JP2005504324A - 平行ビーム生成ビームスプリッタ装置 - Google Patents
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Abstract
複数の成分を有する光入力ビームを、対応する複数の実質的に各々平行に伝播する出力光ビームに分割するビームスプリッタ装置。1実施例において、ビームスプリッタ装置は、偏光ビームスプリッタ装置として構成され、偏光コーティングを用いることによって個別の偏光成分に入力ビームを分割する。他の実施例では、ビームスプリッタ装置は、波長フィルタリングビームスプリッタとして構成され、複数の波長分割多重(WDM)コーティングを用いることによって、個別の波長成分に入力ビームを分割する。ビームスプリッタ装置は、実質的に平行な第1および第2の対向面を有する平面透明構造のシート又は壁を有する。入力面部分は入力ビームを受け、複数の出力面部分が出力ビームを透過させる。反射材料はシート内の光を内部で反射する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光制御装置、特に、複数の同一でない成分を有する入力ビーム光を実質的に平行方向に伝播する対応する複数の出力ビームに分割するビームスプリッタ装置に関する。
【0002】
【関連技術の説明】
ビームスプリッタは、通常、複数の成分を有する入力ビームを対応する複数の出力ビームに分離するために科学および産業において一般に用いられる。特に、いくつかのビームスプリッタは、偏光又は部分的に偏光したビームを偏光直交軸を有する線形偏光出力ビームに分離する。他のビームスプリッタ装置は複数の波長成分を有する多色ビームまたは広帯域ビームをそして、対応する複数の実質的にモノクロの出力ビームまたは狭いスペクトル帯域を有する出力ビームに分離することが可能である。
【0003】
しかしながら、どちらのタイプも、実質的に平行方向に伝播する出力ビームを提供しない。従って、平行出力ビームを望む場合、出力ビームの一つ以上を転送する追加の成分が用いられる。当該追加の成分は、ビームスプリッタ装置とは別々に取り付けられるので、アライメントが必要であり、それは比較的平行度の低い出力ビームを生じる。
【0004】
例えば、偏光ビームスプリッタキューブは、偏光されていない入力ビームを別々に向けられた線形偏光出力ビームに変換するために一般に用いられる。特に、通常の偏光ビームスプリッタキューブは、キューブの外部対向表面に沿って配置された第1出力面及び入力面を含む透明材料のキューブからなる。キューブは、キューブの外部表面に沿って配置された第1出力面に対して垂直な第2出力面をさらに有する。キューブはまた、キューブの内側の斜めの平面に沿って配置される偏光コーティングを有する。
従って、入力ビームが入力面に垂直に入る場合、入力ビームは45度の角度でコーティングを当たる。45度投射角で、偏光コーティングがそのように適合することそのp成分(すなわちコーティングに対する電気的フィールドベクトル平行の時間変化する成分)入力のビームがコーティングおよびそのようにそれで送信されることs成分(すなわちコーティングに対して垂直な入力ビームの電気的フィールドベクトルの時間変化する成分)、角度は入力ビームの中で45の度でコーティングによって反射されてある。第1および第2の出力面はそのように配置されているそのp成分出口垂直な方法およびそのようにそれの第1出力面、s成分は垂直な方法の第2出力面を出る。従って、通常の偏光ビームスプリッタキューブは、垂直な方向において伝播するp偏光及びs偏光出力ビームを提供する。
【0005】
平行の偏光された出力ビームを提供するために、第1および第2の偏光ビームスプリッタキューブが通常用いられる。特に、第1キューブは、垂直方向のp偏光及びs偏光ビームを提供するために用いられる。第2キューブは、第1キューブとは別々に取り付けられて、第1および第2のキューブの偏光コーティング面が互いに平行であるように第1キューブを出るs偏光ビームの経路に置かれる。第1キューブの第2出力面が第2キューブの入力面に対して平行であるようにキューブは配置される。従って、第1キューブを出るp偏光ビームおよび第2キューブを出るs偏光ビームが互いに平行であるように、s偏光ビームは第2キューブの偏光コーティングによって反射される。
【0006】
ビームスプリッタキューブの前述のアセンブリは通常平行出力ビームを提供するが、それは高度な平行を有する出力ビームを通常提供しない。特に、出力ビームの平行は、主にキューブの相対的なアライメントによって確定される。キューブは光システム内で各々個々に取り付けられるので、正確に互いにキューブを整合することはむずかしい。さらに、キューブのいずれもが、例えば振動および温度変化などの環境の影響によって、比較的互いにわずか離れて変位する場合、平行度は容認不可能なほど低いレベルに低下する。
【0007】
前述のことから、比較的高レベルの平行度を有する異なる出力ビームを提供する改善されたビームスプリット装置を提供する必要があるこというまでもない。特に、偏光または波長により分離される出力ビームを提供する装置が必要である。さらに、環境の影響に応答して高度の平行を維持する装置の必要がある。
【0008】
【発明の要約】
1の態様による、少なくとも第1および第2の成分を有する入力光線を、対応する空間的に分離された第1および第2の実質的に平行な出力光線に分割するビームスプリッタ装置である本発明によって、上述したニーズは、満たされる。当該装置は、少なくとも1つの入力面部分を有する入力面および少なくとも2の出力面部分を有する出力面からなる透明部材からなる。入力面部分は第1出力面部分の方へ入力ビームを屈折させるために向けられ、第1出力面部分は、(a)第1出力面部分を経て第1出力ビームを提供するように入力ビームの第1成分を伝え、(b)入力ビームの第2成分を反射するように適合する。第2出力面部分は、入力ビームの第2成分を受けるために配置されて、第2出力ビームを提供するために第2出力面部分による入力ビームの第2成分を伝えるのに適合する。第1および第2の出力ビームが実質的に平行方向の出力であるように、面部分は向けられる。
【0009】
1実施例において、入力ビームの第1および第2の成分は、第1および第2の偏光成分であり、第1および第2の出力ビームは互いに直交方向に偏光している。他の実施例において、入力ビームの第1および第2の成分は第1および第2の波長成分であり、第1および第2の出力ビームは狭いスペクトル帯域を有する。
本発明の別の態様において、偏光ビームスプリッタ装置は、実質的に平行表面の第1および第2の平面を有する透明媒体からなる構造の部材を有する。第1表面に入る光の非偏光入力ビームが第2表面の方向を目指すように、第1表面は光を屈折させる。第2表面は、(a) 出力部による第1偏光された出力ビームを提供するために入力ビームの第1偏光成分を伝え、(b)第1表面上の反射材料に、第2偏光成分を反射する材料を有する出力部を有する。第1および第2の偏光出力ビームが実質的に平行方向に伝播するように、反射材料は入力ビームの第2偏光成分を屈折のため第2表面を経て第2偏光出力ビームを提供する。
【0010】
本発明の更なる態様において、偏光ビームスプリッタ装置は、実質的に平行面において配置される第1および第2の平面表面および第1および第2の表面の間で配置される透明媒体からなる構造部材からなる。当該装置は、更に第2平面表面の第1部に沿って配置される偏光コーティングから成る。第1平面表面の第1部に入る光の非偏光入力ビームが偏光コーティングの方向を目指すように装置は適合する。偏光コーティングは、第1偏光出力ビームを提供するために入力ビームの第1偏光成分を伝え、第1平面表面の第2部の方へ入力ビームの第2偏光成分を反射する。第2平面表面の第2部は、実質的に第1偏光された出力ビームのそれに対して平行である方向に、伝播する第2偏光された出力ビームを提供するために入力ビームの第2偏光成分を伝える。
