JP2015049416A - 光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】戻り光の光源側への漏れを低減できる光デバイスを提供する。
【解決手段】光源（２）からの光が通過する第１通過部（１０）が一部に設けられ、第１通過部の周囲で光を遮る第１遮光部材（４）と、第１通過部を通過し順方向に進行する光が通過する第２通過部（１２）が一部に設けられ、第２通過部の周囲で光を遮る第２遮光部材（６）と、第１通過部と第２通過部との間に配置され、第１通過部を介して入射し順方向に進行する光を第２遮光部材の第２通過部に導き、第２通過部を介して入射し順方向と反対向きの逆方向に進行する光を前記第１遮光部材へ導く導光部（５）と、光源からの光を集光し、第１通過部及び導光部を介して第２通過部に収束させる集光部材（３）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、レーザー加工装置や、光ディスクにデータを読み書きする光学装置等に用いて好適な光デバイスに関する。

レーザー光は、溶接、切断、切削などの各種加工、光ファイバーを利用した光通信、光ディスクのデータの読み書き等の多岐の分野で利用されている。このようなレーザー光の一部は、伝播経路の界面などで反射あるいは散乱し、光源側への戻り光になりえる。例えば、レーザー加工装置から出射されたレーザー光の一部は、加工対象物の表面で反射あるいは散乱して、レーザー加工装置へ戻ることがある。

このような戻り光は、例えば光源に到達することにより、光源の出力が不安定になる要因、光源が損傷する要因、ノイズの発生要因などになりえる。そのため、レーザー光を利用する技術においては、光源側への戻り光を遮断する光デバイスが設けられる（例えば、下記の特許文献１、２参照）。

特許文献１、２の光アイソレータは、光源から順方向に進行する光の光路と、光源へ向かう逆方向に進行する戻り光の光路とを分離する。戻り光の光路には、戻り光を遮る遮光部材が設けられている。このような構成により、戻り光が遮光部材に遮られ、光源に到達する戻り光が低減される。

特開２０１３−１１８３４号公報 特開平７−３１８８６０号公報

ところで、光デバイスへの戻り光の入射方向は、光デバイスの光出射軸に対して傾いている場合がある。例えば、レーザー加工装置において、加工対象物の表面で反射あるいは散乱した光の進行方向は、加工対象物の表面形状などに応じて変化しうる。光デバイスへの戻り光の入射方向が変化すると、光デバイスにおける戻り光の光路がシフトして遮光部材から外れることにより、戻り光が光源側に漏れてしまうことがありえる。本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、戻り光の光源側への漏れを低減できる光デバイスを提供することを目的とする。

本発明の一態様の光デバイスは、光源からの光が通過する第１通過部が一部に設けられ、第１通過部の周囲で光を遮る第１遮光部材と、第１通過部を通過し順方向に進行する光が通過する第２通過部が一部に設けられ、第２通過部の周囲で光を遮る第２遮光部材と、第１通過部と第２通過部との間に配置され、第１通過部を介して入射し順方向に進行する光を第２遮光部材の第２通過部に導き、第２通過部を介して入射し順方向と反対向きの逆方向に進行する光を第１遮光部材へ導く導光部と、光源からの光を集光し、第１通過部及び導光部を介して第２通過部に収束させる集光部材と、を備える。

この光デバイスは、集光部材が光源からの光を集光し、その収斂位置に第２通過部が配置されているので、第２通過部を小型化できる。そのため、逆向きに進行する戻り光が第２通過部を通りにくくなり、結果として、戻り光の第１遮光部材から光源側への漏れを低減できる。

上記の一態様の光デバイスにおいて、導光部は、第１通過部からの光を互いに異なる方向に振動する偏光に分離する偏光子を備え、第２通過部の径は、導光部からの光が第２通過部に達したときのビーム径の２倍以上であり、偏光子の分離距離とビーム径との差の２倍以下であってもよい。この光デバイスは、順方向に進行する光のうち、第２遮光部材で遮られる光を低減することができ、光の損失を減らすことができる。

上記の一態様の光デバイスは、順方向に進行して第２通過部から出射した光を平行化する平行化部材を備えていてもよい。この光デバイスにおいて、平行化部材の光軸に対して斜方から平行化部材に入射した戻り光は、第２通過部から離れた位置に集光され、第２遮光部材に遮られる。そのため、この光デバイスは、戻り光の光源側への漏れを格段に低減できる。

