JP2005513515A

JP2005513515A - 波長スイッチング装置の、もしくは、これに関連する改良

Info

Publication number: JP2005513515A
Application number: JP2002588275A
Authority: JP
Inventors: スコット、ロバート・イアン
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2002-05-03
Publication date: 2005-05-12
Also published as: EP1384113A1; IL158731A0; GB0110968D0; WO2002091076A1; US20040105142A1

Abstract

【課題】
【解決手段】光学装置（１０）は、第１の光路（１２）と第２の光路（１４）との間でビームをスイッチングするスイッチング装置（２２、２４）を有する。このスイッチング装置は、かけられた電圧に応じてビームの偏光を変える手段（２２）と、これの偏光に従って第１の光路と第２の光路とのどちらかに沿ってビームを方向付ける手段（２４）とを有する。

Description

本発明は、波長スイッチング装置の、もしくは、これに関連する改良に関する。

レーザ放射線で物品を照射する装置は、特定の偏光及び波長を有する放射線を透過させる必要があることが多い。例えば、水平偏光された１０６４nmの放射線で対象物を照射することが望ましい場合がある。これは可能だが、１０６４nmの放射線が‘目に安全’であり、よって、装置を調べられるか守られることが可能である、とは言い難いため、この装置は、‘目に安全な’第２の波長の放射線、例えば１５００nmの放射線を発生させることができなくてはならない。

光学装置でビームを１つの波長から他の波長へとスイッチングするために用いられる従来の波長スイッチング装置は、可動部品を有する。従って、こうした部品が１つの位置から他の位置へと動く際にこれらの動作を可能にするスペースが必要になる。

本発明の目的は、可動部品を一切必要としない波長スイッチング装置を提供することである。

本発明の一態様に関れば、電圧感応結晶と光変調手段とを有し、この光変調手段は、電圧感応結晶によって放射された放射線の偏光に従って放射線の波長を変えるように機能する、発生された放射線の波長を第１の波長から第２の波長へと変えるスイッチング装置が与えられる。

本発明の他の態様に関れば、透過されるビームを第１の波長と第２の波長との間でスイッチングする方法が与えられる。この方法は、所望の波長に従ってビームの偏光を変える工程を有する。

効果的には、ビームの偏光を変える手段は、電圧感応結晶を有する。

好ましくは、電圧感応結晶は、電気光学結晶、例えばLiNbO_３結晶を有する。

本発明の一実施形態では、偏光感応手段が、夫々の偏光に従って第１もしくは第２の光路に沿ってビームを方向付けるために設けられている。

本発明のスイッチング装置は、レーザビームが、このビームが例えば波長を変えることによって変えられ得る光路上に方向付けられることを可能にする。

本発明の第２の実施形態では、偏光感応手段が設けられており、レーザビームが夫々の透過偏光に従って変えられて、様々の波長を有して様々に偏光された成分を含むビームが発生され、切替えられるのを可能にする。

本発明をよりよく理解するために、添付図面をあくまでも例として参照する。

図１を参照すると、２つの可能な光路１２及び１４を有する光学装置１０が示されている。光路１２は、波長板１８及び２０を通る光軸１６と一致している。光軸１６上に、また、LiNbO_３結晶２２と、偏光子キューブ２４と、更なる波長板２６と、ダイクロイックビームスプリッター２８が位置されている。これら要素の働きを後で詳しく説明する。前記光路１４は、偏光子キューブ２４と、ステアリング光学系３０と、第２の偏光子キューブ３２と、テレスコープ３４と、光変調手段３６と、ミラー３８と、第２のステアリング光学系４０と、ダイクロイックビームスプリッター２８とを有する。前記偏光子キューブ３２の代わりに、プリズム、ミラー、もしくは他の適当なりフレクターであってもよい。同様に、ミラー３８の代わりに、偏光子キューブ、プリズム、もしくは他の適当なりフレクターであってもよい。

