JP2011059310A

JP2011059310A - 偏光調整器

Info

Publication number: JP2011059310A
Application number: JP2009208007A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Suzuki; 泰幸鈴木
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: JP5267878B2

Abstract

【課題】光学素子を回転させる機構を必要としない偏光調整器を提供する。
【解決手段】入力光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第１の光学系を備える。前記第１の光学系は、前記第１の光学系における前記２つの光路の一方にのみ挿入された１／２波長板と、前記第１の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、偏光の方向を調整する偏光調整器に関する。

偏光依存損失を測定する場合、任意の偏光方向を生成するか、特定の条件を満たす４状態の偏光を生成する必要がある。基本的な偏光調整の方法として、λ／４板およびλ／２板の２種類の波長板を組み合わせる方法がある。この方法では、それぞれの波長板などを回転させることで偏光方向を制御することができる。

特開平５−０８０２８９号公報

しかし、光学素子を回転させるための回転機構には寿命があり、また機械的なトラブルを発生させるおそれもある。また、空中を光が通過する構成をとるため、ゴミや汚れに対する対策も必要となる。

本発明の目的は、光学素子を回転させる機構を必要としない偏光調整器を提供することにある。

本発明の偏光調整器は、偏光の方向を調整する偏光調整器において、入力光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第１の光学系を備え、前記第１の光学系は、前記第１の光学系における前記２つの光路の一方にのみ挿入された１／２波長板と、前記第１の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、を具備することを特徴とする。
この偏光調整器によれば、第１の光学系における２つの光路の光路長差の調整により偏光方向を制御するので、光学素子を回転させる機構を用いることなく、偏光方向を調整できる。

直線偏光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第２の光学系を備え、前記第２の光学系は、前記第２の光学系における前記２つの光路の一方にのみ挿入されて偏光方向を９０度回転させる１／２波長板と、前記第２の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、を具備し、前記第２の光学系において得られた光を前記第１の光学系への前記入力光としてもよい。

前記入力光は直線偏光であってもよい。

前記入力光は円偏光であってもよい。

直線偏光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第３の光学系を備え、前記第３の光学系は、前記第３の光学系における前記２つの光路の両者にそれぞれ挿入され、光学軸方向が互いに４５度相違する２つの１／２波長板と、前記第３の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、を具備し、前記第３の光学系において得られた円偏光を前記第１の光学系への前記入力光としてもよい。

本発明の偏光調整器によれば、第１の光学系における２つの光路の光路長差の調整により偏光方向を制御するので、光学素子を回転させる機構を用いることなく、偏光方向を調整できる。

実施例１の偏光調整器の光学系の構成を示す図。合波の様子をポアンカレ球状での動きとして示す図。実施例２の偏光調整器の光学系の構成を示す図。実施例３の偏光調整器の光学系の構成を示す図。実施例４の偏光調整器の光学系の構成を示す図

次に、本発明による偏光調整器の実施形態について説明する。

以下、図１〜図２を参照して実施例１の偏光調整器について説明する。

図１は実施例１の偏光調整器の光学系の構成を示す図である。

図１に示すように、直線偏光は分岐比が１：１の無偏光ビームスプリッタ１１により２分岐される。無偏光ビームスプリッタ１１を透過した光は位相調整板１２、ミラー１３、λ／２板１４を経由して分岐比が１：１の無偏光ビームスプリッタ１７に至る。一方、無偏光ビームスプリッタ１１で反射された光は位相調整板１５、ミラー１６を経由して無偏光ビームスプリッタ１７に至る。このように、分岐された直線偏光は異なる光路を経由して無偏光ビームスプリッタ１７に至り、合波、分岐される。なお、これらの２つの光路長は充分等しいものとされる。

λ／２板１４の光学軸は入力光の偏光方向（水平方向）と４５度ずれて配置されているため、λ／２板１４において偏光方向は９０度回転される。このため、位相調整板１２または位相調整板１５により位相を調整し、同位相または反転位相で合波すると、無偏光ビームスプリッタ１７以降の光線は直線偏光となる。また、±９０度の位相差で合波すると無偏光ビームスプリッタ１７以降の光線は円偏光となる。

