JP2009265195A - Wavelength variable filter - Google Patents

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Kazuyuki Nakasendo
和之 中仙道
Mitsuru Fujita
満 藤田
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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavelength variable filter which reduces a number of components and prevent the increase in length/size of a device and is equal to a Lyot filter having a multistage structure exhibiting characteristics of a steep transmission spectrum and a narrow band in a wide wavelength range including a short-wavelength range. <P>SOLUTION: A wavelength filter 31 includes a PEM element 32 comprising an optical modulation unit 33 made of flat plate type quartz having a constant thickness and a crystal oscillator 34 connected to one end thereof. First to fourth polarizers 37 to 40 supported by a transparent glass plate 43 and upper reflecting mirrors 41 and 42 are provided above an upper principal surface of the PEM element, and a lower reflecting mirror 44 supported by a support plate 45 is provided below a lower principal surface. Light incident on the light modulator is transmitted through the optical modulation unit while reflected repeatedly between the first to fourth polarizers with the upper and lower reflecting mirrors to be projected. The phase difference between two polarizers which are adjacent to each other along an optical path is set to 2<SP>n-1</SP>×2π (n: 1 to 3). <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、透過する光の波長を特定の値及び/又は範囲に固定して又は可変的に制御するための波長可変フィルタに関する。   The present invention relates to a wavelength tunable filter for controlling or variably controlling the wavelength of transmitted light at a specific value and / or range.

従来、所望の波長領域の光を透過するために様々なバンドパスフィルタが使用されている。例えば、複屈折板を用いて狭帯域の光のみを透過させるバンドパスフィルタとしてリオフィルタが知られている(例えば、特許文献1〜3を参照)。図12は、リオフィルタの基本的構成を示している。同図に示すように、リオフィルタ1は、透過軸の平行な偏光子2a〜2dの間にそれぞれ複屈折板3a〜3cを、それらの結晶光学軸3a1〜3c1が前記偏光子の透過軸2a1〜2d1と45°をなすように配置する。複屈折板3a〜3cには、方解石や水晶等の一軸性結晶が用いられ、その厚さdi
は2i−1d(i=1〜3)となるように構成される。特許文献1では、リオフィルタが、背面に反射鏡を配設した液晶表示パネルにおいてRGBの三原色の色純度を高くするために、該液晶表示パネルの表面に積層されている。このリオフィルタを構成するプラスチックフィルムは、液晶表示パネルの背面側から反射される光の透過スペクトルのピークがRGBに対応するように、その光学位相差を決定する。
Conventionally, various band-pass filters are used to transmit light in a desired wavelength region. For example, a rio filter is known as a bandpass filter that transmits only narrow-band light using a birefringent plate (see, for example, Patent Documents 1 to 3). FIG. 12 shows a basic configuration of the Rio filter. As shown in the figure, the Rio filter 1 includes birefringent plates 3a to 3c between polarizers 2a to 2d having parallel transmission axes, and crystal optical axes 3a1 to 3c1 are transmission axes 2a1 of the polarizers. Arranged at 45 ° with 2d1. For the birefringent plates 3a to 3c, uniaxial crystals such as calcite and quartz are used, and their thicknesses di.
Is configured to be 2 i-1 d (i = 1 to 3). In Patent Document 1, a rio filter is stacked on the surface of a liquid crystal display panel in order to increase the color purity of the three primary colors of RGB in a liquid crystal display panel having a reflecting mirror on the back. The plastic film constituting the rio filter determines its optical phase difference so that the peak of the transmission spectrum of light reflected from the back side of the liquid crystal display panel corresponds to RGB.

上記リオフィルタは、使用する複屈折板によって透過スペクトルが特定の波長に固定される。そこで、複屈折板に代えて液晶セルを2枚の偏光子の間に挟んだ波長可変型オプティカル・バンドパスフィルタが知られている(例えば、特許文献2,3を参照)。このバンドパスフィルタの構成を図13に示す。同図において、バンドパスフィルタ11は、偏光子12a〜12dに挟まれた液晶セル13a〜13cへの印加電圧を適当に設定することにより、透過スペクトル波長を変化させる。特に図13のバンドパスフィルタは、透過軸12a1、12b1を直交させて配置した所謂クロスニコルの偏光子12a、12b間の液晶セル13aと、透過軸12b1〜12d1を平行に配置した所謂平行ニコルの偏光子12b〜12dで挟んだ2枚の液晶セル13b、13cとを組み合わせることにより、可視領域に残る2つの単色光のうち一方を除去するように構成されている。   The rio filter has its transmission spectrum fixed at a specific wavelength by the birefringent plate used. Therefore, a wavelength tunable optical bandpass filter in which a liquid crystal cell is sandwiched between two polarizers instead of a birefringent plate is known (see, for example, Patent Documents 2 and 3). The configuration of this bandpass filter is shown in FIG. In the figure, the band pass filter 11 changes the transmission spectrum wavelength by appropriately setting the voltage applied to the liquid crystal cells 13a to 13c sandwiched between the polarizers 12a to 12d. In particular, the band-pass filter shown in FIG. 13 is a so-called parallel Nicol liquid crystal cell 13a between so-called crossed Nicols polarizers 12a and 12b arranged so that transmission axes 12a1 and 12b1 are orthogonal to each other, and transmission axes 12b1 to 12d1 arranged in parallel. By combining the two liquid crystal cells 13b and 13c sandwiched between the polarizers 12b to 12d, one of the two monochromatic lights remaining in the visible region is removed.

更に、図13と同様の構成において、偏光子の間に液晶セルと位相差フィルムとからなる複合層を挟んだ波長可変フィルタが知られている(例えば、特許文献4を参照)。この波長可変フィルタの構成を図14に示す。同図において、波長可変フィルタ21は、偏光子22a〜22dに挟まれた各液晶セル23a〜23cにそれぞれ位相差フィルム24a〜24cが重ねて配置されている。この位相差フィルムによって、液晶セルのセル厚を必要最小限に抑え、それによるリタデーション値の減少を補充し、液晶の応答性低下を回避しつつ、狭半値幅の透過率ピークを発生させる。また、液晶セルのセル厚を透過順にd、2d、1.5dに設定することにより、1つの電圧印加装置を共有して全液晶セルに同じ制御電圧を印加し、透過スペクトルの波長を調整することができる。   Furthermore, a wavelength tunable filter having a configuration similar to that in FIG. 13 is known in which a composite layer composed of a liquid crystal cell and a retardation film is sandwiched between polarizers (see, for example, Patent Document 4). The configuration of this wavelength tunable filter is shown in FIG. In the figure, the wavelength tunable filter 21 is configured such that retardation films 24a to 24c are overlapped on liquid crystal cells 23a to 23c sandwiched between polarizers 22a to 22d, respectively. This retardation film suppresses the cell thickness of the liquid crystal cell to the necessary minimum, supplements the decrease in retardation value thereby, and generates a transmittance peak with a narrow half-value width while avoiding a decrease in the response of the liquid crystal. Also, by setting the cell thickness of the liquid crystal cell to d, 2d, and 1.5d in the order of transmission, the same control voltage is applied to all the liquid crystal cells by sharing one voltage application device, and the wavelength of the transmission spectrum is adjusted. be able to.

また、入射光の位相を周期的に変調する光学素子として、光弾性変調(PEM:Photoelastic Modulator)素子が知られている。PEM素子は、石英等の等方性媒質からなる光変調部の一端に水晶等の圧電振動子を貼り付け、かつ他端を機械的にストッパに当接させて構成される(例えば、特許文献5を参照)。光変調部は、該光変調部の共振周波数で水晶振動子を励振すると、弾性歪みを生じて光の屈折率が所定の方向に変化する。これにより、透過光は、その偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。一般にPEM素子は、エリプソメータ等において薄膜や試料を測定する偏光変調分光に使用されている(例えば、特許文献6,7を参照)。   In addition, a photoelastic modulation (PEM) element is known as an optical element that periodically modulates the phase of incident light. A PEM element is configured by attaching a piezoelectric vibrator such as quartz to one end of an optical modulation unit made of an isotropic medium such as quartz and mechanically abutting the other end to a stopper (for example, Patent Documents). 5). When the light modulator excites the crystal resonator at the resonance frequency of the light modulator, elastic distortion occurs and the refractive index of light changes in a predetermined direction. Thereby, the polarization state of the transmitted light is periodically modulated between linearly polarized light and elliptically polarized light, and the phase difference between ordinary light and abnormal light changes at a constant frequency. In general, a PEM element is used for polarization modulation spectroscopy in which a thin film or a sample is measured in an ellipsometer or the like (see, for example, Patent Documents 6 and 7).

特許第3000669号公報Japanese Patent No. 3000669 特許第3102012号公報Japanese Patent No. 3102012 特開2000−267127号公報JP 2000-267127 A 特開2005−115208号公報JP 2005-115208 A 特開2000−28441号公報JP 2000-28441 A 特開平5−196502号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-196502 特開平7−134068号公報JP-A-7-134068

しかしながら、液晶セルは、ITO(インジウム錫酸化物)膜等での反射により透過光量に損失を生じることに加えて、特に紫外域〜青色の短波長域の光を吸収する性質がある。そのため、上述したように液晶セルを用いた波長可変フィルタは、短波長域での透過率が大幅に低下するという問題がある。   However, the liquid crystal cell has a property of absorbing light in a short wavelength range from ultraviolet to blue in addition to causing a loss in transmitted light amount due to reflection on an ITO (indium tin oxide) film or the like. Therefore, as described above, the wavelength tunable filter using the liquid crystal cell has a problem that the transmittance in a short wavelength region is significantly reduced.

更に、複数の液晶セルへの印加電圧を精密に制御するためには、液晶セル毎に独立した駆動制御回路が必要で、装置全体の構成及び制御が複雑になるという問題を生じる。しかも、液晶セルは、耐熱性が低く、透過波面収差が大きい等の問題がある。また、液晶セルは、その屈折率の印加電圧に対する応答が遅いため、印加電圧を連続的に変化させて透過波長を連続的に変化させることは、実用的に困難な場合がある。   Furthermore, in order to precisely control the voltage applied to the plurality of liquid crystal cells, an independent drive control circuit is required for each liquid crystal cell, which causes a problem that the configuration and control of the entire apparatus are complicated. Moreover, the liquid crystal cell has problems such as low heat resistance and large transmitted wavefront aberration. Moreover, since the liquid crystal cell has a slow response to the applied voltage of the refractive index, it may be practically difficult to continuously change the transmission wavelength by changing the applied voltage continuously.