【0011】
本発明の更に別の態様において、波長フィルタリングビームスプリッタ装置は、第1および第2の実質的に平行平面の表面を有する透明媒体からなる構造部材からなる。第1表面に入る複数の波長成分を有する光の入力ビームが第2表面の方向を目指すように、第1表面は光を屈折させる。第2表面は、第1および第2の出力部を有する。第1出力部は、(a)第1狭帯域出力ビームを提供するために第1出力部による入力ビームの第1波長成分を伝える材料を有し、(b)第2波長成分を第1表面上の反射材料に反射する。第1および第2の狭帯域出力ビームが実質的に平行の方向に伝播するように、第2出力部は第2狭帯域出力ビームを提供するために第2波長成分を伝える。
【0012】
前述のことから、本発明のビームスプリッタ装置の好適な実施例が第1および第2の成分を有する入力光線を実質的に平行方向に伝播する対応する第1および第2の出力光線に分割することが可能であることは明らかである。特に。本発明の一態様において、ビームスプリッタ装置は第1および第2の偏光成分を有する非偏光ビームを偏光の直交軸を有する第1および第2の直線偏光ビームに分割する。さらに、本発明の別の態様において、ビームスプリッタ装置は、第1および第2の波長成分を有する多色の入力光線を、対応する第1および第2の狭帯域出力光線に分割する。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共になされる下記説明からより明らかになる。
【0013】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図面を参照して以下に説明する。なお、同様な部品には同一の参照符を付してある。図1に示すように、偏光ビームスプリッタ装置30は、非偏光入力ビーム32を実質的に平行方向に伝播する第1および第2の偏光出力ビーム34、36に分割する。非偏光入力ビーム32は空気などの外部媒体38を経て、装置30に入る。非偏光入力は、通常、互いに垂直な軸を有する2つの直線偏光成分の組合せである。更に詳細に以下に後述するように、これらの成分(以下、第1および第2の偏光成分と称する)は装置30によって実質的に分離され、第1および第2の直交方向に偏光された出力ビーム34、36を提供する。さらに、第1偏光を有する第1出力ビーム34および第2偏光を有する第2出力ビーム36は、実質的に平行な方向に沿って装置30を出る。
【0014】
図1に示すように、ビームスプリッタ装置30は、入力面部分40を有する入力面および少なくとも2つの出力面部分42、44からなる出力面を有する。これらの面は、構造の堅固さを提供する厚さTを有する透明材料のシートによって形成される。シート46は、実質的に平行の平面に配置される第1および第2の平面表面48、50を含む。
【0015】
入力ビーム32は、装置30の入力面部分40に入って、第1屈折ビーム60を提供するために第1屈折領域52で、屈折を経る。入力ビーム32は、シート46の第1表面48に垂直な直線に関して第1入射角θ1を画定する。さらに、第1屈折ビーム60が第2表面50に垂直な直線に関して第1屈折角θ2は次式により定められる。
noutsinθ1=ninsinθ2 (1)
ここで、noutは装置30に隣接する外部媒体38の屈折率であり、ninはシート46の屈折率である。
【0016】
1実施例において、入力面部分40は、第1表面48の第1屈折領域52に沿って配置される第1比較的薄い反射防止コーティング62をからなる。第1反射防止コーティング62の目的は、第1屈折領域52による入力ビーム32の透過を高めることである。
第1屈折ビーム60は、シート46を経て伝播し、シート46の第2表面50に垂直な直線に関して第2入射角θ3を画定するために第2表面50の偏光領域56に入る。シート46の第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第2投射角θ3は実質的に第1屈折角θ3に等しい。
【0017】
出力面部分42は、第2表面50の偏光領域56に沿って配置される偏光コーティング64からなる。偏光コーティング64は、第2入射角θ3を有するコーティングに入る第1偏光を有する直線偏光されたビームを透過させる。さらに、偏光コーティング64は第2偏光を有する同様に向けられた第2直線偏光ビームを反射する。1実施例において、偏光コーティング64はp偏光光を透過させて、s偏光光を反射するのに適合する。
【0018】
従って、第1屈折ビーム60の第1偏光成分は、第1出力面部分42を経て装置30を出て、第1偏光を有する第1偏光出力ビーム34を提供する。特に、第1出力ビーム34は、次式による壁46の第2表面50に垂直な直線に関して第1出力角φ1を定めるために第1出力面部分42を出る。
ninsinθ3=noutsinφ1 (2)
さらに、式(1)および(2)および角度θ2とθ3との実質的な同等性により、第1出力角φ1は、実質的に第1入射角θ1に等しい。
【0019】
図1に示すように、第1屈折ビーム60の第2偏光成分は、シートの第2表面に垂直な直線に関して第1反射角度θ4を画定する第2偏光を有する第1反射ビーム66を提供するために偏光コーティング64から反射する。第1反射ビーム66は、壁46の第1表面48に垂直な直線に関して第3の入射角θ5を画定する。当該壁の第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第3の入射角θ5は実質的に第1反射角θ4に等しい。
図1に示すように、第1反射ビーム66は、シート46の第1表面48に沿って配された反射領域54上に配置された反射コーティングにシート46を経て伝播する。第1反射ビーム66は、壁46の第1表面48に垂直な直線に関して第3の入射角θ5を画定する。当該壁の第1および第2の表面48、50は実質的に互いに平行であるので、第3の入射角θ5は実質的に第1反射角θ4に等しい。
【0020】
第2偏光を有する第1反射ビーム66は、第1表面48の反射領域54から反射して、シート46の第1表面48に垂直な直線に関して第2の反射角θ6を画定する第2偏光を有する第2反射されたビーム68を提供する。反射の法則によると、第2反射角θ6は、それがシート46の第2表面50の第2屈折領域58上の入射である第2出力面部分44に、第2反射ビーム68がシート46を伝播する第3の入射角θ5に等しい。ビーム68は、シート46の第2表面50に関して、第4の入射角θ7を画定する。第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第4の入射角θ7は実質的に第2反射角度θ5に等しい。従って、第4の入射角θ7は、実質的に第1屈折角θ2に等しい。
【0021】
第2反射されたビーム68は、第2出力面部分44に隣接する第2表面50の第2屈折領域58で屈折し、第2偏光を有する第2偏光出力ビーム36を提供する。出力ビーム36は第2出力面部分44を出て、第2表面50に垂直な直線に関して第2出力角φ2を画定する。特に、第2出力ビーム36は、次式による屈折をする。
ninsinθ6=noutsinφ2 (3)
式(1)、(3)および角度θ6およびθ2の実質的な同等による、第2出力角φ2は、実質的に第1入射角θ1に等しい。したがって、出力ビームは実質的に互いに平行である。
【0022】
1実施例において、偏光コーティング64はコーティング64の平面に平行である偏光軸を有するp偏光光を透過させるのに適合する。さらに、コーティング64は本実施例におけるコーティング64の平面に対して垂直である偏光の軸を有するs偏光光を反射するために適合し、第1出力ビーム34はp偏光、第2出力ビーム36はs偏光である。
【0023】
1実施例において、既知の反射コーティング70は、比較的高反射率を提供するためにシート46の第1表面48の領域54を反射することに沿って配置される。従って、第1反射ビーム66の大部分のエネルギーは、第2反射ビーム68に反射される。さらに、1実施例において、第2反射防止コーティング72は、第2表面50の第2屈折領域58に沿って配置される。反射防止コーティング72の目的は、反射を禁じて、第2屈折領域58における屈折を高めることである。