無偏光ビームスプリッタ１７で合波、分岐された一方の光は、位相調整板２１、ミラー２２を経由して無偏光ビームスプリッタ２６に至る。無偏光ビームスプリッタ１７で合波、分岐された他方の光は、位相調整板２３、ミラー２４、λ／２板２５を経由して無偏光ビームスプリッタ２６に至る。両者は無偏光ビームスプリッタ２６で合波、分岐され、２つの出力光（出力Ｉおよび出力II）を生成する。

無偏光ビームスプリッタ１７での合波により直線偏光を生成する場合、λ／２板２５の光学軸は偏光方向と一致しているか直交しているため、偏光の変化はないものとして同一方向の直線偏光を無偏光ビームスプリッタ２６で合波する。このとき、位相調整板２１または位相調整板２３を調整して両者の位相差を９０度とすることで、出力光を円偏光とすることができる。

一方、無偏光ビームスプリッタ１７での合波により円偏光を生成する場合、λ／２板２５で円偏光の方向が反転する。このため、方向の異なる円偏光を無偏光ビームスプリッタ２６で合波することにより、直線偏光の出力光を得る。合波する際の位相差を位相調整板２１または位相調整板２３により調整することで、直線偏光の偏光方向を変えることができる。

図２は無偏光ビームスプリッタ２６での合波の様子をポアンカレ球状での動きとして示す図である。図２において矢印Ａは円偏光を生成する場合を示している。この場合、位相調整により上下の両極（円偏光）を含む経線を周回することになる。また、図２において矢印Ｂは直線偏光を生成する場合を示しており、位相調整により赤道を周回することになる。

このように、上記実施形態では、位相板により光路長差を調整することにより偏光方向を制御しているので、光学素子を回転させる機構を用いることなく、偏光方向を調整できる。このため、装置の信頼性向上、小型化、軽量化を図ることができる。

なお、上記の波長板には通常、水晶などの複屈折材料が用いられる。また、位相調整板の材質として、熱光学効果を利用する場合にはＳｉなどが、電気光学効果を利用する場合にはＬＮなどが、それぞれ使用される。

以下、図３を参照して実施例２の偏光調整器について説明する。

図３は実施例２の偏光調整器の光学系の構成を示す図である。

図３に示すように、本実施例の偏光調整器は、無偏光ビームスプリッタ３１、位相調整板３２、リフレクタ３３、位相調整板３４、リフレクタ３５、λ／４板３６、位相調整板３７、リフレクタ３８、λ／４板３９、位相調整板４０、およびリフレクタ４１を備える。入力光はリフレクタ３３、リフレクタ３７を順次経由する光路と、リフレクタ３８、リフレクタ３１を順次経由する光路とに分岐される。

本実施例の偏光調整器は、実施例１の偏光調整器をマッハツェンダ型からマイケルソン型に変形したものであり、偏光方向を制御する方法は同じである。波長板および位相調整板を往復光路でそれぞれ２回ずつ通過させるため、実施例１におけるλ／２板はλ／４板に置換されている。また、位相調整板での調整量（光路長変化量）は２倍となる。

以下、図４を参照して実施例３の偏光調整器について説明する。

図４は実施例３の偏光調整器の光学系の構成を示す図である。

本実施例の偏光調整器では、任意の偏光方向の直線偏光を分岐比が１：１の無偏光ビームスプリッタ５１により２分岐する。無偏光ビームスプリッタ５１を透過した光は位相調整板５２、ミラー５３、λ／２板５４を経由して分岐比が１：１の無偏光ビームスプリッタ５８に至る。一方、無偏光ビームスプリッタ１１で反射された光は位相調整板５５、ミラー５６、λ／２板５７を経由して無偏光ビームスプリッタ５８に至る。このように、分岐された直線偏光は異なる光路を経由して無偏光ビームスプリッタ５８に至り、合波、分岐される。なお、これらの２つの光路長は充分等しいものとされる。

ここで、λ／２板５４の光学軸とλ／２板５７の光学軸は、互いに４５度ずれているので、λ／２板５４およびλ／２板５７をそれぞれ通過した直線偏光の偏光方向は、常に互いに直交したものとなる。このため、位相調整板５２または位相調整板５５により位相を調整し、±９０度の位相差で合波すると無偏光ビームスプリッタ５８以降の光線は円偏光となる。