また、リオフィルタ及び上述した従来の波長可変フィルタは、2つの偏光子及びその間に挟まれた複屈折板又は液晶セル等の位相子を1ブロックとして、これを光路に沿って直列に配置して多段に構成する。そのため、透過スペクトルをより急峻にして狭帯域な透過特性が得られる反面、部品点数が多くなり、フィルタ全体を長大化・大型化させるという問題がある。特に多段構造の可変波長フィルタは、光学的厚さ及び他の仕様の異なる複数の液晶セルが必要になるので、コストが増加する。   In addition, the Rio filter and the above-described conventional wavelength tunable filter have two polarizers and a phase shifter such as a birefringent plate or a liquid crystal cell sandwiched between them as one block, which are arranged in series along the optical path. Configure in multiple stages. For this reason, the transmission spectrum becomes steeper and narrow band transmission characteristics can be obtained, but there is a problem that the number of parts increases and the entire filter becomes longer and larger. In particular, a multi-wavelength variable wavelength filter requires a plurality of liquid crystal cells having different optical thicknesses and other specifications, which increases costs.

更に従来の波長フィルタは、偏光子として位相差フィルムのような吸収型偏光子を使用するので、光学的損失が大きい。これに対し、ワイヤグリット偏光子やフォトニック結晶偏光子、輝度向上フィルム等の反射型偏光子は、一般に低損失かつ広帯域な光学特性を有し、耐熱性に優れた特徴を有する。しかしながら、従来の各光学要素を光路に沿って直列に配置した多段構成の波長フィルタに反射型偏光子を用いると、不要な反射光が生じて迷光となるので、良好な光学特性を得られない。   Furthermore, since the conventional wavelength filter uses an absorptive polarizer such as a retardation film as the polarizer, the optical loss is large. On the other hand, reflective polarizers such as wire grid polarizers, photonic crystal polarizers, and brightness enhancement films generally have low loss and broadband optical characteristics, and are excellent in heat resistance. However, if a reflective polarizer is used in a wavelength filter having a multi-stage configuration in which conventional optical elements are arranged in series along the optical path, unnecessary reflected light is generated and stray light cannot be obtained. .

本願発明者らは、上述したように専らエリプソメータ等の偏光変調分光において位相差を測定するために使用されているPEM素子に着目した。そして、上述した従来の問題点に鑑み、PEM素子を利用した波長フィルタについて様々な検討を加えた結果、本発明を案出するに至ったものである。   As described above, the inventors of the present application paid attention to a PEM element used for measuring a phase difference exclusively in polarization modulation spectroscopy such as an ellipsometer. In view of the above-described conventional problems, the present invention has been devised as a result of various studies on wavelength filters using PEM elements.

そこで本発明の目的は、部品点数をできる限り少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制しつつ、多段構造のリオフィルタと同等に、透過スペクトルが急峻で狭帯域特性を発揮し得ると共に、PEM素子を利用することにより、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について、より簡単かつ高精度に透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタを実現することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of parts as much as possible and suppress the increase in the length and size of the entire apparatus, and can exhibit a narrow band characteristic with a sharp transmission spectrum, similar to a multistage rio filter. By using a PEM element, a wavelength tunable filter that can variably control the transmission wavelength of light in a wide wavelength range including a short wavelength range from ultraviolet to blue can be realized more easily.

本発明によれば、上記目的を達成するために、第1主面と第2主面との間に配置した平板状の光変調部と該光変調部の一端に接続された圧電振動子とを有するPEM素子と、第1主面及び第2主面に設けられた複数の偏光子と反射ミラーとを備え、光変調部に入射した光が、該光変調部の内部を偏光子と反射ミラーとの間で前記主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、光変調部から出射する波長可変フィルタが提供される。   According to the present invention, in order to achieve the above object, a plate-shaped light modulation unit disposed between the first main surface and the second main surface, and a piezoelectric vibrator connected to one end of the light modulation unit, And a plurality of polarizers and reflection mirrors provided on the first main surface and the second main surface, and light incident on the light modulation unit is reflected by the polarizer inside the light modulation unit There is provided a wavelength tunable filter that multiple-reflects and transmits with a certain angle with respect to the normal direction of the main surface with respect to the mirror and emits from the light modulation unit.

PEM素子の光変調部の内部を多重反射しながら透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子間の位相差は、該2つの偏光子間の光路長によって決定され、該位相差に対応して透過スペクトルのピーク波長が設定される。そして、PEM素子は、上述したように石英等の透明な等方性物質の一端に貼り付けた水晶等の圧電振動子を所定の電圧で励振させることにより、該石英に応力を付与して光弾性現象による光学的異方性を誘起させ、それにより複屈折性を生じさせて、透過光に位相差を与える。この位相差は、圧電振動子の発振周波数で周期的に変化するが、前記石英の厚さによってかつ/又は圧電振動子の印加電圧を変えることによって制御できる。従って、従来のリオフィルタと同様の構造において、透過スペクトル波長を自在に変化させ得る波長可変フィルタが実現される。   The phase difference between two polarizers adjacent to each other along the optical path of light that passes through the inside of the light modulation unit of the PEM element while being multiple-reflected is determined by the optical path length between the two polarizers. Correspondingly, the peak wavelength of the transmission spectrum is set. The PEM element, as described above, applies a stress to the quartz by exciting a piezoelectric vibrator such as quartz attached to one end of a transparent isotropic material such as quartz with a predetermined voltage. Optical anisotropy due to an elastic phenomenon is induced, thereby causing birefringence and giving a phase difference to transmitted light. This phase difference periodically changes with the oscillation frequency of the piezoelectric vibrator, but can be controlled by changing the applied voltage of the piezoelectric vibrator according to the thickness of the quartz. Therefore, a wavelength tunable filter capable of freely changing the transmission spectrum wavelength is realized with the same structure as the conventional rio filter.

また、共通した1つの光変調部の主面に設ける偏光子の数を増やすことによって、多段構造のリオフィルタと同等の構成が得られるから、部品点数を少なくしかつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。特に、部品点数が従来よりも格段に減少することによって、製造過程や使用済の廃棄品が及ぼす環境への影響が少なくなるという側面からも、極めて有利である。   In addition, by increasing the number of polarizers provided on the main surface of one common light modulation section, a configuration equivalent to a multistage rio filter can be obtained, so the number of components is reduced and the overall length and size of the apparatus are increased. Can be suppressed. In particular, it is extremely advantageous from the viewpoint that the influence of the manufacturing process and used waste on the environment is reduced when the number of parts is significantly reduced as compared with the prior art.

しかも、PEM素子は印加電圧の変化に対して応答特性が良いので、透過波長域を高速でかつ安定して変化させることができる。更に、PEM素子の前記透明な等方性物質からなる光変調部は、特に石英のような光吸収が極めて少ない材料を選択することによって、液晶セルを用いた従来の波長可変フィルタと異なり、紫外域〜青色の短波長域を含む広い波長域の光について十分な位相変調量及び高い透過率が得られる。また、PEM素子は、位相変調量が大きいので、波長可変フィルタの設計自由度を大きくすることができる。   In addition, since the PEM element has good response characteristics with respect to changes in the applied voltage, the transmission wavelength region can be changed at high speed and stably. Further, the light modulation part made of the transparent isotropic substance of the PEM element is different from the conventional wavelength tunable filter using a liquid crystal cell by selecting a material having extremely low light absorption such as quartz. A sufficient phase modulation amount and high transmittance can be obtained for light in a wide wavelength range including the short wavelength range from blue to blue. Moreover, since the PEM element has a large amount of phase modulation, the degree of freedom in designing the wavelength tunable filter can be increased.

或る実施例では、PEM素子の光変調部の内部を透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子間の位相差Γが、該光路を透過する光の波長に対してΓ=2i−1×2π、(但し、i=1〜n、n:2以上の整数)の関係を満足することにより、常に2πの整数倍となるので、従来のリオフィルタと同様の可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。 In some embodiments, a phase difference gamma i between two polarizers which are adjacent to each other along the optical path of the light transmitted through the interior of the light modulation unit of PEM devices, with respect to the wavelength of light transmitted through the optical path gamma i = 2 i−1 × 2π (where i = 1 to n, n: an integer equal to or greater than 2), so that it is always an integer multiple of 2π. Therefore, a variable band similar to the conventional rio filter Transmission characteristics as a pass filter can be obtained.

ここで更に、PEM素子の光変調部の内部を透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子間の少なくとも1つの位相差Γが、光路を透過する光の波長に対してΓ=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、可変波長域を拡大することができる。 Here Furthermore, at least one phase difference gamma j between two polarizers which are adjacent to each other along the optical path of the light transmitted through the interior of the light modulation unit of PEM devices, with respect to the wavelength of light transmitted through the optical path gamma j = 2 j−1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number), the variable wavelength region can be expanded.

更に別の実施例では、PEM素子の光変調部の内部を透過する光の光路に沿って隣接する2つの偏光子が平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置されていることにより、従来のリオフィルタと同様の可変バンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。   In yet another embodiment, two adjacent polarizers are arranged in a parallel Nicol or crossed Nicol relationship along the optical path of light that passes through the inside of the light modulation unit of the PEM element. Similar transmission characteristics as a variable bandpass filter can be obtained.

或る実施例では、光の入射口と出射口とが互いに異なる主面に設けられることにより、入射光と出射光とをインライン配置することができる。別の実施例では、PEM素子の光変調部への光の入射口と出射口とが一方の主面に設けられることにより、入射光と出射光とを対向配置することができる。   In a certain embodiment, the incident light and the emitted light can be arranged in-line by providing the light incident port and the light emitting port on different main surfaces. In another embodiment, an incident port and an exit port for light to the light modulation unit of the PEM element are provided on one main surface, so that the incident light and the emitted light can be arranged to face each other.

或る実施例では、前記主面に設けられた偏光子がワイヤグリッド偏光子であると、該偏光子に入射する光をその偏光方向によって選択的に反射できるので、別個の反射手段を追加する必要がなく、部品点数をより少なくできると共に、p偏光及びs偏光のいずれについても高い透過率を発揮するので、高い光利用効率を得ることができる。   In one embodiment, when the polarizer provided on the main surface is a wire grid polarizer, light incident on the polarizer can be selectively reflected depending on the polarization direction, and thus a separate reflecting means is added. There is no need, the number of parts can be reduced, and high transmittance can be obtained for both p-polarized light and s-polarized light, so that high light utilization efficiency can be obtained.

