JP2010008808A

JP2010008808A - 水晶波長板

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Publication number: JP2010008808A
Application number: JP2008169440A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ito; 明則伊東; Kotaro Wakabayashi; 小太郎若林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-27
Also published as: JP5133795B2

Abstract

【課題】複数の１／２波長板を用いるなど部品点数の増加を招くことなく、複数の波長の光源の偏光状態を１／２波長板により制御（変更）できるようにする。
【解決手段】水晶部品１０１〜１０３は、水晶板から構成され、各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備えている。水晶部品１０１および水晶部品１０３は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、水晶部品１０２は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成されている。これら板厚は、０．０８５ｍｍを基準として、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：３：２の関係となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複屈折を起こす結晶である水晶を用いて直線偏光の入射光の偏光を９０°回転させる機能を有する水晶波長板に関するものである。

近年では、高密度実装基板のビアホールの形成などにレーザ加工装置が用いられている。このようなレーザ加工装置では、例えば、基本波に対して高調波を発生させることで得られる複数の波長のレーザ光を同時に用いることで、様々な加工形状が得られるようにしている（特許文献１参照）。また、このレーザ加工においては、よく知られているように、直線偏光のレーザ光の偏光方向を、１／２波長板を用いて制御している。

上述した１／２波長板としては、光出力の高いレーザに耐えられるように、一般には、２枚の水晶板から構成されている。２枚の水晶板の板厚の差により、所望とする波長の光に対応させるようにしている。この１／２波長板は、２枚の水晶板の各々の主面に平行な光学軸が互いに９０°異なる状態とし、水晶板の主面に垂直に入射する光の偏光方向を、主面に平行な面内で９０°回転させるようにしている。また、よく知られているように、
水晶板をより高い精度で加工し、２枚の水晶板の光学軸の関係が正確に９０°となるようにすることで、対象となる光が透過するときの常光と異常光との位相差が、より１８０°に近くなるようにしている。

特開２００７−１１４５２０号公報

しかしながら、複数の波長のレーザ光を用いる場合、波長毎に１／２波長板が必要になり、部品点数の増加を招くという問題がある。例えば、３つの波長のレーザ光を用いる場合、２枚の水晶板を貼り合わせた１／２波長板が３個必要となる。また、特許文献１では、１／２波長板を回転させることで、１つの１／２波長板で複数の波長のレーザ光に対応させるようにしているが、この場合、１／２波長板を回転させる回転装置が必要となる。これらのように、複数の波長の光源の偏光状態を１／２波長板により制御しようとする場合、部品点数の増加を招くという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、複数の１／２波長板を用いるなど部品点数の増加を招くことなく、複数の波長の光源の偏光状態を１／２波長板により制御（変更）できるようにすることを目的とする。

本発明に係る水晶波長板は、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第１の水晶部品と、板厚０．２５５ｍｍの水晶板に対応する第２の水晶部品と、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第３の水晶部品とを備え、第１，第２，および第３の水晶部品は、各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備えるようにしたものである。

上記水晶波長板において、第１の水晶部品および第３の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、第２の水晶部品は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成されていればよい。

上記水晶波長板において、第１の水晶部品および第３の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、第２の水晶部品は、板厚の差が０．２５５ｍｍとなる２枚の水晶板から構成されていてもよい。

上記水晶波長板において、第１の水晶部品の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、第２の水晶部品は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成され、第３の水晶部品は、板厚の差が０．１７ｍｍとなる２枚の水晶板から構成されていてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第１の水晶部品と、板厚０．２５５ｍｍの水晶板に対応する第２の水晶部品と、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第３の水晶部品とを備えるようにしたので、複数の１／２波長板を用いるなど部品点数の増加を招くことなく、複数の波長の光源の偏光状態を１／２波長板により変更できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。本実施の形態における水晶波長板は、水晶部品（第１の水晶部品）１０１と、水晶部品（第２の水晶部品）１０２と、水晶部品（第３の水晶部品）１０３とを備えるようにしたものである。各水晶部品１０１〜１０３は、水晶板から構成され、各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備えている。

