、屈折する角度βrは式(4)によって減少する、そして、入射角度θiは式(5)に
よって減少する。対応して、回折された角度θmは式(6)によって大きくされる、
そして、入射角度θφiは式(7)によって減少する。ｎpの製品がsin(φi）を計時
するために、φiの減少は選ばれる）そのように比較的不変である、そのφrは式
(8)によれば実質的に維持される。
【００６８】 このように、dφr/dTが減少するために、当業者が光分散素子62を設計するこ
との相当な自由を有することはいうまでもない。ゼロ以外のds/dTの効果がゼロ
以外のdn/dTの効果を相殺したために、一実施例、材料および光の形において装
置を分散させることは選ばれる。 もう一つの実施例では、装置を分散させている光は、適応される実質的に、0d
s/dT、そして、実質的にゼロ以外のdn/dTφrが変更ｎpによって比較的不変。こ
のように、光分散素子62が公知技術の装置を分散させることのそれより望ましい
方法の光を分散させることが可能なことはいうまでもない。グレーティング232
の熱的に依存しているグルーブ間隔の効果を有するプリズム234の熱的に依存し
ている屈折率の効果に対抗することによって、光分散素子62の出口角度φrが温
度の変化により影響されないこと。さらに、（実施例において）、グレーティン
グ232のグルーブ間隔Sが温度の変化に比較的反応しないために、光分散素子62は
構成されるので、グレーティング232のその屈折率ｎpは温度の変化によって実質
的に影響を受ける。しかし、光分散素子62の温度のインディペンデントは、この
実施例、組成物およびプリズム234の形においてビームレット38の出口角度φrが
実質的にそうであるために、選ばれてある。
【００６９】 光学フィルタアセンブリ30の分散素子62の他の実施例に関して略図で例示する
図7に、参照は現在なされる。本実施例において、光分散素子は事変間の角分離
および入っていて、出ている回折された光線を減らすことによって改良されたス
ループット効率に分散素子62の回折グレーティング332を提供するのに適してい
る。
【００７０】 図7に示すように、素子62は図5の素子62と同様である。特に、素子62は入力表
面68、出力表面69および取付表層356を有するプリズム334から成る。素子62は、
回折している表面336を提供するために図5のそれと同様の回折グレーティング33
2から更に成る。特に、プリズム334の表面68がそう回折グレーティング332によ
って、その後回折される入力に当たっている光線52、54が出るビームレット38に
出力された表面69を提供するように、グレーティング332はプリズム334の取付表
層356に取り付けられる。さらに、素子62は温度の変化に応答して実質的に均一
な分散特性を提供するために図5の素子62と関連して以前に記載されている熱的
に補償特徴によって構成される。しかし、更に詳細に下で記載されているように
、グレーティング332の改良された回折効率が実感されるように、図6の素子62は
プリズム334の範囲内で入力および出力ビームパス346、348を定義する。
【００７１】 図7に示すように、入力からプリズム334の範囲内でプリズム334の進行の入力
表面68に入っている光線52、54が入力ビームパス346に沿って取付表層356に68に
直面するために、プリズム334は構成される。特に、各々の入力ビームパス346は
、プリズム334の範囲内で配置される反映している場所311の方へ伸びる第1の長
さ310から成る。各々の入力ビームパス364は、光線52、54が回折している表面33
6に通常の線に関して入射角度θiを定義するために、回折している表面336の方
へ場所311を反映することから伸びる第2の長さ312から更に成る。
【００７２】 実施例において、場所311を反映することでの光線52、54の反射は、全反射（T
IR）の結果として、起こる。特に、各々の入力ビームパス346の第1の長さ310は
、プリズム334の第1の外の表層318の方へ伸びて、第1の表層318に通常の線に関
して入射角度Kを定義する。入射角度κiが定義される第1の表層318で、臨界角よ
り大きいために、プリズム334は構成される。
【００７３】
【式９】
【００７４】 そこにおいて、ｎoutはプリズム334の隣接した第1の表層318の外側の媒体の屈折
率である、そして、ｎpはプリズム334の屈折率である。 図7に示すように、各々の入力ビームパス346の第1の長さ310は、入力表面68か
ら出力された表面69まで伸びる。出力された表面69に着くと、即座に、光線52、
54は取付表層356の方へ出力された表面69から伸びる入力ビームパス346の第2の
長さ312に沿ってリダイレクトされるためにそこでTIRを経る。
【００７５】 回折することで起こっているビームレット38が出力されたビームパス348に沿
って回折している表面336から出力された表面69までプリズム334の範囲内で336
の進行に直面するために、プリズム334は構成される。各々の出力されたビーム
パス348は、式(6)に従う回折している表面336に関して、回折角度θmによって定
義される方向に沿って、取付表層356から出力された表面69まで伸びる第1の長さ
314から成る。各々の出力されたビームパス348の第1の長さ314は、出力された表
面69に関して更に入射角度φiを定義する。TIRが起こらないために、出力された
表面69で各々の出力されたビームパス348によって定義される入射角度φiは臨界
角未満である。実施例において、反反射するコーティングは、光線52、54の挫折
感を引き起こすTIRのない出力された表面69によるビームレット38の伝送を強化
するためにプリズム332の出力された表面69に沿って沈澱する。
【００７６】 各々の入力ビームパス346の第2の長さ312および各々の出力されたビームパス3
48の第1の長さ314が比較的小さい角度Ωを定義するために、素子62は構成される
。実施例において、Ωは5度未満である。角度Ωが従来技術装置によって概して
提供されるそれより小さいので、回折グレーティング332は改良された回折効率
を実感することが可能である。さらに、光線52（54およびビームレット38）がそ
れぞれ入って、出た時から、空間的に分離された入力および出力表面68による素
子、69の光線52、54およびビームレット38は密接に配置されたコンポネントによ
って影響を受けそうにない。
【００７７】 たとえば、実施例において、1/2波プレート60は、図7で示す光線54の光路に置
かれるために素子62の配置された隣接した入力表面68である。しかし、ビームレ
ット38が出力された表面69を出て、実質的に入力表面68から切り離される領域に
沿って、そこから進行した時から、ビームレット38はプレート60に入らない。従
って、少なくとも一つのビームレット38は、プレート60によって影響を受けない
。実施例において、少なくとも一つの光線52、54および楕円断面形を有するビー
ムレット38がプリズム334の出力された表面69で、部分的に各々を重ねるために
、素子62は構成される。入力光線52、54が拡張幅を有するので、それは幅W1を有
する第1の事変領域320に沿って、出力された表面69を打つ。同様に、出力された
ビームレット38が拡張幅を有するので、それは幅W2を有する第2の事変領域322に
沿って、出力された表面69を打つ。入力光線52、54および出力ビームレット38間
の角度Ωが比較的小さいので、第2の事変領域322は部分的に図4で示す第1の入射
領域320を重ねる。
【００７８】 このように、図7の光分散素子62が増加するスループット効率の効果を提供す
ることはいうまでもない。この効果は、グレーティング332の回折効率を増やす
回折している表面336で、比較的小さい角度Ωを定義する入力および出力ビーム
パス346、348を提供することによって実現する。たとえば、角度Ωが15の度から
5つの度まで減少する場合、回折グレーティング332の回折効率が10%も増加する
ことができると決定された。さらに、この効果は、入力光線52、54および出力ビ
ームレット38がプリズム334の外側に近くへ互いに通過することを必要とせずに
実現する。従って、プレート60がビームレット38に影響することのない光線54に
影響するように、素子62が1/2波プレート60と連動して使われることができる。
【００７９】 更に詳細に図1の光学フィルタアセンブリ30の好適な実施例に関して略図で例
示する図8に、参照は現在なされる。入力セクション36が実質的に出力された断
面48と同一であるように、アセンブリ30は対称的に構成される。アセンブリ30は
、出力された断面48の一部を形成する入力セクション36でそう第1のビームスプ
リッタおよび第2の実質的に類似したビームスプリッタ51から成る。上記したよ
うに、入力セクション36の偏光コンバータ49のビームスプリッタ50は入力表面56
の入力された表面部分140での入力光線32を受信して、入力光線32をp分割偏光を
与えられたｓ偏光光線52、54、それぞれ実質的に平行の方向のビームスプリッタ
50の出力表面58の出力された表面部分142、144を出る。
【００８０】 さらに、本実施例において、出力された断面48のコンバータ110を減極する素
子114を結合している光線は、ビームスプリッタ51から成る。ｓ偏光光線106の既
存のプレート112がビームスプリッタ51の第2の出力された表面部分144に入るた
めに、ビームスプリッタ51は逆の方法に配置されているので、素子100を結合し
ている第1の光線を出ているそのｐ偏光光線108はビームスプリッタ51の第1の出
力された表面部分142に入る。ビームスプリッタ51は、双方向性である、そして
、光線から、106、108は、実質的に平行でそれぞれsである-51が能率的に結合す
ることが可能である極性を与えられたp-極性を与えられた、ビームスプリッタ出
る出力光線34に実質的に視準された方法のビームスプリッタ51の入力された表面
部分140を提供する光線106、108。
【００８１】 図8の実施例において、アセンブリ30は入力セクション36の光分散素子62およ
び出力された断面48の一部を形成する第2の実質的に同一の光分散素子61から更
に成る。上記したように、入力セクション36の光分散素子62は、素子62の入力表
面68で、ｐ偏光光線52、54を受信する。素子61は、それから出る空間的に分離さ
れたビームレット38に素子62の出力された表面69を提供するためにｐ偏光光線52
、54を分散させる。
【００８２】 本実施例において、出力された断面48の素子100を結合している第1の光線は、
第2の光分散素子61から成る。素子100を結合している第1の光線の入力表面102が
第2の光分散素子61の出力された表面69であるために、素子61は素子62に関して
対称的に配置されていて、志向した。同様に、素子100を結合している第1の光線
の出力された表面104は、素子61の入力表面68である。逆の方法で作動して、素
子61は出力された表面69に入っている所望のビームレット42を再び結合して、素
子61の入力表面68を出る結合された光線106、108を形成するためにビームレット
42を再び結合する。
【００８３】 図8の実施例において、フォーカシング素子70は焦点距離を有するテレ中心の
互いに近よっているレンズ71から成る、そして、素子90を視準することはレンズ
71と同一である互いに近よっているレンズ91から成る。レンズ71および91は、実
質的にレンズの焦点距離に等しい量によって、それぞれ光分散素子62および61か
ら移されるために配置される。実質的にレンズ71、91の焦点距離に等しい量によ
って、レンズ71および91はまた、それぞれフィルタセクション46のスクリーン80
から移される。
【００８４】 その結果、分岐しているビームパス96の幾何が実質的に図3で示す互いに近よ
っているビームパス98の幾何にマッチするように、それぞれレンズ71および所望
のビームレット42の出ているレンズ91に入っている所望のビームレット42は分岐
して、ビームパス96および98を一点に集めることを定義する。ビームレット42が
幾何学上分岐しているビームパス96と同様である互いに近よっているビームパス
98に沿って素子70を視準することを出るので、ビームレット42は出る再び結合さ
れた光線106、108に実質的に平行の方向の素子62bを提供するために分散素子61
の範囲内で能率的に再び結合する。
【００８５】 このように、光学フィルタアセンブリ30が改良されたフィルタ特性を提供する
ことはいうまでもない。特に、アセンブリ30が入力光線を空間的に不必要なビー
ムレットの多数から切り離される所望のビームレットの多数に分割した時から、
アセンブリ30は不必要なビームレットを物理的に遮断することによって実質的に
入力光線の不必要な波長コンポネントを減らすことが可能である。さらに、所望
のビームレットは、線形偏光状態に準備される故、それらは、高効率で分散素子
62および61によって回折される。このように、所望の波長コンポネントが不必要
な波長コンポネントを区別されることができるように、波長コンポネントの波長
が比較的少ない量によって異なる場合であっても、アセンブリ30は高いスループ
ット効率を有する入力光線の所望の波長コンポネントを通過して、改良されたス
ペクトルの解像度を提供する。光学フィルタアセンブリ30が温度の変化に応答し
て実質的に安定フィルタ特性を提供することは、また、認められる。特に、分散
素子62が温度の変化に応答して実質的に安定分散特性を有した時から、素子62を
出ているビームレット33はこの種の温度変化によって影響を受けそうにない。ア
センブリ30の熱的安定性は、ビームスプリッタ50の使用によって、更に強化され
、この特性は、実質的に温度変化に影響を受けない。
【００８６】 本発明による他の態様に従って、光フィルタ・システム120の一実施例につい
て図９に図示する。システム120は、各々実質的に図8の光学フィルタアセンブリ
30と同様である第１および第２の光学フィルタアセンブリ30jおよび30kから成る
。アセンブリ30jおよび30kは、互いに隣接するために好ましくは積み重ねられた
構成に配置されている。アセンブリ30jおよび30kは、それぞれ波長コンポネント
および不必要な波長コンポネントを各々要求していた第１および第２の入力され
た光線32jおよび32kを受信するのに適している。アセンブリ30jおよび30kは、図
2および3の光学フィルタアセンブリ30の方法の光線32k、32jにフィルターをかけ
て、それぞれの所望の波長コンポネントから成るそれぞれの第１および第２の出
力された光線34jおよび34kを提供する。
【００８７】 図9に示すように、システム120は素子および50kが50j永久に各々に合わせられ