【0024】
実施例において、シート46は実質的に剛性ガラス、例えばドイツの会社であるショットガラスによって製造される1.5にほぼ等しい屈折率を有するBK7から成る。特に、第1および第2の表面48、50が0.5秒以内の平行であるようにシート46は形成される。その結果、出力ビーム34.36は0.75秒以内で互いに平行である。さらに、壁46は実質的に剛体であるので、出力ビーム34、36の平行度の高さは実質的に外部の振動による影響を受けない。
【0025】
従って、従来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装置30が多くの利点を提供する。
特に、出力ビーム34、36の平行が主にシート46の第1および第2の表面48および50の平行によって確定されて、従来技術装置の平行から別々にマウントした成分のアライメントによって確定されるので、装置30は実質的に従来技術装置のそれより大きい平行度を有する出力ビーム34、36を提供することが可能である。さらに、装置30は複雑なアライメントを必要とすることなくかかる平行を実現することが可能である。さらに、装置の幾何配置が実質的に外部の影響に影響を受けないので、装置30は常に実質的に平行の方向を有する出力ビーム34、36を提供する。さらに、装置30は双方向性であり、1の入力ビームから複数の出力ビームを生成するのに用いられることができて、複数の入力ビームを結合して1の出力ビームにすることにも用いることができる。
【0026】
1実施例において、偏光ビームスプリッタ装置30は、実質的に非偏光光を比較的高効率を有する第1偏光の偏光に変換する偏光コンバータアセンブリ31を提供するために用いられる。特に、アセンブリ31は偏光軸回転装置、例えば1/2波リターダプレート74と組み合わせた装置30を有する。より詳しくは、プレート74は出力ビーム34、36の偏光の軸を整合するために出力ビーム34.36のうちの1の経路に置かれる。
【0027】
例えば、実施例において、図1に示すように、プレート74は第2出力ビーム36の経路に置かれる。プレート74は、第2出力ビーム36の伝播の方向を実質的に変化することなく第2出力ビーム36の偏光の軸を90度回転させる。従って、プレート74は第1偏光を有する第2出力ビーム34を提供する。従って、プレート74と組み合わせた装置30は、非偏光光を実質的に100%の効率を有する第1偏光を有する光に変換することが可能である。しかしながら、もう一つの実施例では、レート74が第1出力ビーム36の経路に置かれて、第2偏光を有する両出力ビームを提供する。
【0028】
従って、偏光コンバータアセンブリ31が非偏光光を実質的に同一の偏光を有する一対の直線偏光ビームに変換することが理解される。さらに、アセンブリ31は約1.5秒の比較的小さい非平行な偏差を有する出力ビーム34,36を提供する。非平行な偏差に0.75秒に寄与する偏光ビームスプリッタ装置30によってかかる平行度が可能になる。さらに、プレートの外部の面間の類似に依存するある一定の量によって、プレート74が入射出力ビームの方向を逸脱させるので、プレート74は出力ビーム34、36の非平行な偏差に、0.75秒だけに寄与する。
【0029】
本発明の別の態様による、偏光ビームスプリッタシステム80を図示する図2を参照して説明する。特に、システム80は第1および第2の偏光ビームスプリッタ装置82、84からなる。そして、ビームスプリッティング装置82、84が互いによって永久に整合されるように共通透明シート86から形成される。一方、装置82、84は構造的に、そして、機能的に図1の装置と同一である。
【0030】
従って、第1偏光を有する第1偏光された出力ビーム90がシステム80の第1出力面部分91を出るために、図2に示すように、システム80の第1入力面部分89に入る第1非偏光入力ビーム88はシステム80によって分割される、そして、第2偏光を有する第2出力ビーム92がシステム80の第2出力面部98を出る。第1入力ビーム89の方向によって、実質的に整合される実質的に平行の方向に第1および第2の出力ビーム90、92は伝播する。第1偏光を有する第3の出力ビーム96がシステム80の第3の出力面部分97を出るために、システム80の第2入力面部分95に同時に入っている第2非偏光入力ビーム94はシステム80によって分割される、そして、第4の出力ビーム98が出るために、第4はシステムの面部99を出力した。第2入力ビーム94の方向によって、実質的に整合される実質的に平行の方向において、第3のおよび第4の出力ビーム96、98は伝播する。
【0031】
このように、偏光ビームスプリッタシステム80は多くの利点を提供する。特に、システム80は2つの個別の入力ビームを対応する2つの複数の出力ビームに分割することが可能である。さらに、第1の複数出力ビームは実質的に第1入力ビームに対する平行である、そして、入力ビームが互いに対する非平行である場合であっても、第2の複数出力ビームは実質的に第2入力ビームに対する平行である。
【0032】
波長フィルタリングビームスプリッタ装置100をしているを図示する図3を参照し、本発明の別の態様について説明する。図3の装置100は、複数の波長成分を有する光の入力ビーム102を受ける。装置100は、出力ビームが実質的に平行の方法の装置100を出るように、入力ビーム102の結合されたスペクトルの帯域より実質的に狭いスペクトルの帯域を有する出力ビーム108の対応している複数を設ける。実施例において、出力ビーム108は実質的にモノクロである、そして、出力ビーム108の各々は異なる波長を有する。
【0033】
図3に示すように、波長フィルタリングビームスプリッタ装置100は、図1の偏光ビームスプリッタ装置30と同様である。特に、装置100は、第1および第2の平行表面108、110を有する同様の透明構造のシート106からなる。第1表面108は、入力ビーム102を受ける第1屈折領域112および内部で入力ビーム102を反射するために適合する反射領域114を有する入力面部分120を含む。しかしながら、図1の装置30の偏光領域56および第2屈折領域58の代わりに、装置100の第2表面110は、装置100の複数の出力面部分124によるバンドパス透過を提供するために適合する複数の波長フィルタリング領域116を有する。さらに、入力ビーム102がシートの範囲内で内部で反射されるために、領域116は入力ビーム102のバンド排除反射を提供する。
【0034】
図3に示すように、1実施例において、複数の既知の波長分割マルチプレクサ(WDM)コーティング118は、複数の波長フィルタリング領域116を提供するために壁106および出力面部分124の第2表面110に沿って配置される。特に、各々のコーティング118は、比較的広いスペクトルの範囲を有する光ビームを受けて、特定の波長を中心におかれる周波数の実質的に狭い範囲を透過させるために適合する。さらに、装置100の複数の出力面部分124は、WDMコーティング118の外部の表面である。さらに、各々のWDMコーティング118は、透過されない光を反射するのに適合する。
【0035】
実施例において、WDMコーティング118は、第1コーティング118a、第2コーティング118bおよび第2表面110に沿って連続的に配置される第3のコーティング118cからなる。さらにコーティング118a、118b、118cは、それぞれ波長λ1、λ2およびλ3を中心の波長の狭い範囲を透過させるのに適合する。
【0036】