別の実施例では、ワイヤグリッド偏光子である全ての偏光子が一方の主面に設けられ、光の出射口が他方の主面に設けられることにより、各偏光子から外部に透過する不要光を所望の出射光から確実に排除することができる。   In another embodiment, all the polarizers, which are wire grid polarizers, are provided on one main surface, and the light exit is provided on the other main surface, so that unnecessary light transmitted from each polarizer to the outside is provided. Can be reliably excluded from the desired outgoing light.

また、或る実施例では、PEM素子の光変調部の端面に設けられた垂直反射ミラーを更に有し、PEM素子の光変調部の内部を透過する光が垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行することにより、フィルタ全体を短くして小型化することができる。   Further, in an embodiment, a vertical reflection mirror provided on the end face of the light modulation unit of the PEM element is further provided, and the light transmitted through the light modulation unit of the PEM element is reflected by the vertical reflection mirror and reversely directed. Thus, the entire filter can be shortened and downsized.

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明による波長可変フィルタの好適な実施例を詳細に説明する。尚、各図において、類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して表すことにする。   Exemplary embodiments of a tunable filter according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In each drawing, similar components are denoted by the same or similar reference numerals.

図1(A)〜(C)は、本発明による波長フィルタの第1実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ31は、一定の光学的厚さと該厚さに対する十分な長さとを有する位相子を備える。前記位相子はPEM素子32からなり、厚さ一定の平板状の石英からなる光変調部33と、その一端に接着された水晶振動子34とを有する。前記光変調部は、石英以外にCaF 、Ge等の様々な公知の透明な等方性物質で形成される。前記水晶振動子は、水晶以外にチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電セラミックスを用いた様々な公知の圧電振動子に置き換えることができる。 1A to 1C schematically show the configuration of a first embodiment of a wavelength filter according to the present invention. The wavelength filter 31 of the present embodiment includes a phaser having a certain optical thickness and a sufficient length for the thickness. The phase shifter includes a PEM element 32, and includes a light modulator 33 made of flat-plate quartz having a constant thickness, and a crystal resonator 34 bonded to one end thereof. The light modulator is formed of various known transparent isotropic materials such as CaF 2 and Ge in addition to quartz. The quartz resonator can be replaced with various known piezoelectric resonators using piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate in addition to quartz.

前記PEM素子は、光変調部33の他端が図示しないストッパに当接して変位しないように固定される。水晶振動子34は、対向する両面に形成された1対の電極35,35を有し、前記各電極は電源36に接続されている。水晶振動子34は、前記電源から所定の電圧を印加すると、前記ストッパへの向きに沿って図1(A)に矢印で示す方向に伸縮するように所定の周波数で励振する。光変調部33は、水晶振動子34の振動によって前記ストッパとの間で弾性変形することにより歪みを生じ、光の屈折率が所定の方向に周期的に変化する。従って、前記光変調部を透過する光は、その偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。電源36からの印加電圧は、前記各水晶振動子の振動を同期させるように制御する。   The PEM element is fixed so that the other end of the light modulator 33 does not abut against a stopper (not shown) and is not displaced. The crystal unit 34 has a pair of electrodes 35, 35 formed on opposite surfaces, and each electrode is connected to a power source 36. When a predetermined voltage is applied from the power source, the crystal resonator 34 is excited at a predetermined frequency so as to expand and contract in the direction indicated by the arrow in FIG. 1A along the direction toward the stopper. The light modulator 33 is distorted by elastic deformation with the stopper due to the vibration of the crystal resonator 34, and the refractive index of light periodically changes in a predetermined direction. Therefore, the light transmitted through the light modulator is periodically modulated in polarization state between linearly polarized light and elliptically polarized light, and the phase difference between ordinary light and extraordinary light changes at a constant frequency. The applied voltage from the power source 36 is controlled so as to synchronize the vibrations of the crystal units.

本実施例では、光変調部33の上側主面の一方の端部(図中左側)33a側を光の入射口とし、かつ他方の端部(図中右側)33b側を光の出射口とし、該光変調部の内部を光が図中左から右へ進行するようにする。前記光変調部の上方には、第1〜第4偏光子37〜40と上側反射ミラー41,42とが配設される。前記第1〜第4偏光子及び上側反射ミラーは、前記光変調部の上側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板43上に支持される。前記光の進行方向に沿って、第1及び第2偏光子37,38が連続して配置され、次に上側反射ミラー41を挟んで第3偏光子39と、更に上側反射ミラー42を挟んで第4偏光子40とが配置される。前記光変調部の下方には、その下側主面から離隔してかつその全長さ範囲に亘って、下側反射ミラー44が設けられる。下側反射ミラー44も、前記光変調部の下側主面から僅かに離隔して配置した支持板43上に支持される。   In the present embodiment, one end (left side in the figure) 33a side of the upper main surface of the light modulator 33 is a light incident port, and the other end (right side) 33b side is a light exit port. The light is caused to travel from the left to the right in the drawing in the light modulation section. Above the light modulation unit, first to fourth polarizers 37 to 40 and upper reflection mirrors 41 and 42 are disposed. The first to fourth polarizers and the upper reflection mirror are supported on a transparent glass plate 43 that is arranged slightly spaced from the upper main surface of the light modulator. The first and second polarizers 37 and 38 are continuously arranged along the traveling direction of the light, and then the third polarizer 39 and the upper reflection mirror 42 are sandwiched with the upper reflection mirror 41 interposed therebetween. A fourth polarizer 40 is arranged. A lower reflection mirror 44 is provided below the light modulation unit so as to be separated from the lower main surface and over the entire length range thereof. The lower reflection mirror 44 is also supported on a support plate 43 that is arranged slightly spaced from the lower main surface of the light modulator.

第1〜第4偏光子37〜40は、ワイヤグリッド偏光子からなる。ワイヤグリッド偏光子は、透明基板の表面に金属細線を周期的に透過波長よりも短い一定の周期で格子状に配列され、格子の周期方向と垂直な振動成分の光を反射し、かつ平行な振動成分の光を透過させるという特性を有する。本実施例では、波長フィルタ31への入射光L1と前記光変調部上面の法線とを含む平面(図1(B)の紙面)に対して垂直な直線偏光をs偏光として図中黒丸点●で、平行な直線偏光をp偏光として図中短い両端矢印で表す。前記第1〜第4偏光子は、その格子をPEM素子32の振動方向Qに対して45°の方向に配向する。前記各偏光子の格子の向きは、図1(A)の平面図において多数の平行な細線で表す。   The first to fourth polarizers 37 to 40 are wire grid polarizers. Wire grid polarizers are arranged on a transparent substrate surface in the form of a lattice of metal thin wires periodically with a constant period shorter than the transmission wavelength, reflect the light of vibration components perpendicular to the periodic direction of the lattice, and are parallel to each other It has the characteristic of transmitting light of vibration components. In the present embodiment, a black dot in the figure is defined as linearly polarized light that is perpendicular to a plane (the paper surface of FIG. 1B) including the incident light L1 to the wavelength filter 31 and the normal line of the upper surface of the light modulator. ●, parallel linearly polarized light is represented by p-polarized light with a short double-ended arrow in the figure. The first to fourth polarizers orient the grating in the direction of 45 ° with respect to the vibration direction Q of the PEM element 32. The orientation of the grating of each polarizer is represented by a number of parallel thin lines in the plan view of FIG.

前記各偏光子は、入射光をその偏光方向によって透過又は反射するように分光するものであれば、ワイヤグリッド偏光子以外の様々な公知の偏光子を用いることができる。このような偏光子として、例えばフォトニック結晶偏光子、樹脂材料からなる輝度向上フィルム等がある。前記各反射ミラーは、例えばAl,Ag,Au等の金属膜を前記ガラス板又は支持板の表面に蒸着等の方法で付着させることにより形成される。また、前記反射ミラーは、誘電体多層膜を積層することにより形成され、所望の直線偏光成分のみを選択的に反射して、他の直線偏光成分を反射しないように構成し、反射による損失をより少なくすることができる。   As each of the polarizers, various known polarizers other than the wire grid polarizer can be used as long as they split the incident light so as to be transmitted or reflected depending on the polarization direction. Examples of such a polarizer include a photonic crystal polarizer and a brightness enhancement film made of a resin material. Each of the reflection mirrors is formed by attaching a metal film such as Al, Ag, Au, or the like to the surface of the glass plate or the support plate by a method such as vapor deposition. The reflection mirror is formed by laminating dielectric multilayer films, and is configured to selectively reflect only a desired linearly polarized light component and not to reflect other linearly polarized light components. Can be less.

波長フィルタ31への入射光L1は、前記光入射口から光変調部33を透過し、下側反射ミラー44により該光変調部の主面の法線方向に関して所定の角度θをもって反射される。反射光は第1偏光子37に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過して、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記光変調部主面の法線方向に関して同じ反射角度θをもって反射され、光変調部33の内部を多重反射しながら透過する。隣接する2つの前記偏光子同士は、前記ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向を上述したように配向したことにより、それぞれ透過軸を互いに平行にした平行ニコルの関係に配置されている。   Incident light L1 to the wavelength filter 31 passes through the light modulation section 33 from the light incident port, and is reflected by the lower reflection mirror 44 at a predetermined angle θ with respect to the normal direction of the main surface of the light modulation section. The reflected light enters the first polarizer 37 and is split into an s-polarized component and a p-polarized component. The s-polarized light component passes through the first polarizer 37 and is emitted to the outside as unnecessary light. The p-polarized component is reflected by the first polarizer with the same reflection angle θ with respect to the normal direction of the main surface of the light modulation unit, and passes through the light modulation unit 33 while being subjected to multiple reflections. The two adjacent polarizers are arranged in a parallel Nicol relationship in which the transmission axes are parallel to each other by aligning the periodic direction of the grating of the wire grid polarizer as described above.