るために、50jおよび50kが一般の透明なシート124から形成した第１および第２
の偏光ビームスプリッタ素子から成る第1の偏光ビームスプリッタ・サブシステ
ム122を含む。一方、素子50jおよび50kは構造的に、そして、機能的に図4の素子
50と同一である。p-偏光を有する出力された光線52jがサブシステム122の第1の
出力された表面部142jを出るために、サブシステム122の第1の入力された表面部
140jに入っている第1の入力光線32jはサブシステム122によって分割されるので
、ｓ偏光を有するその第2の出力光線54jはサブシステム122の第2の出力された表
面部144jを出る。
【００８８】 実質的に第1の入力光線32jの方向に合わせられる実質的に平行の方向において
、第１および第２の光線54j、52jは、進行する。p-偏光を有する第3の出力光線5
2kがサブシステム122の第3の出力された表面部142kを出るために、サブシステム
122の第2の入力された表面部142kに同時に入っている第2の入力光線32kはサブシ
ステム122によって分割される、そして、ｓ偏光を有する第4の出力光線54kが出
るために、第4はシステムの144k表面部を出力した。第3で第4の出力は、実質的
に第2の入力光線32kの方向に合わせられる実質的に平行の方向の54k、52k進行を
放射する。
【００８９】 図9に示すように、システム120は1/2波プレート60jおよび60kから成る。プレ
ート60jおよび60kは、それぞれサブシステム122からｓ偏光光線54k、54jを受け
取って、それらにp-偏光を供給するために配置される。 図9に示すように、システムは52j ｐ偏光光線を受信するための光分散サブシ
ステム126から更に成る。そして、出ている52kの偏光ビームスプリッタ・サブシ
ステム122およびｐ偏光光線54k、54jがプレート60k、60jを出る。図10と関連し
ての下で更に詳細に記載されているように、サブシステム126が第１および第２
の光分散素子から成って、62j、そして、62kその素子62k、62jが各々実質的に図
8の光分散素子62と同様である単一のプリズム434を共有する。第1の素子は、62j
、32j第1の入力光線から生じている光線54j、52jを受信して、38j、空間的に分
離されたp-偏光化モノクロビームレットの対応する多数を提供する。同様に、第
2の素子は、62k、32k第2の入力光線から生じている光線54k、52kを受信して、38
k、空間的に分離されたp-偏光化モノクロビームレットの対応する多数を提供す
る。
【００９０】 図10は、更に詳細に図9の光フィルタ・システム120の光分散サブシステム126
の一実施例を例示する。サブシステム126は、各々実質的に図7の光分散素子62と
同様である第１および第２の光分散素子62jおよび62kから成る。実施例において
、サブシステム126は別々の68k、68j、表面部を入力された、別々の69k、69j、
表面部を出力されて別々の表面部442および443を回折することを提供するために
構成される一つのプリズム434および単一の回折グレーティング432から成る。69
j、出力された表面部を出る光線、54j、52jは、68j入力された表面部によって受
け取られて、38jビームレットを提供するために回折している表面部442によって
回折される。同様に、光線は52k 54k 68k入力された表面部によって受け取られ
て、ビームレットに38kを提供するために回折している表面部443によって回折し
た。そして、どの出口出力が69k部分に直面する。
【００９１】 光分散サブシステム126が多くの効果を提供することはいうまでもない。特に
、サブシステム126は各々熱安定性を改善していて、回折効率を改善していた分
散素子、62k、62jを提供する。分散素子62k、62jは、同一のプリズム234を共有
するので、それらはより信頼できる方法で、各々に合わせられ得る。さらに、サ
ブシステム126の素子の全てが一緒に厳格に取り付けられた時から、サブシステ
ム126は使用の間、きちんと並んでいなくなりそうにない。その上、サブシステ
ム126が単一のグレーティング432（分散素子間の62j配置）を含んだ時から、62k
のサブシステム126は更に単純化される。そして、このようにサブシステム126に
減少するコストで製造されるのを可能にする。
【００９２】 図9、30jアセンブリを分散させている各々の光および30kのシステム120へ参照
することは71jレンズ、91jおよび71kのそれぞれの一組から成る、91k、それは両
方とも図8のレンズ71、91の一組と同一である。レンズは、71j、62j.、光分散素
子から42j、所望のビームレットを有する38j、ビームレットを受信する。同様に
、レンズは71k、62k、素子から42k、所望のビームレットを有する38k、ビームレ
ットを受信する。レンズは、71j、71k、38j、別に、そして、それぞれビームレ
ットを集中させる、一般の焦点面の38k。さらに、レンズおよび91kは、91j、42j
、別に、そして、それぞれフィルタ・サブシステム127を出る所望のビームレッ
トおよび42kを視準する。
【００９３】 図9に示すように、システム120は42j所望のビームレットの第１および第２の
多数に42kを選択的に渡すための、そして、44k、44j不必要なビームレットの第
１および第２の多数を選択的に遮断するためのフィルタ・サブシステム127から
更に成る。サブシステムは86j開口の第１および第２の多数を有する不透明なス
クリーン125から成る。そして、86k、それは図3のスクリーン80の開口86の多数
と同様の各々である。開口125が42j所望のビームレットの第1の多数と一致する
ために、スクリーン125は71jレンズおよび71kの焦点面に配置されているので、
その開口125は42k所望のビームレットの第2の多数と一致する。従って、不必要
なビームレットは44j 44kスクリーン125によって遮断される、そして、所望のビ
ームレットは42j 42k 9ljレンズおよび91kの方向を目指すためにスクリーン125
を出ることができる。
【００９４】 図9に示すように、システム120は42j 91jビームレット、出ている42kのレンズ
および91kを受信する第2の光分散サブシステム128から更に成る。サブシステム1
28は、サブシステム126に同一であるであり、61j光分散素子および61kを備えて
いる。光分散素子および61kのサブシステムが128 61jそれぞれ42j th&ビームレ
ットおよび42kを受信して、108k、106j p-極性を与えられた結合された光線一組
、108jおよび106kを形成するために効率的な方法のそれらを結合するために、サ
ブシステム128は図8と関連して上記した逆の方法で配置される。さらに、光線お
よび106kは、106j、112j、106j光線を出力するために1/2波プレートおよび112k
によってそれぞれ目指す、ｓ偏光を有する106k。
【００９５】 図9に示すように、システム120は106j 108j p-極性を与えられた結合された光
線、出ている第2の108kの光分散サブシステム128およびｓ偏光光線を受信する第
2の偏光ビームスプリッタ・サブシステム129から更に成る。そして、112k、106k
が112jそれぞれプレートを出る。サブシステム129は、サブシステム122に同一で
あるであり、第１および第２の極性を持っている51jビームスプリッタおよび51k
を備えている。偏光ビームスプリッタが51jサブシステム129の51kそれぞれ106j
結合された光線一組、108jおよび、108k、106kを受信して、34k、34j出力された
光線を形成するために効率的な方法のそれらを結合するために、サブシステムは
図8と関連して上記した逆の方法で配置される。
【００９６】 光フィルタ・システム120の他の実施例に関して略図で例示する図11および12
に、参照は現在なされる。これらの実施例において、60k、光フィルタ・システ
ム120は60j第1の偏光ビームスプリッタ・サブシステム122枚の1/2波プレートか
ら成る、そして、それぞれのビームレットへの38j 38k 32k、入力を分けるため
の第1の光分散サブシステム126は32jを放射する。出力された光線への34j 34k 4
2k、図11および12のシステム120は、112j、42j、42j、フィルタ・サブシステム1
27、第2の光分散サブシステム128、1/2波プレート、112kおよびそれぞれ選択ビ
ームレット、42kおよび結合している所望のビームレットのための第2のビームス
プリッタ・サブシステム129から更に成る。しかし、別々のレンズ一組を使用す
る代わりに、図11および12のうちの120が38jビームレットおよび38kを集中させ
る一つの焦点に集まっているレンズ71およびレンズ91を視準しているシングルだ
けを使用するシステムは42jビームレットおよび42kを視準する。そして、それに
よってシステム120に減少するスペースにあてはまるのを可能にする。
【００９７】 図11（入力光線）の実施例において、32j、32k、は、比較的大きい距離によっ
て各々から移される。この置換を補償するために、システム120はそれらが実質
的に隣接したビームパスに沿って進行するために、38j光分散サブシステム126か
らビームレットおよび38kを受け取って、38jビームレットおよび38kを出力する
素子130を合併しているビームレットから成る。さらに、出力を提供することは
、比較的大きい空間の分離を有する34jおよび34kを放射する、120が42j所望のビ
ームレットおよび42kの密接に間隔を置かれた第１および第２の多数を受信して
、42j比較的大きい置換を有するビームレットおよび42kをそこで出力するビーム
レット拡大素子131から更に成るシステム。
【００９８】 図11に示すように、素子130を合併しているビームレットは、1/2波プレート13
2および偏光ビームスプリッタ133から成る。プレート132は、光分散サブシステ
ム126を出るｐ偏光ビームレット38jを受信するように配置される。プレート132
は、ｓ偏光38でビームレットを出力し、ｓ偏光ビームレット38jがビームスプリ
ッタ133によって受信される。ビームスプリッタ133は、プレート132からｓ偏光
ビームレット38jを、サブシステム126からｐ偏光ビームレット38kを受信するよ
うに配置される。ビームスプリッタ133は、図4のビームスプリッタ50と同一で、
逆の方法で指向され、ｓ偏光ビームレット38jおよびｐ偏光ビームレットは、出
力表面部で受信され、実質的に平行方向に沿った入力表面部から出力される。
【００９９】 図11に示すように、ビームレット拡大素子131はレンズ91および光分散サブシ
ステム128の間に配置され、実質的に隣接したビームパスを伝搬する所望のｓ偏
光ビームレット42jおよびｐ偏光ビームレット42kを受信する。素子131は、素子1
30と同一であり、ビームスプリッタ134および1/2波プレート135を具備している
。ビームスプリッタは、入力表面でビームレット42jおよび42kを受信して、ビー
ムレット42jおよび42kを置換された出力表面部から出力し、ｐ偏光ビームレット
42kからｓ偏光ビームレット42jを移動する。ｓ偏光ビームレット42jは、それか
らプレート134に向けられ、p-偏光を有するビームレット42jを提供する。
【０１００】 図11に示すように、実施例において、システム120は第１および第２の光学の
補償器136および137から更に成る。補償器136は、サブシステム126およびレンズ
71の間に配置され、ビームレット38jを受信し、補償器137は、レンズ91およびサ
ブシステム128の間に配置され、ビームレット42jを受信する。補償器136、137は
、ビームレットの38jの光路およびビームレットの38kの光路の間の幾何学的差を
補償する。
【０１０１】 図12の実施例において、入力光線32jおよび32kは、実質的に隣接したビームパ
スに沿って向けられる。その結果、ビームレット38jは、ビームレット38kに実質
的に隣接し、ビームレット38jおよび38kが一つのレンズ71によってフォーカシン
グされる。さらに、フィルタ127を出るビームレット42jおよび42kは、実質的に
互いに隣接し、それによって一つのレンズ91によってビームレット42jおよび42k
を視準可能とする。
【０１０２】 図11および12の実施例において、入力にかかわるスクリーン125での76jが32j
放射する強度パターンは、32k、76kの入力光線が32k 32j入力を適切に導くこと
によって放射する強度パターンから移される。たとえば、光線が32j 32k実質的
に図11および12で示すｚ軸に合わせられる場合、パターンは76k y-z平面に沿っ
て、32k光線に関して32j光線を僅かに傾けることによってｙ軸に沿って76kパタ
ーンから相殺されることができる。この場合、76jパターンから、76kはｘ軸に沿
って延長される、それらはスクリーンの異なる部分に課される。あるいは、光線
が32j x-z平面に沿って傾けられる場合、強度パターンは76j ｘ軸に沿って76kパ
ターンに関してシフトされる。
【０１０３】 図9、11および12の光フィルタ・システム120が多くの効果を提供することはい
うまでもない。特に、システム120にフィルターをかけている各々の光は30j第１
および第２の光学フィルタアセンブリおよび30kから成る。そして、実質的に図8
の改良された光学フィルタアセンブリ30と同一である。このように、システム12
0は特に別に素晴らしい解像度を有する2つの入力光線にフィルターをかける能力
が能率的に所望の波長コンポネントを送信して、効果的に不必要な波長コンポネ
ントを遮断することを必要とするはさまれたフィルタ・アプリケーションに、か
なり適している。さらに、アセンブリおよび30kのコンポネントの多くが30j共有
された時から、システム120は減少するスペースに配置されていることがありえ
る。さらに、ビームレットが38J 86j第1の開口で集中する、そして、86j、第1の
開口から切り離すビームレットが38k 86k第2の開口で集中してあった時から、漏
話の可能性は減少する。
【０１０４】 この実施例に適用されるように、本発明の好適な実施例が示されて、記載され
ていてとがった外の基本的新しい本発明の特徴を有するにもかかわらず、さまざ
まな省略、置換および例示される装置の詳細の形の変化が本発明の趣旨から逸脱
することなく、当業者によって製造することができると理解される。従って、本
発明の範囲は、前述の説明に限られていてはならなくて、請求項を追加すること
によって定義されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力光線をフィルタリングするための光学フィルタアセンブリの一実施