波長成分λ1、λ2およびλ3を有する入力ビームは、装置100の入力面120の方向に向けられ、第1表面108に垂直な線に関する入力角θを画定する。入力面部分120に入ると、即座に、入力ビーム102は第1WDMコーティング118aの方へ伝播する第1屈折ビーム122を提供するために屈折する。WDMコーティング118aに入射すると、即座に、第1出口を画定する角度に向ける波長の狭帯域第1出力ビーム104aを提供するために、実質的に入力角θに等しいがφ1に向けるように、波長λ1を有する入力ビーム102の成分は第1WDMコーティング118aで透過させられる。
【0037】
図3に示すように、第1WDMコーティング118aが波長成分λ2およびλ3を有する第1反射ビーム126を提供するために第1屈折ビーム122を部分的に反射する。特に、第1反射ビーム126が、壁106を伝播して、波長成分λ2およびλ3を有する第2反射ビーム128を提供するために第1表面108の反射領域114によって反射される。第2反射されたビーム128は、次に第2WDMコーティング118bの方向に向けられ、実質的に入力角θに等しい出口角φ2を画定する波長λ2の狭帯域第2出力ビーム104bを提供する。
【0038】
第2WDMコーティング118bは部分的に第2反射ビーム128を反射し、波長λ3を有する第3反射ビーム134を提供する。特に、第3の反射ビーム132がシート106によって伝播して、波長成分λ3を有する第4の反射ビーム134を提供するために第1表面108の反射領域114をによって反射される。第4の反射ビーム134は次に第3WDMコーティング118cの方向を目指し、実質的に入力角θに等しい第3の出口角φ3を画定する波長λ3の狭帯域第3出力ビーム104cを提供する。
【0039】
このように、WDMコーティング118は、入力ビーム102の波長による分離を可能にする。さらに、シート106の第2表面110に沿って、フィルタ領域116を提供することによって、そして、シート106の第1表面108に沿ってフィルタリング領域114を反射することを提供することによって、出力ビーム104は、実質的に平行に向けられる。
【0040】
第1および第2の複数波長成分を有する光の多色ビーム140を受ける波長フィルタリングビームスプリッタ装置100の他の実施例を、図4を参照して以下に説明する。装置100は、第一の方向に装置100を出る入力ビーム140の波長成分の第1複数に対応する、複数の狭帯域出力ビーム142を提供する。装置100は、第2方向の装置100を出る入力ビーム140の波長成分の第2複数に対応する、狭帯域出力ビーム144の第2複数を提供する。
【0041】
本実施例において、装置100は第1および第2の平行表面108、110を有するシート106からなる。さらに、第1表面108は、入力ビーム140を受けるために適合する屈折領域112に隣接する入力面部分120を形成する。さらに、複数のWDMコーティング118は、波長フィルタリング領域116の複数を有する第2表面110および隣接する複数の出力面部分124を有する装置100を提供する図3の方法の第2表面110を提供するために第2表面110に沿って配置される。
【0042】
しかしながら、本実施例において、図3の実施例の第1表面108の反射領域114は、波長フィルタリング領域146の第2複数によって置き換えられる。特に、第2の複数のWDMコーティング148は、第1表面108に沿って配置され、第2波長フィルタリング領域146および領域146に隣接する第2複数の出力面部150提供する。従って、第2複数の出力ビーム144は、実質的に平行の方向に沿って第2出力面150を出る。第2出力面150が第1表面108に沿って配置されるので、第1出力ビーム142のそれから異なる方向に沿って、第2出力ビーム144は装置100を出る。
【0043】
本発明の好適な実施例が、この実施例に適用された本発明の基本的で新規な特徴について示され、記載されたが、様々な省略、置換および図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、当業者によってなされてもよいと理解されよう。従って、本発明の範囲は前述の説明に限られてはならず、添付の特許請求の範囲よって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
偏光ビームスプリッタ装置の片側を示し、装置に入る非偏光ビーム、及び実質的に平行に装置を出るs偏光及びp偏光出力ビームを図示している概略図面である。
【図2】
偏光ビームスプリッタシステムの片側を示し、装置に入る第1および第2の非偏光ビーム、及び装置を出る第1および第2の偏光出力ビーム対を図示している概略図面である。
【図3】
波長フィルタリングビームスプリッタ装置の片側を示し、装置に入る多色のビーム、及び実質的に平行に装置を出る複数の狭帯域ビームを図示している概略図面である。
【図4】
図3の波長フィルタリングビームスプリッタ装置の他の実施例の側面図を示し、装置に入る多色のビーム、及び第1方向に沿って装置を出る複数の第1狭帯域ビーム、第2方向に沿って装置を出る複数の第2狭帯域ビームを図示している概略図面である。
【発明の属する技術分野】
本発明は光制御装置、特に、複数の同一でない成分を有する入力ビーム光を実質的に平行方向に伝播する対応する複数の出力ビームに分割するビームスプリッタ装置に関する。
【0002】
【関連技術の説明】
ビームスプリッタは、通常、複数の成分を有する入力ビームを対応する複数の出力ビームに分離するために科学および産業において一般に用いられる。特に、いくつかのビームスプリッタは、偏光又は部分的に偏光したビームを偏光直交軸を有する線形偏光出力ビームに分離する。他のビームスプリッタ装置は複数の波長成分を有する多色ビームまたは広帯域ビームをそして、対応する複数の実質的にモノクロの出力ビームまたは狭いスペクトル帯域を有する出力ビームに分離することが可能である。
【0003】
しかしながら、どちらのタイプも、実質的に平行方向に伝播する出力ビームを提供しない。従って、平行出力ビームを望む場合、出力ビームの一つ以上を転送する追加の成分が用いられる。当該追加の成分は、ビームスプリッタ装置とは別々に取り付けられるので、アライメントが必要であり、それは比較的平行度の低い出力ビームを生じる。
【0004】
例えば、偏光ビームスプリッタキューブは、偏光されていない入力ビームを別々に向けられた線形偏光出力ビームに変換するために一般に用いられる。特に、通常の偏光ビームスプリッタキューブは、キューブの外部対向表面に沿って配置された第1出力面及び入力面を含む透明材料のキューブからなる。キューブは、キューブの外部表面に沿って配置された第1出力面に対して垂直な第2出力面をさらに有する。キューブはまた、キューブの内側の斜めの平面に沿って配置される偏光コーティングを有する。
従って、入力ビームが入力面に垂直に入る場合、入力ビームは45度の角度でコーティングを当たる。45度投射角で、偏光コーティングがそのように適合することそのp成分(すなわちコーティングに対する電気的フィールドベクトル平行の時間変化する成分)入力のビームがコーティングおよびそのようにそれで送信されることs成分(すなわちコーティングに対して垂直な入力ビームの電気的フィールドベクトルの時間変化する成分)、角度は入力ビームの中で45の度でコーティングによって反射されてある。第1および第2の出力面はそのように配置されているそのp成分出口垂直な方法およびそのようにそれの第1出力面、s成分は垂直な方法の第2出力面を出る。従って、通常の偏光ビームスプリッタキューブは、垂直な方向において伝播するp偏光及びs偏光出力ビームを提供する。
【0005】
平行の偏光された出力ビームを提供するために、第1および第2の偏光ビームスプリッタキューブが通常用いられる。特に、第1キューブは、垂直方向のp偏光及びs偏光ビームを提供するために用いられる。第2キューブは、第1キューブとは別々に取り付けられて、第1および第2のキューブの偏光コーティング面が互いに平行であるように第1キューブを出るs偏光ビームの経路に置かれる。第1キューブの第2出力面が第2キューブの入力面に対して平行であるようにキューブは配置される。従って、第1キューブを出るp偏光ビームおよび第2キューブを出るs偏光ビームが互いに平行であるように、s偏光ビームは第2キューブの偏光コーティングによって反射される。