第1偏光子37から反射したp偏光は、光変調部33を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー44により反射されて再び前記光変調部を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子38に入射して反射する。次に、前記第2偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー41とにより3度反射されて、前記光変調部を2度往復透過し、第3偏光子39に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。第3偏光子39から反射したp偏光は、下側反射ミラー44と上側反射ミラー42とにより7度反射されて、前記光変調部を4度往復透過し、第4偏光子40に入射して反射する。その間に光変調部33を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、第4偏光子40から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー44に反射されて前記光変調部を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換され、更にs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。   The p-polarized light reflected from the first polarizer 37 is transmitted through the light modulating unit 33, converted into s-polarized light in the meantime, reflected by the lower reflecting mirror 44, and transmitted again through the light modulating unit. It is converted into polarized light, and is incident on the second polarizer 38 and reflected. Next, the p-polarized light reflected from the second polarizer is reflected three times by the lower reflection mirror and the upper reflection mirror 41, and reciprocates twice through the light modulation unit, and enters the third polarizer 39. Incident and reflected. In the meantime, every time the light modulation unit reciprocates through the light modulator, the p-polarized light is repeatedly converted into s-polarized light, and further s-polarized light to p-polarized light twice. The p-polarized light reflected from the third polarizer 39 is reflected seven times by the lower reflecting mirror 44 and the upper reflecting mirror 42, passes through the light modulator four times, and enters the fourth polarizer 40. reflect. In the meantime, every time the light modulator 33 is reciprocally transmitted, the p-polarized light is similarly converted into s-polarized light, and further converted four times from s-polarized light to p-polarized light. Finally, the p-polarized light reflected from the fourth polarizer 40 is reflected again by the lower reflection mirror 44 and once passes back and forth through the light modulation unit, during which time it is converted from p-polarized light to s-polarized light, and further from the s-polarized light. The light is returned to p-polarized light and is emitted to the outside from the light exit port.

光変調部33は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記光変調部内部を進行する光路に沿って隣接する2つの偏光子間、即ち第1偏光子37と第2偏光子38間、該第2偏光子と第3偏光子39間、及び該第3偏光子と第4偏光子40間の位相差が、順に360°、720°、1440°に、即ち2n−1×2π、(n:1〜3)となるように配置される。このように隣接する2つの前記偏光子間の位相差が常に2πの整数倍となるので、波長可変フィルタ31は、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。 The light modulator 33 is configured so that a phase difference of 180 ° is given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces. Accordingly, each of the polarizers is disposed between two polarizers adjacent to each other along the optical path traveling in the light modulator, that is, between the first polarizer 37 and the second polarizer 38, and between the second polarizer and the third polarizer. The phase differences between the polarizers 39 and between the third polarizer and the fourth polarizer 40 are sequentially 360 °, 720 °, 1440 °, that is, 2 n-1 × 2π, (n: 1 to 3). It is arranged to become. Since the phase difference between the two adjacent polarizers is always an integral multiple of 2π in this way, the wavelength tunable filter 31 can obtain transmission characteristics as a bandpass filter similar to a conventional rio filter.

別の実施例では、光変調部33の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を90°に設定することができる。その場合、隣接する前記各2つの偏光子間で、前記光変調部を透過する光の反射回数を2倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ31は、同様に隣接する2つの前記偏光子間の位相差を常に2πの整数倍に設定して、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性を得ることができる。   In another embodiment, the phase difference given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces of the light modulator 33 can be set to 90 °. In that case, the number of reflections of the light transmitted through the light modulator is doubled between the two adjacent polarizers so that a desired phase difference is obtained. As a result, the wavelength tunable filter 31 similarly sets the phase difference between two adjacent polarizers to an integral multiple of 2π to obtain transmission characteristics as a bandpass filter similar to the conventional rio filter. Can do.

本実施例の波長可変フィルタ31は、水晶振動子34への印加電圧を変えてその共振周波数を変化させることにより、PEM素子32を透過する光の波長が変化するので、透過スペクトル波長を自在に変化させることができる。但し、光変調部33は、水晶振動子34の共振周波数に対応して振動するので、該光変調部を透過する光は、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化し、それに対応して透過スペクトルのピークの波長が周期的に変化することになる。   The wavelength tunable filter 31 of the present embodiment changes the wavelength of light transmitted through the PEM element 32 by changing the resonance frequency by changing the voltage applied to the crystal resonator 34, so that the transmission spectrum wavelength can be freely set. Can be changed. However, since the light modulation unit 33 vibrates in accordance with the resonance frequency of the crystal resonator 34, the light transmitted through the light modulation unit changes the phase difference between ordinary light and abnormal light at a constant frequency. Correspondingly, the wavelength of the peak of the transmission spectrum changes periodically.

また、本実施例の波長可変フィルタ31は、このように光変調部33が共通化され、前記光路に沿って配置される偏光子の数に拘わらず、1つだけで済むので、部品点数を大幅に少なくし、かつ装置全体の長大化・大型化を抑制することができる。また、配置する偏光子の数を増やすことによって、より多段構成の波長可変フィルタが得られる。更に、光変調部33を構成する石英等の材料は、紫外域〜青色の短波長域でも高い透過率を発揮する。従って、短波長域を含む広い波長域の光について、透過波長を可変制御し得る波長可変フィルタが実現される。   Further, in the wavelength tunable filter 31 of this embodiment, the light modulator 33 is shared in this way, and only one is required regardless of the number of polarizers arranged along the optical path. It is possible to significantly reduce the length and size of the entire apparatus. Further, by increasing the number of polarizers to be arranged, a tunable filter having a multistage structure can be obtained. Furthermore, the material such as quartz constituting the light modulation unit 33 exhibits high transmittance even in a short wavelength range from ultraviolet to blue. Therefore, a wavelength tunable filter that can variably control the transmission wavelength of light in a wide wavelength range including a short wavelength range is realized.

図2(A)〜(D)は、波長可変フィルタ31の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図2(A)〜(D)は、それぞれ光変調部33を透過して出射する光の光路に沿って図1(B)に示す各位置P1〜P4における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λは特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置P1〜P4における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、前記PEM素子への印加電圧が0である場合の透過率であり、これを中心として破線で示すように左右に一定の周波数でシフトする。 2A to 2D show the results of simulating the wavelength characteristics of the wavelength tunable filter 31, that is, the transmittance of the peak of the transmission spectrum. 2A to 2D show changes in the transmittance with respect to the wavelength of light at the respective positions P1 to P4 shown in FIG. 1B along the optical path of the light transmitted through the light modulator 33 and emitted. Show. Here, λ 0 is a specific wavelength, that is, a wavelength of incident light, and λ is a wavelength of transmitted light or outgoing light at each of the positions P1 to P4. In the figure, the solid line indicates the transmittance when the voltage applied to the PEM element is 0, and shifts at a constant frequency from side to side as indicated by the broken line.

入射後に、第1偏光子37から反射した後の前記光路の位置P1では、光の透過率は全波長範囲において50%一定である(図2(A))。第2偏光子38から反射した後の前記光路の位置P2は、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する(図2(B))。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の1/2波長の整数倍の波長でピークを有するから、第3偏光子39から反射した後の前記光路の位置P3では、これと図2(B)とを重ね合わせた透過特性を示す(図2(C))。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の1/4波長の整数倍の波長でピークを有するから、光変調部33から出射した位置P4では、更にこれを図2(C)に重ね合わせた透過特性を示す(図2(D))。このように隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるから、波長フィルタ31は、図2(D)に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。   After the incidence, at the position P1 of the optical path after being reflected from the first polarizer 37, the light transmittance is constant 50% in the entire wavelength range (FIG. 2A). The position P2 of the optical path after being reflected from the second polarizer 38 first shows the transmission characteristics between the adjacent polarizers, and has a peak at a wavelength that is an integral multiple of the specific wavelength (FIG. 2B). ). Next, the transmission characteristic between the adjacent polarizers has a peak at a wavelength that is an integral multiple of ½ wavelength of the specific wavelength. Therefore, at the position P3 of the optical path after being reflected from the third polarizer 39, And FIG. 2B show the transmission characteristics (FIG. 2C). Finally, since the transmission characteristic between the adjacent polarizers has a peak at a wavelength that is an integral multiple of a quarter wavelength of the specific wavelength, this is further illustrated at the position P4 emitted from the light modulator 33 as shown in FIG. ) Shows the superimposed transmission characteristics (FIG. 2D). Since the peaks of the transmission spectra between the adjacent polarizers all overlap at an integer multiple of the specific wavelength, the wavelength filter 31 is an integer of the specific wavelength as shown in FIG. Transmission characteristics having double and steep peaks can be obtained.

図3(A)〜(C)は、第1実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ31は、光の入射口及び出射口が、光変調部33の下側主面の一方の端部(図中左側)側と、他方の端部(図中右側)側とに設けられる点において、第1実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー44は、前記光の入射口及び出射口の部分を空けて下側複屈折板34下面に設けられる。他の構成は、図1の波長フィルタ31と同一であるので、詳細な説明は省略する。 3A to 3C schematically show the configuration of a modification of the first embodiment. Tunable filter 31 1 of this embodiment, the entrance of light and the exit port, and one end portion of the lower principal surface of the optical modulation unit 33 (the left side in the drawing) side, the other end (right side in the drawing ) Side and the first embodiment is different from the first embodiment. Therefore, the lower side reflection mirror 44 1 is provided on the lower surface under the birefringent plate 34 at a portion of the entrance and exit of the light. Other configurations are the same as those of the wavelength filter 31 of FIG.

波長可変フィルタ31への入射光L1は、前記光入射口から光変調部33を透過して第1偏光子35に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過して、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度θをもって反射され、図1の実施例について説明したように光変調部33内部を多重反射しながら透過して、最後の第4偏光子40に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、前記光変調部を透過し、下側の前記光出射口から外部に出射する。 Incident light L1 to the wavelength tunable filter 31 1 is first incident on the polarizer 35 passes through the optical modulating section 33 from the light entrance, is separated into the s-polarized light component and p-polarized light component. The s-polarized light component passes through the first polarizer 37 and is emitted to the outside as unnecessary light. The p-polarized component is reflected by the first polarizer with the same reflection angle θ with respect to the normal direction of the phase plate main surface, and is transmitted while being subjected to multiple reflections within the light modulator 33 as described in the embodiment of FIG. Then, the light enters the last fourth polarizer 40. The p-polarized light reflected from the fourth polarizer is transmitted through the light modulator and is emitted to the outside from the lower light exit.

本実施例では、前記光の出射口が、前記第1〜第4偏光子とは反対側に設けられる。従って、出射光L2は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。   In the present embodiment, the light emission port is provided on the side opposite to the first to fourth polarizers. Therefore, the emitted light L2 is completely separated from unnecessary light emitted from the respective polarizers to the outside, and the mixing thereof can be reliably prevented.