例のブロック線図である。
【図２】アセンブリによって形成される複数のビームパスの直角の態様を示す図
１の光学フィルタアセンブリのブロック線図である。
【図３】アセンブリによって形成される複数のビームパスの直角の態様を示す図
１の光学フィルタアセンブリのブロック線図である。
【図４】非偏光化光を偏光の直角軸を有する実質的に平行の第１および第２の偏
光化光線に変換するための図１の光学フィルタアセンブリの偏光ビームスプリッ
タ装置のブロック線図である。
【図５】温度変化に応答して安定した分散特性を与えるための図１の光学フィル
タアセンブリの光学分散装置のブロック線図である。
【図６】図５の分散装置によってリダイレクトされたモノクロ入力光線の波長依
存性を示すブロック線図である;
【図７】改良されたスループット効率を提供するための図１の光学フィルタアセ
ンブリの光分散装置の他の実施例のブロック線図である。
【図８】図1の光学フィルタアセンブリの一実施例のブロック線図である。
【図９】２つの別個の入力光線を受信して、図１の光学フィルタアセンブリによ
り個々にフィルターをかけた出力光線を出力するための改良されたフィルタ特性
を有する光フィルタ・システムの一実施例のブロック線図である。
【図１０】熱的安定性と改良されたスループット効率を有する２つの入力光線を
個々に分散させるための図９の光フィルタ・システムの光分散サブシステムのブ
ロック線図である。
【図１１】より少ないコンポネントを利用する図９の光フィルタ・システムの他
の実施例のブロック線図である。
【図１２】さらに少ないコンポネントを利用する図９の光フィルタ・システムの
他の実施例のブロック線図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年８月２日（２００２．８．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、光波処理装置に関し、特に、波長に依存して入力光ビームを選択的
に減衰させることができて、相対的に急峻な減衰曲線を達成し得るフィルタリン
グ素子に関する。
【０００２】
【背景分野】 通信ネットワークは、増加した伝送容量を情報搬送チャネルに与えるために電
磁波又は光のマニピュレーション、透過及び検出に更に依存するようになった。
典型的な光チャネルは、変調された光線を与えるための光源と、当該光線を復調
する光検出装置と、ビームパスを提供する光ファイバケーブルとを利用し得る。
【０００３】 通信ネットワークの情報搬送容量を増やすためには、複数の波長成分を有する
光がケーブルに沿って送信されて、各々の波長成分が個々のチャネルとして作用
する。チャネルの数を最大にすることが望まれることから、各成分は一般に小さ
い波長間隔を有する。 更に情報搬送容量を増加させるためには、光波が１本のケーブルに沿って、反
対方向にも同時に送信されることである。光波のうちの１つは、所望の波長成分
の第１の複数を含み、光波のうちの他の１つは、所望の波長成分の第２の複数を
含む。第１の波長成分のいくつかの波長は、一般的に、第２の波長成分のいくつ
かの間にある。
【０００４】 光波が光ファイバケーブルに沿って伝播するとき、光波が減衰することから、
一般的に光増幅ステージがビームパスに沿って配置される。各ステージは、概し
て、電気的に被駆動ポンプ源によって光学的にポンプされる能動媒体を含む。 光波がケーブルに沿って伝播するとき、光波は、しばしばチャネル中のクロス
トークによって劣化し、チャネルに不要な波長成分をもたらす雑音を蓄積する。
増幅素子に入力したとき、不要な波長成分は所望の波長成分とともに増幅されて
しまう。不要な波長成分は、個々の所望とする波長成分を検出する光検知装置の
機能を制限し得るのである。
【０００５】 不要な波長成分の問題を減じるためには、一般的に、各々の光増幅素子の前に
光フィルタリング素子が配置される。理想的には、光フィルタリング素子は、所
望の波長成分を減じることなしに不要な波長成分だけを完全に遮断することであ
る。しかしながら、公知技術である光フィルタ素子は、所望の成分の実質的な量
を減じることなしに不要な成分だけを遮断する限定された機能を有するにすぎず
、必要とされ、所望される波長成分の波長は互いの波長に相対的に近いことから
、この種の光フィルタリングは、受容されるＳＮ比を提供し得ないのである。
【０００６】 したがって、前述のことから、光波をフィルタリングするための改良された光
フィルタリング素子の必要性があることはいうまでもない。特に、かかる素子は
、改良されたＳＮ比が実現されるように、不要な波長成分を遮断するとともに、
所望の波長成分を通過することができるフィルタ特性を改良しなければならなか
った。
【０００７】
【発明の概要】 １つの特徴によれば、複数の所望の波長成分及び複数の不要な波長成分を有す
る入力光線をフィルタリングするための光学フィルタアセンブリである本発明に
よって、上述した如きニーズが満足される。当該アセンブリは、入力光線の光路
に配置された入力領域を含む。入力領域は、入力光線を空間的に分離された複数
の対応する光路に沿って伝播する複数の偏光化モノクロビームレットに分割する
。偏光化モノクロビームレットの複数は、(a)所望の波長成分に対応する複数の
所望のビームレットと、（b）不要な波長成分に対応する複数の不要なビームレ
ットとを含む。アセンブリは、フィルタ領域から所望のビームレットを受光する
ようにビームパスに配置されたフィルタ領域を更に含む。フィルタ領域は、不要
なビームレットを減じて、所望のビームレットを通過する。アセンブリは、フィ
ルタ領域から所望のビームレットを受光するように配置された出力領域を更に含
む。出力領域は、所望のビームレットを空間的に結合して、入力光線の所望の波
長成分からなるフィルタリングされた出力ビームを提供する。
【０００８】 本発明の別の特徴は、複数の所望の波長成分及び複数の不要な波長成分を有す
る光の入力光線をフィルタリングする方法であって、所望の波長成分からなる光
のフィルタ化出力ビームを与える。当該方法は、空間的に分離された光路に沿っ
て伝播する複数の偏光モノクロビームレットに入力光線を分割することを含む。
複数の偏光化モノクロビームレットは、(a)所望の波長成分に対応する複数の所
望のビームレット、及び、(b)不要な波長成分に対応する複数の不要なビームレ
ットを含む。その後、不要なビームレットは、所望のビームレットから不要なビ
ームレットを除去するために減じられる。所望のビームレットは、その後、結合
されて、フィルタリングされた出力ビームを与える。
【０００９】 本発明の更に別の特徴は、光出力ビームを与えるための複数波長成分を有する
入力光線を操作する光操作アセンブリである。当該アセンブリは、入力光線の光
路に配置された入力領域を含む。入力領域は、入力光線を、空間的に分離された
対応する複数のビームレット光路に沿って伝播する第１の複数の偏光化モノクロ
ビームレットに分割する。アセンブリは、ビームレット光路に配置されたビーム
レットマニピュレータから更に含み、空間的に従属した方法で偏光化モノクロビ
ームレットの第１の複数の少なくとも１つを操作する。ビームレットマニピュレ
ータは、偏光化モノクロビームレットの第２の複数を提供する。アセンブリは、
ビームレットマニピュレータを出る偏光化モノクロビームレットの第２の複数を
受光するために配置された出力領域を更に含む。出力領域は、偏光化モノクロビ
ームレットの第２の複数から出力ビームを形成する。
【００１０】 １つの実施例において、第１の複数の偏光化モノクロビームレットは、(a)入
力光線の複数の所望の波長成分に対応する複数の所望のビームレットと、(b)入
力光線の複数の不要な波長成分に対応する複数の不要なビームレットと、を含む
。偏光化モノクロビームレットの第２の複数は、所望のビームレットの複数を含
む。ビームレットマニピュレータは、不要なビームレットを減じて、所望のビー
ムレットを通過するフィルタ領域を含む。フィルタ領域は、複数のアパーチャを
有する不透明な材料からなり、所望のビームレットの複数が、アパーチャの複数
にアライメント合わせされ、不要なビームレットの複数がアパーチャの複数にア
ライメント合わせされるように配置されている。出力領域は、フィルタ領域を出
射した所望のビームレットを空間的に結合して、入力光線の所望の波長成分を含
む出力ビームを形成する。
【００１１】 本発明の他の特徴は、所望の波長成分のそれぞれ第１及び第２の複数及び不要
な波長成分のそれぞれ第１及び第２の複数を有する光の第１及び第２の入力光線
にフィルタリングするための光フィルタリングシステムである。当該システムは
、第１及び第２の入力光線の光路に配置される入力領域を含む。入力領域は、第
１及び第２の複数の空間的に分離された光路に沿って伝播する第１及び第２の複
数の偏光化モノクロビームレットに第１及び第２入力光線を各々分割する。偏光
化モノクロビームレットの第１及び第２複数は、(a)第１及び第２入力光線の所
望の波長成分に対応する各々第１及び第２の複数の所望のビームレットと、及び
、（b）第１及び第２入力光線の不要な波長成分に対応する各々第１及び第２の
複数の不要なビームレットと、を含む。当該システムは、第１及び第２のビーム
パスに配置されたフィルタ領域を更に含む。フィルタ領域は、不要なビームレッ
トの第１及び第２の複数を減じて、所望のビームレットの第１及び第２の複数を
通過する。当該システムは、フィルタ領域から所望のビームレットの第１及び第
２の複数を受光するために配置された出力領域を更に含む。出力領域は、第１の
入力光線の所望の波長成分を含む第１のフィルタリングされた出力ビーム（フィ
ルター化出力ビーム）を提供するために所望のビームレットの第１の複数を結合
する。出力領域は、所望のビームレットの第２の複数を空間的に結合して、第２
入力光線の所望の波長成分からなる第２フィルタ化出力ビームを提供する。
【００１２】 上記した如く、本発明の光分散アセンブリは、入力光線をフィルタリングした
フィルタ化出力ビームにおいて、入力光線の不要な波長成分を実質的に除去され
る。さらに、光分散アセンブリは、高いスループット効率で所望の波長成分を通
過させることが可能である。本発明の上記及び他の目的及び利点は、添付の図面
とともに、以下の記述から更に明らかになるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】 図面を参照して以下に説明する。同じ図番は全体に亘って類似の部材を参照す
る。図１は、本発明の１つの特徴による光学フィルタアセンブリ30を示す。アセ
ンブリ30は複数の波長成分から一般になる入力光線32を受光し、各々の成分は一
般に直交した偏光軸を有する第１及び第２線形偏光サブ成分を含む。波長成分の
複数は、複数の不要な波長成分とともに複数の所望の波長成分を含む。更に詳細
に以下に記載されるように、アセンブリ30は、不要な波長成分を減じて、高いス
ループット効率で所望の波長成分を通過し、複数の所望の波長成分を含み、複数
の不要な波長成分を含まない出力ビーム34を提供する。
【００１４】 図１に示すように、アセンブリ30は、入力光線32を複数の空間的に分離された
光路40に沿って伝播する複数のモノクロ偏光ビームレット38に分割する入力領域
36を含む。ビームレット38は、波長及び偏光に依存して互いに空間的に分離され
、ビームレット38は、入力光線32の所望の波長成分の第１及び第２偏光サブ成分
に対応する複数の所望の実質的にモノクロのビームレット42及び入力光線32の不
要な波長成分の第１及び第２偏光サブ成分に対応する複数の不要な実質的にモノ
クロのビームレット44を含む。更に詳細に後述するように、ビームレット38の各
々は、入力光線32の所望の波長成分を高いスループットでアセンブリ30を効率的
に通過できるようにする線形偏光状態に調整される。
【００１５】 図１に示すように、ビームレット38がフィルタ領域に入るように、アセンブリ
はビームパス40に配置されたフィルタ領域46を更に含む。更に詳細に以下に記載
されるように、フィルタ領域46は不要なビームレット44の光路40を遮断すること
によって選択的に入力光線32の不要な波長成分を減じる。さらに、フィルタ領域
46は所望のビームレット42がフィルタ領域46を通過するようにすることで、選択
的に入力光線の所望の波長成分を通過する。
【００１６】 図１に示すように、所望のビームレット42が出力領域48に入射するように、ア
センブリ30は、フィルタ領域46を出射する所望のビームレット42の光路に配置さ
れる出力領域48を更に含む。更に詳細に以下に記載される如く、出力領域48は不
要な波長成分を除いた実質的に入力光線32と同様である出力ビーム34を形成する
ために、高いスループット効率を有する所望のビームレット42を再び結合する。 更に詳細に図１の光学フィルタアセンブリ30について示すために、図２及び３
が参照される。一般に、ｚ軸に沿って進行するように入力光線32、出力ビーム34
及び複数の中間ビームレット38が示される。さらに、図２は、ビーム偏光に対す
るアセンブリ30の応答を示すためにｚ軸に垂直なｙ軸に沿ったビームレット38の
偏向を示す。図３は、光線波長に対するアセンブリ30の応答を示すためにｙ軸及
びｚ軸の双方に対して垂直であるｘ軸に沿ったビームレット38の偏向を示す。
【００１７】 しかしながら、光フィルタリングシステム30は、多くの形態のいずれであって
もアレンジされ得ることが当業者であれば認識されるであろう。例えば、入力光
線32、出力光線34及び中間ビームレット38が同じ方向に伝播しないように光フィ
ルタリングシステムは非線形の方法で構成されてもよい。さらに、アセンブリ30
は、図２及び３に模式的に示された光送信成分の代わりに光反射成分からなり得
る。さらに、ｘ、ｙ及びｚ軸は相互に直角とならないようにシステム30が構成さ
れていてもよい。
【００１８】 図２及び３に示すように、光学フィルタアセンブリ30の入力領域36は、非偏光
化光を高効率で直線偏光に変換する偏光コンバータ49を含む。図４に関連して、
以下に更に詳細に記載されるように、偏光コンバータ49は、好ましくは、入力光
線32を偏光と垂直な軸を有する第１及び第２線形偏光出力光線52及び54に分割す
る偏光ビームスプリッタ50を含む。ｚ軸に沿って進行する入力光線32は、ビーム
スプリッタ50の入力面56に入射して、第１及び第２偏光光線52及び54に分割され
て、この光線52及び54がｙ軸に沿って互いにオフセットされるようにｚ軸に沿っ
て好ましくは実質的に平行にビームスプリッタ50の出力面58を出射する。第１偏
光光線52は、偏光の第１軸を伴って発生し、第２偏光光線54は、偏光の第１軸に
対して垂直な偏光の第２軸を伴って発生する。好適な実施例において、第１偏光