【0006】
ビームスプリッタキューブの前述のアセンブリは通常平行出力ビームを提供するが、それは高度な平行を有する出力ビームを通常提供しない。特に、出力ビームの平行は、主にキューブの相対的なアライメントによって確定される。キューブは光システム内で各々個々に取り付けられるので、正確に互いにキューブを整合することはむずかしい。さらに、キューブのいずれもが、例えば振動および温度変化などの環境の影響によって、比較的互いにわずか離れて変位する場合、平行度は容認不可能なほど低いレベルに低下する。
【0007】
前述のことから、比較的高レベルの平行度を有する異なる出力ビームを提供する改善されたビームスプリット装置を提供する必要があるこというまでもない。特に、偏光または波長により分離される出力ビームを提供する装置が必要である。さらに、環境の影響に応答して高度の平行を維持する装置の必要がある。
【0008】
【発明の要約】
1の態様による、少なくとも第1および第2の成分を有する入力光線を、対応する空間的に分離された第1および第2の実質的に平行な出力光線に分割するビームスプリッタ装置である本発明によって、上述したニーズは、満たされる。当該装置は、少なくとも1つの入力面部分を有する入力面および少なくとも2の出力面部分を有する出力面からなる透明部材からなる。入力面部分は第1出力面部分の方へ入力ビームを屈折させるために向けられ、第1出力面部分は、(a)第1出力面部分を経て第1出力ビームを提供するように入力ビームの第1成分を伝え、(b)入力ビームの第2成分を反射するように適合する。第2出力面部分は、入力ビームの第2成分を受けるために配置されて、第2出力ビームを提供するために第2出力面部分による入力ビームの第2成分を伝えるのに適合する。第1および第2の出力ビームが実質的に平行方向の出力であるように、面部分は向けられる。
【0009】
1実施例において、入力ビームの第1および第2の成分は、第1および第2の偏光成分であり、第1および第2の出力ビームは互いに直交方向に偏光している。他の実施例において、入力ビームの第1および第2の成分は第1および第2の波長成分であり、第1および第2の出力ビームは狭いスペクトル帯域を有する。
本発明の別の態様において、偏光ビームスプリッタ装置は、実質的に平行表面の第1および第2の平面を有する透明媒体からなる構造の部材を有する。第1表面に入る光の非偏光入力ビームが第2表面の方向を目指すように、第1表面は光を屈折させる。第2表面は、(a) 出力部による第1偏光された出力ビームを提供するために入力ビームの第1偏光成分を伝え、(b)第1表面上の反射材料に、第2偏光成分を反射する材料を有する出力部を有する。第1および第2の偏光出力ビームが実質的に平行方向に伝播するように、反射材料は入力ビームの第2偏光成分を屈折のため第2表面を経て第2偏光出力ビームを提供する。
【0010】
本発明の更なる態様において、偏光ビームスプリッタ装置は、実質的に平行面において配置される第1および第2の平面表面および第1および第2の表面の間で配置される透明媒体からなる構造部材からなる。当該装置は、更に第2平面表面の第1部に沿って配置される偏光コーティングから成る。第1平面表面の第1部に入る光の非偏光入力ビームが偏光コーティングの方向を目指すように装置は適合する。偏光コーティングは、第1偏光出力ビームを提供するために入力ビームの第1偏光成分を伝え、第1平面表面の第2部の方へ入力ビームの第2偏光成分を反射する。第2平面表面の第2部は、実質的に第1偏光された出力ビームのそれに対して平行である方向に、伝播する第2偏光された出力ビームを提供するために入力ビームの第2偏光成分を伝える。
【0011】
本発明の更に別の態様において、波長フィルタリングビームスプリッタ装置は、第1および第2の実質的に平行平面の表面を有する透明媒体からなる構造部材からなる。第1表面に入る複数の波長成分を有する光の入力ビームが第2表面の方向を目指すように、第1表面は光を屈折させる。第2表面は、第1および第2の出力部を有する。第1出力部は、(a)第1狭帯域出力ビームを提供するために第1出力部による入力ビームの第1波長成分を伝える材料を有し、(b)第2波長成分を第1表面上の反射材料に反射する。第1および第2の狭帯域出力ビームが実質的に平行の方向に伝播するように、第2出力部は第2狭帯域出力ビームを提供するために第2波長成分を伝える。
【0012】
前述のことから、本発明のビームスプリッタ装置の好適な実施例が第1および第2の成分を有する入力光線を実質的に平行方向に伝播する対応する第1および第2の出力光線に分割することが可能であることは明らかである。特に。本発明の一態様において、ビームスプリッタ装置は第1および第2の偏光成分を有する非偏光ビームを偏光の直交軸を有する第1および第2の直線偏光ビームに分割する。さらに、本発明の別の態様において、ビームスプリッタ装置は、第1および第2の波長成分を有する多色の入力光線を、対応する第1および第2の狭帯域出力光線に分割する。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共になされる下記説明からより明らかになる。
【0013】
【好ましい実施例の詳細な説明】
図面を参照して以下に説明する。なお、同様な部品には同一の参照符を付してある。図1に示すように、偏光ビームスプリッタ装置30は、非偏光入力ビーム32を実質的に平行方向に伝播する第1および第2の偏光出力ビーム34、36に分割する。非偏光入力ビーム32は空気などの外部媒体38を経て、装置30に入る。非偏光入力は、通常、互いに垂直な軸を有する2つの直線偏光成分の組合せである。更に詳細に以下に後述するように、これらの成分(以下、第1および第2の偏光成分と称する)は装置30によって実質的に分離され、第1および第2の直交方向に偏光された出力ビーム34、36を提供する。さらに、第1偏光を有する第1出力ビーム34および第2偏光を有する第2出力ビーム36は、実質的に平行な方向に沿って装置30を出る。
【0014】
図1に示すように、ビームスプリッタ装置30は、入力面部分40を有する入力面および少なくとも2つの出力面部分42、44からなる出力面を有する。これらの面は、構造の堅固さを提供する厚さTを有する透明材料のシートによって形成される。シート46は、実質的に平行の平面に配置される第1および第2の平面表面48、50を含む。
【0015】
入力ビーム32は、装置30の入力面部分40に入って、第1屈折ビーム60を提供するために第1屈折領域52で、屈折を経る。入力ビーム32は、シート46の第1表面48に垂直な直線に関して第1入射角θ1を画定する。さらに、第1屈折ビーム60が第2表面50に垂直な直線に関して第1屈折角θ2は次式により定められる。
noutsinθ1=ninsinθ2 (1)
ここで、noutは装置30に隣接する外部媒体38の屈折率であり、ninはシート46の屈折率である。
【0016】
1実施例において、入力面部分40は、第1表面48の第1屈折領域52に沿って配置される第1比較的薄い反射防止コーティング62をからなる。第1反射防止コーティング62の目的は、第1屈折領域52による入力ビーム32の透過を高めることである。
第1屈折ビーム60は、シート46を経て伝播し、シート46の第2表面50に垂直な直線に関して第2入射角θ3を画定するために第2表面50の偏光領域56に入る。シート46の第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第2投射角θ3は実質的に第1屈折角θ3に等しい。
【0017】
出力面部分42は、第2表面50の偏光領域56に沿って配置される偏光コーティング64からなる。偏光コーティング64は、第2入射角θ3を有するコーティングに入る第1偏光を有する直線偏光されたビームを透過させる。さらに、偏光コーティング64は第2偏光を有する同様に向けられた第2直線偏光ビームを反射する。1実施例において、偏光コーティング64はp偏光光を透過させて、s偏光光を反射するのに適合する。