図4(A)〜(C)は、第1実施例の別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ31は、光の出射口が光変調部33の下側主面の他方の端部(図中右側)付近に設けられる点において、第1実施例と異なる。下側反射ミラー44は、前記光の出射口の部分を空けて設けられる。他の構成は、図1の波長フィルタ31と同一であるので、詳細な説明は省略する。 4A to 4C schematically show the configuration of another modification of the first embodiment. Wavelength tunable filter 31 2 of the present embodiment, in that the exit port of the light is provided in the vicinity of the other end portion of the lower principal surface (the right side in the drawing) of the light modulation unit 33, different from the first embodiment. Lower reflection mirrors 44 2 is provided at a portion of the exit port of the light. Other configurations are the same as those of the wavelength filter 31 of FIG.

波長可変フィルタ31への入射光L1は、図1の実施例と同様に、上側複屈折板33上面の前記光入射口から光変調部33を透過し、第1偏光子37によりs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記光変調部の内部を多重反射しながら透過し、最後の第4偏光子40に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、前記光変調部を透過し、下側の前記光出射口から外部に出射する。 Incident light L1 to the wavelength tunable filter 31 2, similar to the embodiment of FIG. 1, it is transmitted through the upper birefringent plate 33 upper surface optical modulating section 33 from the light entrance of, s-polarized light component by the first polarizer 37 And p-polarized component. The s-polarized component is transmitted through the first polarizer 37 and emitted to the outside as unnecessary light, and the p-polarized component is reflected by the first polarizer and transmitted through the inside of the light modulator while being multiple-reflected, The light enters the last fourth polarizer 40. The p-polarized light reflected from the fourth polarizer is transmitted through the light modulator and is emitted to the outside from the lower light exit.

本実施例も、前記光の出射口が、前記第1〜第4偏光子とは反対に設けられる。従って、出射光L2は、前記各偏光子から外部に出射する不要光から完全に分離され、その混入を確実に防止することができる。   Also in this embodiment, the light emission port is provided opposite to the first to fourth polarizers. Therefore, the emitted light L2 is completely separated from unnecessary light emitted from the respective polarizers to the outside, and the mixing thereof can be reliably prevented.

図5(A)〜(C)は、第1実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ31は、光の入射口が光変調部33の下面即ち下側複屈折板34の下面の一方の端部(図中左側)側に設けられる点において、第1実施例と異なる。そのため、下側反射ミラー44は、前記光の入射口の部分を空けて設けられる。他の構成は、図1の波長フィルタ31と同一であるので、詳細な説明は省略する。 5A to 5C schematically show the configuration of still another modified example of the first embodiment. Wavelength tunable filter 31 3 of this embodiment, in that the entrance of the light is provided on one end portion of the lower surface of the lower surface or lower birefringence plate 34 of the optical modulation unit 33 (the left side in the drawing) side, the first Different from the embodiment. Therefore, the lower reflection mirror 44 3, is provided at a portion of the entrance of the light. Other configurations are the same as those of the wavelength filter 31 of FIG.

波長可変フィルタ31への入射光L1は、下側の前記光入射口から光変調部33を透過し、第1偏光子37によりs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記光変調部内部を多重反射しながら透過し、最後の第4偏光子40に入射する。前記第4偏光子から反射したp偏光は、下側反射ミラー44により反射されて前記光変調部を往復透過し、上側の前記光出射口から外部に出射する。 Incident light L1 to the wavelength-variable filter 313 transmits light modulating unit 33 from the light entrance of the lower, is split by the first polarizer 37 and the s-polarized light component and p-polarized light component. The s-polarized component is transmitted through the first polarizer 37 and emitted to the outside as unnecessary light, and the p-polarized component is reflected by the first polarizer and transmitted through the light modulation unit while being subjected to multiple reflections. Is incident on the fourth polarizer 40. P-polarized reflected from the fourth polarizer, the light modulating unit and forth transmitted is reflected by the lower reflecting mirror 44 3 and is emitted from the upper side of the light exit opening to the outside.

図6(A)〜(C)は、第1実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ31は、図5の変形例において、光変調部33の上方に配置される第4偏光子40が、ワイヤグリット偏光子の格子の周期方向を図1の第4偏光子40のそれと直交する向きに配向した点において、第1実施例と異なる。 6A to 6C schematically show the configuration of still another modification of the first embodiment. Wavelength tunable filter 31 4 of the present embodiment, in the modification of FIG. 5, a fourth polarizer 40 1 which is disposed above the light modulation unit 33, the direction of periodicity of the grating of the wire grid polarizer of FIG. 1 The fourth embodiment differs from the first embodiment in that it is oriented in a direction orthogonal to that of the four polarizers 40.

波長可変フィルタ31への入射光L1は、下側の前記光入射口から光変調部33を透過し、第1偏光子37に入射してs偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過して、不要光として外部に出射し、p偏光成分は、前記第1偏光子により反射されて前記光変調部の内部を多重反射しながら透過する。下側反射ミラー44に反射されて最後の第4偏光子40に入射したp偏光は、そのまま第4偏光子を透過して外部に出射する。他の構成は、図1の波長フィルタ31と同一であるので、詳細な説明は省略する。 Incident light L1 to the wavelength tunable filter 31 4 is transmitted through the optical modulating section 33 from the lower side the light entrance, is split incident on the first polarizer 37 and the s-polarized light component and p-polarized light component. The s-polarized light component is transmitted through the first polarizer 37 and emitted to the outside as unnecessary light, and the p-polarized light component is reflected by the first polarizer and is transmitted through the light modulator while being multiple-reflected. P polarized light reflected on the lower side reflection mirrors 44 3 and enters the fourth polarizer 40 1 of the last is emitted to the outside is transmitted through the fourth polarizer. Other configurations are the same as those of the wavelength filter 31 of FIG.

図7(A)〜(C)は、第1実施例の更に別の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ31は、第1〜第4偏光子37〜40及び上側反射ミラー41,42が、透明ガラス板ではなく、水晶等の光学結晶材料からなる固定位相板46上に支持されている点において、第1実施例と異なる。固定位相板46は、その光学軸46aが、光変調部33を透過する光の進行方向と直交する向きに配向されている。 FIGS. 7A to 7C schematically show the configuration of still another modification of the first embodiment. Wavelength tunable filter 31 5 of this embodiment, first to fourth polarizer 37 to 40 and the upper reflecting mirror 41 and 42, instead of the transparent glass plate, on the fixed phase plate 46 consisting of an optical crystal material such as quartz This is different from the first embodiment in that it is supported. The optical axis 46 a of the fixed phase plate 46 is oriented in a direction orthogonal to the traveling direction of the light transmitted through the light modulation unit 33.

これにより、本実施例の波長可変フィルタ31は、PEM素子32への印加電圧が0で水晶振動子34が励振していない状態において光変調部33を透過する光の透過スペクトルが、固定位相板46の位相差によって0以外の値に設定される。従って、PEM素子を用いた波長可変フィルタ31の透過特性から0点を排除することができる。 Thus, the wavelength tunable filter 31 5 of the present embodiment, the transmission spectrum of the light applied voltage to the PEM element 32 is transmitted through the optical modulation unit 33 in the state in which the crystal oscillator 34 is not excited at 0, fixed phase A value other than 0 is set according to the phase difference of the plate 46. Therefore, it is possible to eliminate the zero point from the transmission characteristics of the wavelength tunable filter 31 5 using a PEM element.

図8(A)〜(C)は、本発明による波長フィルタの第2実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長フィルタ51は、ワイヤグリッド偏光子からなる追加の偏光子52を光変調部33の下側に有する点において、第1実施例と異なる。追加偏光子52は、下側反射ミラー44を支持する透明ガラス板からなる支持板45上に、前記光路に沿って第1偏光子37の直ぐ上流側に配置される。追加偏光子52は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記第1偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、追加偏光子52と第1偏光子37とは、クロスニコルの関係に配置される。他の構成は、図1の波長フィルタ31と同一であるので、詳細な説明は省略する。   FIGS. 8A to 8C schematically show the configuration of the second embodiment of the wavelength filter according to the present invention. The wavelength filter 51 of the present embodiment is different from the first embodiment in that an additional polarizer 52 made of a wire grid polarizer is provided below the light modulation section 33. The additional polarizer 52 is disposed on the support plate 45 made of a transparent glass plate that supports the lower reflection mirror 44, immediately upstream of the first polarizer 37 along the optical path. The additional polarizer 52 is oriented so that the periodic direction of the grating of the wire grid polarizer is orthogonal to that of the first polarizer of FIG. Therefore, the additional polarizer 52 and the first polarizer 37 are arranged in a crossed Nicols relationship. Other configurations are the same as those of the wavelength filter 31 of FIG.

波長フィルタ51への入射光L1は、上側の前記光入射口から光変調部33を透過し、追加偏光子52に入射してs偏光成分とp偏光成分とに分光される。p偏光成分は前記追加偏光子及び支持板45を透過して、不要光として外部に出射する。s偏光成分は、前記追加偏光子により反射されて前記光変調部の内部を多重反射しながら透過する。   Incident light L1 to the wavelength filter 51 passes through the light modulator 33 from the upper light entrance, enters the additional polarizer 52, and is split into an s-polarized component and a p-polarized component. The p-polarized light component passes through the additional polarizer and the support plate 45 and is emitted to the outside as unnecessary light. The s-polarized light component is reflected by the additional polarizer and passes through the inside of the light modulation unit while being multiple-reflected.

追加偏光子52から反射したs偏光は、光変調部33を透過し、その間にp偏光に変換され、第1偏光子37に入射して反射する。第1偏光子37から反射したp偏光は、光変調部33を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー44により反射されて再び前記光変調部を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子37に入射して反射する。次に、前記第1偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー41とにより3度反射されて、前記光変調部を2度往復透過し、第3偏光子39に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー42とにより7度反射されて、前記光変調部を4度往復透過し、第4偏光子40に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、前記第4偏光子から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー44に反射されて前記光変調部を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換され、更にs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。   The s-polarized light reflected from the additional polarizer 52 is transmitted through the light modulation unit 33, converted into p-polarized light in the meantime, and incident on the first polarizer 37 to be reflected. The p-polarized light reflected from the first polarizer 37 is transmitted through the light modulating unit 33, converted into s-polarized light in the meantime, reflected by the lower reflecting mirror 44, and transmitted again through the light modulating unit. The light is converted into polarized light and is incident on the second polarizer 37 and reflected. Next, the p-polarized light reflected from the first polarizer is reflected by the lower reflecting mirror and the upper reflecting mirror 41 three times, and passes back and forth twice through the light modulator, and enters the third polarizer 39. Incident and reflected. In the meantime, every time the light modulation unit reciprocates through the light modulator, the p-polarized light is repeatedly converted into s-polarized light, and further s-polarized light to p-polarized light twice. The p-polarized light reflected from the third polarizer is reflected seven times by the lower reflection mirror and the upper reflection mirror 42, passes back and forth through the light modulation unit four times, and enters the fourth polarizer 40. reflect. In the meantime, every time the light modulator is reciprocally transmitted, the p-polarized light is similarly converted into s-polarized light, and further converted from s-polarized light to p-polarized light four times. Finally, the p-polarized light reflected from the fourth polarizer is reflected again by the lower reflecting mirror 44 and once passes through the light modulator once. During that time, the p-polarized light is converted from p-polarized light to s-polarized light. The light is returned to p-polarized light and is emitted to the outside from the light exit port.