光線52はｐ偏光であって、偏光の第１軸は偏光ビームスプリッタ50の出力面58に
対して平行である。さらに、第２偏光光線54は、まず最初にｓ偏光であって、故
に、偏光の第２軸は、偏光ビームスプリッタ50の出力面58に対して垂直である。
【００１９】 図２に示すように、アセンブリ30の入力領域36の偏光コンバータ49は、偏光ビ
ームスプリッタ50を出射した第２偏光光線54の光路に配置された第１半波長板60
を更に含む。プレート60は、光線54を受光して、光線54の偏光軸を回転させ、光
線54が第１偏光化光線52に整列配置された偏光軸を伴って出口プレート60を出射
する。従って、好適な実施例において、第１及び第２偏光化光線52及び54は、大
なるスループット効率を有するアセンブリ30の分散装置62によって分散され得る
ｐ偏光である。
【００２０】 図２及び３に示すように、アセンブリ30の入力領域36は、波長に依存する偏光
ビームスプリッタ50を出射する光線52及び54を分散させるための分散装置62を更
に含む。分散装置62は、光線52及び54を、それぞれ第１及び第２の複数の分散ビ
ームレット64及び66からなる複数のモノクロビームレット38の複数に変換する。
第１偏光化光線52の出ているビームスプリッタ50が分散装置62の入力面68に入っ
て、分散ビームレット64の第１複数を提供するためにx-z平面に対する平行であ
る平面に沿って、その中で分散するために、分散装置62は光線52、54の光路に配
置されている。同様に、50を出射する第２偏光化光線54は、分散装置62の入力面
68に入射し、ｘ-ｚ平面と平行な異なる平面に沿ってその中を分散させられて、
図２に示すように、ｙ軸に沿って第１分散ビームレット64からオフセットされた
第２の複数の分散ビームレット66を提供する。さらに、ビームレット38の横断面
が実質的に均一な形状を維持するように、分散装置62を出射するビームレット38
が各々実質的にコリメートされる。
【００２１】 好適な実施例において、図５に関連して以下に更に詳細に記載されるように、
分散装置62は好ましくは平面回折グレーティングを含む。好適な実施例において
、第１及び第２偏光光線の偏光軸は、グレーティング平面に対して平行となるよ
うにグレーティングは好ましくは整列配置される。その結果、グレーティングの
スループット効率を高めることを実現させ得るグレーティングの偏光依存損失が
減少する。
【００２２】 図２及び３に示すように、光分散アセンブリ30の入力領域36は、ｘ-ｙ平面と
平行な共通焦点平面72上へ、分散装置62を出たビームレット38の複数を焦点あわ
せするフォーカシング素子70を更に含む。ビームレット38はｘ-ｚ平面に対して
平行な平面に沿って分岐してフォーカシング素子70の入力面74に入るように、フ
ォーカシング素子70は複数のビームレット38の光路40に配置されている。フォー
カシング素子70はビームレット38を切り換えて、その進行方向が実質的にy-z平
面に対して平行な平面に整列配置される。さらに、フォーカシング素子70は、ｙ
軸に沿って部分的にビームレット38を反射し、正号波長を有する対応するビーム
レット対39は、フォーカシング素子70の焦点平面72の各々を横切る。さらに、図
２及び３に示すように、フォーカシング素子70は各々のビームレット38を焦点あ
わせして、各々のビームレット38はフォーカシング素子70の焦点平面72の断面幅
を減じる。
【００２３】 従って、光分散アセンブリ30の入力領域36は、入力光線32をフォーカシング素
子70の焦点平面72に焦点あわせされた複数の空間的に分離されたビームレット38
に変換し、図３に示すように、ｘ軸に沿って、実質的に狭く、細長い強度パター
ン76が提供される。分散素子62が波長に依存して、ｘ-ｚ平面内でビームレット3
8を空間的に分離するので、強度パターン76はスペクトル的に分割される。
【００２４】 図２及び３に示すように、光分散アセンブリ30のフィルタ領域46は、フォーカ
シング素子70の焦点平面72と重なるように配置される。好適な実施例において、
フィルタ領域46は、入力面82、出力面84及び複数の光伝送領域86を有する不透明
なスクリーン80からなる空間強度変調器からなり、アパーチャ86はｘ軸に沿って
空間的に分配されるようにそれらの間に延在する。スクリーン80は、実質的にフ
ォーカシング素子70の焦点平面72に置かれ、そのアパーチャ86は、スペクトル的
に分離されたビームレット38によって生じる強度パターン76に整列配置される。
さらに、所望の波長を有するビームレット42に対応する強度パターン76の部分が
アパーチャ86とオーバーラップするように、且つ、不要な波長を有するビームレ
ット44に対応する強度パターン76の部分がスクリーン80の入力面82の不透明な領
域に当たるようにアパーチャ86は配置される。
【００２５】 図２及び３で示すように、不要な波長を有するビームレット44は、スクリーン
80によって遮断され、所望の波長を有するビームレット42は、スクリーン80の出
力面84で送信される。図３に示すように、ｙ-ｚ平面と平行な平面に沿って、ス
クリーン80を出射したビームレット42が伝播する。図２に示すように、第１偏光
ビーム52を起源とするビームレット42は、以下にビームレット42aとして参照さ
れるように、ｙ軸の負の方向に沿って部分的に導かれる。同様に、第２偏光光線
54を起源とするビームレット42（以下では、ビームレット42bと称する）は、部
分的にｙ軸の正の方向に導かれ、ビームレット42bがビームレット42aから離れて
分岐する。さらに、ビームレット42は、各々分岐している分布を有し、スクリー
ン80から離れるに従って、それらの断面積は増加する。
【００２６】 図２及び３に示すように、光学フィルタアセンブリ30の出力領域48は、入力面
92及び出力面94を有するコリメート素子90を含む。コリメート素子90は、スクリ
ーン80を出射した分岐ビームレット42の光路に配置されており、分岐ビームレッ
ト42は、ｙ-ｚ平面と平行な平面に実質的に整列配置された進行方向でコリメー
ト素子90の入力面92に入射する。コリメート素子90は、その後、ビームレット42
をリダイレクトして、ビームレット42は、ｘ-ｚ平面と平行な平面に実質的に整
列配置された進行方向でコリメート素子90の出力面94を出射する。これらの平行
面内で、ビームレット42a及び42bの収斂がx-y平面に平行な交差平面99で起こる
ように、ビームレット42aは互いの方向へ収斂し、ビームレット42bも互いの方向
へ収斂する。各々のビームレット42はコリメート化分布を有するコリメート素子
90の出力面94を出るようにコリメート素子90が更にビームレット42を変更する。
【００２７】 図２及び３に示すように、光学フィルタアセンブリ30の出力領域48は、入力面
102及び出力面104を有する第１光線結合素子100を更に含む。素子100は交差ビー
ムレット42の光路にあるので、素子100は交差平面99に配置されている。ビーム
レット42は、素子100の入力面102に入射して、更に詳細に以下に記載される方法
でその中で再び結合する。ビームレット42の再結合は、第１及び第２の複数のビ
ームレット42a及び42bを起源とする各々第１及び第２の複数の再結合光線106及
び108を生じる。第１再結合光線106はｙ軸に沿って第２再結合光線108からオフ
セットされているので、再結合光線は素子100の出力面104を出て、ｚ軸に沿って
実質的に平行方向に伝播する。好適な実施例において、再結合光線106及び108は
、ｐ偏光光線52及び54から生じる故に、再結合光線106及び108は、両方とも初め
はｐ偏光である。
【００２８】 好適な実施例において、図２及び３に示すように、出力領域は、偏光光線106
、108を１つの非偏光化出力光線34に変換するための偏光除去コンバータ110を更
に含む。偏光除去コンバータ110は、第１再結合光線106の光路に配置された第２
半波長板112を含む。実質的に第１プレート60と同一である第２プレート112は、
90度だけ第１再結合光線106の回旋軸を回転させる。その結果、好適な実施例に
おいて、第１再結合光線106は、ｓ偏光を有してプレート112を出る。
【００２９】 図２及び３に示すように、光学フィルタリングアセンブリ30の出力領域48の偏
光除去コンバータ110は、非偏光化光を生成するためにｐ偏光をｓ偏光と結合す
る第２光線結合素子114を更に含む。入力面116及び出力面118を有する素子114が
再結合光線106、108の光路に配置されて、故に、これらは第２光線結合素子114
の入力面116に入射する。素子114に入射すると、すぐに、更に詳細に以下に記載
さる方法で、光線106及び108は再び結合されて、素子114の出力表面118を出る出
力ビーム34を与える。
【００３０】 光フィルタリング素子30の偏光ビームスプリッタ50の１つの実施例について例
示する図４によって更に詳細にされるだろう。 図４に示すように、ビームスプリッタ50は、入力面部分140を有する入力面56
と、少なくとも２つの出力表面部分142と144からなる出力表面58とを有する。こ
れらの面は、構造上において強い剛性を有する厚さＴの透明材料のシート146に
よって形成される。シート146は、各平面に実質的に平行に配置された第１平面1
48及び第２平面150を含む。
【００３１】 入力光線32は、ビームスプリッタ50の入力面部分140に入射し、第１反射領域1
52で反射されて第１反射光線160を与える。入力光線32は、シート146の第１表面
148と垂直な直線に対して第１入射角θ1を画定する。さらに、第１反射光線160
は、以下の式に従う第２表面150に垂直な垂線と第１反射角θ2を画定する。
【数１】 ここで、ｎoutはビームスプリッタ50に隣接した外部媒体138の屈折率、ｎinはシ
ート146の屈折率である。
【００３２】 １つの実施例において、入力面140は、第１面148の第１屈折領域152に沿って
配置される第１の相対的に薄い非反射コーティング162を含む。第１非反射コー
ティング162の目的は、第１屈折領域152による入力光線32の透過を強化すること
である。 第１反射光線160は、シート146を通って、第２面150の偏光領域156に入射し、
シート146の第２表面150に対して垂直な直線に関して第２入射角度θ3を画定す
る。シート146の第１表面148及び第２表面150が実質的に互いに平行であるので
、第２入射角度θ3は実質的に第１屈折角θ2に等しい。
【００３３】 出力面部分142は、第２表面150の偏光領域156に沿って配置された偏光コーテ
ィング164を含む。偏光コーティング164は、第２入射角度θ3を有するコーティ
ング164に入射する第１偏光を有する線形偏光化光線を送信する。さらに、偏光
コーティング164は、第２偏光を有する同様に導かれた第２線形偏光化光線を反
射する。実施例において、偏光コーティング164はｐ偏光を送信して、ｓ偏光を
反射するのに適している。
【００３４】 従って、第１反射光線160の第１偏光成分は、第１偏光を有する第１偏光光線5
2を提供するために第１出力面部分142を通ってビームスプリッタ50を出射する。
特に、光線52は、以下の式に従う壁146の第２表面150に垂直な直線に対して第１
出射角度φ1を画定するように、第１出力面部142を出射する。
【数２】 さらに、式(1)及び(2)によると、角度θ2とθ3が実質的に等しいとき、第１出射
角度θ1は、実質的に第１入射角度θ1に等しい。
【００３５】 図４に示すように、シート146の第２面150の法線に関して第１の反射角θ4を
定義する第２の偏光を有する第１反射光線166を提供するように、第１反射光線1
60の第２偏光成分は、偏光コーティング164の外へ反射する。さらに、反射の法
則によれば、第１の反射角θ4は、第２の入射角度θ3に等しい。 図４に示すように、第１反射光線166は、シート146の第１表面148に沿って配
置された反射領域154上に配された反射皮膜170によってシート146を伝播する。
第１反射光線166は、壁146の第１表面148と直角な直線に対して第３の入射角度
θ5を定義する。壁の第１表面148及び第２表面150は、実質的に互いに平行であ
る故に、第３入射角度θ5は実質的に第１反射角θ4に等しい。
【００３６】 シート146の第１面148の法線に関して第２の反射角θ6を定義する第２偏光を
有する第２反射光線168を提供するように、第２の偏光を有する第１反射光線166
が第１表面148の反射領域154で反射する。反射の法則によれば、第２反射角θ6
は、第3の入射角度θ5に等しい。第２反射光線168は、シート146の第２表面150
の第２反射領域158上に入射して第２出力面部分144にシート146中を伝播する。
光線168は、シート146の第２表面150に関して、第４入射角度θ7を定義する。第
１表面148及び第２表面150は、実質的に互いに平行であって、第４入射角度θ7
は実質的に第２反射角θ6に等しい。従って、第４入射角度θ7は、実質的に第１
反射角度θ2に等しい。
【００３７】 第２反射光線168は、第２出力表面部分144に隣接した第２表面150の第２反射
領域158で反射して、第２偏光を有する第２偏光光線54を提供する。光線54は、
第２表面150の法線に関して第２の出射角度φ2を定義するように第２出力面部分
144を出射する。特に、光線54は、以下の式に従って反射する。
【数３】 式(1)及び(3)によれば、角度θ2とθ6が実質的に等しいとき、第２出射角度φ2
は、実質的に第１入射角度θ1に等しい。したがって、光線52、54は実質的に互
いに平行である。
【００３８】 １つの実施例において、偏光コーティング164は、コーティング164の平面に対
して平行な偏光軸を有するｐ偏光を送信するのに適している。さらに、コーティ
ング164は、コーティング164の平面に対して垂直な偏光軸を有するｓ偏光を反射
するのに適している。本実施例において、第１偏光光線52はｐ偏光化され、第２
偏光光線54はｓ偏光化される。 １つの実施例において、公知の反射コーティング170は、比較的高い反射率を
与えるために、シート146の第１表面148の反射領域154に沿って配置される。従
って、第１被反射光線166の大部分のエネルギーは、第２被反射光線168に反射さ
れる。さらに、実施例において、第２非反射コーティング172は、第２表面150の
第２反射領域158に沿って配置される。非反射コーティング172の目的は、反射を
抑制して、第２反射領域158で屈折を強化することである。
【００３９】 １つの実施例において、シート146は実質的に剛性ガラス、例えば1.5にほぼ等
しい屈折率を有する からなる。特に、第１表面148及び第２表面150は0.