上記の一態様の光デバイスにおいて、平行化部材のレンズ中心と、第２通過部のエッジにおけるレンズ中心と離間した側の端部と、を結ぶ線上を逆方向に進行する光の、第１遮光部材に達したときのビーム径をＤ１、第１遮光部材に達したときの光軸と第１通過部のエッジとの距離をＤ２とした場合に、Ｄ２＞Ｄ１の関係を満たしていてもよい。この光デバイスは、第１遮光部材で遮れない角度の戻り光を第２遮光部材で遮るとともに、第２遮光部材で遮れない角度の戻り光を第１遮光部材で遮ることができ、戻り光の光源側への漏れを格段に低減できる。

上記の一態様の光デバイスにおいて、第２通過部の断面積は、第１通過部の断面積よりも小さくてもよい。この光デバイスは、戻り光が第２遮光部材により遮られやすくなり、戻り光の光源側への漏れを格段に低減できる。

上記の一態様の光デバイスにおいて、光源により形成される光源像から集光部材までの光路の長さは、集光部材の焦点距離よりも長くてもよい。この光デバイスは、光源からの光を、シンプルな構成で集光できる。

本発明によれば、戻り光の光源側への漏れを低減できる光デバイスを提供することができる。

本実施形態の光デバイスを示す図である。 ビーム径の定義を説明するための図である。 平行化部材の光軸と同軸な方向からの戻り光の光路を示す図である。 第１遮光部材に入射する戻り光を示す図である。 平行化部材の光軸に対して傾いた方向からの戻り光を示す図である。 実施例と比較例のアイソレーションの比較を示す図である。

実施形態について説明する。図１は本実施形態の光デバイス１を示す図である。この光デバイス１は、例えばレーザー加工装置などに用いられ、光源２からのレーザー光を通すとともに、レーザー光が照射される照射対象物などからの戻り光の少なくとも一部を遮る。本実施形態において、光源２から光デバイス１に入射した光の進行方向を順方向、その反対方向を逆方向という。戻り光は、逆方向に進行して光デバイス１に入射する光である。

光デバイス１は、集光部材３、第１遮光部材４、導光部５、第２遮光部材６、及び平行化部材７を備える。

光源２は、例えば半導体レーザーを含み、レーザー光を出射する。光源２から出射された光が入射する位置に導光部材８が配置されている。導光部材８は、例えば光ファイバーであり、光源２からの光を集光部材３へ導く。この光ファイバーは、シングルモードファイバーである。

導光部材８は、集光部材３へ向かって光が出射する端面８ａを有する。端面８ａには、光デバイス１を通る光の源になる二次光源像が形成される。二次光源像は、点光源とみなすことができる程度に、スポットサイズが小さい。二次光源像からの光は、導光部材８のコア径に応じた広がり角で、広がりながら集光部材３に入射する。

集光部材３は、光源２から導光部材８を介して入射する光を集光する。集光部材３は、集光部材３を通った光が非平行光となるように、光を集光する。図１において、集光部材３は、いわゆる凸レンズである。集光部材３は、例えば球面レンズあるいは非球面レンズのように所定の対称軸の周りで回転対称な形状である。本実施形態において、このような対称軸を、適宜、光軸と称す。集光部材３の光軸は、導光部材８から出射した光の中心光線とほぼ同軸である。

本実施形態において、導光部材８の端面８ａから集光部材３までの光路の長さは、集光部材３の焦点距離よりも長い。すなわち、端面８ａに形成される二次光源像から集光部材３までの光路の長さは、集光部材３の焦点距離よりも長い。そのため、集光部材３で屈折した光は、収束光となって、第１遮光部材４に入射する。

第１遮光部材４には、集光部材３により集光された光が通過する第１通過部１０が中心部に設けられている。第１遮光部材４は、第１通過部１０の周囲に入射する光を遮る第１遮光部１１を有する。第１通過部１０は、例えば、第１遮光部材４に設けられた開口の内側の部分である。第１通過部１０は、空隙であってもよいし、第１遮光部材４の開口に配置された透光性の部材を含んでいてもよい。