【0018】
従って、第1屈折ビーム60の第1偏光成分は、第1出力面部分42を経て装置30を出て、第1偏光を有する第1偏光出力ビーム34を提供する。特に、第1出力ビーム34は、次式による壁46の第2表面50に垂直な直線に関して第1出力角φ1を定めるために第1出力面部分42を出る。
ninsinθ3=noutsinφ1 (2)
さらに、式(1)および(2)および角度θ2とθ3との実質的な同等性により、第1出力角φ1は、実質的に第1入射角θ1に等しい。
【0019】
図1に示すように、第1屈折ビーム60の第2偏光成分は、シートの第2表面に垂直な直線に関して第1反射角度θ4を画定する第2偏光を有する第1反射ビーム66を提供するために偏光コーティング64から反射する。第1反射ビーム66は、壁46の第1表面48に垂直な直線に関して第3の入射角θ5を画定する。当該壁の第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第3の入射角θ5は実質的に第1反射角θ4に等しい。
図1に示すように、第1反射ビーム66は、シート46の第1表面48に沿って配された反射領域54上に配置された反射コーティングにシート46を経て伝播する。第1反射ビーム66は、壁46の第1表面48に垂直な直線に関して第3の入射角θ5を画定する。当該壁の第1および第2の表面48、50は実質的に互いに平行であるので、第3の入射角θ5は実質的に第1反射角θ4に等しい。
【0020】
第2偏光を有する第1反射ビーム66は、第1表面48の反射領域54から反射して、シート46の第1表面48に垂直な直線に関して第2の反射角θ6を画定する第2偏光を有する第2反射されたビーム68を提供する。反射の法則によると、第2反射角θ6は、それがシート46の第2表面50の第2屈折領域58上の入射である第2出力面部分44に、第2反射ビーム68がシート46を伝播する第3の入射角θ5に等しい。ビーム68は、シート46の第2表面50に関して、第4の入射角θ7を画定する。第1および第2の表面48、50が実質的に互いに平行であるので、第4の入射角θ7は実質的に第2反射角度θ5に等しい。従って、第4の入射角θ7は、実質的に第1屈折角θ2に等しい。
【0021】
第2反射されたビーム68は、第2出力面部分44に隣接する第2表面50の第2屈折領域58で屈折し、第2偏光を有する第2偏光出力ビーム36を提供する。出力ビーム36は第2出力面部分44を出て、第2表面50に垂直な直線に関して第2出力角φ2を画定する。特に、第2出力ビーム36は、次式による屈折をする。
ninsinθ6=noutsinφ2 (3)
式(1)、(3)および角度θ6およびθ2の実質的な同等による、第2出力角φ2は、実質的に第1入射角θ1に等しい。したがって、出力ビームは実質的に互いに平行である。
【0022】
1実施例において、偏光コーティング64はコーティング64の平面に平行である偏光軸を有するp偏光光を透過させるのに適合する。さらに、コーティング64は本実施例におけるコーティング64の平面に対して垂直である偏光の軸を有するs偏光光を反射するために適合し、第1出力ビーム34はp偏光、第2出力ビーム36はs偏光である。
【0023】
1実施例において、既知の反射コーティング70は、比較的高反射率を提供するためにシート46の第1表面48の領域54を反射することに沿って配置される。従って、第1反射ビーム66の大部分のエネルギーは、第2反射ビーム68に反射される。さらに、1実施例において、第2反射防止コーティング72は、第2表面50の第2屈折領域58に沿って配置される。反射防止コーティング72の目的は、反射を禁じて、第2屈折領域58における屈折を高めることである。
【0024】
実施例において、シート46は実質的に剛性ガラス、例えばドイツの会社であるショットガラスによって製造される1.5にほぼ等しい屈折率を有するBK7から成る。特に、第1および第2の表面48、50が0.5秒以内の平行であるようにシート46は形成される。その結果、出力ビーム34.36は0.75秒以内で互いに平行である。さらに、壁46は実質的に剛体であるので、出力ビーム34、36の平行度の高さは実質的に外部の振動による影響を受けない。
【0025】
従って、従来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装置30が多くの利点を提供する。
特に、出力ビーム34、36の平行が主にシート46の第1および第2の表面48および50の平行によって確定されて、従来技術装置の平行から別々にマウントした成分のアライメントによって確定されるので、装置30は実質的に従来技術装置のそれより大きい平行度を有する出力ビーム34、36を提供することが可能である。さらに、装置30は複雑なアライメントを必要とすることなくかかる平行を実現することが可能である。さらに、装置の幾何配置が実質的に外部の影響に影響を受けないので、装置30は常に実質的に平行の方向を有する出力ビーム34、36を提供する。さらに、装置30は双方向性であり、1の入力ビームから複数の出力ビームを生成するのに用いられることができて、複数の入力ビームを結合して1の出力ビームにすることにも用いることができる。
【0026】
1実施例において、偏光ビームスプリッタ装置30は、実質的に非偏光光を比較的高効率を有する第1偏光の偏光に変換する偏光コンバータアセンブリ31を提供するために用いられる。特に、アセンブリ31は偏光軸回転装置、例えば1/2波リターダプレート74と組み合わせた装置30を有する。より詳しくは、プレート74は出力ビーム34、36の偏光の軸を整合するために出力ビーム34.36のうちの1の経路に置かれる。
【0027】
例えば、実施例において、図1に示すように、プレート74は第2出力ビーム36の経路に置かれる。プレート74は、第2出力ビーム36の伝播の方向を実質的に変化することなく第2出力ビーム36の偏光の軸を90度回転させる。従って、プレート74は第1偏光を有する第2出力ビーム34を提供する。従って、プレート74と組み合わせた装置30は、非偏光光を実質的に100%の効率を有する第1偏光を有する光に変換することが可能である。しかしながら、もう一つの実施例では、レート74が第1出力ビーム36の経路に置かれて、第2偏光を有する両出力ビームを提供する。
【0028】
従って、偏光コンバータアセンブリ31が非偏光光を実質的に同一の偏光を有する一対の直線偏光ビームに変換することが理解される。さらに、アセンブリ31は約1.5秒の比較的小さい非平行な偏差を有する出力ビーム34,36を提供する。非平行な偏差に0.75秒に寄与する偏光ビームスプリッタ装置30によってかかる平行度が可能になる。さらに、プレートの外部の面間の類似に依存するある一定の量によって、プレート74が入射出力ビームの方向を逸脱させるので、プレート74は出力ビーム34、36の非平行な偏差に、0.75秒だけに寄与する。
【0029】
本発明の別の態様による、偏光ビームスプリッタシステム80を図示する図2を参照して説明する。特に、システム80は第1および第2の偏光ビームスプリッタ装置82、84からなる。そして、ビームスプリッティング装置82、84が互いによって永久に整合されるように共通透明シート86から形成される。一方、装置82、84は構造的に、そして、機能的に図1の装置と同一である。
【0030】