5秒以内の平行度であるようにシート146は形成される。その結果として、光線52
及び54は、互いに0.75秒以内の平行度である。さらに、シート146が実質的に剛
体であるので、光線52及び54の高度な平行度は、実質的に外部の変動に影響を受
けない。
【００４０】 このように、公知技術の偏光ビームスプリッタ素子と比較して偏光ビームスプ
リッタ50は、多くの効果を提供することはいうまでもない。出力光線52及び54の
平行度は主にシート146の第１表面148及び第２表面150の平行によって決定され
、従来技術による素子の平行度は別個に固定したコンポネントのアライメント合
わせによって決定されるので、ビームスプリッタ50は、出力光線52及び54に実質
的に従来技術による素子の平行度よりも大なる平行度を与えることが出来るので
ある。さらに、ビームスプリッタ50は複雑なアライメント調整手順を必要とする
ことなしにこの種の平行を実現させることが可能である。さらに、ビームスプリ
ッタ50の幾何学は、外部の影響を実質的に受けないので、ビームスプリッタ50は
、出力光線52及び54に常に実質的に平行を与えることが出来るであろう。加えて
、ビームスプリッタ50は、双方向性であって、１つの入力光線から複数の出力光
線を形成するために使用され得て、更に、複数の入力光線を１つの出力光線に結
合するためにも用いることができる。
【００４１】 更に詳細に光学フィルタアセンブリ30の光分散素子62の１つの実施例に関して
、図５が参照される。素子62は、分散固定素子234に取り付けられたグレーティ
ング232を含む。実施例において、取付素子234は、プリズム234である。素子62
は、入力面68での多色入力光線52及び54を受光して、波長依存出射角度φrを有
する素子62の出力面69を出射する対応する複数のビームレット38を提供するのに
適している。さらに、グレーティング232は、光分散素子62に第１の分散特性を
供給するのに適しており、プリズム234は、光分散素子62に第２の分散特性を供
給するのに適している。グレーティング232及びプリズム234は、光分散素子62に
改善された熱的安定性を有する混合分散特性を提供するように結合する。
【００４２】 実施例において、図５に示すように、光分散素子62のグレーティング232は、
第１の広い表面238を有する略平面基板230及びグレーティング縞面242を有する
グレーティング層240を含む。グレーティング縞面242は、基板230の表面238に延
在する。グレーティング縞面242は、拡大されて図５に示されるように、複数の
狭い溝244を含む。基板230の平面に沿って計測して、溝244は相対的に小さいグ
ルーブ間隔Sだけ離間される。グレーティング232が反射素子として機能するため
に、グレーティング縞面242は実質的に反射性を有するように形成されている。
【００４３】 １つの実施例において、グレーティング232は従来のレプリカ技術を使用して
形成される。すなわち、マスターグレーティングから得られるモールドは、複数
の平行溝244を有するグレーティング縞面242で、転写グレーティング232を焼き
付けるために使用される。光の分散を生じないゼロ次オーダーのグレーティング
232と関連する最も強い干渉最大値を有することを避けるために、グレーティン
グ232は、１次（m=−１）まで好ましくはブレーズされる。従って、各溝の表面2
44は、基板236の平面に関して角度を有する。しかしながら、グレーティングの
他タイプが他の実施例において使用され得ることはいうまでもない。たとえば、
非ブレーズ型グレーティング、ホログラフィックグレーティング及び透過グレー
ティングが使用されても良い。
【００４４】 好適な実施例において、回折グレーティング232は光分散素子162に第１分散特
性を与えるようにある意味で従来の回折グレーティングのそれと整合した光を回
折するのに適している。各々の出力光線が以下で議論される式(6)に従う回折角
θmを具備しているので、回折グレーティング232は、自由空間波長λf、すなわ
ち減圧下で計測された光線の波長、及び、回折グレーティングの平面に関する入
射角度θiを有する入力光線をリダイレクトするのに適している。グレーティン
グは好ましくは一次までブレーズされるので、回折効率として知られる入射光エ
ネルギーに対する回折光エネルギーの比は、m=−１の回折オーダーに対して強め
られる。
【００４５】 図５に示すように、光分散素子62のプリズム234は、複数の一般的に平らな屈
折表面250を含む。反射表面250は、入力面68、出力面69及び取付表面256からな
り、入射角αは入力表面68及び取付表面256によって定義され、出射角γは出力
面69及び取付表面256によって定義される。プリズム234の入力面68は、光線52及
び54が光分散装置に入射できるように光分散素子62のための入力ポート260とし
て与えられる。プリズム234の出力面69は、光分散素子62のための出力ポート264
として機能し、複数のビームレット38がそこから波長に依存した方向に出射する
ことを可能にする。プリズム234は、通過する光の波長に依存する屈折率ｎpを与
える透明材料で形成される。
【００４６】 図５に示すように、好適な実施例において、グレーティング232は、直接、プ
リズム234の取付表面256に取り付けられて光分散素子62に回折面258を与える。
グレーティング232は、プリズム234の取付表面256に隣接して配置され、グレー
ティング232の基板236の平面は、実質的にプリズム234の取付表面256の平面に対
して平行である。グレーティング縞面242が回折面258であるために、グレーティ
ング232のグレーティング縞面242は取付表面256に隣接して配置される。エポキ
シの268がグレーティング232のグレーティング縞面242及びプリズム234の取付表
面256と境を接するようにして、厚さＴを有する透明エポキシ268の比較的薄い層
がフラッシュ法でグレーティング232及びプリズム234の間に配置される。好まし
くは、エポキシ268は、光が取付表面256で反射することを防止するように、実質
的にプリズム234の屈折率に等しい屈折率に形成されている。
【００４７】 図５に示すように光分散素子62の好適な実施例はプリズム234に取り付けられ
た個々に形成されたグレーティング232を使用しているが、他の実施例において
は、もう一方の回折面が与えられ得る。例えば、実施例において、プリズム234
の表面256は、図５のグレーティング232のグレーティング縞を記した表面242と
同じ方法でグレーティング縞を記してもよい。 光分散素子62の結合された分散特性を示す図６を参照する。この簡略化された
例において、自由空間波長λfを有するモノクロ入力光線270は、光分散素子62の
入力面68の方向に導かれる。そして入力光線270は素子62によって方向を切り換
えられて、同じ自由空間波長λfを有する出力光線272が素子62の出力面69を出射
する。これにより、出力面69の法線に関して出口角φrを定義する。
【００４８】 図６に示すように、入力光線270は、プリズム234の入力面68の方向に屈折率ｎ i を有する入射媒体274（例えば空気）を介して導かれ、入力面68の法線に関して
第１の入射角度βiを定義する。入力面68に達すると、入力光線270は屈折し、す
なわち、以下の式に従う第１の反射光線276を与える。
【数４】 ここで、βrは入力面63の法線に対する屈折角である。
【００４９】 図６に示すように、反射光276は取付表面256に沿って配置されたグレーティン
グ232の方向へプリズム234を介して導かれる。光線276は、取付表面256の平面の
法線に関して第２の入射角度θ1を定義するように、取付表面256に接近する。角
度θiは、以下の幾何学的式に従って、βr及びプリズムの入射角αに関連する。
【数５】
【００５０】 図６に示すように、取付表面256を介してプリズム234に再入射する回折光278
に回折グレーティング232は光線276を回折する。回折光278は、周知の回折グレ
ーティングの式に従って取付表面256の法線に対して回折角θmを定義し、この場
合（回折次数m=−１）の場合、以下の如く表される。
【数６】
【００５１】 図６に示すように、回折光278はプリズム234の出力面69を出射する前にプリズ
ム234を通って進行し、故に、出力面69の垂線に対して第３の入射角度φiを定義
する。角度φiは、以下の幾何学的式に従うθm及びプリズムの出射角γに関連す
る。
【数７】 回折光278は出力面69で屈折して、以下の式に従う出力光線272を与える。
【数８】 ここで、ｎrは、出力表面254及び外部プリズム234に隣接する媒体の屈折率であ
る。好適な実施例において、出力面69に隣接する媒体は、空気である。
【００５２】 式(4)〜(8)によれば、出口角度φrが第１入射角度βi、プリズムの屈折率ｎp
、プリズムの入力角α、グレーティングのグルーブ間隔ｓ、プリズムの出口角γ
及び出力光線の自由空間波長λfに依存することが明らかである。これは、図5の
光線52、54が固有の出口角度φrを各々有している対応する複数のモノクロビー
ムレット38へ分散する理由を説明する。しかしながら、ｎp及びｓはしばしば温
度の変化に対して変化する故、詳細に後述するように、光分散素子62の熱補償設
計機能がないとすれば、出口角度φrが実質的に異なり得る。
【００５３】 温度の変化に対して光分散素子62の出口角度φrの変動を減らすための１つの
実施例として、ｎpの熱誘起変化の効果がｓの熱誘起変化の効果によって減少す
るように光分散素子62が構成される。更に詳細には、式(4)〜(8)によれば、温度
の変化に対するプリズム234の屈折率の変化率（dn/dT）、及び、温度の変化に関
するグレーティング232のグルーブ間隔の変化率（ds/dT）は、温度の変化に関し
て出口角度φrの相対的に少ない変化率（dφr/dT）を提供するように光分散素子
62の材料が選択される。
【００５４】 例えば、１つの実施例において、グレーティング232は、グレーティング層240
上の温度依存応力を与えることによってds/dTの所望の値を有するように構成さ
れる。この種の応力は、光分散素子62の熱膨張の結果であってもよい。より詳細
には、グレーティング層240のds/dTは、適当な熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するグ
レーティング層240の材料を選択することで選択され得る。項ds/dTは、グレーテ
ィング層240に働く熱応力によって更に定義される。例えば、基板236はグレーテ
ィング層240に直接接着されているので、基板236は、基板236のＣＴＥによるグ
レーティング層240上の熱応力を加えられるように構成され得る。グレーティン
グ層240はエポキシ268で直接、接着されている故に、エポキシ268はエポキシの
ＣＴＥに依存するグレーティング層上の熱応力を加えられ得る。加えて、プリズ
ム234はエポキシ268で接着されているので、プリズム234はエポキシ268を介して
グレーティング層240上で間接的に熱応力を加えられ得て、グレーティング層240
に作用する熱応力は、エポキシ268の弾性率、エポキシ268の厚さ及びプリズム23
8のＣＴＥに依存する。
【００５５】 １つの実施例において、グレーティング232のグルーブ間隔ｓは、温度の変化
に対して相対的に一定の値で維持される。これは、相対的に小さいＣＴＥを有す
る基板236の材料を選ぶことによって達成される。１つの実施例において、エポ
キシ268は充分な厚さを有する高弾性材料で形成され、グレーティング232は、実
質的にプリズム234の熱膨張から分離される。プリズム234の材料は、相対的に小
さいＣＴＥを有するように選択されてもよい。
【００５６】 １つの実施例において、グレーティング232のds/dTが実質的にゼロであって、
プリズムのdn/dTが実質的にゼロでないように光分散素子62は形成される。熱補
償を提供するために、φr上で実質的に非ゼロのdn/dTの効果が式(4)〜(8)に従っ
て実質的に無効にされるように、光分散素子62についてα、γ及びｎpの適当な
値が形成されている。例えば、プリズムの屈折率ｎpが増加すると、屈折角βrは
式(4)に従って減少し、入射角度θiは式(5)に従って減少する。同様に、回折角
θmは式(6)に従って増加し、入射角度φiは式(7)に従って減少する。φrが式(8)
に従って実質的に維持されるようにｎpにsin(φi）を掛けた積は相対的に変化し
ないようにφiの減少が選択される。
【００５７】 すなわち、dφr/dtが減少するような光分散素子62の設計において、実質的な
ラチチュードを有することは当業者であれば周知である。１つの実施例において
、非ゼロのds/dtの効果が非ゼロのdn/dtの効果を相殺するように光分散装置の材
料及び形状が選択される。他の実施例では、φrは変化したｎpによって相対的に
不変であるように光分散装置が実質的にゼロのds/dt及び実質的に非ゼロのdn/dt
に適応する。
【００５８】 このように、光分散素子62は、公知の分散装置よりも好適に光を分散すること
が可能であることはいうまでもない。グレーティング232の熱依存グルーブ間隔
の効果を有するプリズム234の熱依存屈折率効果に対抗することによって、光分
散素子62の出口角度φrが温度の変化によって影響されない。さらに、実施例に
おいて、グレーティング232のグルーブ間隔ｓが温度の変化に相対的に反応せず
、グレーティング232の屈折率ｎpが温度の変化によって実質的に影響を受けるよ
うに光分散素子62は構成される。しかしながら、この実施例において、プリズム