上述したように、光変調部33は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられる。従って、前記光変調部の内部を進行する光路に沿って最初に隣接する2つの偏光子52,35間の位相差は180°である。この後段に続いて隣接する各2つの偏光子37,38間、38,39間、及び39,40間の位相差は、順に360°、720°、1440°に、即ち2n−1×2π、(n:1〜3)となるように配置される。 As described above, the light modulation unit 33 is given a phase difference of 180 ° while the light is once transmitted between the upper and lower main surfaces. Therefore, the phase difference between the two polarizers 52 and 35 that are initially adjacent to each other along the optical path traveling inside the light modulator is 180 °. Subsequent to this subsequent stage, the phase differences between the two adjacent polarizers 37, 38, 38, 39, and 39, 40 are sequentially 360 °, 720 °, 1440 °, that is, 2 n−1 × 2π. , (N: 1 to 3).

このように隣接する偏光子間の位相差が2πの整数倍となる波長可変フィルタ51において、その1つの位相差を180°とすることにより、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られ、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。別の実施例では、追加偏光子を2つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。 In this way, in the wavelength tunable filter 51 in which the phase difference between adjacent polarizers is an integral multiple of 2π, by setting the one phase difference to 180 °, transmission as a bandpass filter similar to the conventional rio filter is possible. Characteristics can be obtained, and the variable wavelength band can be expanded to widen the band. In another embodiment, the number of additional polarizers is increased to two or more, and the phase difference Γ j between each additional polarizer and the polarizer adjacent to the additional polarizer is Γ j = for the wavelength of light transmitted through the optical path. 2 j−1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number) By satisfying the relationship, it is configured to be an odd multiple of π to further expand the variable wavelength range. Can do.

別の実施例では、追加偏光子52を第4偏光子40の後段に配置することができる。この場合、第4偏光子40と追加偏光子52とはクロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は180°である。従って、同様に従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られ、可変波長域を拡大して広帯域化することができる。   In another embodiment, the additional polarizer 52 can be disposed after the fourth polarizer 40. In this case, the fourth polarizer 40 and the additional polarizer 52 are arranged in a crossed Nicols relationship, and the phase difference between them is 180 °. Therefore, similarly, transmission characteristics as a band-pass filter similar to the conventional rio filter can be obtained, and the variable wavelength range can be expanded to widen the band.

図9(A)〜(E)は、波長可変フィルタ51の波長特性、即ち透過スペクトルのピークの透過率をシミュレーションした結果を示している。図9(A)〜(E)は、それぞれ光変調部33を透過して出射する光の光路に沿って図8に示す各位置P1〜P5における光の波長に関する透過率の変化を示している。ここで、λは特定波長即ち入射光の波長であり、λは各位置P1〜P5における透過光又は出射光の波長である。同図において、実線は、前記PEM素子への印加電圧が0である場合の透過率であり、これを中心として破線で示すように左右に一定の周波数でシフトする。 9A to 9E show the results of simulating the wavelength characteristics of the wavelength tunable filter 51, that is, the transmittance of the peak of the transmission spectrum. FIGS. 9A to 9E show changes in the transmittance with respect to the wavelength of the light at the respective positions P1 to P5 shown in FIG. 8 along the optical path of the light transmitted through the light modulator 33 and emitted. . Here, λ 0 is a specific wavelength, that is, a wavelength of incident light, and λ is a wavelength of transmitted light or outgoing light at each of the positions P1 to P5. In the figure, the solid line indicates the transmittance when the voltage applied to the PEM element is 0, and shifts at a constant frequency from side to side as indicated by the broken line.

入射後に、追加偏光子52を透過した後の前記光路の位置P1では、光の透過率は全波長範囲において50%一定である(図9(A))。第1偏光子37から反射した後の前記光路の位置P2では、最初に隣接する前記偏光子間の透過特性を示し、前記特定波長の整数倍となる波長でピークを有する(図9(B))。次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の1/2波長の整数倍の波長でピークを有するから、第2偏光子38から反射した後の前記光路の位置P3では、これと図9(B)とを重ね合わせた透過特性を示す(図9(C))。更に次に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の1/4波長の整数倍の波長でピークを有するから、第3偏光子39から反射した後の前記光路の位置P4では、これを図9(C)に重ね合わせた透過特性を示す(図9(D))。最後に隣接する前記偏光子間の透過特性は、前記特定波長の1/8波長の整数倍の波長でピークを有するから、光変調部33から出射した後の位置P5では、これを図9(D)に重ね合わせた透過特性を示す(図9(E))。このように隣接する前記偏光子間の各透過スペクトルのピークは、前記特定波長の整数倍の波長で全て重なるので、波長可変フィルタ51は、図9(E)に示すように、前記特定波長の整数倍で急峻なピークを有する透過特性が得られる。   At the position P1 of the optical path after passing through the additional polarizer 52 after incidence, the light transmittance is constant 50% in the entire wavelength range (FIG. 9A). At the position P2 of the optical path after being reflected from the first polarizer 37, the transmission characteristic between the adjacent polarizers is shown first, and has a peak at a wavelength that is an integral multiple of the specific wavelength (FIG. 9B). ). Next, the transmission characteristic between the adjacent polarizers has a peak at a wavelength that is an integral multiple of ½ wavelength of the specific wavelength. Therefore, at the position P3 of the optical path after being reflected from the second polarizer 38, And FIG. 9B show transmission characteristics (FIG. 9C). Further, since the transmission characteristics between the adjacent polarizers have a peak at a wavelength that is an integral multiple of a quarter wavelength of the specific wavelength, at the position P4 of the optical path after being reflected from the third polarizer 39, The transmission characteristics are shown in FIG. 9C (FIG. 9D). Finally, since the transmission characteristic between the adjacent polarizers has a peak at a wavelength that is an integral multiple of 1/8 wavelength of the specific wavelength, this is shown in FIG. D) shows the superimposed transmission characteristics (FIG. 9E). In this way, the peaks of the transmission spectra between the adjacent polarizers all overlap at a wavelength that is an integral multiple of the specific wavelength. Therefore, as shown in FIG. A transmission characteristic having a sharp peak at an integral multiple is obtained.

図10(A)〜(C)は、第2実施例の変形例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ51は、追加偏光子52が光変調部33の下方に前記光路に沿って第2偏光子36の直ぐ下流側に配置されている点において、第1実施例と異なる。追加偏光子52は、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記第1偏光子のそれと直交する向きに配向されている。従って、第2偏光子38と追加偏光子52とは、クロスニコルの関係に配置され、それらの間の位相差は180°である。追加偏光子52の下流側の第3,第4偏光子39,40は、該追加偏光子と平行ニコルの関係に配置されるように、ワイヤグリッド偏光子の格子の周期方向が図1の前記第3,第4偏光子のそれと直交する向きに配向される。 FIGS. 10A to 10C schematically show the configuration of a modification of the second embodiment. The wavelength tunable filter 511 of the present embodiment is different from the first embodiment in that the additional polarizer 52 1 is disposed below the light modulator 33 and immediately downstream of the second polarizer 36 along the optical path. And different. Add polarizer 52 1 is oriented in a direction in which the periodic direction of the grating of the wire grid polarizer is perpendicular to that of the first polarizer of FIG. Therefore, the second polarizer 38 and the additional polarizer 52 1 is disposed in crossed Nicols relationship, the phase difference between them is 180 °. The third and fourth polarizers 39 1 and 40 1 on the downstream side of the additional polarizer 52 1 are arranged in a parallel Nicols relationship with the additional polarizer so that the periodic direction of the grating of the wire grid polarizer is illustrated. It is oriented in a direction orthogonal to that of one of the third and fourth polarizers.

波長可変フィルタ51への入射光L1は、上側の前記光入射口から光変調部33を透過し、下側反射ミラー44により反射されて第1偏光子37に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子37を透過し、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記位相板主面の法線方向に関して同じ反射角度θをもって反射され、光変調部33の内部を多重反射しながら透過する。 Incident light L1 to the wavelength tunable filter 51 1 is transmitted through the light modulator portion 33 from the upper side of the light entrance, and enters the first polarizer 37 is reflected by the lower reflecting mirror 44, s-polarized light component and p The light is split into polarized components. The s-polarized light component passes through the first polarizer 37 and is emitted to the outside as unnecessary light. The p-polarized component is reflected by the first polarizer with the same reflection angle θ with respect to the normal direction of the phase plate main surface, and passes through the inside of the light modulator 33 while being subjected to multiple reflection.

第1偏光子37から反射したp偏光は、光変調部33を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー44により反射されて再び前記光変調部を透過し、その間にp偏光に変換され、第2偏光子38に入射して反射する。次に、前記第1偏光子から反射したp偏光は、光変調部33を透過し、その間にs偏光に変換され、追加偏光子52に入射する。追加偏光子52は、s偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。 The p-polarized light reflected from the first polarizer 37 is transmitted through the light modulating unit 33, converted into s-polarized light in the meantime, reflected by the lower reflecting mirror 44, and transmitted again through the light modulating unit. Is incident on the second polarizer 38 and reflected. Then, p-polarized light reflected from said first polarizer is transmitted through the optical modulation unit 33, is converted into s-polarized light between them incident to add the polarizer 52 1. Add polarizer 52 1 reflects the s-polarized light, and transmits light of other wavelengths, emitted to the outside as unwanted light.

