JP2011232481A - 光学素子 - Google Patents

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圭司 能丸
Ryugo Oba
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Abstract

【課題】 高いピークパワーのレーザビームを入射しても接合面で剥離が発生しない光学素子を提供することである。
【解決手段】 複屈折性を有する第１透明部材と同じく複屈折性を有する第２透明部材とを接合して構成される光学素子であって、第１及び第２透明部材の接合面に透過率に影響しない誘電体多層膜が被覆され、該誘電体多層膜を介在してオプティカルコンタクトにより該第１及び第２透明部材を接合して構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、入射されたレーザビームを互いに直交する偏光面を有する二つのレーザビームに分離する光学素子、又は、互いに垂直な方向に振動する直線偏光が通過したとき、これらの間に所定の光路差（位相差）を与える波長板等の光学素子に関する。
無偏光レーザビームを互いに直交する偏光面を有する二つのレーザビームに分離するウォラストンプリズム、ロションプリズム，グラン・トムソンプリズム等の光学素子は、複屈折性を有する第１及び第２透明部材同士が、例えばオプティカルコンタクト（原子間結合）によって接合されて構成されている。
これらの光学素子は、第１及び第２透明部材の接合面が理想的な原子配列であればオプティカルコンタクトによって密着し、入射された無偏光レーザビームを適切に互いに直交する偏光面を有する二つのレーザビームに分離することができ、光学装置の多くの分野で用いられている。
特開２００８−２９６２５４号公報
しかし、第１及び第２透明部材の接合面が理想的な分子配列ではなく荒れていたり異物等の介在により微小な吸収を持つことがあり、非常に高いピークパワーのレーザビームを入射すると、第１及び第２透明部材の接合面で光の吸収が起こり、光学素子が熱膨張して接合面で剥離するという問題がある。
非常に高いピークパワーのレーザビームは、ビーム径を小さくするか、平均出力を高くするか、及び／又は短パルスのレーザビームを使用することにより発生される。
特に、第１及び第２透明部材の光学軸の方向が異なるウォラストンプリズム又はロションプリズムの場合には、光学軸の方向により第１及び第２透明部材の膨張率も異なるため剥離の問題は大きい。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高いピークパワーのレーザビームを入射しても接合面で剥離が発生しない光学素子を提供することである。
本発明によると、複屈折性を有する第１透明部材と同じく複屈折性を有する第２透明部材とを接合して構成される光学素子であって、第１及び第２透明部材の接合面に透過率に影響しない誘電体多層膜が被覆され、該誘電体多層膜を介在してオプティカルコンタクトにより該第１及び第２透明部材を接合して構成されることを特徴とする光学素子が提供される。
好ましくは、誘電体多層膜はＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，ＳｉＯ２又はＭｇＦ２から構成され、蒸着により第１及び第２透明部材の接合面に誘電体多層膜が被覆される。好ましくは、第１及び第２透明部材は水晶又は方解石から構成される。
本発明の光学素子は、第１及び第２透明部材の接合面に誘電体多層膜が被覆され、誘電体多層膜を介在してオプティカルコンタクトにより第１及び第２透明部材同士を接合して構成されているので、第１及び第２透明部材同士の密着性が向上し、高ピークパワーのレーザビームが入射されても接合面で剥離することがない。
即ち、誘電体多層膜が緩衝の役割を果たし、第１及び第２透明部材の接合面での吸収・発熱等による応力の影響を低減し、接合面での剥離に至る閾値が向上する。
第１及び第２透明部材の一例を示す斜視図である。 図２（Ａ）は第１透明部材に第２透明部材を接合する様子を示す斜視図、図２（Ｂ）は第１透明部材に第２透明部材が接合されて構成されるウォラストンプリズムの斜視図である。 ウォラストンプリズムの作用を示す説明図である。
図１を参照すると、第１透明部材２及び第２透明部材４の斜視図が示されている。第１透明部材２及び第２透明部材４とも、水晶、方解石等の一軸性結晶から形成されている。