234の構成及び形状は、ビームレット38の出口角φrが実質的に光分散素子62の温
度から独立するように選択されている。
【００５９】 ここで、光学フィルタアセンブリ30の分散素子62の他の実施例に関して示した
図７を参照する。本実施例において、光分散素子は、分散素子62の回折グレーテ
ィング332に入射及び出射する入射光及び出射光の間の角度分離を減じることで
改良されたスループット効率を提供するように構成されている。 図７に示すように、素子62は図５の素子62と同様である。特に、素子62は入力
面68、出力面69及び取付表面356を有するプリズム334を含む。素子62は、図５と
同様な回折グレーティング332から更になり、回折面336を提供する。特に、出力
面69を出射するビームレット38を提供するために、プリズム334の入力面68に入
射する光線52、54が回折グレーティング332によって連続的に回折されるように
グレーティング332がプリズム334の取付表面356に取り付けられる。さらに、素
子62は、温度の変化に対して実質的に均一な分散特性を提供するように図５の素
子62と関連して、上記した熱補償特徴を有して構成される。しかしながら、後述
されるように、グレーティング332の改良された回折効率が実現するように、図
６の素子62はプリズム334の範囲内で入力ビームパス346及び出力ビームパス348
を定義する。
【００６０】 図７に示すように、プリズム334の入力面68に入射した光線52、54が入力ビー
ムパス346に沿って入力面68から取付表面356までプリズム334内で進行するよう
にプリズム334は構成される。特に、各々の入力ビームパス346は、プリズム334
の中にある反射位置311の方向へ伸張する第１の長さ310からなる。各々の入力ビ
ームパス364は、光線52、54が回折面336の法線に関して入射角度θiを定義する
ように、回折面336の方向へ反射位置311から伸張する第２の長さ312を更に含む
。
【００６１】 １つの実施例において、反射位置311での光線52、54の反射は、全反射（ＴＩ
Ｒ）を結果として生じる。特に、各々の入力ビームパス346の第１の長さ310は、
プリズム334の第１の外表面318の方向へ伸張して、第１表面318の法線に関して
入射角度κiを定義する。入射角度κiは、以下の式によって定義される第１表面
318での臨界角よりも大であるようにプリズム334は構成されている。
【数９】 ここで、ｎoutは第１表面318に隣接したプリズム334の外側の媒体の屈折率であ
って、ｎpはプリズム334の屈折率である。
【００６２】 図７に示すように、各々の入力ビームパス346の第１の長さ310は、入力面68か
ら出力面69まで伸張する。出力面69に達すると、即座に光線52、54は、取付表面
356の方向へ出力面69から伸張する入力ビームパス346の第２の長さ312に沿って
再送出されてそこでＴＩＲを生じる。 回折面336で生じるビームレット38が出力ビームパス348に沿って回折面336か
ら出力面69までプリズム334の中を伝搬するようにプリズム334は構成される。各
々の出力ビームパス348は、式(6)に従って回折面336に関して、回折角θmによっ
て定義される方向に沿って、取付表面356から出力面69まで伸張する第１の長さ3
14からなる。各々の出力ビームパス348の第１の長さ314は、出力面69に関して更
に入射角度φiを定義する。ＴＩＲが生じないためには出力面69での各々の出力
ビームパス348によって画定される入射角度φiは臨界角未満である。実施例にお
いて、光線52、54のＴＩＲを破壊することなく出力面69を通ってビームレット38
の透過を強化するように非反射コーティングがプリズム332の出力面69に沿って
堆積される。
【００６３】 各々の入力ビームパス346の第２の長さ312及び各々の出力ビームパス348の第
１の長さ314が相対的に小さい角度Ωを確定するように素子62は構成される。１
つの実施例において、Ωは５度未満である。角度Ωは、従来の素子によって典型
的に与えられる角度よりも小さいので、回折グレーティング332は改良された回
折効率を実現させることが可能である。さらに、それぞれ光線52、54及びビーム
レット38は、空間的に分離された入射面68及び出射面69を通って素子に入射及び
出射するので、光線52、54及びビームレット33は、近接して位置する素子によっ
て影響を受けないであろう。
【００６４】 １つの実施例において、例えば、半波長板60は、図７で示す光線54の光路に位
置するように素子62の入力面68に隣接して位置する。しかしながら、ビームレッ
ト38が出力面69を出射して、実質的に入力面68から分離された領域に沿ってそこ
から伝播することから、ビームレット38はプレート60に入射しない。従って、少
なくとも１つのビームレット38は、プレート60によって影響を受けない。 １つの実施例において、楕円断面形状を有する少なくとも１つの光線52、54及
びビームレット38がプリズム334の出力面69で、互いに部分的にオーバーラップ
するように素子62は構成される。入力光線52、54が拡張された幅を有するので、
それは幅Ｗ1を有する第1の入射領域320に沿って出力面69に当たる。同様に、出
力ビームレット38が拡張された幅を有するので、それは幅Ｗ2を有する第２の入
射領域322に沿って出力面69に当たる。入力光線52、54及び出力ビームレット38
の間の角度Ωが相対的に小さい故に、第２の入射領域322は図４で示すように第
１入射領域320を部分的にオーバーラップさせるのである。
【００６５】 このように、図７の光分散素子62はスループット効率を増大させる効果を提供
することはいうまでもない。この効果は、グレーティング332の回折効率を向上
させる回折面336での相対的に小さい角度Ωを画定する入力ビームパス346及び出
力ビームパス348を提供することによって実現される。例えば、角度Ωが15度か
ら５度まで減少するとすれば、回折グレーティング332の回折効率は10%も増加す
ることができると決定された。さらに、この効果は、入力光線52、54及び出力ビ
ームレット38がプリズム334の外側で互いに近接して通過することを必要とせず
に実現する。従って、プレート60がビームレット38に影響を与えることなく光線
54に影響を与えるように素子62は半波長板60とともに使用され得る。
【００６６】 更に詳細に図１の光学フィルタアセンブリ30の好適な実施例に関して図示する
図８を引用する。入力領域36が実質的に出力領域48と同一であるように、アセン
ブリ30は対称的に構成される。アセンブリ30は、入力領域36の第１ビームスプリ
ッタ50及び出力領域48の一部分を形成する第２の実質的に類似するビームスプリ
ッタ51を含む。上記したように、入力領域36の偏光コンバータ49のビームスプリ
ッタ50は、入力面56の入力面部分140で入力光線32を受光し、実質的に平行方向
にビームスプリッタ50の出力面58の出力面部分142、144をそれぞれ出射するｐ偏
光化光線52及びｓ偏光化光線54に入力光線32を分割する。
【００６７】 さらに、本実施例において、出力領域48の偏光除去変換器110の光結合素子114
は、ビームスプリッタ51を含む。プレート112のｓ偏光化光線106はビームスプリ
ッタ51の第２の出力面部分144に入射して、第１光線結合素子100のｐ偏光化光線
108は、ビームスプリッタ51の第１出力面部分142に入射するようにビームスプリ
ッタ51は逆に配置される。ビームスプリッタ51が双方向性である故、また、光線
106、108が実質的に平行及びそれぞれｓ偏光化及びｐ偏光化される故に、ビーム
スプリッタ51は、実質的にコリメートされるようにビームスプリッタ51の入力面
部分140を出射する出力光線34を提供するように光線106、108を効率的に結合す
ることが可能である。
【００６８】 図８の実施例において、アセンブリ30は入力領域36の光分散素子62及び出力領
域48の一部分を形成する第２の実質的に同一の光分散素子61を更に含む。上記し
たように、入力領域36の光分散素子62は、素子62の入力面68でｐ偏光化光線52、
54を受光する。素子61は、素子62の出力面69を出射する空間的に分離されたビー
ムレット38を提供するようにｐ偏光化光線52及び54を分散させる。 本実施例において、出力領域48の第１光線結合素子100は、第２光分散素子61
を含む。素子61が素子62に関して対称的に配置されて、第１光線結合素子100の
入力面102が第２光分散素子61の出力面69となるように回転される。同様に、第
１光線結合素子100の出力面104は、素子61の入力面68である。反対に動作させる
と、素子61は、出力面69に入射する所望のビームレット42を再結合して、素子61
の入力面68を出射する結合された光線106、108を形成するためにビームレット42
を再結合する。
【００６９】 図８の実施例において、フォーカシング素子70は焦点距離を有するテレセント
リック集光レンズ71からなり、また、コリメート素子90はレンズ71と同じ集光レ
ンズ91を含む。レンズ71及び91は、実質的にレンズの焦点距離に等しい量だけそ
れぞれ光分散素子62及び61から変位されて配置される。レンズ71及び91は、実質
的にレンズ71、91の焦点距離に等しい量だけそれぞれフィルタ領域46のスクリー
ン80からも変位している。
【００７０】 その結果、分岐ビームパス96の幾何学的形状が図３で示す収斂ビームパス98の
幾何学的形状と実質的に一致するように、レンズ71に入射する所望のビームレッ
ト42及びレンズ91を出射する所望のビームレット42がそれぞれ分岐ビームパス96
及び収斂ビームパス98を画定する。分岐ビームパス96と幾何学的に同様な収斂ビ
ームパス98に沿ってビームレット42がコリメート素子70を出射する故に、ビーム
レット42は分散素子61の中で効率的に再結合して、実質的に平行方向に素子62b
を出射する再結合光線106、108を与える。
【００７１】 このように、光学フィルタアセンブリ30は、改良されたフィルタ特性を提供す
ることはいうまでもない。特に、アセンブリ30は、複数の不要なビームレットと
は空間的に分離された複数の所望のビームレットに入力光線を分割する故に、ア
センブリ30は不要なビームレットを物理的に遮断することによって入力光線の不
要な波長成分を実質的に減じることが可能である。さらに、所望のビームレット
は線形偏光状態に調整される故、これらは高い効率をもって分散素子62及び61に
よって回折される。このように、波長成分の波長が相対的に少ない量だけ異なる
場合であっても所望の波長成分が不要な波長成分から区別され得るので、アセン
ブリ30は高いスループット効率で入力光線の所望の波長成分を通過し、改良され
たスペクトル解像度を与えるのである。
【００７２】 更に、光学フィルタアセンブリ30が温度の変化に対して実質的に安定したフィ
ルタ特性を提供することが認められるだろう。特に、分散素子62が温度の変化に
対して実質的に安定な分散特性を有するので、素子62を出射したビームレット38
はこの種の温度変化によって影響を受けないであろう。アセンブリ30の熱的安定
性は、ビームスプリッタ50の使用によって更に強化され、この特性は実質的に温
度変化によって影響を受けないものである。
【００７３】 本発明の他の特徴による光フィルタリングシステム120の１つの実施例を示す
図９が引用される。システム120は、図８の光学フィルタアセンブリ30に実質的
に各々同様である第１及び第２光学フィルタアセンブリ30j及び30kを含む。アセ
ンブリ30j及び30kは、互いに隣接するように積み重ねられた形態で好ましくは配
置されている。アセンブリ30j及び30kは、所望の波長成分を有する第１入力光線
32j及び不要な波長成分を有する第２入力光線32kを受光するように適用される。
アセンブリ30j及び30kは、図２及び３の光学フィルタアセンブリ30の方法で光線
32j、32kをフィルタリングして、それぞれ所望の波長成分からなる第１出力光線
34j及び第２出力光線34kを与える。
【００７４】 図９に示すように、システム120は、共通の透明シート124から形成される第１
及び第２の偏光ビームスプリッタ素子50j及び50kからなる第１の偏光ビームスプ
リッタサブシステム122を含み、素子50j及び50kが互いに恒久的にアライメント
合わせされる。一方で、素子50j及び50kは、構造的且つ機能的に、図４の素子50
と同一である。 サブシステム122の第１入力面部分140jに入射する第１入力光線32jは、サブシ
ステム122によって分割されて、ｐ偏光を有する出力光線52jがサブシステム122
の第１の出力面部分142jを出射し、ｓ偏光を有する第２の出力光線54jがサブシ
ステム122の第２の出力面部分144jを出射する。第１及び第２光線52j、54jは、
第１入力光線32jの方向に実質的にアライメント合わせされた実質的に平行方向
に伝搬する。サブシステム122の第２の入力面部分142kに同時に入射する第２入
力光線32kはサブシステム122によって分割され、ｐ偏光を有する第３の出力光線
52kがサブシステム122の第３の出力面部分142kを出射し、ｓ偏光を有する第４の
出力光線54kがシステムの第４の出力面部分144kを出射する。第３及び第４出力
光線52k、54kは、実質的に第２入力光線32kの方向にアライメント合わせされて
実質的に平行方向に伝播する。
【００７５】 図９に示すように、システム120は、半波長板60j及び60kを含む。プレート60j
及び60kは、それぞれサブシステム122からｓ偏光化光線54j、54kをそれぞれ受光