従って、第1偏光を有する第1偏光された出力ビーム90がシステム80の第1出力面部分91を出るために、図2に示すように、システム80の第1入力面部分89に入る第1非偏光入力ビーム88はシステム80によって分割される、そして、第2偏光を有する第2出力ビーム92がシステム80の第2出力面部98を出る。第1入力ビーム89の方向によって、実質的に整合される実質的に平行の方向に第1および第2の出力ビーム90、92は伝播する。第1偏光を有する第3の出力ビーム96がシステム80の第3の出力面部分97を出るために、システム80の第2入力面部分95に同時に入っている第2非偏光入力ビーム94はシステム80によって分割される、そして、第4の出力ビーム98が出るために、第4はシステムの面部99を出力した。第2入力ビーム94の方向によって、実質的に整合される実質的に平行の方向において、第3のおよび第4の出力ビーム96、98は伝播する。
【0031】
このように、偏光ビームスプリッタシステム80は多くの利点を提供する。特に、システム80は2つの個別の入力ビームを対応する2つの複数の出力ビームに分割することが可能である。さらに、第1の複数出力ビームは実質的に第1入力ビームに対する平行である、そして、入力ビームが互いに対する非平行である場合であっても、第2の複数出力ビームは実質的に第2入力ビームに対する平行である。
【0032】
波長フィルタリングビームスプリッタ装置100をしているを図示する図3を参照し、本発明の別の態様について説明する。図3の装置100は、複数の波長成分を有する光の入力ビーム102を受ける。装置100は、出力ビームが実質的に平行の方法の装置100を出るように、入力ビーム102の結合されたスペクトルの帯域より実質的に狭いスペクトルの帯域を有する出力ビーム108の対応している複数を設ける。実施例において、出力ビーム108は実質的にモノクロである、そして、出力ビーム108の各々は異なる波長を有する。
【0033】
図3に示すように、波長フィルタリングビームスプリッタ装置100は、図1の偏光ビームスプリッタ装置30と同様である。特に、装置100は、第1および第2の平行表面108、110を有する同様の透明構造のシート106からなる。第1表面108は、入力ビーム102を受ける第1屈折領域112および内部で入力ビーム102を反射するために適合する反射領域114を有する入力面部分120を含む。しかしながら、図1の装置30の偏光領域56および第2屈折領域58の代わりに、装置100の第2表面110は、装置100の複数の出力面部分124によるバンドパス透過を提供するために適合する複数の波長フィルタリング領域116を有する。さらに、入力ビーム102がシートの範囲内で内部で反射されるために、領域116は入力ビーム102のバンド排除反射を提供する。
【0034】
図3に示すように、1実施例において、複数の既知の波長分割マルチプレクサ(WDM)コーティング118は、複数の波長フィルタリング領域116を提供するために壁106および出力面部分124の第2表面110に沿って配置される。特に、各々のコーティング118は、比較的広いスペクトルの範囲を有する光ビームを受けて、特定の波長を中心におかれる周波数の実質的に狭い範囲を透過させるために適合する。さらに、装置100の複数の出力面部分124は、WDMコーティング118の外部の表面である。さらに、各々のWDMコーティング118は、透過されない光を反射するのに適合する。
【0035】
実施例において、WDMコーティング118は、第1コーティング118a、第2コーティング118bおよび第2表面110に沿って連続的に配置される第3のコーティング118cからなる。さらにコーティング118a、118b、118cは、それぞれ波長λ1、λ2およびλ3を中心の波長の狭い範囲を透過させるのに適合する。
【0036】
波長成分λ1、λ2およびλ3を有する入力ビームは、装置100の入力面120の方向に向けられ、第1表面108に垂直な線に関する入力角θを画定する。入力面部分120に入ると、即座に、入力ビーム102は第1WDMコーティング118aの方へ伝播する第1屈折ビーム122を提供するために屈折する。WDMコーティング118aに入射すると、即座に、第1出口を画定する角度に向ける波長の狭帯域第1出力ビーム104aを提供するために、実質的に入力角θに等しいがφ1に向けるように、波長λ1を有する入力ビーム102の成分は第1WDMコーティング118aで透過させられる。
【0037】
図3に示すように、第1WDMコーティング118aが波長成分λ2およびλ3を有する第1反射ビーム126を提供するために第1屈折ビーム122を部分的に反射する。特に、第1反射ビーム126が、壁106を伝播して、波長成分λ2およびλ3を有する第2反射ビーム128を提供するために第1表面108の反射領域114によって反射される。第2反射されたビーム128は、次に第2WDMコーティング118bの方向に向けられ、実質的に入力角θに等しい出口角φ2を画定する波長λ2の狭帯域第2出力ビーム104bを提供する。
【0038】
第2WDMコーティング118bは部分的に第2反射ビーム128を反射し、波長λ3を有する第3反射ビーム134を提供する。特に、第3の反射ビーム132がシート106によって伝播して、波長成分λ3を有する第4の反射ビーム134を提供するために第1表面108の反射領域114をによって反射される。第4の反射ビーム134は次に第3WDMコーティング118cの方向を目指し、実質的に入力角θに等しい第3の出口角φ3を画定する波長λ3の狭帯域第3出力ビーム104cを提供する。
【0039】
このように、WDMコーティング118は、入力ビーム102の波長による分離を可能にする。さらに、シート106の第2表面110に沿って、フィルタ領域116を提供することによって、そして、シート106の第1表面108に沿ってフィルタリング領域114を反射することを提供することによって、出力ビーム104は、実質的に平行に向けられる。
【0040】
第1および第2の複数波長成分を有する光の多色ビーム140を受ける波長フィルタリングビームスプリッタ装置100の他の実施例を、図4を参照して以下に説明する。装置100は、第一の方向に装置100を出る入力ビーム140の波長成分の第1複数に対応する、複数の狭帯域出力ビーム142を提供する。装置100は、第2方向の装置100を出る入力ビーム140の波長成分の第2複数に対応する、狭帯域出力ビーム144の第2複数を提供する。
【0041】
本実施例において、装置100は第1および第2の平行表面108、110を有するシート106からなる。さらに、第1表面108は、入力ビーム140を受けるために適合する屈折領域112に隣接する入力面部分120を形成する。さらに、複数のWDMコーティング118は、波長フィルタリング領域116の複数を有する第2表面110および隣接する複数の出力面部分124を有する装置100を提供する図3の方法の第2表面110を提供するために第2表面110に沿って配置される。
【0042】
しかしながら、本実施例において、図3の実施例の第1表面108の反射領域114は、波長フィルタリング領域146の第2複数によって置き換えられる。特に、第2の複数のWDMコーティング148は、第1表面108に沿って配置され、第2波長フィルタリング領域146および領域146に隣接する第2複数の出力面部150提供する。従って、第2複数の出力ビーム144は、実質的に平行の方向に沿って第2出力面150を出る。第2出力面150が第1表面108に沿って配置されるので、第1出力ビーム142のそれから異なる方向に沿って、第2出力ビーム144は装置100を出る。
【0043】
本発明の好適な実施例が、この実施例に適用された本発明の基本的で新規な特徴について示され、記載されたが、様々な省略、置換および図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、当業者によってなされてもよいと理解されよう。従って、本発明の範囲は前述の説明に限られてはならず、添付の特許請求の範囲よって画定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
偏光ビームスプリッタ装置の片側を示し、装置に入る非偏光ビーム、及び実質的に平行に装置を出るs偏光及びp偏光出力ビームを図示している概略図面である。
【図2】