なお、図１において、対象となる入射光の偏光方向をＸ軸とし、対象となる入社光の入射方向をＺ軸としている。各水晶部品１０１〜１０３を構成している水晶板の主面をＸＹ平面に平行に配置すると、各水晶部品１０１〜１０３を構成している水晶板の光学軸は、ＸＹ平面上に配置されることになる。また、各水晶部品１０１〜１０３を構成している水晶板の板厚は、Ｚ軸方向の寸法となる。これらのことは、後述する他の実施の形態においても同様である。

加えて、本実施の形態における水晶波長板において、水晶部品１０１は、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応（相当）し、水晶部品１０２は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板に対応し、水晶板１０３は、板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する。例えば、水晶部品１０１および水晶部品１０３は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、水晶部品１０２は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成されている。これら板厚は、０．０８５ｍｍを基準として、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：３：２の関係となっている。

また、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品１０２の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品１０２の光学軸と水晶部品１０３の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品１０３の光学軸と水晶部品１０１の光学軸とのなす角度（小さい方）が、３６°とされている。また、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品１０３の光学軸とのなす角度の大きい角度の２等分線が、水晶部品１０２の光学軸となっている。

このように構成された本実施の形態１における水晶波長板によれば、波長２５３〜２７４ｎｍ，３１７〜３６２ｎｍ，４６５〜６００ｎｍ，および１０４５〜２０００ｎｍの光（レーザ光）に対し、位相差を１８０°±５°の範囲とすることができる。

なお、実際の水晶波長板の作製では、前述した板厚の関係とした水晶部品１０１，水晶部品１０２，および水晶部品１０３の間に、上述した光学軸の関係がおおよそ成立する範囲で、前述した各波長に対する位相差が１８０°±５°の範囲となるように、適宜に最適な光学軸の角度関係を求めるようにすればよい。この結果、各角度の関係は、例えば、±２°の範囲でずれる場合もある。

例えば、Ｘ軸（入射光の偏光方向）と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は６３°とされ、水晶部品１０２の水晶板は−４５°とされ、水晶部品１０３の水晶板は＋２７°とされていればよい。また、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は−６３°とされ、水晶部品１０２の水晶板は４５°とされ、水晶部品１０３の水晶板は−２７°とされていてもよい。

ここで、水晶部品１０１，水晶部品１０２，および水晶部品１０３を、平面視長方形の水晶板から構成する場合、長方形の中で選択した一辺に対し、水晶部品１０１の水晶板の光学軸の角度差を−６３°とし、水晶部品１０２の水晶板の光学軸の角度差を４５°とし、水晶部品１０３の水晶板の光学軸の角度差を−２７°として水晶波長板を構成すればよい。このように構成することで、水晶波長板の矩形の辺に対し、対象となる光の偏光方向を一致させれば、対象となる光の偏光方向を主面に平行な面内で９０°回転させることができる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。本実施の形態における水晶波長板は、水晶部品１０１と、水晶部品（第２の水晶部品）２０２と、水晶部品１０３とを備え、水晶部品２０２を、２つの水晶板２２１および水晶板２２２から構成したものである。なお、前述した実施の形態１と同様に、水晶部品１０１および水晶部品１０３は、水晶板から構成されている。また、各水晶板は、各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備えている。

加えて、本実施の形態における水晶波長板では、水晶板２２１と水晶板２２２との板厚差が、０．２５５ｍｍとされている。この板厚差は、０．０８５ｍｍの３倍である。例えば、水晶板２２１は板厚が０．４２５ｍｍとされ、水晶板２２２は板厚が０．６８ｍｍとされていればよい。従って、０．０８５ｍｍと基準とし、水晶部品１０１の板厚：（水晶板２２１と水晶板２２２との板厚差）：水晶部品１０３の板厚＝２：３：２の関係となっている。なお、水晶板２２１および水晶板２２２においても、板厚は０．０８５ｍｍの自然数倍とされ、上述の場合、５倍および８倍とされている。従って、上述の場合、水晶部品１０１の板厚：水晶板２２１の板厚：水晶板２２２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：５：８：２の関係となっている。

また、本実施の形態における水晶波長板では、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品２０２の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品２０２の光学軸と水晶部品１０３の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品１０３の光学軸と水晶部品２０２の光学軸とのなす角度（小さい方）が、３６°とされている。また、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品１０３の光学軸とのなす角度の大きい角度の２等分線が、水晶部品２０２の光学軸となっている。