本実施形態において、第１通過部１０の平面形状は、実質的に円形である。第１通過部１０のエッジが配置される面は、例えば、集光部材３の光軸に対してほぼ垂直に設定される。第１通過部１０の内径は、例えば、第１通過部１０におけるビーム径の２倍以上に設定される。第１通過部１０におけるビーム径は、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

図２は、ビーム径の定義を説明するための図である。図２のグラフにおいて、横軸は、光の進行方向に直交する検査面上の位置を示し、縦軸は、検査面上の各点を通る光の光強度を示す。図２に示すような光強度の分布は、ガウス分布で近似できることが多い。図２に示す光強度の分布は、光線束の中心位置で光強度が極大になり、この中心位置から裾に向かうにつれて光強度が減少する。本実施形態において、ビーム径Ｄは、光強度の極大値を１とした光強度の相対値が１／ｅ２（極大値の約１３．５％）以上である範囲に相当する。本実施形態において、光路上の各面における光のスポットは、この面における光強度分布の重心位置を中心として、直径がビーム径Ｄになる範囲に対応する。

導光部５は、第１遮光部材４の第１通過部１０を通過した光が入射する位置に配置されている。導光部５は、第１通過部１０を介して順方向に進行する光を、第２遮光部材６の第２通過部１２（後に説明する）へ導く。また、導光部５には、逆方向に進行する戻り光が第２通過部１２を介して入射することがある。導光部５は、このような戻り光を第１遮光部材４の第１遮光部１１へ導く。

本実施形態において、導光部５は、第１偏光子１３，磁気光学素子１４、旋光子１５、及び第２偏光子１６を含む。

第１偏光子１３は、第１通過部１０からの光が入射する位置に配置されている。第１偏光子１３は、第１通過部１０からの光を、第１方向に振動する直線偏光Ｌ１と、第１方向に直交する第２方向に振動する直線偏光Ｌ２とに分離する。直線偏光Ｌ１と直線偏光Ｌ２とのビーム位置間距離を分離距離と呼ぶ。本実施形態において、第１偏光子１３は、複屈折性を有しており、その光学軸が光の入射方向に対して傾いている。ここでは、第１方向の直線偏光Ｌ１が常光に相当し、第２方向の直線偏光Ｌ２が異常光に相当する。

第１偏光子１３は、第１通過部１０からの光が入射する入射端面と、入射端面に入射した光が外部へ出射する出射端面とを有する。図１においては、入射端面が光の入射方向に対して傾いており、入射端面で反射した光は、入射方向とは別の方向に進行して、光源へ向かう光路から除かれる。また、出射端面は、入射端面と実質的に平行である。

磁気光学素子１４は、第１偏光子１３から出射して順方向に進行した直線偏光Ｌ１および直線偏光Ｌ２が入射する位置に配置されている。磁気光学素子１４は、いわゆるファラデー回転子を含む。磁気光学素子１４は、順方向に進行する光の偏光方向を約−４５°回転させ、逆方向に進行する光の偏光方向を約−４５°回転させる。本実施形態においては、順方向に進行する光の進行元から進行先を見て、反時計回りの回転を正、時計回りの回転を負とする。

旋光子１５は、磁気光学素子１４から出射して順方向に進行した直線偏光Ｌ１および直線偏光Ｌ２が入射する位置に配置されている。旋光子１５は、順方向に進行する光の偏光方向を約−４５°回転させ、逆方向に進行する光の偏光方向を約＋４５°回転させる。旋光子１５は、１／２波長板、あるいは偏光ローテーターを含む。

第２偏光子１６は、旋光子１５から出射して順方向に進行した直線偏光Ｌ１および直線偏光Ｌ２が入射する位置に配置されている。第２偏光子１６は、第１偏光子１３で分離された直線偏光Ｌ１と直線偏光Ｌ２とを合成する。本実施形態において、第２偏光子１６は、第１偏光子１３と同様の構成であり、複屈折性を有している。