前記波長板１８は、水平偏光の入力レーザビーム４２を垂直偏光のビーム４４に変更するように働く。水平偏光、垂直偏光という用語は、相対的な用語であり、互いに直交する偏光平面に関し、夫々に、水平偏光はページの平面内に、垂直偏光はこれに直交する平面内にあると考えられる。これら偏光平面は、水平偏光は両頭の矢印によって、垂直偏光は中点を有する円によって、夫々に図に示されている。

LiNbO₃結晶２２は、これに電圧が印加されているとき、ビーム４４の偏光を変えるように機能する。このことは、結晶２２を出るビーム４６が、水平か垂直のいずれにも偏光され得ることを意味する。偏光子キューブ２４は、図２及び３を参照してより詳しく説明されるように、ビーム４６の偏光に従って、このビーム４６を波長板２６に向けて透過させるか光路１４上のステアリング光学系３０に向けて反射させるように働く。

偏光子キューブ２４を透過したビーム４６は、波長板２６に進む。この波長板によってビーム４６の偏光が水平偏光から垂直偏光に変えられ、ビーム４８を形成する。ビーム４８は、ダイクロイックビームスプリッター２８を透過し、出力波長板２０へ向かう。波長板２０は、これから出るビーム５０の射出偏光を変えるように調節可能である。

光路１４上の前記ステアリング光学系３０は、楔５２、５４と、光学マイクロメーター５６とを有する。偏光子キューブ２４によって反射されたビーム５８は、ステアリング光学系３０を通って偏光子キューブ３２に到達した後、テレスコープ３４を通って光変調手段３６へと向かう。テレスコープ３４は、リバーステレスコープである。光変調手段３６は、光学パラメトリック発振器（OPO）入力ミラー６０と、OPO非線形結晶６２、６４と、OPO出力カプラー６６とを有する。OPO非線形結晶６２、６４は、カリウムチタンアルセネート（KTA）もしくはカリウムチタンリン酸塩（KTP）で形成され得る。光変調手段３６から出た変調されたビーム６８は、ミラー３８によってステアリング光学系４０中へとダイクロイックビームスプリッター２８に向けて反射される。このミラー３８の代わりに、上述されたような配向性プリズムであってもよい。このステアリング光学系４０は、前記ステアリング光学系３０と類似しており、光学マイクロメーター７０と楔７２及び７４を有する。ダイクロイックビームスプリッター２８は、ビーム６８を、光軸１６上、つまり、出力波長板２０に向けて反射する。

本発明の光学装置１０の働きを、図２及び３を参照してより詳しく説明する。図１で既に説明された項目は、同じ参照符号で示されている。

光路１２をより詳しく示した図２を参照すると、入力レーザビーム４２は、１．０６４μｍの波長を有し、図示されるようにほぼ一直線状に、光軸１６に沿って通される。このことは、LiNbO_３結晶２２が、これに電圧がかけられ、これによって、透過されるビーム４４の偏光を垂直偏光から水平偏光へと変え、ビーム４６を形成することによって果たされている。

図１を参照して説明したように、ビーム４２（水平偏光されている）は、ビーム４４（垂直偏光されている）を形成するように、波長板１８によって偏光が変えられている。このビーム４４は、ビーム４６を形成するように、結晶２２によって偏光が水平偏光に戻されている。偏光子キューブ２４は、水平偏光のビーム４６を波長板２６に向けて透過させる。ビーム４６は、波長板２６で垂直偏光のビーム４８に変えられる。ダイクロイックビームスプリッター２８は、ビーム４８を出力波長板２０に向けて透過させ、この波長板２０によって決定される最後の偏光と、１．０６４μｍの波長とを有する出力ビーム５０を与える。