ここで、第１透明部材２及び第２透明部材４は同一形状のプリズムから構成され、接合面２ａ及び４ａは精密に研磨加工された上、誘電体多層膜３が蒸着により被覆されている。この誘電体多層膜は、レーザビームの透過率に影響しない程度の厚さに設定される。誘電体多層膜３は、ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，ＳｉＯ２又はＭｇＦ２から構成される。
本実施形態では、第１透明部材２及び第２透明部材４の接合面２ａ，４ａに誘電体多層膜３を被覆したが、この誘電体多層膜３の被覆は何れか一方の透明部材の接合面２ａ又は４ａだけでもよい。
図２（Ａ）に示すように、接合面２ａに誘電体多層膜３が被覆された第１透明部材２上に、同じく接合面４ａに誘電体多層膜３が被覆された第２透明部材４を重ね合わせ、オプティカルコンタクト（原子間結合）により図２（Ｂ）に示すように第１及び第２透明部材２，４を接合するとウォラストンプリズム６が製造される。
次に、図３を参照して、ウォラストンプリズム６の作用について説明する。ウォラストンプリズム６を構成する第１透明部材２及び第２透明部材４とも水晶から形成されているものとして説明する。
第１透明部材２は紙面に平行で且つ入射レーザビーム８の進行方向に垂直な光学軸７ａを有しており、第２透明部材４は紙面に垂直な光学軸７ｂを有している。５は第１及び第２透明部材２，４の接合面である。
水晶、方解石等の一軸性結晶では光の振動方向（偏光面）と結晶の光学軸の向きによって屈折率が異なる。ウォラストンプリズム６では、接合面５の前後で光学軸７ａ，７ｂの向きが異なるため屈折の仕方が偏光によって異なる。
よって、ウォラストンプリズム６に入射された無偏光レーザビーム８は、接合面５でレーザビームと光学軸７ｂを含む面内で振動する異常光線１２と、異常光線１２に直交する方向で振動する常光線１０に分離されて出射される。偏角φは角θの選択によって決定される。第１及び第２透明部材２，４として方解石を用いる時は、常光線及び異常光線が図３に示した状態と逆になる。
第１透明部材２を紙面に平行で且つビーム８の進行方向を向いた光学軸を有する水晶から形成し、第２透明部材４を紙面に垂直な光学軸７ｂを有する水晶から形成して、第１及び第２透明部材２，４を接合した場合には、異常光線は接合面で屈折するが、常光線は接合面で屈折せずに直進するロションプリズムを製造することができる。
上述した本実施形態のウォラストンプリズム６によると、第１及び第２透明部材２，４の接合面５に誘電体多層膜３が蒸着され、誘電体多層膜３を介在してオプティカルコンタクトにより第１及び第２透明部材２，４同士を接合して製造されているので、第１及び第２透明部材２，４同士の密着性が向上し、非常に高いピークパワーのレーザビーム８が入射されても、ウォラストンプリズム６の接合面５で第１透明部材２と第２透明部材４が剥離することがない。
これは、誘電体多層膜３が緩衝の役割を果たし、第１及び第２透明部材２，４の接合面５での吸収・発熱等による応力の影響が低減され、接合面５での剥離に至る閾値が向上するためであると考えられる。
上述した実施形態では、本発明を主にウォラストンプリズム６に適用した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものでなく、複屈折性を有する第１及び第２透明部材同士を接合したロションプリズム，グラン・トムソンプリズム等の他の光学素子にも同様に適用可能である。
本発明は更に、複数枚の複屈折結晶をオプティカルコンタクトにより接合した１／４波長板、１／２波長板等の波長板にも同様に適用可能である。
２ 第１透明部材（第１プリズム）
２ａ，４ａ 接合面
３ 誘電体多層膜
４ 第２透明部材（第２プリズム）
５ 接合面
６ ウォラストンプリズム
７ａ，７ｂ 光学軸
８ 入射レーザビーム
１０ 常光線
１２ 異常光線

Claims (3)

  1. 複屈折性を有する第１透明部材と同じく複屈折性を有する第２透明部材とを接合して構成される光学素子であって、
    第１及び第２透明部材の接合面に透過率に影響しない誘電体多層膜が被覆され、該誘電体多層膜を介在してオプティカルコンタクトにより該第１及び第２透明部材を接合して構成されることを特徴とする光学素子。
  2. 該誘電体多層膜はＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，ＳｉＯ２又はＭｇＦ２から構成され、蒸着により該第１及び第２透明部材の接合面に該誘電体多層膜が被覆される請求項１記載の光学素子。
  3. 該第１及び第２透明部材は水晶又は方解石から構成される請求項１又は２記載の光学素子。
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