ここで、「水晶部品２０２の光学軸」は、水晶板２２１と水晶板２２２との板厚が厚い方の光学軸である。例えば、上述したように、水晶板２２１は板厚が０．４２５ｍｍとされ、水晶板２２２は板厚が０．６８ｍｍとされている場合、「水晶部品２０２の光学軸」は、水晶板２２２の光学軸である。また、水晶板２２１の光学軸と水晶板２２２の光学軸との関係は、これらの差の絶対値が９０°となっていればよい。

なお、本実施の形態においても、実際の水晶波長板の作製では、前述した板厚の関係とした水晶部品１０１，水晶部品２０２（水晶板２２１，水晶板２２２），および水晶部品１０３の間に、上述した光学軸の関係がおおよそ成立する範囲で、前述した各波長に対する位相差が１８０°±５°の範囲となるように、適宜に最適な光学軸の角度関係を求めるようにすればよい。この結果、各角度の関係は、例えば、±２°の範囲でずれる場合もある。

例えば、前述したように、水晶板２２１は板厚を０．４２５ｍｍとし、水晶板２２２は板厚を０．６８ｍｍとした場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は６３°とされ、水晶板２２１は４５°とされ、水晶板２２２は−４４°とされ、水晶部品１０３の水晶板は２７°とされていればよい。

また、水晶板２２１は板厚を０．２５５ｍｍとし、水晶板２２２は板厚を０．５１ｍｍとしてもよく、この場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は２７°とされ、水晶板２２１は４５°とされ、水晶板２２２は−４４°とされ、水晶部品１０３の水晶板は６４°とされていればよい。なお、この場合、水晶部品１０１の板厚：水晶板２２１の板厚：水晶板２２２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：３：６：２の関係となる。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。本実施の形態における水晶波長板は、水晶部品１０１と、水晶部品１０２と、水晶部品３０３とを備え、水晶部品３０３を、２つの水晶板３３１および水晶板３３２から構成したものである。なお、前述した実施の形態１と同様に、水晶部品１０１および水晶部品１０２は、水晶板から構成されている。また、各水晶板は、各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備えている。

加えて、本実施の形態における水晶波長板では、水晶板３３１と水晶板３３２との板厚差が、０．１７ｍｍとされている。この板厚差は、０．０８５ｍｍの２倍である。例えば、水晶板３３１は板厚が０．６８ｍｍとされ、水晶板３３２は板厚が０．８５ｍｍとされていればよい。従って、０．０８５ｍｍと基準とし、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：（水晶板３３１と水晶板３３２との板厚差）＝２：３：２の関係となっている。なお、水晶板３３１および水晶板３３２においても、板厚は０．０８５ｍｍの自然数倍とされている。上述の場合、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：８：１０の関係となる。

また、本実施の形態における水晶波長板では、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品３０３の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品３０３の光学軸と水晶部品１０３の光学軸とのなす角度（小さい方）が７２°とされ、水晶部品１０３の光学軸と水晶部品３０３の光学軸とのなす角度（小さい方）が、３６°とされている。また、水晶部品１０１の光学軸と水晶部品３０３の光学軸とのなす角度の大きい角度の２等分線が、水晶部品１０２の光学軸となっている。

ここで、「水晶部品３０３の光学軸」は、水晶板３３１と水晶板３３２との板厚が厚い方の光学軸である。例えば、上述したように、水晶板３３１は板厚が０．６８ｍｍとされ、水晶板３３２は板厚が０．８５ｍｍとされている場合、「水晶部品３０３の光学軸」は、水晶板３３２の光学軸である。また、水晶板３３１の光学軸と水晶板３３２の光学軸との関係は、これらの差の絶対値が９０°となっていればよい。

なお、本実施の形態においても、実際の水晶波長板の作製では、前述した板厚の関係とした水晶部品１０１，水晶部品１０２，および水晶部品３０３（水晶板３３１，水晶板３３２）の間に、上述した光学軸の関係がおおよそ成立する範囲で、前述した各波長に対する位相差が１８０°±５°の範囲となるように、適宜に最適な光学軸の角度関係を求めるようにすればよい。この結果、各角度の関係は、例えば、±２°の範囲でずれる場合もある。

例えば、前述したように、水晶板３３１は板厚を０．６８ｍｍとし、水晶板３３２は板厚を０．８５ｍｍとした場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は−２６°とされ、水晶部品１０２の水晶板は４５°とされ、水晶板３３１は２７°とされ、水晶板３３２は−６３°とされていればよい。