ところで、磁気光学素子１４と旋光子１５とからなる偏光調整部１７は、順方向に進行する光の偏光方向を約−９０°回転させる。そのため、偏光調整部１７から第２偏光子１６へ入射する際の直線偏光Ｌ１は、第２方向の直線偏光になっており、偏光調整部１７から第２偏光子１６へ入射する際の直線偏光Ｌ２は、第１方向の直線偏光になっている。そのため、第２偏光子１６において、直線偏光Ｌ１に対する屈折率は、直線偏光Ｌ２に対する屈折率と異なっている。第２偏光子１６は、このような屈折率の違いにより、直線偏光Ｌ１と直線偏光Ｌ２とを合成する。

第２偏光子１６によって合成された直線偏光Ｌ１および直線偏光Ｌ２は、直線偏光Ｌ１の光路の少なくとも一部と直線偏光Ｌ２の光路の少なくとも一部とが重複して順方向に進行する。直線偏光Ｌ１と直線偏光Ｌ２は、それぞれ、集光部材３によって集光された非平行光に由来する光であり、導光部５を収束光として進行する。

第２遮光部材６は、導光部５から順方向に進行した直線偏光Ｌ１および直線偏光Ｌ２が入射する位置に配置されている。第２遮光部材６には、導光部５から順方向に進行した光が通過可能な第２通過部１２が中心部に設けられている。第２遮光部材６は、第２通過部１２の周囲に入射する光を遮る第２遮光部１８を有する。第２通過部１２は、集光部材３により集光されて第１通過部１０を通り順方向に進行する光の収斂位置（収束位置）Ｐ１に配置されている。換言すると、第２通過部１２は、集光部材３により集光された光のスポット（ビーム径）が極小になる位置（ビームウエスト）に設けられている。本実施形態において、第２遮光部材６は、所定の厚みを有する板状の部材であり、収斂位置Ｐ１は、第２遮光部材６の厚みの範囲内に設定されている。

図１の説明に戻り、第２通過部１２は、例えば、第２遮光部材６に設けられた開口の内側の部分である。第２通過部１２は、空隙であってもよいし、第２遮光部材６の開口に配置された透光性の部材を含んでいてもよい。第２遮光部１８は、第２通過部１２の周囲の部分であり、第２通過部１２の周囲に入射する光を遮る。

本実施形態において、第２通過部１２の平面形状は、実質的に円形である。第２通過部１２の内径は、例えば、第２通過部１２において順方向に進行する光が第２遮光部材６（第２通過部１２）に達したときのビーム径の２倍以上であり、偏光子１３、１６の分離距離と上記ビーム径との差の２倍以下に設定される。第２通過部１２において順方向に進行する光のビーム径は、例えば１０μｍ以上１ｍｍ未満である。本実施形態において、第２通過部１２の開口面積は、第１通過部１０の開口面積よりも小さい。第２通過部１２は、第１通過部１０と比較して、ビーム径が極小になる位置の近くに配置されている。そのため、第２通過部１２は、第１通過部１０よりもｓ面積が小さい場合であっても、第２遮光部材６によって遮られる光の損失を抑制できる。

平行化部材７は、第２遮光部材６の第２通過部１２を通過して順方向に進行する光が入射する位置に配置されている。平行化部材７は、第２通過部１２からの光を平行化する。平行化部材７は、例えば、球面レンズあるいは非球面レンズのように、対称軸（光軸）の周りで回転対称な形状である。平行化部材７の光軸は、第２遮光部材６における光の収斂位置Ｐ１を通る位置に設定されている。例えば、導光部材８のコア径が約６μｍ、集光部材３の焦点距離が約８ｍｍの場合に、収斂位置Ｐ１は、例えば集光部材３から約８０ｍｍの位置に設定され、平行化部材の焦点距離は、約５０ｍｍに設定される。

平行化部材７を介して順方向に進行する光は、例えば、ビームエキスパンダーなどの光学系を介して、照射対象物に照射される。照射対象物に照射された光の少なくとも一部は、照射対象物の表面での反射、散乱により、光デバイス１への戻り光になる。光デバイス１は、光源２側への戻り光の漏れを低減する。以下、光デバイス１において、光源２側への戻り光の漏れを低減する仕組みについて説明する。

図３は、平行化部材７の光軸と同軸な方向からの戻り光の光路を示す図である。なお、戻り光は、通常は等方的に広がる拡散光であるが、図３にはその中心光線Ｌ３を代表的に図示した。本実施形態において、光強度の角度分布において、光強度が極大になる角度の方向に進む光線を中心光線と称す。図３に示す中心光線Ｌ３は、平行化部材７の光軸と同軸である。