偏光ビームスプリッタシステムの片側を示し、装置に入る第1および第2の非偏光ビーム、及び装置を出る第1および第2の偏光出力ビーム対を図示している概略図面である。
【図3】
波長フィルタリングビームスプリッタ装置の片側を示し、装置に入る多色のビーム、及び実質的に平行に装置を出る複数の狭帯域ビームを図示している概略図面である。
【図4】
図3の波長フィルタリングビームスプリッタ装置の他の実施例の側面図を示し、装置に入る多色のビーム、及び第1方向に沿って装置を出る複数の第1狭帯域ビーム、第2方向に沿って装置を出る複数の第2狭帯域ビームを図示している概略図面である。
Claims (23)
- 少なくとも第1および第2の成分を有する光ビームを、空間的に分離された対応する第1および第2の実質的に平行な出力光ビーム分割するビームスプリッタ装置であって、
少なくとも1つの入力面部分を有する入力面および少なくとも2の出力面部分を有する出力面を有し、
前記入力面部分は前記入力ビームを第1出力面部分の方へ屈折させるように向けられ、前記第1出力面部分は、(a) 前記入力ビームの第1成分を前記第1出力面部分を通して透過させ、第1出力ビームを提供し、(b)前記入力ビームの前記第2成分を反射するように適合し、前記第2出力面部分は、前記入力ビームの第2成分を受けるように配置され、前記第2出力面部分は、前記入力ビームの第2成分を前記第2出力面部分を通して透過させ、第2出力ビームを提供するように適合し、前記面部分は前記第1および第2の出力ビームが実質的に平行方向の出力であるように向けられたことを特徴とするビームスプリッタ装置。 - 前記面部分は、平行面内に方向付けられたことを特徴とする請求項1記載の装置。
- 実質的に第1出力面部分の平面、入力ビームの第1成分を透過させている前記第1コーティング、入力ビームの第2成分を反射している前記第1コーティングに対する平行である平面において配置される第1コーティングからなる請求項2記載の装置。
- 前記第1コーティングは、実質的に第1出力面部分の平面に配置されていることを特徴とする請求項3記載の装置。
- 前記透明部材は、実質的に入力面部分の平面に対する平行である平面において、反射している部は配置され、前記反射部分は第2出力面部分の方へ入力ビームの第2成分を反射することを特徴とする請求項2記載の装置。
- 前記反射部は、前記入力面部分の実質的に平面に配置された反射コーティングを有することを特徴とする請求項5記載の装置。
- 前記第2出力面部分に隣接して配置された反射防止コーティングを更に有し、前記反射防止コーティングは前記第2出力面部分による入力ビームの第2成分の透過を高めていることを特徴とする請求項2記載の装置。
- 前記入力面部分に隣接して配置された第2反射防止コーティングを更に有し、前記第2反射防止コーティングは前記入力面部分による入力ビームの透過を高めていることを特徴とする請求項7記載の装置。
- 前記入力ビームの第1および第2の成分は第1および第2の偏光成分であり、第1および第2の出力ビームは互いに直交方向に偏光していることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 前記第1出力ビームはp偏光であり、前記第2出力ビームはs偏光であることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 前記入力ビームの第1および第2の成分は、第1および第2の波長成分であり、第1および第2の出力ビームは狭スペクトル帯域を有することを特徴とする請求項1記載の装置。
- 偏光ビームスプリッタ装置であって、
第1および第2の平面実質的に平行の表面を有する透明媒体からなる構造部材を有し、前記前記第1表面は光を屈折させて前記第1表面に入る光の非偏光入力ビームが第2表面の方へ向けられ、前記第2表面は、(a)出力部による入力ビームの第1偏光成分を透過させて第1偏光出力ビームを提供し、(b)第2偏光成分を第1表面上の反射材料に反射する材料を含む出力部を有し、前記反射材料は前記第2表面による屈折のため前記入力ビームの第2偏光成分を反射させて第2偏光、出力ビームを提供し、前記第1および第2の偏光出力ビームは実質的に平行方向に伝播することを特徴とする装置。 - 前記第2表面の出力部の材料は、構造部材の第2表面に実質的に隣接して配された偏光コーティングであることを特徴とする請求項9記載の装置。
- 第1表面上の反射材料は、反射コーティングであることを特徴とする請求項10記載の装置。
- 前記構造部材の第1および第2の表面に、それぞれ配置される第1および第2の反射防止コーティング、をさらに有し、前記第1反射防止コーティングは前記第1表面による入力ビームの透過を高め、前記第2反射防止コーティングは第2偏光出力ビームの透過を高めていることを特徴とする請求項11記載の装置。
- 偏光ビームスプリッタ装置であって、
第1および第2の平面表面からなる実質的に平行面において配置され、透明媒体は第1および第2の表面の間で配置された構造部材と、
第2平面表面の第1部に沿って配置された偏光コーティングと、を有し、
前記装置は前記第1平面表面の第1部に入る光の非偏光入力ビームが偏光コーティングの方向を目指すのに適合され、前記偏光コーティングは入力ビームの第1偏光成分を透過させて第1偏光出力ビームを提供し、前記偏光コーティングは前記入力ビームの第2偏光成分を第1平面表面の第2部の方へ反射し、前記第2偏光成分は第2平面表面の第2部の方へ、第1平面表面の第2部で反射し、前記第2平面表面の前記第2部は入力ビームの第2偏光成分を透過させて実質的に第1偏光された出力ビームに平行である方向に伝播する2偏光された出力ビームを提供することを特徴とする装置。 - 第1平面表面の第2部に沿って配された反射コーティングをさらに有することを特徴とする請求項16記載の装置。
- 第1平面表面の第1部に沿って配置された第1反射防止コーティングをさらに有することを特徴とする請求項17記載の装置。
- 第1平面表面の第2部に沿って配された第2反射防止コーティングをさらに有することを特徴とする請求項18記載の装置。
- 波長フィルタリングビームスプリッタ装置であって、
第1および第2の実質的に平行表面の平面を有する透明媒体からなる構造部材を有し、前記第1表面は前記第1表面に入る複数の波長成分を有する光の入力ビームが第2表面の方に向けられるように光を屈折させ、前記第2表面は第1および第2の出力部を有し、前記第1出力部は、(a)第1出力部による入力ビームの第1波長成分を透過させて第1狭帯域出力ビームを提供し、(b)第2波長成分を第1表面の反射材料に反射する材料を有し、前記反射材料は入力ビームの第2波長成分を第2出力部の方へ反射し、前記第2出力部は第2波長成分を透過させて第2狭帯域出力ビームを提供し、前記第1および第2の狭帯域出力ビームは実質的に平行方向に伝播することを特徴とする装置。 - 前記第1出力部の材料は、第3の波長成分を第1表面上の反射材料に反射し、前記反射料は第3の波長成分を前記第2出力部の方へ反射し、前記第2出力部は、(a) 第2出力部を通して前記入力ビームの第2波長成分を透過させて第2狭帯域出力ビームを提供し、(b)前記第3の波長成分を前記第1表面上の反射材料に向け反射する材料を有し、前記反射材料は前記第2表面による屈折のため第3の波長成分を反射して第3の狭帯域出力ビームを提供し、前記狭帯域出力ビームは実質的に平行方向に伝播することを特徴とする請求項20記載の装置。
- 前記出力部の材料は、複数の波長分割マルチプレクサコーティングを有することを特徴とする請求項21記載の装置。
- 前記第1表面上の前記反射材料は、第2の複数の波長分割マルチプレクサコーティングを有し、前記2の複数のコーティングは前記入力ビームの第4及び第5の波長成分を透過させ、実質的に平行方向に伝播する第4及び第5の狭帯域出力ビームを提供することを特徴とする請求項22記載の装置。
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