また、水晶板３３１は板厚を０．５１ｍｍとし、水晶板３３２は板厚を０．６８ｍｍとしてもよく、この場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は６３°とされ、水晶板２２１は−４５°とされ、水晶板２２２は−６４°とされ、水晶部品１０３の水晶板は２６°とされていればよい。この場合、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：６：８の関係となる。

また、水晶板３３１は板厚を０．５１ｍｍとし、水晶板３３２は板厚を０．３４ｍｍとしてもよく、この場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は−２６°とされ、水晶板２２１は４５°とされ、水晶板２２２は−６３°とされ、水晶部品１０３の水晶板は２７°とされていればよい。水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：６：４の関係となる。

また、水晶板３３１は板厚を０．５９５ｍｍとし、水晶板３３２は板厚を０．７６５ｍｍとしてもよく、この場合、Ｘ軸と光学軸とのなす角度が、水晶部品１０１の水晶板は６４°とされ、水晶板２２１は−４５°とされ、水晶板２２２は−６３°とされ、水晶部品１０３の水晶板は２７°とされていればよい。この場合、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：７：９の関係となる。

次に、上述した各実施の形態における水晶波長板の光学特性（位相差の波長依存性）について、図４〜図６に示す。なお、この結果は、回転検光子法を用いたシミュレーション値であり、回転検光子法の特性上、偏光状態の左回りまたは右回りの区別がない。このため、実位相差１８５°は、１７５°とされる。

図４は、０．０８５ｍｍを基準として、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：３：２の関係とした水晶波長板（実線）、水晶部品１０１の板厚：水晶板２２１の板厚：水晶板２２２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：５：８：２の関係とした水晶波長板（一点鎖線）、水晶部品１０１の板厚：水晶板２２１の板厚：水晶板２２２の板厚：水晶部品１０３の板厚＝２：３：６：２の関係とした水晶波長板（２点鎖線）の光学特性を示している。

また、図５は、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：８：１０の関係とした水晶波長板（実線）、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：６：８の関係とした水晶波長板（一点鎖線）の光学特性を示している。

また、図６は、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：６：４の関係とした水晶波長板（実線）、水晶部品１０１の板厚：水晶部品１０２の板厚：水晶板３３１の板厚：水晶板３３２の板厚＝２：３：７：９の関係とした水晶波長板（一点鎖線）の光学特性を示している。

なお、上述した各実施の形態において、各水晶板（水晶部品）は、接して配置されていてもよく、また、離間して配置されていてもよい。

本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。本発明の実施の形態における水晶波長板の構成を示す斜視図である。水晶波長板の光学特性（位相差の波長依存性）のシミュレーション結果を示す特性図である。水晶波長板の光学特性（位相差の波長依存性）のシミュレーション結果を示す特性図である。水晶波長板の光学特性（位相差の波長依存性）のシミュレーション結果を示す特性図である。

符号の説明

１０１…水晶部品（第１の水晶部品）、１０２…水晶部品（第２の水晶部品）、１０３…水晶部品（第３の水晶部品）。

Claims

板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第１の水晶部品と、
板厚０．２５５ｍｍの水晶板に対応する第２の水晶部品と、
板厚０．１７ｍｍの水晶板に対応する第３の水晶部品と
を備え、
前記第１，第２，および第３の水晶部品は、
各々が互いに主面が平行な状態に配置され、光学軸が前記主面に平行とされ、各々が異なる光学軸を備える
ことを特徴とする水晶波長板。
請求項１記載の水晶波長板において、
前記第１の水晶部品および前記第３の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、
前記第２の水晶部品は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成されている
ことを特徴とする水晶波長板。
請求項１記載の水晶波長板において、
前記第１の水晶部品および前記第３の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、
前記第２の水晶部品は、板厚の差が０．２５５ｍｍとなる２枚の水晶板から構成されている
ことを特徴とする水晶波長板。
請求項１記載の水晶波長板において、
前記第１の水晶部品の水晶部品は、板厚０．１７ｍｍの水晶板から構成され、
前記第２の水晶部品は、板厚０．２５５ｍｍの水晶板から構成され、
前記第３の水晶部品は、板厚の差が０．１７ｍｍとなる２枚の水晶板から構成されている
ことを特徴とする水晶波長板。