戻り光の中心光線Ｌ３は、逆方向に進行して平行化部材７を通り、第２遮光部材６の第２通過部１２を通過した後に、第２偏光子１６に入射する。第２偏光子１６の光学軸は、中心光線Ｌ３に対して傾いており、中心光線Ｌ３は、第２偏光子１６によって常光と異常光とに分離される。中心光線Ｌ３の常光と異常光は、それぞれ、偏光調整部１７に入射する。偏光調整部１７において、旋光子１５は、逆向きに進行する光の偏光方向を＋４５°回転させ、磁気光学素子１４は、逆向きに進行する光の偏光方向を−４５°回転させる。その結果、偏光調整部１７は、逆向きに進行する光については、出射後の偏光方向を入射前の偏光方向と実質的に同じにする。

偏光調整部１７を通って逆向きに進行する中心光線Ｌ３は、第１偏光子１３に入射する。ここで、順方向に進行する光は、偏光調整部１７を通ることで偏光方向が約９０°回転するのに対して、逆方向に進行する光は、偏光調整部１７を通ることで偏光方向が変化しない。そのため、第２偏光子１６で分離された常光と異常光とは、第１偏光子１３で合成されることなく、互いに異なる光路を進行する。第２偏光子１６で分離された常光と異常光とは、第１偏光子１３において、第１偏光子１３により分離されて順方向に進行する常光および異常光とは別の光路を進行する。戻り光の常光および異常光は、順方向に進行する光と光路がずれることにより、その一方または双方が第１遮光部材４の第１遮光部１１に入射する。なお、戻り光の常光と異常光の一方は、第１遮光部材４とは別の遮光部に入射して、遮られる構成もある。

図４は、第１遮光部材４に入射する戻り光を示す図である。戻り光Ｌ４は、広がりながら第１遮光部材４の第１遮光部１１に入射し、第１遮光部１１上にスポットを形成する。ここで、第１遮光部１１において、戻り光Ｌ４の中心光線Ｌ５が入射する位置を入射位置Ｐ２、戻り光Ｌ４の第１遮光部１１上のビーム径をＤ１とする。戻り光Ｌ４の光エネルギーは、そのほとんどが入射位置Ｐ２を中心としてビーム径Ｄ１の２倍の範囲、端的には入射位置Ｐ２を中心とする半径がＤ１の円内に分布する。そのため、第１遮光部材４の第１通過部１０のエッジ１０ａから中心光線Ｌ５の入射位置Ｐ２までの距離Ｄ２を、ビーム径Ｄ１よりも大きくすることで、戻り光を効果的に遮ることができる。

本実施形態においては、平行化部材７の光軸と同軸な方向からの戻り光の中心光線Ｌ３（図３参照）が第１遮光部材４に入射する入射位置Ｐ２、およびこの戻り光の第１遮光部１１上でのビーム径Ｄ１に対して、入射位置Ｐ２から第１通過部１０のエッジ１０ａまでの距離Ｄ２がＤ２＞Ｄ１を満たしている。そのため、平行化部材７の光軸と同軸な方向からの戻り光を効果的に遮ることができる。なお、ビーム径Ｄ１は、図１に示した集光部材３から順方向に進行する光の第１通過部１０におけるビーム径とほぼ同じ値で近似できる。第１通過部１０の内径Ｄ３は、ビーム径の２倍以上に設定されるので、距離Ｄ２がＤ２＞Ｄ３×０．５を満たしている場合にも、戻り光を効果的に遮ることができる。このように、第１遮光部材４は、平行化部材７に入射する戻り光のうち平行化部材７の光軸に対する入射角度が相対的に小さい成分を効果的に遮る部材である。