して、ｐ偏光をそれらに供給するように配置されている。 図９に示すように、当該システムは、偏光ビームスプリッタサブシステム122
を出射するｐ偏光化光線52j、52k及びプレート60j、60kを出射するｐ偏光化光線
54j、54kを受光する光分散サブシステム126を更に含む。図10と関連して以下に
詳細に記載されるように、サブシステム126は、１個のプリズム434を共有する第
１及び第２光分散素子62j及び62kを含み、素子62j、62kは各々実質的に図８の光
分散素子62と同じである。第１素子62jは、第１入力光線32jから生じる光線52j
、54jを受光して、対応する複数の空間的に分離されたｐ偏光化モノクロビーム
レット38jを提供する。同様に、第２の素子62kは、第２入力光線32kから生じる
光線52k、54kを受光して、対応する複数の空間的に分離されたｐ偏光化モノクロ
ビームレット38kを提供する。
【００７６】 図10は、図９の光フィルタリングシステム120の光分散サブシステム126の１つ
の実施例を更に詳細に示す。サブシステム126は、図７の光分散素子62と各々、
実質的に同様である第１及び第２光分散素子62j及び62kを含む。１つの実施例に
おいて、サブシステム126は、入力面部分68j、68k、及び、出力面部分69k、69j
、及び、回折面部分442及び443を分割するように構成された１個のプリズム434
及び１個の回折グレーティング432を含む。光線52j、54jは、入力面部分68jによ
って受光されて、且つ、回折面部分442によって回折されて、出力面部分69jを出
射するビームレット38jを提供する。同様に、光線52k、54kは、出力面部分69kを
出射するビームレット38kを提供するように、入力面部分68kによって受光され、
回折面部分443によって回折される。
【００７７】 光分散サブシステム126が多くの効果を提供することはいうまでもない。特に
、サブシステム126は、改良された熱的安定度及び改良された回折効率を分散素
子62j及び62kにそれぞれ提供する。分散素子62j、62kは、同じプリズム234を共
有している故、それらはより信頼できる方法で互いにアライメント合わせされ得
る。さらに、サブシステム126の素子の全てが互いに厳密に取り付けられている
ので、サブシステム126は使用の間においてもアライメントの狂いが生じない。
加えて、サブシステム126が単一のグレーティング432を含む故に、サブシステム
126の分散素子62j、62kの間のアライメント合わせは更に単純化される。よって
、サブシステム126の製造コストを減じ得るのである。
【００７８】 戻って、図９を参照すると、システム120の光分散アセンブリ30j及び30kの各
々は、図８のレンズ71、91の対とともに同一であるレンズ71j、91j及び71k、91k
のそれぞれの対を含む。レンズ71jは、光分散素子62jから所望のビームレット42
jを有するビームレット38jを受光する。同様に、レンズ71kは、素子62kから所望
のビームレット42kを有するビームレット38kを受光する。レンズ71j、71kは、そ
れぞれ別個に共通の焦点平面にビームレット38j及び38kを焦点合わせする。さら
に、レンズ91j及び91kは、フィルタサブシステム127を出射した所望のビームレ
ット42j及び42kをそれぞれ別個にコリメート（平行化）する。
【００７９】 図９に示すように、システム120は、第１及び第２の複数の所望のビームレッ
ト42j、42kを選択的に通過させるとともに、第１及び第２の複数の不要なビーム
レット44j、44kを選択的に遮断するためのフィルタサブシステム127から更に成
る。当該サブシステムは、図３のスクリーン80の複数のアパーチャ86と各々、同
様な第１及び第２の複数のアパーチャ86j、86kを有する不透明なスクリーン125
を含む。スクリーン125は、アパーチャ125が第１の複数の所望のビームレット42
jと一致し、且つ、アパーチャ125が第２の複数の所望のビームレット42kと一致
するように、レンズ71j及び71kの焦点面に配置される。従って、レンズ91j及び9
1kの方向に向くようにして、不要なビームレット44j、44kがスクリーン125によ
って遮断され、且つ、所望のビームレット42j、42kがスクリーン125を出射でき
るのである。
【００８０】 図９に示すように、システム120はレンズ91j及び91kを出射するビームレット
、42j、42kを受光する第２の光分散サブシステム128を更に含む。サブシステム1
28は、サブシステム126と同一で、光分散素子61j及び61kを含む。サブシステム1
28は、サブシステム128の光分散素子61j及び61kがそれぞれビームレット42j及び
42kを受光して、効率的な方法でそれらを結合して、偏光化結合光線対106j、108
j及び106k、108kを形成するように、図８に関連して上記したのと逆の方法で配
置される。さらに、ｓ偏光を有する光線106j、106kを与えるように光線106j及び
106kは、それぞれ半波長板112j及び112kを通って導かれる。
【００８１】 図９に示すように、システム120は、第２光分散サブシステム128を出射するｐ
偏光化結合光線108j、108k及びプレート112j、112kをそれぞれ出射するｓ偏光化
光線106j、106kを受光する第２の偏光ビームスプリッタサブシステム129を更に
含む。サブシステム129は、サブシステム122と同一であって、第１及び第２偏光
ビームスプリッタ51j及び51kを含む。サブシステムは、サブシステム129の偏光
ビームスプリッタ51j、51kは、それぞれ結合された光線対106j、108j及び106k、
108kを受光して、出力光線34j、34kを形成するために効率的な方法でそれらを結
合するように図８と関連して上記したのと反対に配置される。
【００８２】 光フィルタリングシステム120の他の実施例に関して略示する図11及び12を参
照する。これらの実施例において、光フィルタリングシステム120は、それぞれ
のビームレット38j及び38kに入力光線32j及び32kを分割するために、第１偏光ビ
ームスプリッタサブシステム122、半波長板60j及び60k及び第１光分散サブシス
テム126を含む。図11及び12のシステム120は、フィルタサブシステム127、第２
光分散サブシステム128、半波長板112j、112k及び第２ビームスプリッタサブシ
ステム129から更になり、それぞれビームレット42j、42kを選択して、所望のビ
ームレット42j、42kを出力ビームレット34j、34kに結合する。しかしながら、個
々のレンズ対を使用する代わりに、図11及び12のシステム120がビームレット38j
及び38kを焦点合わせするための１個の集束レンズ71及びビームレット42j及び42
kを平行化（コリメート）するための１個のコリメートレンズ91のみを使用し得
るので、減じた空間にシステム12を納めることが出来る。
【００８３】 図11の実施例において、入力光線32j及び32kは、比較的大なる距離だけ互いに
変位される。この変位を補償するために、システム120は、実質的に隣接したビ
ームパスに沿って伝播するように光分散サブシステム126からビームレット38j及
び38kを受光し、ビームレット38j及び38kを出力するビームレット統合素子130を
含む。さらに、相対的に大なる空間分離を出力ビーム34j及び34kに与えるために
、システム120は間隔の近い複数の所望の第１及び第２のビームレット42j及び42
kを受光し、互いの間に相対的に大なる変位を有するビームレット42j及び42kを
出力するビームレット拡大素子131を更に含む。
【００８４】 図11に示すように、ビームレット統合素子130は、半波長板132及び偏光ビーム
スプリッタ133を含む。プレート132は、光分散サブシステム126を出射するｐ偏
光化ビームレット38jを受光するように配置される。ｓ偏光ビームレット38jがビ
ームスプリッタ133によって受光されるようにプレート132がｓ偏光を有するビー
ムレット38jを出力する。ビームスプリッタ133は、プレート132からｓ偏光化ビ
ームレット38jを、また、サブシステム126からｐ偏光ビームレット38kを受光す
るように配置される。ビームスプリッタ133は、図４のビームスプリッタ50と同
一であって、ｓ偏光ビームレット38j及びｐ偏光38kが出力面部分で受光されて、
実質的に平行方向に沿って入力面部から出力されるように逆方向に配向される。
【００８５】 図11に示すように、ビームレット拡大素子131は、実質的に隣接したビームパ
スに沿って進行する所望のｓ偏光ビームレット42j及びｐ偏光ビームレット42kを
受光するようにレンズ91及び光分散サブシステム128の間に配置される。素子131
は、素子130と同一であって、ビームスプリッタ134及び半波長板135を含む。ビ
ームスプリッタは、入力面でビームレット42j及び42kを受光して、置換された出
力面部からビームレット42j及び42kを出力して、ｐ偏光ビームレット42kからｓ
偏光ビームレット42jを置換する。ｓ偏光ビームレット42jは、ビームレット42j
にｐ偏光を供給するようにプレート134を通って導かれる。
【００８６】 図11に示すように、実施例において、システム120は、第１及び第２光補償器1
36及び137を更に含む。補償器136は、ビームレット38jを受光するためにサブシ
ステム126及びレンズ71の間に配置され、補償器137は、ビームレット42jを受光
するために、レンズ91及びサブシステム128の間に配置される。補償器136及び13
7は、ビームレット38jの光路及びビームレット38kの光路の間の幾何学的な差を
補償する。
【００８７】 図12の実施例において、入力光線32j及び32kは、実質的に隣接したビームパス
に沿って導かれる。その結果、ビームレット38jは、実質的に隣接したビームレ
ット38kであって、故に、ビームレット38j及び38kは、単レンズ71によって焦点
合わせすることが出来る。さらに、フィルタ127を出射したビームレット42j及び
42kは、実質的に互いに隣接しており、故に、１つのレンズ91でビームレット42j
及び42kをコリメートすることを可能にする。
【００８８】 図11及び12の実施例において、入力光線32jと関連するスクリーン125での強度
パターン76jは、入力光線32j及び32kを適切に導くことによって入力光線32kの強
度パターン76kと置換される。例えば、光線32j及び32kが図11及び図12で示すよ
うにｚ軸に実質的にアライメント合わせされるとき、パターン76kは、y-z平面に
沿って光線32kに関して光線32jを僅かに傾けることによって、ｙ軸に沿ってパタ
ーン76kからオフセットされ得る。この場合、パターン76j及び76kがｘ軸に沿っ
て延在していることから、それらはスクリーンの異なる位置に組み込まれる。あ
るいは、光線32jがx-z平面に沿って傾けられるとすれば、強度パターン76jは、
ｘ軸に沿ってパターン76kに関して移されるだろう。
【００８９】 図９、11及び12の光フィルタリングシステム120が多くの効果を提供すること
はいうまでもない。特に、光フィルタリングシステム120の各々は、実質的に図
８の改良された光学フィルタアセンブリ30と実質的に同一である第１及び第２光
学フィルタアセンブリ30j及び30kを含む。このように、システム120は、高い解
像度をもって２つの入力光線を個々にフィルタリングし得る、との要求を満たす
中間フィルタ用途に適しており、所望の波長成分を効率的に伝送し、不要な波長
コンポネントを効率的に遮断する。さらに、アセンブリ30j及び30kの構成要素の
多くが共有されているので、システム120は減じられたスペースに配置され得る
。さらに、ビームレット38jは第１アパーチャで86jに焦点合わせされ、ビームレ
ット38kは第１アパーチャ86jから離間された第２アパーチャ86kで焦点あわせさ
れる故に、クロストークの可能性が減じられるのである。
【００９０】 本発明の好適な実施例が実施例に適用されたときの本発明の基本的に新規な特
徴を示し、記載し、指摘してきたが、図示された装置の詳細な形状におけるさま
ざまな省略、代替、変更は、本発明の精神から逸脱することなく、当業者によっ
てなされ得るものと理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、前述の記述
に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって画定されなければならない
。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】入力光線をフィルタリングするための光学フィルタリングアセンブリの
実施例のブロック線図である。
【図２】当該アセンブリによって形成された複数のビームパスの直交特性を示す
図１の光学フィルタリングアセンブリのブロック線図である。
【図３】当該アセンブリによって形成された複数のビームパスの直交特性を示す
図１の光学フィルタリングアセンブリのブロック線図である。
【図４】非偏光化光線を直交した偏光軸を有する互いに実質的に平行な第１及び
第２の偏光化光線に変換するのに適した図１の光学フィルタリングアセンブリの
偏光ビームスプリッタデバイスのブロック線図である。
【図５】温度の変化に応答して実質的に一定の分散特性を提供するのに適した図
１の光学フィルタリングアセンブリの光分散デバイスのブロック線図である。
【図６】波長依存法による図５の分散デバイスによって再送信されたモノクロ入
力光線を示すブロック線図である。
【図７】改良されたスループット効率を提供するのに適した図１の光学フィルタ