追加偏光子52から反射したs偏光は、上側反射ミラー41と下側反射ミラー44とにより3度反射されて、前記光変調部を2度往復透過し、第3偏光子39に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、s偏光はp偏光に、更にp偏光からs偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したs偏光は、前記上側反射ミラーと下側反射ミラー4とにより7度反射されて、前記光変調部を4度往復透過し、第4偏光子40に入射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、同様にs偏光はp偏光に、更にp偏光からs偏光に、4度繰り返して変換される。第4偏光子40は、s偏光を反射し、それ以外の光を透過して、不要光として外部に出射する。第4偏光子40から反射したs偏光は、前記光変調部を透過し、その間にp偏光に変換されて、前記光出射口から外部に出射する。 S-polarized reflected from the additional polarizer 52 1, is three times reflected by the upper reflecting mirror 41 and the lower side reflection mirror 44, the light modulation unit twice reciprocates transmitted, and incident on the third polarizer 39 1 Reflect. In the meantime, every time the light modulator is reciprocally transmitted through the light modulator, the s-polarized light is converted into p-polarized light, and further converted from p-polarized light to s-polarized light twice. S-polarized reflected from said third polarizer, the upper reflection mirror and is 7 degrees reflected by the lower reflecting mirror 4 4, the light modulating unit 4 degrees reciprocally transmits, enters the fourth polarizer 40 1 To do. In the meantime, every time the light modulator is reciprocally transmitted, the s-polarized light is similarly converted into p-polarized light and further converted from p-polarized light to s-polarized light four times. The fourth polarizer 40 1 reflects the s-polarized light, and transmits light of other wavelengths, emitted to the outside as unwanted light. The 4 s-polarized reflected from the polarizer 40 1 is transmitted through the light modulator is converted into p-polarized light therebetween is emitted to the outside from the light exit opening.

本実施例においても、隣接する偏光子間の位相差が2πの整数倍となる波長可変フィルタ51において、その1つの位相差を180°とすることにより、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られ、かつ可変波長域を拡大して広帯域化することができる。更に別の実施例では、追加偏光子を2つ以上に増やし、かつ各追加偏光子とそれに隣接する前記偏光子間の位相差Γが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することにより、πの奇数倍となるように構成して、可変波長域をより拡大することができる。 Also in this embodiment, in the wavelength tunable filter 51 1 the phase difference between the adjacent polarizer is an integral multiple of 2 [pi, by that one of the phase difference and 180 °, conventional Rio filter similar to the bandpass Transmission characteristics as a filter can be obtained, and the variable wavelength range can be expanded to widen the band. In yet another embodiment, increasing the additional polarizer into two or more, and the phase difference gamma j between the polarizer adjacent thereto and each additional polarizer, gamma j with respect to the wavelength of light transmitted through the optical path = 2 j−1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number), so that the variable wavelength region is further expanded by being configured to be an odd multiple of π. be able to.

図11(A)〜(C)は、本発明による波長フィルタの第3実施例の構成を概略的に示している。本実施例の波長可変フィルタ61は、PEM素子62の長さが上記各実施例よりも短い。PEM素子62は、上記各実施例と同様に、厚さ一定の平板状の石英からなる光変調部63と、その一端に接着された水晶振動子64とを有する。   11A to 11C schematically show the configuration of a third embodiment of the wavelength filter according to the present invention. In the wavelength tunable filter 61 of this embodiment, the length of the PEM element 62 is shorter than that of each of the above embodiments. Similar to the above embodiments, the PEM element 62 includes a light modulator 63 made of flat-plate quartz having a constant thickness, and a crystal resonator 64 bonded to one end thereof.

前記PEM素子は、光変調部63の他端が図示しないストッパに当接して変位しないように固定される。水晶振動子34は、所定の電圧を印加すると、前記ストッパへの向きに沿って図11(A)に矢印で示す方向に伸縮するように所定の周波数で励振する。光変調部63は、水晶振動子64の振動により光の屈折率が周期的に変化するので、該光変調部を透過する光は、その偏光状態が直線偏光と楕円偏光との間で周期的に変調され、常光と異常光との位相差が一定の周波数で変化する。   The PEM element is fixed so that the other end of the light modulator 63 does not abut against a stopper (not shown) and is not displaced. When a predetermined voltage is applied, the crystal resonator 34 is excited at a predetermined frequency so as to expand and contract in the direction indicated by the arrow in FIG. 11A along the direction toward the stopper. In the light modulation unit 63, the refractive index of light periodically changes due to the vibration of the crystal resonator 64. Therefore, the light transmitted through the light modulation unit has a polarization state periodically between linearly polarized light and elliptically polarized light. The phase difference between ordinary light and extraordinary light changes at a constant frequency.

本実施例では、光変調部63の下方及び上方の一方の端部(図中左側)側を光の入射口及び出射口とする。前記光変調部の上方には、第1〜第4偏光子65〜68と上側反射ミラー69とが、該光変調部の上側主面から僅かに離隔して配置した透明ガラス板70上に設けられる。前記光の進行方向に沿って、第1、第4及び第2偏光子65,68,66が連続して配置され、次に上側反射ミラー69を挟んで第3偏光子37が配置される。光変調部63の下方には、その下側主面から離隔して、前記光出射口の部分を空けて他の部分の全長さ範囲に亘って、下側反射ミラー70が設けられる。下側反射ミラー71も、前記光変調部の下側主面から僅かに離隔して配置した支持板72上に支持される。更に本実施例は、光変調部63の前記光入射口とは反対側の端面に垂直反射ミラー73が設けられている。第1〜第4偏光子65〜68は、ワイヤグリッド偏光子からなる。前記第1〜第4偏光子は、ワイヤグリッド偏光子の格子をPEM素子62の振動方向に対して45°の方向に配向する。   In the present embodiment, one end (left side in the figure) on the lower side and upper side of the light modulation unit 63 is used as the light entrance and exit. Above the light modulation section, first to fourth polarizers 65 to 68 and an upper reflection mirror 69 are provided on a transparent glass plate 70 arranged slightly spaced from the upper main surface of the light modulation section. It is done. The first, fourth, and second polarizers 65, 68, 66 are continuously arranged along the light traveling direction, and then the third polarizer 37 is arranged with the upper reflection mirror 69 interposed therebetween. A lower reflection mirror 70 is provided below the light modulation unit 63 so as to be spaced from the lower main surface of the light modulation unit 63 and leave the light emission port part over the entire length of the other part. The lower reflection mirror 71 is also supported on a support plate 72 arranged slightly spaced from the lower main surface of the light modulator. Furthermore, in this embodiment, a vertical reflection mirror 73 is provided on the end surface of the light modulation unit 63 opposite to the light incident port. The first to fourth polarizers 65 to 68 are wire grid polarizers. The first to fourth polarizers orient the wire grid polarizer in a direction of 45 ° with respect to the vibration direction of the PEM element 62.

波長フィルタ61への入射光L1は、下方の前記光入射口から光変調部63を透過して第1偏光子65に入射し、s偏光成分とp偏光成分とに分光される。s偏光成分は第1偏光子65を透過し、不要光として外部に出射する。p偏光成分は、前記第1偏光子により前記光変調部の主面の法線方向に関して同じ反射角度θをもって反射され、後述するように光変調部63内部を多重反射しながら透過する。   Incident light L1 to the wavelength filter 61 passes through the light modulator 63 from the lower light entrance and enters the first polarizer 65, where it is split into an s-polarized component and a p-polarized component. The s-polarized light component passes through the first polarizer 65 and is emitted to the outside as unnecessary light. The p-polarized light component is reflected by the first polarizer with the same reflection angle θ with respect to the normal direction of the main surface of the light modulation unit, and passes through the light modulation unit 63 while performing multiple reflection as will be described later.

第1偏光子65から反射したp偏光は、光変調部63を透過し、その間にs偏光に変換され、下側反射ミラー71により反射されて再び前記光変調部を透過し、その間に再びp偏光に変換され、第2偏光子66に入射して反射する。次に、前記第2偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと上側反射ミラー69とにより3度反射されて、前記光変調部を2度往復透過し、第3偏光子67に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、p偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、2度繰り返して変換される。前記第3偏光子から反射したp偏光は、前記下側反射ミラーと垂直反射ミラー73と上側反射ミラー69とにより8度反射されて、前記光変調部を4度往復透過し、第4偏光子68に入射して反射する。その間に前記光変調部を往復透過する毎に、同様にp偏光はs偏光に、更にs偏光からp偏光に、4度繰り返して変換される。最後に、前記第4偏光子から反射したp偏光は、再び下側反射ミラー71に反射されて前記光変調部を一度往復透過し、その間にp偏光からs偏光に変換されかつs偏光からp偏光に戻されて、前記光出射口から外部に出射する。   The p-polarized light reflected from the first polarizer 65 is transmitted through the light modulation unit 63, converted into s-polarized light in the meantime, reflected by the lower reflection mirror 71, and transmitted again through the light modulation unit. The light is converted into polarized light and is incident on the second polarizer 66 and reflected. Next, the p-polarized light reflected from the second polarizer is reflected three times by the lower reflection mirror and the upper reflection mirror 69, and then reciprocates twice through the light modulation unit. Incident and reflected. In the meantime, every time the light modulation unit reciprocates through the light modulator, the p-polarized light is repeatedly converted into s-polarized light, and further s-polarized light to p-polarized light twice. The p-polarized light reflected from the third polarizer is reflected by the lower reflection mirror, the vertical reflection mirror 73, and the upper reflection mirror 69 by 8 degrees, and reciprocally transmits through the light modulation unit by 4 degrees. It is incident on 68 and reflected. In the meantime, every time the light modulator is reciprocally transmitted, the p-polarized light is similarly converted into s-polarized light, and further converted from s-polarized light to p-polarized light four times. Finally, the p-polarized light reflected from the fourth polarizer is again reflected by the lower reflecting mirror 71 and once passes through the light modulator once. During that time, the p-polarized light is converted from p-polarized light to s-polarized light, and from the s-polarized light to p. The light is returned to the polarized light and is emitted to the outside from the light exit port.

光変調部63は、その上側及び下側主面間を光が一度透過する間に180°の位相差が与えられるように構成される。従って、前記各偏光子は、前記光変調部内部を進行する光路に沿って隣接する2つの前記偏光子間の位相差が、順に360°、720°、1440°に、即ち2n−1×2π、(n:1〜3)となるように配置される。このように2つの前記偏光子間の位相差が常に2πの整数倍となるので、波長可変フィルタ61は、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性が得られる。更に、本実施例は、光変調部63を透過する光が前記端面で折り返されて双方向に進行するので、上記各実施例よりも更に部品点数を大幅に少なくでき、かつ特に装置の長さ寸法を小型化することができる。 The light modulation unit 63 is configured such that a phase difference of 180 ° is given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces. Accordingly, each of the polarizers has a phase difference between two polarizers adjacent to each other along an optical path traveling in the light modulation unit in order of 360 °, 720 °, and 1440 °, that is, 2 n−1 ×. It arrange | positions so that it may become 2 (pi) and (n: 1-3). Thus, since the phase difference between the two polarizers is always an integer multiple of 2π, the wavelength tunable filter 61 can obtain transmission characteristics as a bandpass filter similar to a conventional rio filter. Furthermore, in this embodiment, the light transmitted through the light modulation section 63 is folded back at the end face and travels in both directions. Therefore, the number of parts can be significantly reduced as compared with the above embodiments, and the length of the apparatus is particularly significant. The dimensions can be reduced.