ところで、平行化部材７に入射する戻り光は、一般的に、平行化部材７の光軸に対して傾いた角度成分を含む。平行化部材７の光軸に対して傾いた方向からの戻り光は、平行化部材７の光軸となす角度が大きくなるほど、第１遮光部材４において、図４に示した入射位置Ｐ２からシフトした位置に入射する。本実施形態において、戻り光は、第２偏光子１６で常光と異常光とに分離されており、常光と異常光の一方は、平行化部材７に入射する際に平行化部材７の光軸に対して傾いているほど、第１遮光部材４において入射位置Ｐ２よりもエッジ１０ａに近い位置に入射する。換言すると、平行化部材７の光軸に対して閾値以上の角度をなして平行化部材７に入射する戻り光は、その少なくとも一部が第１遮光部材４の第１通過部１０を通って光源側への漏れ光になると考えられる。本実施形態では、このような漏れ光になりうる成分の戻り光、すなわち平行化部材７に入射する戻り光のうち相対的に広角成分を、第２遮光部材６で遮るようにしており、光源側への漏れ光を格段に低減できる。

図５は、平行化部材７の光軸７ａに対して傾いた方向からの戻り光を示す図である。平行化部材７に対して傾いた方向から入射する戻り光Ｌ６は、平行化部材７によって集光されて、第２遮光部材６に入射する。そのため、戻り光Ｌ６の第２遮光部材６上でのビーム径は、第２遮光部材６の第２通過部１２を順方向に通過する光のビーム径と同程度であり、例えば１００μｍ程度である。第２遮光部材６において戻り光Ｌ６が入射する入射位置Ｐ３は、戻り光Ｌ６が光軸７ａとなす入射角をθ[ｒａｄ]、平行化部材７の焦点距離をｆ［ｍｍ］として、光軸７ａから距離Ｄ４＝ｆ×θだけ離れた位置になる。すなわち、図４などに示した第１遮光部材４は、入射角θが小さい望遠成分を効果的に遮るのに対して、図５に示す第２遮光部材６は、入射角θが大きい広角成分を効果的に遮ることができる。

ここで、平行化部材７のレンズ中心と第２遮光部材６の第２通過部１２のエッジ１２ａにおける上記レンズ中心と離間した側の端部と、を結ぶ線上を進行する光線Ｌ７（図５中で破線で図示）を想定する。光線Ｌ７の入射角αは、第２通過部１２の内径Ｄ５を用いて、α＝Ｄ５／ｆで表される。戻り光のうち入射角がα以下の角度成分の光は、第２遮光部材６の第２通過部１２を通過して、図３に示したように、第１遮光部材４へ入射しうる。

そこで、本実施形態においては、入射角がα以下の光を第１遮光部材４において遮るように、第１遮光部材４、導光部５、第２遮光部材６の関係が設定されている。第１遮光部材４は、平行化部材７への戻り光のうち入射角が相対的に小さい角度成分の光を効果的に遮るので、入射角αの光線Ｌ７を遮るように設定されていれば、入射角がα未満の光線についても効果的に遮ることができる。

本実施形態においては、平行化部材７の光軸７ａに対する入射角αの中心光線について、図４に示したように、第１遮光部材４での入射位置Ｐ２と第１通過部１０のエッジ１０ａとの距離Ｄ２と、入射角αの戻り光の第１遮光部材４でのビーム径Ｄ１との間にＤ２＞Ｄ１の関係が成り立つように、第１遮光部材４と導光部５と第２遮光部材６との関係が設定されている。

ここで、上記の関係を満たすための方法の例を説明する。入射角αは、平行化部材７の焦点距離ｆ、第２遮光部材６の第２通過部１２の内径Ｄ５の一方または双方により調整可能である。第２遮光部材６の第２通過部１２の内径Ｄ５を小さくすることで、入射角αも小さくなる。入射角αが小さくなると、入射角αの中心光線が第１遮光部材４に入射する入射位置Ｐ２が、第１遮光部材４の第１通過部１０のエッジ１０ａから離れるので、第１通過部１０の内径Ｄ３を大きくすることができる。逆に、第１通過部１０の内径Ｄ３を小さくすると、第２遮光部材６の第２通過部１２の内径Ｄ５を大きくすることもできる。このように、第１通過部１０の内径Ｄ３と第２通過部１２の内径Ｄ５を設定することで、上記の関係を満たすことができる。