光路１４をより詳しく示した図３を参照すると、入力レーザビーム４２は、１．０６４μｍの波長を有し、水平に偏光されている。ビーム４２は、波長板１８を通った後、垂直偏光のビーム４４になる。ビーム４４は、結晶２２を通るが、この際、この結晶に電圧がかけられていないことから、偏光が変わらない状態で透過される。ビーム４４は、垂直に偏光されていることから、偏光子キューブ２４を透過せずに、光路１４上へとビーム５８として反射される。ビーム５８は、ステアリング光学系３０を通り、偏光子キューブ３２によって反射され、テレスコープ３４を通って光変調手段３６へと向かう間、光路１４に沿った偏光を維持する。光変調手段３６は、１．５μｍの波長を有するが変わらず垂直偏光のビーム６８を形成するように、ビーム４４の波長を変える。ビーム６８は、ミラー３８によって反射され、ステアリング光学系４０を通った後、ダイクロイックビームスプリッター２８によって波長板２０に向けて反射される。従来通り、出力ビーム５０は、波長板２０に従って偏光されるが、１．５μｍの波長を有する。

上述された光学装置１０において、２つの光路間での切替えが、透過されるビームの偏光をこのビームが第１の光路１２に沿って方向付けられるように変えるが、第２の光路１４に沿って方向付けられるようには変えないLiNbO_３結晶２２によって果たされることが分かるだろう。

本発明の説明された実施形態は、第２の光路を通るビームの波長を変えることに関連しているが、第２の光路は、他の目的でも用いられ得ることが分かるだろう。例えば、第２の光路は、ビームをモニターしたり、ビームによって運ばれる信号をサンプリングするためにも用いられ得る。唯一必要なのは、ビームの偏光の変更が、２つの光路の間でビームをスイッチングするために用いられることである。

本発明の第２の実施形態の光学装置１００の働きを、図４及び５を参照してより詳しく説明する。図１、２及び３に既に説明された項目は、同じ参照符号で示される。

図４及び５を参照すると、光学装置１００は、単一の光路１０２のみを有するとして示されている。光軸と一致した光路上には、LiNbO₃結晶２２と、光変調手段３６と、波長板１０４と、ダイクロイックビームスプリッター１０６とが設けられている。

波長板１０４は、垂直偏光の入力レーザビームを水平偏光のビームにスイッチングするように機能する。水平偏光と垂直偏光という用語は、相対的な用語であり、互いに直交する偏光平面に関連しており、夫々に、水平偏光はページの平面内に、垂直偏光はこれに直交する平面内にあると考えられる。これら偏光平面は、水平偏光は両頭の矢印によって、垂直偏光は中点を有する円によって、夫々に図に示されている。

LiNbO₃結晶２２は、電圧がかけられているときに、ビーム４４の偏光を変えるように機能する。これは、結晶２２を出るビームが、水平か垂直のいずれにも偏光され得ることを意味する。

１０６４nmの波長を有し、水平偏光のレーザビーム４２は、結晶２２を透過する。この結晶２２では、結晶２２への１／２波の電圧の印加によって、ビーム４２の偏光が水平偏光から垂直偏光に変えられ、よって、ビーム４８が形成される。続いて、ビーム４８は、光変調手段３６を透過する。光変調手段３６は、光学パラメトリック発振器（OPO）入力ミラー６０と、OPO非線形結晶６２、６４と、OPO出力カプラー６６とを有する。OPO非線形結晶６２、６４は、カリウムチタンアルセネート（KTA）もしくはカリウムチタンリン酸塩（KTP）で形成され得る。光変調手段３６は、ビーム４８が垂直に偏光されているとき、ビーム４８に何の影響も与えず、１０６４nmのビームを波長板１０４へと透過させる。波長板１０４は、垂直偏光のビーム４８を水平偏光のビーム１１０に変えるように機能する。波長板１０４を出たビーム１１０は、水平に偏光され、１０６４nmの波長を有するビーム１１２を透過させるように機能するダイクロイックビームスプリッター上に入射される。