別の実施例では、光変調部63の前記上側及び下側主面間を光が一度透過する間に与えられる位相差を90°に設定することができる。その場合、隣接する前記各2つの偏光子間で、前記光変調部を透過する光の反射回数を2倍にして、所望の位相差が得られるようにする。これにより、波長可変フィルタ61は、同様に2つの前記偏光子間の位相差を常に2πの整数倍に設定して、従来のリオフィルタと同様のバンドパスフィルタとしての透過特性を得ることができる。   In another embodiment, the phase difference given while light is once transmitted between the upper and lower main surfaces of the light modulator 63 can be set to 90 °. In that case, the number of reflections of the light transmitted through the light modulator is doubled between the two adjacent polarizers so that a desired phase difference is obtained. As a result, the wavelength tunable filter 61 can similarly set the phase difference between the two polarizers to an integral multiple of 2π to obtain transmission characteristics as a bandpass filter similar to the conventional rio filter. .

また、別の実施例において、波長可変フィルタ61は、第2実施例の追加偏光子を備えることができる。これにより、同様に、可変波長域を広帯域化することができる。   In another embodiment, the tunable filter 61 may include the additional polarizer of the second embodiment. Thereby, similarly, the variable wavelength region can be widened.

本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、各偏光子及び反射ミラーは、光変調部に関して上記各実施例以外の様々な位置に配置することができる。更に、前記偏光子及び反射ミラーの数を増やして、より多段の波長可変フィルタを構成することができる。また、各偏光子は、入射端及び出射端を除いて、吸収型偏光板と反射ミラーとを組み合わせて構成することもできる。   The present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications or changes within the technical scope thereof. For example, each polarizer and reflection mirror can be arranged at various positions other than the above embodiments with respect to the light modulation unit. Furthermore, the number of the polarizers and the reflection mirrors can be increased to configure a multistage wavelength tunable filter. Moreover, each polarizer can also be comprised combining an absorption type polarizing plate and a reflective mirror except for the incident end and the output end.

(A)図は、本発明による波長可変フィルタの第1実施例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing a first embodiment of a wavelength tunable filter according to the present invention, (B) is a side view showing the traveling direction of light, and (C) is an end face on the incident side. Figure. (A)〜(D)図はそれぞれ第1実施例の透過特性を示す線図。(A)-(D) are diagrams each showing the transmission characteristics of the first embodiment. (A)図は、第1実施例の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing a modification of the first embodiment, (B) is a side view along the light traveling direction, and (C) is an end view on the incident side. (A)図は、第1実施例の別の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。FIG. 5A is a plan view schematically showing another modification of the first embodiment, FIG. 5B is a side view showing the traveling direction of light, and FIG. 5C is an end view on the incident side. (A)図は、第1実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing still another modification of the first embodiment, (B) is a side view showing along the traveling direction of light, and (C) is an end view on the incident side. . (A)図は、第1実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing still another modification of the first embodiment, (B) is a side view showing along the traveling direction of light, and (C) is an end view on the incident side. . (A)図は、第1実施例の更に別の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing still another modification of the first embodiment, (B) is a side view showing along the traveling direction of light, and (C) is an end view on the incident side. . (A)図は、本発明による波長可変フィルタの第2実施例を概略的に示す平面図、(B)図はその光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図はその入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing a second embodiment of a wavelength tunable filter according to the present invention, (B) is a side view showing the light traveling direction, and (C) is an incident side thereof. End view. (A)〜(E)図はそれぞれ第2実施例の透過特性を示す線図。(A)-(E) are diagrams each showing the transmission characteristics of the second embodiment. (A)図は、第2実施例の変形例を概略的に示す平面図、(B)図は光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図は入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing a modification of the second embodiment, (B) is a side view along the light traveling direction, and (C) is an end view on the incident side. (A)図は、本発明による波長可変フィルタの第3実施例を概略的に示す平面図、(B)図はその光の進行方向に沿って示す側面図、(C)図はその入射側の端面図。(A) is a plan view schematically showing a third embodiment of a wavelength tunable filter according to the present invention, (B) is a side view showing the light traveling direction, and (C) is an incident side thereof. End view. リオフィルタの基本的構成を示す図。The figure which shows the basic composition of a Rio filter. 液晶セルを用いた従来例の構成図。The block diagram of the prior art example using a liquid crystal cell. 液晶セルを用いた別の従来例の構成図。The block diagram of another prior art example using a liquid crystal cell.

符号の説明Explanation of symbols

1…リオフィルタ、2a〜2d,12a〜12d,22a〜22d,35〜38,37,38,52,52,65〜68…偏光子、2a1〜2d1,12a1〜12d11…透過軸、3a〜3c…複屈折板、3a1〜3c1…光学軸、4…光軸、11…バンドパスフィルタ、13a〜13c,23a〜23c…液晶セル、21,31,31〜31,51,51,61…波長可変フィルタ、24a〜24c…位相差フィルム、32,62…PEM素子、33,34,63,64…光変調部、34,64…水晶振動子、37〜40,39,65〜68…偏光子、41,42,44,69,71,73…反射ミラー、43,70…透明ガラス板、45,72…支持板。 1 ... Rio filter, 2a~2d, 12a~12d, 22a~22d, 35~38,37 1, 38 1, 52,52 1, 65~68 ... polarizer, 2A1~2d1,12a1~12d11 ... transmission shaft, 3a-3c: birefringent plate, 3a1-3c1: optical axis, 4: optical axis, 11: band pass filter, 13a-13c, 23a-23c ... liquid crystal cell, 21, 31, 31 1 -31 5 , 51,51 1, 61 ... tunable filter, 24a-24c ... retardation film, 32, 62 ... PEM devices, 33,34,63,64 ... optical modulator portion, 34, 64 ... crystal resonator, 37~40,39 1, 65-68 ... Polarizer, 41, 42, 44, 69, 71, 73 ... Reflecting mirror, 43, 70 ... Transparent glass plate, 45, 72 ... Support plate.

Claims (9)

第1主面と第2主面との間に配置した平板状の光変調部と前記光変調部の一端に接続された圧電振動子とを有する光弾性偏光(PEM)素子と、前記第1主面及び第2主面に設けられた複数の偏光子と反射ミラーとを備え、
前記光変調部に入射した光が、該光変調部の内部を前記偏光子と前記反射ミラーとの間で前記主面の法線方向に関して一定の角度をもって多重反射して透過し、前記光変調部から出射することを特徴とする波長可変フィルタ。
A photoelastic polarization (PEM) element having a flat plate-like light modulation unit disposed between the first main surface and the second main surface and a piezoelectric vibrator connected to one end of the light modulation unit; A plurality of polarizers and reflecting mirrors provided on the main surface and the second main surface;
The light incident on the light modulator is transmitted through the light modulator by multiple reflection between the polarizer and the reflection mirror at a certain angle with respect to the normal direction of the main surface. A wavelength tunable filter that emits light from a portion.
前記光変調部の内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する2つの前記偏光子間の位相差Γが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ=2i−1×2π、(但し、i=1〜n、n:2以上の整数)の関係を満足することを特徴とする請求項1記載の波長可変フィルタ。 The phase difference Γ i between the two polarizers adjacent to each other along the optical path of the light passing through the inside of the light modulator is Γ i = 2 i−1 × with respect to the wavelength of the light passing through the optical path. The wavelength tunable filter according to claim 1, wherein a relationship of 2π (where i = 1 to n, n: an integer of 2 or more) is satisfied. 前記光変調部の内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する2つの前記偏光子間の少なくとも1つの位相差Γが、前記光路を透過する光の波長に対してΓ=2j−1×2π−π、(但し、j=1〜m、m:自然数)の関係を満足することを特徴とする請求項2記載の波長可変フィルタ。 At least one phase difference Γ j between the two polarizers adjacent to each other along the optical path of the light passing through the inside of the light modulator is Γ j = 2 j with respect to the wavelength of the light passing through the optical path. The wavelength tunable filter according to claim 2, wherein a relationship of −1 × 2π−π (where j = 1 to m, m: natural number) is satisfied. 前記光変調部の内部を透過する前記光の光路に沿って隣接する2つの前記偏光子が平行ニコル又はクロスニコルの関係に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の波長可変フィルタ。   4. The two polarizers adjacent to each other along the optical path of the light transmitted through the light modulation unit are arranged in a parallel Nicol or crossed Nicol relationship. Tunable filter. 前記光変調部への前記光の入射口と出射口とが互いに異なる前記主面に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の波長可変フィルタ。   The wavelength tunable filter according to claim 1, wherein an entrance and an exit of the light to the light modulation unit are provided on different main surfaces. 前記光変調部への前記光の入射口と出射口とが一方の前記主面に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載の波長可変フィルタ。   The wavelength tunable filter according to claim 1, wherein an entrance and an exit of the light to the light modulator are provided on one main surface. 前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載の波長可変フィルタ。   The wavelength tunable filter according to claim 1, wherein the polarizer is a wire grid polarizer. 前記偏光子がワイヤグリッド偏光子であり、かつ全ての前記偏光子が一方の前記主面に設けられ、前記光の出射口が他方の前記主面に設けられることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか記載の波長可変フィルタ。   2. The polarizer according to claim 1, wherein the polarizer is a wire grid polarizer, and all the polarizers are provided on one of the main surfaces, and the light exit is provided on the other main surface. 8. The wavelength tunable filter according to any one of 7 above. 前記光変調部の端面に設けられた垂直反射ミラーを更に有し、前記光変調部の内部を透過する前記光が前記垂直反射ミラーにより反射されて逆向きに進行することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか記載の波長可変フィルタ。   The apparatus further comprises a vertical reflection mirror provided on an end surface of the light modulation unit, and the light transmitted through the light modulation unit is reflected by the vertical reflection mirror and travels in the reverse direction. The wavelength tunable filter according to any one of 1 to 8.
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