また、導光部５の構成を調整することで、上記の関係を満たすこともできる。入射角αの光線Ｌ７が第１遮光部材４に入射する入射位置Ｐ２を、第１通過部１０のエッジから離すほど、第１通過部１０の内径Ｄ３を大きくすること、第２通過部１２の内径Ｄ５を大きくすることができる。そのためには、導光部５の光路長を長くしてもよいし、第１偏光子１３の屈折率、第２偏光子１６の屈折率を大きくしてもよい。

次に、実施例と比較例について説明する。比較例の光デバイスは、集光部材３の代わりにコリメータを用いている。これにより、順方向の平行光が導光部５を介して第２通過部を通過する。そのため、比較例では、第２通過部の内径を第１通過部の内径と同じにしている。また、比較例では、第２通過部を順方向に通過した光が平行光であるので、平行化部材７を用いていない。

図６は、実施例と比較例のアイソレーションの比較を示す図である。図６のグラフの縦軸に示すアイソレーションは、逆方向に進行する光の挿入損失である。アイソレーションが大きいほど、挿入損失が大きい、すなわち漏れ光が少ないことを表す。図６の横軸は、戻り光の各角度成分の入射角を示す。

図６から分かるように、比較例の光デバイスにおいては、入射角の絶対値が約０．４°を超えるとアイソレーションが低下しており、光源側への漏れが増加している。このように、通常ならば、入射角の絶対値が約０．４°を超える成分の戻り光は、第１通過部を通ってしまうと考えられる。一方で、本実施形態に係る実施例では、入射角の絶対値が約０．４°を超える成分の戻り光が第２遮光部材６で遮られるので、特に広角成分に対してのアイソレーションが高くなる。

以上のような構成の光デバイス１は、集光部材３が光源２からの光を集光し、その収斂位置Ｐ１に第２通過部１２が配置されているので、第２通過部１２を小型化できる。そのため、逆向きに進行する戻り光が第２通過部１２を通りにくくなり、結果として、戻り光の第１遮光部材４から光源２側への漏れを低減できる。

本実施形態に係る光デバイス１は、順方向に進行して第２通過部１２から出射した光を平行化する平行化部材７を備えている。そのため、平行化部材７の光軸７ａに対して斜方から平行化部材７に入射した戻り光は、第２通過部１２から離れた位置に集光され、第２遮光部材６に遮られる。そのため、この光デバイス１は、戻り光の光源２側への漏れを格段に低減できる。

また、平行化部材７のレンズ中心と第２通過部１２のエッジ１２ａとを結ぶ線上を逆方向に進行する光の、第１遮光部材４における入射位置と第１通過部１０のエッジ１０ａとの距離をＤ２、第１遮光部材４におけるビーム径をＤ１とした場合に、Ｄ２＞Ｄ１の関係を満たしている。そのため、光デバイス１は、第１遮光部材４で遮れない角度の戻り光を第２遮光部材６で遮るとともに、第２遮光部材６で遮れない角度の戻り光を第１遮光部材４で遮ることができ、戻り光の光源２側への漏れを格段に低減できる。また、本実施形態において、第２通過部１２の面積は、第１通過部１０の面積よりも小さいので、戻り光が第２遮光部材により遮られやすくなり、戻り光の光源側への漏れを格段に低減できる。

本実施形態において、第２通過部１２の内径は、導光部５からの光が第２通過部１２に達したときのビーム径の２倍以上である。そのため、光デバイス１は、順方向に進行する光のうち、第２遮光部材６で遮られる光を低減することができ、光の損失を減らすことができる。また、本実施形態において、第２通過部１２の内径は、偏光子１３、１６の分離距離と、導光部５からの光が第２通過部１２に達したときのビーム径との差の２倍以下であるため、必要な光量で順方向に光を第２通過部１２を通過させることができるとともに、第２通過部１２を通過する戻り光を抑制することができる。

本実施形態において、導光部材８から集光部材３までの光路の長さは、集光部材３の焦点距離よりも長い。そのため、光デバイス１は、光源からの光を、シンプルな構成で集光できる。

なお、本実施形態において、光デバイス１は平行化部材７を備えているが、平行化部材７は、光デバイス１の外部のデバイスの一部であってもよい。例えば、平行化部材７は、第２通過部１２を順方向に通過した光が入射する光学系の一部であってもよい。このような光学系としては、ビームエキスパンダーなどが挙げられる。また、光デバイスは、このような光学系を含んでいてもよい。