結晶２２に電圧が印加されない図５に示された装置を見てみると、入力レーザビーム４２は、１０６４nmの波長を有し、水平に偏光されている。ビーム４２は、結晶２２を通るが、この際、この結晶２２に電圧がかけられていないことから、偏光が変わらない状態で透過される。ビーム４２は、結晶２２を出て、光変調手段３６へ進む。光変調手段３６は、ビーム４２が水平に偏光されているとき、１５００nmの波長を有するが変わらず水平偏光のビーム１１４を形成するように、ビーム４２の波長を変える。しかし、ビーム１１４はまた、同様に水平に偏光され、１０６４nmの波長を有する成分も有する。ビーム１１４は、１０６４nmの波長を有する成分を水平偏光から垂直偏光された状態に変える一方、１５００nmの波長を有する水平偏光の成分をこれの水平偏光を維持した状態で透過させるように機能する波長板１０４を通る。かくして、波長板１０４を出たビーム１１６は、夫々異なった偏光の２つの波長の成分を有するようになる。ビーム１１６は、ダイクロイックビームスプリッター１０６へと進む。ダイクロイックビームスプリッターは、ビーム１１６の水平偏光された１５００nmの成分を透過させて出力ビーム１１８を形成する一方、垂直偏光された１０６４nmの成分を反射する。

このように、同じ装置が、LiNbO_３結晶にかけられた電圧に応じて、レーザ放射線の様々な波長をスイッチングするように使用され得る。偏光子キューブ２４及び３２、ステアリング光学系３０及び４０、テレスコープ３４及びダイクロイックビームスプリッター２８は、光学装置内で従来から使用されていた要素である。また、光変調手段３６の代わりに、波長の様々の変更を可能にするか他の方法でビームを変える同様の要素であってもよい。

詳しく上述された実施形態では、特定の結晶２２と、波長板と、ダイクロイックビームスプリッターとを使用していることが分かるだろう。これらの要素の代わりに、例えば変換もしくは反射の特性に所定の変更を与える同じ要素であってもよい。様々の位相変化を導入し得る波長板が知られており、様々の偏光のビームを提供するように上述されたものに代わって使用されてもよい。

本発明に係る光学装置を示す。図１の装置を通る第１の光路を示す。図１の装置を通る第２の光路を示す。本発明の第２の実施形態に係る波長スイッチング装置を示す。本発明の第２の実施形態に係る波長スイッチング装置を示す。

Claims

電圧感応結晶と放射線変調手段とを具備し、この放射線変調手段は、電圧感応結晶によって放射された放射線の偏光に従って放射線の波長を変えるように機能する、発生された放射線の波長を第１の波長から第２の波長へとスイッチングするスイッチング装置。
第１の波長及び第２の波長を夫々有する放射線の成分の偏光に従って第１の波長の放射線と第２の波長の放射線とを分離する手段を更に具備する請求項１の装置。
前記第１の波長の成分が透過されたときに第２の放射線の成分をそらす手段を更に具備する請求項１もしくは２の装置。
ビームの偏光を変える手段が、電圧感応結晶を有する請求項３の装置。
前記電圧感応結晶は、電気光学結晶を有する請求項４の装置。
前記電気光学結晶は、LiNbO_３結晶を有する請求項５の装置。
所望の波長に従ってビームの偏光を変える工程を具備する、透過されたビームを第１の波長と第２の波長との間でスイッチングする方法。
所望の光路に従ってビームの偏光を変える工程を具備する、第１の光路と第２の光路との間でビームをスイッチングする方法。
所望の光路に従ってビームの偏光を変える手段を具備する、第１の光路と第２の光路との間でビームをスイッチングするスイッチング装置。
前記ビームの偏光を変える手段は、電圧感応結晶を有する請求項９の装置。
前記電圧感応結晶は、電気光学結晶を有する請求項１０の装置。
前記電気光学結晶は、LiNbO_３結晶を有する請求項１１の装置。
ビームをこれの偏光に従って第１の光路もしくは第２の光路に沿って方向付ける偏光感応手段を更に具備する請求項９乃至１２のいずれか１の装置。
前記ビームの偏光を変える手段は、偏光を、１平面からこれに直交する平面に変えるえ請求項９乃至１３のいずれか１の装置。
図１乃至３を参照して上述されたように、第１の光路と第２の光路との間でビームをスイッチングする方法。
図１乃至３、図４及び図５を参照して上述されたようなスイッチング装置。
図４及び図５を参照して上述されたような、第１の波長と第２の波長との間でビームをスイッチングする方法。