リングアセンブリの光分散デバイスの他の実施例のブロック線図である。
【図８】図１の光学フィルタリングアセンブリの実施例のブロック線図である。
【図９】２つの別個の入力光線を受光して、図１の光学フィルタリングアセンブ
リの方法で２つの別個のフィルタリングされた出力ビームを提供するのに適した
改良されたフィルタリング特性を有する光フィルタリングシステムの１つの実施
例のブロック線図である。
【図１０】実質的な熱的安定性を有する２つの入力光線を別個に分散させ且つス
ループット効率を改良するのに適した図９の光フィルタリングシステムの光分散
サブシステムのブロック線図である。
【図１１】より少ない構成部品を使用した図９の光フィルタリングシステムの他
の実施例のブロック線図である。
【図１２】より少ない構成部品を利用した図９の光フィルタリングシステムの更
に他の実施例のブロック線図である。 国際出願日における国際出願の明細書中の記載に基づいて、翻訳文中の記載を
明瞭なものとする誤訳の訂正をおこなった。 併せて、翻訳文中の術語の統一及び不明瞭な記載を明瞭なものとする補正をお
こなった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＥ，ＡＧ，Ａ Ｌ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｄ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ラナリー エリセオ アール． アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92696 アーヴィン レッジオアイル 1406 (72)発明者 スコット ブラッドリー エイ． アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92647 ハンティントンビーチ ナンバー エヌ１ ゴールデンウェストストリート 17111 Ｆターム(参考） 2H099 AA01 BA17 CA02 CA08

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の所望の波長コンポネント及び複数の不必要な波長コンポネ
    ントを有する光の入力光線にフィルターをかける光学フィルタアセンブリであっ
    て、前記アセンブリは、 入力光線の経路に配置され、対応する空間的に分離されたビームパスの多数
    に沿って進行する複数の偏光化モノクロビームレットに前記入力光線を分割する
    入力セクションと、 (a)所望の波長コンポネントに対応する複数の所望のビームレットと、(b)不
    必要な波長コンポネントに対応する複数の不必要なビームレットと、からなる複
    数の偏光化モノクロビームレットと、 前記不必要なビームレットを減じ、且つ、前記所望のビームレットを通過す
    る前記ビームパスに配置されるフィルタセクションと、 前記フィルタセクションから前記所望のビームレットを受け取るように配置
    され、且つ、前記所望のビームレットを空間的に結合して前記入力光線の前記所
    望の波長コンポネントを含むフィルターをかけられた出力光線を提供する出力セ
    クションと、を含むことを特徴とするアセンブリ。
  2. 【請求項２】 前記入力セクションは、前記入力光線を受信するように配置され
    た偏光コンバータを含み、前記入力光線を線形的に偏光化された光に変換するこ
    とを特徴とする請求項１記載の偏光コンバータ。
  3. 【請求項３】 前記偏光コンバータは、前記入力光線を少なくとも１つのｐ偏光
    光線に変化させることを特徴とする請求項２記載のアセンブリ。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つのｐ偏光光線は、実質的に平行方向に伝搬す
    る第１及び第２のｐ偏光光線からなることを特徴とする請求項３記載のアセンブ
    リ。
  5. 【請求項５】 前記偏光コンバータは、偏光ビームスプリッタ及び偏光回転プレ
    ートを含み、前記偏光ビームスプリッタは、第１のｐ偏光光線およびｓ偏光光線
    を与え、前記プレートは、前記ｓ偏光光線を受信するように配置され、前記プレ
    ートは、前記ｓ偏光光線の偏光軸を回転させて、前記第２のｐ偏光光線を提供す
    ることを特徴とする請求項４記載のアセンブリ。
  6. 【請求項６】 前記入力セクションは、前記複数の偏光化モノクロビームレット
    に前記第１および第２のｐ偏光光線を分散させる光分散素子を含み、前記光分散
    素子は、回折グレーティングからなることを特徴とする請求項４記載のアセンブ
    リ。
  7. 【請求項７】 前記入力セクションは、前記光分散素子から前記複数の偏光化モ
    ノクロビームレットを受信するフォーカシング素子を更に含み、前記フォーカシ
    ング素子は、焦点面に前記複数の偏光化モノクロビームレットをフォーカシング
    することを特徴とする請求項６記載のアセンブリ。
  8. 【請求項８】 前記フォーカシング素子による前記フォーカシングは、空間的に
    分離された空間的に細長い強度パターンを与えることを特徴とする請求項７記載
    のアセンブリ。
  9. 【請求項９】 前記フォーカシング素子は、各々の方向へ波長をマッチングさせ
    るビームレットのマッチングペアを導き、前記ビームレットのマッチングペアは
    、前記フォーカシング素子の焦点面の各々を横切ることを特徴とする請求項８記
    載のアセンブリ。
  10. 【請求項１０】 複数の所望の波長コンポネント及び複数の不必要な波長コンポ
    ネントを有する光の入力光線にフィルターをかけて、前記所望の波長コンポネン
    トを含む光のフィルターをかけられた出力光線を与える方法であって、前記方法
    は、 前記入力光線を空間的に分離されたビームパスに沿って伝搬する複数の偏光
    化モノクロビームレットに分割するステップであって、前記ビームレットが、(a
    )前記所望の波長コンポネントに対応する複数の所望のビームレットと、(b)前記
    不必要な波長コンポネントに対応する複数の不必要なビームレットと、からなる
    ステップと、 前記所望のビームレットを前記不必要なビームレットから切り離すステップ
    と、 前記フィルターをかけられた出力光線を提供するために所望のビームレット
    を結合するステップと、からなることを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記入力光線を分割するステップは、前記少なくとも1つの線
    形偏光光線を前記入力光線に変換するステップを含むことを特徴とする請求項10
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記入力光線を少なくとも１つの線形偏光光線に変換するステ
    ップは、第１及び第２のｐ偏光光線に前記入力光線を変換するステップを含むこ
    とを特徴とする請求項11記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記入力光線の分割ステップは、前記入力光線を回析するステ
    ップをさらに含むことを特徴とする請求項12記載の方法。
  14. 【請求項１４】 少なくとも1つの線形に極性を与えられた光線が回折グレーテ
    ィングによって回折されるために、入力光線を回折することは回折グレーティン
    グを有する光分散素子による少なくとも1つの線形に極性を与えられた光線を導
    くことから成る請求項13の方法。
  15. 【請求項１５】 複数の波長コンポネントを有する光の入力光線を操作して、光
    の出力光線を出力するするため光操作アセンブリであって、前記アセンブリは、 前記入力光線の光路に配置され、且つ、前記入力光線を、空間的に分離され
    たビームレット光路の対応する多数に沿って伝搬する偏光化モノクロビームレッ
    トの第１の複数に分割する入力セクションと、 前記ビームレット光路に配置され、且つ、空間的に依存した方法で偏光化モ
    ノクロビームレットの前記第１の多数のうちの少なくとも１つを操作し、偏光化
    モノクロビームレットの第２の複数を提供するビームレット・マニピュレータと
    、 前記ビームレット・マニピュレータを出て偏光化モノクロビームレットの第
    ２の複数を受信するように配置され、偏光化モノクロビームレットの第２の複数
    からの出力光線を形成する出力セクションとからなることを特徴とするアセンブ
    リ。
  16. 【請求項１６】 偏光化モノクロビームレットの第１の複数は、 (a)入力光線の複数の所望の波長コンポネントに対応する複数の所望のビー
    ムレットと、 (b)入力光線の複数の不必要な波長コンポネントに対応する複数の不必要な
    ビームレットと、からなり 偏光化モノクロビームレットの第２の複数は、所望のビームレットの複数か
    らなり、 ビームレット・マニピュレータはフィルタセクションからなり、前記フィル
    タセクションは、前記不必要なビームレットを減じ、且つ、所望のビームレット
    を通過することを特徴とする請求項15記載のアセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記フィルタセクションは、複数の開口を有する不透明な材料
    からなり、且つ、所望のビームレットの複数が開口の複数に合わせられ、且つ、
    不必要なビームレットの複数が、開口の複数に合わせられないように配置され、
    前記出力セクションは、前記フィルタセクションを出た所望のビームレットを空
    間的に結合し、前記入力光線の所望の波長コンポネントを含む出力光線を形成す
    ることを特徴とする請求項16記載のアセンブリ。
  18. 【請求項１８】 所望の波長コンポネントのそれぞれの第１および第２の複数、
    および、不必要な波長コンポネントのそれぞれの第１および第２の複数を有する
    光の第１および第２の入力光線にフィルターをかける光フィルタ・システムであ
    って、前記システムは、 第１および第２の入力光線の光路に配置された入力セクションであって、前
    記入力セクションは、第１および第２の入力光線を空間的に分離されたビームパ
    スのそれぞれの第１および第２の複数に沿って進行する偏光化モノクロビームレ
    ットのそれぞれの第１および第２の複数に分割し、偏光化モノクロビームレット
    の前記第１および第２の複数は、(a)第１および第２の入力光線の所望の波長コ
    ンポネントに対応する所望のビームレットのそれぞれの第１および第２の複数と
    、(b)第１および第２の入力光線の不必要な波長コンポネントに対応する不必要
    なビームレットのそれぞれの第１および第２の複数と、からなる入力セクション
    と、 第１および第２のビームパスに配置され、且つ、不必要なビームレットの第
    １および第２の複数を減じ、所望のビームレットの第１および第２の複数を通過
    するフィルタセクションと、 前記フィルタセクションから所望のビームレットの第１および第２の複数を
    受信するように配置され、第1の入力光線の所望の波長コンポネントから成る第1
    のフィルターをかけられた出力光線を出力するように所望のビームレットの第1
    の複数を空間的に結合し、第2の入力光線の所望の波長コンポネントから成る第2
    のフィルターをかけられた出力光線を提供するように所望のビームレットの第2
    の複数を空間的に結合している出力セクションと、からなることを特徴とするシ
    ステム。
  19. 【請求項１９】 前記入力セクションは、第１および第２のｐ偏光光線と、第１
    および第２のｓ偏光光線とに、第１および第２の入力光線を分割する偏光ビーム
    スプリッタを含むことを特徴とする請求項18記載のシステム。
  20. 【請求項２０】 前記入力セクションは、偏光化モノクロビームレットの第１お
    よび第２の複数を生成するための光分散素子を含み、前記光分散素子は、第１お
    よび第２の回析表面を有する単一の回折グレーティングを含む単一の透明基板素
    子を含み、前記第１および第２の回析表面は、偏光化モノクロビームレットの第
    １および第２の複数をそれぞれ提供することを特徴とする請求項18記載のシステ
    ム。
  21. 【請求項２１】 前記入力セクションは、モノクロ偏光ビームレットの第1の複
    数の光路に配置された光学補償器を含み、前記入力セクションは、回析素子を含
    み、前記光学補償器は、前記モノクロ偏光ビームレットの第１の複数の光路を修
    正し、回折素子でのモノクロ偏光ビームレットの第１の複数の幾何およびモノク
    ロ偏光ビームレットの第２の複数の幾何の間の差を減じることを特徴とする請求
    項18記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記出力セクションは、所望のビームレットの第１の複数の光
    路に配置された光学補償器、及び、回折素子を含み、前記光学補償器は、所望の
    ビームレットの第1の複数の光路を修正し、前記回折素子での所望のビームレッ
    トの第1の複数の幾何および所望のビームレットの第2の複数の幾何の間の差を減
    じることを特徴とする請求項18記載のシステム。
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