また、光デバイス１は平行化部材７を備えていなくてもよい。すなわち、第２遮光部材６は、厚みを持った部材であるので、第２遮光部材６に斜めに入射する光の一部は、第２通過部１２の側壁で遮られる。このように、第２遮光部材６は、その厚みに応じて、第２通過部１２を通る光の角度分布を制限する。例えば、第２遮光部材６の厚みが増すほど、第２通過部１２を広角成分の戻り光が通過しにくくなる。そのため、第２遮光部材６は、第１遮光部材４で遮れないような角度の光を遮ることができる。

なお、本実施形態において、集光部材３と平行化部材７のそれぞれは、正のパワーを有する屈折系の光学部材であるが、集光部材３と平行化部材７の一方または双方は、凹面鏡などのように、正のパワーを有する反射系の光学部材でもよい。また、図１などには、集光部材３と平行化部材７のそれぞれが１つのレンズ部材で代表的に描かれているが、集光部材３と平行化部材７の一方または双方は、複数のレンズ部材を含んでいてもよい。

なお、本実施形態において、光源２および導光部材８は、光デバイス１の外部のデバイスであるが、光源２と導光部材８の一方または双方は、光デバイス１の一部であってもよい。また、導光部５の構成については、順方向と逆方向とで光路が分かれる構成であれば、適宜変更できる。例えば、磁気光学素子１４の位置と旋光子１５の位置は、交換可能である。

なお、本実施形態において、光デバイス１は、レーザー加工装置に用いられる例で説明したが、光デバイス１の用途はこれに限定されない。例えば、光デバイス１は、光ディスクにデータを読み書きする光学装置、光通信などにおいて光の伝播経路に配置される装置などにも利用でき、光デバイス１の外部のからの戻り光を効果的に遮ることができる。

なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要素の１つ以上は、省略されることがある。また、上記の実施形態で説明した要素は、適宜組み合わせることができる。

１ 光デバイス、２ 光源、３ 集光部材、４ 第１遮光部材、５ 導光部、６ 第２遮光部材、７ 平行化部材、７ａ 光軸、１０ 第１通過部、１０ａ エッジ、１２ 第２通過部、１２ａ エッジ、Ｄ１ ビーム径、Ｄ２ 距離、Ｐ１ 収斂位置、Ｐ２ 入射位置

Claims (6)

1. 光源からの光が通過する第１通過部が一部に設けられ、前記第１通過部の周囲で光を遮る第１遮光部材と、
   前記第１通過部を通過し順方向に進行する光が通過する第２通過部が一部に設けられ、前記第２通過部の周囲で光を遮る第２遮光部材と、
   前記第１通過部と前記第２通過部との間に配置され、前記第１通過部を介して入射し前記順方向に進行する光を第２遮光部材の第２通過部に導き、前記第２通過部を介して入射し前記順方向と反対向きの逆方向に進行する光を前記第１遮光部材へ導く導光部と、
   前記光源からの光を集光し、前記第１通過部及び前記導光部を介して前記第２通過部に収束させる集光部材と、
   を備える光デバイス。
2. 前記導光部は、前記第１通過部からの光を互いに異なる方向に振動する偏光に分離する偏光子を備え、
   前記第２通過部の径は、前記導光部からの光が前記第２通過部に達したときのビーム径の２倍以上であり、前記偏光子の分離距離と前記ビーム径との差の２倍以下である
   請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記順方向に進行して前記第２通過部から出射した光を平行化する平行化部材を備える
   請求項１または２記載の光デバイス。
4. 前記平行化部材のレンズ中心と、前記第２通過部のエッジにおける前記レンズ中心と離間した側の端部と、を結ぶ線上を前記逆方向に進行する光の、前記第１遮光部材に達したときのビーム径をＤ１、前記第１遮光部材に達したときの光軸と前記第１通過部のエッジとの距離をＤ２とした場合に、Ｄ２＞Ｄ１の関係を満たす
   請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記第２通過部の断面積は、前記第１通過部の断面積よりも小さい
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光デバイス。
6. 前記光源により形成される光源像から前記集光部材までの光路の長さは、前記集光部材の焦点距離よりも長い
   請求項１から５のいずれか一項に記載の光デバイス。

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