無偏光ビームスプリッタ５８で分岐された一方の円偏光は、位相調整板６１、ミラー６２を経由して無偏光ビームスプリッタ６６に至る。無偏光ビームスプリッタ５８で分岐された他方の円偏光は、位相調整板６３、ミラー６４、λ／２板６５を経由して無偏光ビームスプリッタ６６に至る。両者は無偏光ビームスプリッタ６６で合波、分岐され、２つの出力光（出力Ｉおよび出力II）を生成する。

この場合、λ／２板６５で円偏光の偏光方向が反転する。このため、方向の異なる円偏光を無偏光ビームスプリッタ６６で合波することにより、直線偏光の出力光を得る。合波する際の位相差を位相調整板６１または位相調整板６３により調整することで、直線偏光の偏光方向を変えることができる。

以下、図５を参照して実施例４の偏光調整器について説明する。

図５は実施例４の偏光調整器の光学系の構成を示す図である。

図５に示すように、本実施例の偏光調整器は、無偏光ビームスプリッタ７１、λ／４板７２、位相調整板７３、リフレクタ７４、位相調整板７５、リフレクタ７６、λ／４板７７、位相調整板７８、リフレクタ７９、λ／４板８０、位相調整板８１、およびリフレクタ８２を備える。入力光はリフレクタ７４、リフレクタ７６を順次経由する光路と、リフレクタ７９、リフレクタ８２を順次経由する光路とに分岐される。

本実施例の偏光調整器は、実施例３の偏光調整器をマッハツェンダ型からマイケルソン型に変形したものであり、偏光方向を制御する方法は同じである。波長板および位相調整板を往復光路でそれぞれ２回ずつ通過させるため、実施例１におけるλ／２板はλ／４板に置換されている。また、位相調整板での調整量（光路長変化量）は２倍となる。

以上説明したように、本発明の偏光調整器によれば、２つの光路の光路長差の調整により偏光方向を制御するので、光学素子を回転させる機構を用いることなく、偏光方向を調整できる。このため、装置の信頼性向上、小型化、軽量化を図ることができる。

なお、上記各実施例では、分岐された両方の光路にそれぞれ位相調整板を挿入しているが、一方の光路のみに位相調整板を挿入してもよい。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、偏光の方向を調整する偏光調整器に対し、広く適用することができる。

１２位相調整板（調整部）
１４ λ／２板（１／２波長板）
１５位相調整板（調整部）
２１位相調整板（調整部）
２３位相調整板（調整部）
２５ λ／２板（１／２波長板）
３２位相調整板（調整部）
３４位相調整板（調整部）
３６ λ／４板（１／２波長板）
３７位相調整板（調整部）
２５ λ／２板（１／２波長板）
３９ λ／４板（１／２波長板）
４０位相調整板（調整部）
５２位相調整板（調整部）
５４ λ／２板（１／２波長板）
５５位相調整板（調整部）
５７ λ／２板（１／２波長板）
６１位相調整板（調整部）
６３位相調整板（調整部）
６５ λ／２板（１／２波長板）
７２ λ／４板（１／２波長板）
７３位相調整板（調整部）
７５位相調整板（調整部）
７７ λ／４板（１／２波長板）
７８位相調整板（調整部）
８０ λ／４板（１／２波長板）
８１位相調整板（調整部）

Claims

偏光の方向を調整する偏光調整器において、
入力光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第１の光学系を備え、
前記第１の光学系は、
前記第１の光学系における前記２つの光路の一方にのみ挿入された１／２波長板と、
前記第１の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、
を具備することを特徴とする偏光調整器。
直線偏光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第２の光学系を備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の光学系における前記２つの光路の一方にのみ挿入されて偏光方向を９０度回転させる１／２波長板と、
前記第２の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、
を具備し、
前記第２の光学系において得られた光を前記第１の光学系への前記入力光とすることを特徴とする請求項１に記載の偏光調整器。
前記入力光は直線偏光であることを特徴とする請求項２に記載の偏光調整器。
前記入力光は円偏光であることを特徴とする請求項２に記載の偏光調整器。
直線偏光を２つの光路に分離した後、両者を合成する第３の光学系を備え、
前記第３の光学系は、
前記第３の光学系における前記２つの光路の両者にそれぞれ挿入され、光学軸方向が互いに４５度相違する２つの１／２波長板と、
前記第３の光学系における前記２つの光路の光路長差を調整する調整部と、
を具備し、
前記第３の光学系において得られた円偏光を前記第１の光学系への前記入力光とすることを特徴とする請求項１に記載の偏光調整器。