JP2614117B2

JP2614117B2 - 光減衰器

Info

Publication number: JP2614117B2
Application number: JP1261763A
Authority: JP
Inventors: 寿玉村; 正二関口
Original assignee: ソニー・テクトロニクス株式会社
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: EP0421352A3; JPH03123313A; US5011265A; EP0421352A2; CA2020310A1

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、光減衰器、特に光源への戻り光が極めて少
なく、入射光の偏光の影響も受けない光減衰器に関す
る。

［従来技術］例えば高出力の半導体レーザ等の光源の出力光線を測
定したり、又はこれらの光線を特定の用途で利用する際
に、所定量だけ減衰させる必要がある場合、光減衰器が
用いられる。従来の光減衰器は、通常、ND（Neutral De
nsity）フィルタを１枚又は複数枚組み合わせて構成さ
れている。所定透過率のフィルタを複数枚組み合わせる
ことにより、所望ステップで所望の透過率（減衰比）を
得ることが可能である。

［発明が解決しようとする課題］従来の光減衰器に使用されるNDフィルタの光減衰作用
は、入射光線を所定比率で反射させることにより得られ
る。この場合、反射光線が光源に戻ると半導体レーザの
動作が不安定になるので、従来は、フィルタを傾斜させ
ることにより反射光線が光源に戻るのを防止していた。
しかし、例えばレーザ・ダイオードからの光線は、広角
度で拡散するものもあるので、コリメータ・レンズで平
行光線にしても入射光線束の直径はかなり大きく、光源
への戻り光を生じさせないようにするには、フィルタと
光源との間隔を長くしなければならず、装置を小型化す
ることが困難であった。フィルタの傾斜角度を大きくす
れば、短い距離の範囲内でも戻り光をなくすことが出来
るが、傾斜角度を大きくすると、フィルタの透過光線の
偏光特性が変化し、フィルタの透過率は、入射光線の偏
光方向に伴って変化してしまう。即ち、光学の理論によ
れば、光線が入射角θでガラスのような媒質に入射した
場合、入射面（入射光線及び反射光線を含む平面）と入
射光線の電界ベクトルとの成す角（方位角）をαとし、
入射面に平行な成分及び垂直な成分の透過率を夫々Tp及
びTsとすると、透過率Ｔは、次式で表される。

Ｔ＝Tp・cos²α＋Ts・sin²α （１）尚、「・」は乗算を表している。TpとTsの値は、入射角
θによって決まるが、θが大きいとTpとTsの値は異なる
ので、光源を光軸の回りに回転（αを変化）させると、
透過率Ｔが変化し、透過光線の強度も変化してしまう。
この為、従来はフィルタを傾斜させたくなければ、光ア
イソレータ等をフィルタと光源の間に設けて戻り光線を
遮断しなければならず、構成が複雑になるという欠点が
あった。

従って、本発明の目的は、光源への戻り光が極めて少
なく、且つ小型化が可能な光減衰器を提供することであ
る。

本発明の他の目的は、入射光線の偏光方向に影響され
ず、所定の減衰比を得られる高精度な光減衰器を提供す
ることである。

［課題を解決する為の手段］本発明の光減衰器は、光源からの入射光線を所定入射
角で受け、第１反射光線及び第１透過光線に分離する第
１ビーム・スプリッタと、該第１ビーム・スプリッタか
らの上記第１反射光線を上記所定入射角で受け、第２反
射光線及び第２透過光線に分離する第２ビーム・スプリ
ッタの２枚のビーム・スプリッタを基本構成とする。こ
れら第１及び第２ビーム・スプリッタは、光学的に等価
な特性のものを使用し、入射面が互いに直交関係になる
ように配置されている。更に、第１ビーム・スプリッタ
からの第１透過光線を受け、この第１透過光線の進行方
向を入射方向と異なる方向へ変化させる第１偏向手段
と、第２ビーム・スプリッタからの第２透過光線を受
け、この第２透過光線の進行方向を入射方向と異なる方
向へ変化させる第２偏向手段も具備している。

［作用］本発明の光減衰器によれば、入射光線は、傾斜したビ
ーム・スプリッタによって反射され、各ビーム・スプリ
ッタの透過光線は入射方向と異なる方向へ偏向されるの
で、戻り光は生じない。光減衰器と光源との距離を短く
出来るので装置を小型化し得る。更に、２つのビーム・
スプリッタの入射面が直交関係にあるので、光源の偏光
方向の影響はなくなる。従って、極めて高精度の光減衰
器を実現し得る。

［実施例］第１図は、本発明に係る光減衰器の一実施例の概要を
示す斜視図である。半導体レーザの如き光源10からの入
射光線は、コリメータ・レンズ12により平行光線に変換
され、第１ビーム・スプリッタ14に例えば入射角45度で
入射する。第１ビーム・スプリッタ14の反射光線は、第
２ビーム・スプリッタ16に同じ入射角で入射し、第１ビ
ーム・スプリッタ14の透過光線は、略円錐形の第１偏向
器18によって、図示するように散乱され戻り光を生じさ
せない。尚、第１及び第２ビーム・スプリッタは同じ光
学的特性を有するものを使用する。第２ビーム・スプリ
ッタ16の透過光線も同様の略円錐形の第２偏光器20によ
り散乱され、戻り光を生じさせない。第２ビーム・スプ
リッタ16の反射光線は、必要ならばNDフィルタ22で更に
減衰させても良い。このフィルタ22は可動型を用い、必
要な透過率に応じて光路から除去又は他のフィルタと交
換出来るように構成することが望ましい。フィルタ22を
透過した光線は、収束レンズ24で収束され、光検出器26
で電気信号に変換される。

第２図は、第１図の光減衰器において、入射光線に対
する第１及び第２ビーム・スプリッタの反射作用に関し
て説明する為の略図である。第１図及び第２図に示すよ
うに、第１ビーム・スプリッタ14の入射面Ａと第２ビー
ム・スプリッタ16の入射面Ｂは互いに直交関係になるよ
うに両方のビーム・スプリッタは配置されている。第１
図の実施例では、入射角θは45度であるが、この値に限
定する必要はない。しかし、後述する理由により、第１
及び第２ビーム・スプリッタの入射角は等しくなければ
ならない。第２図では、入射光線は、点Ａで第１ビーム
・スプリッタ14により反射され、点Ｂで第２ビーム・ス
プリッタ16で反射されることを示している。便宜上、第
１及び第２ビーム・スプリッタと透過光線は図示してい
ない。

入射光線として直線偏光を考える。入射光線の電界ベ
クトルＥが入射面Ａと成す角度をαとすると、この電界
ベクトルＥは、入射面Ａに対して平行及び垂直な成分Ep
＝Ecosα及びEs＝Esinαに分解し得る。尚、入射光線の
単位時間単位面積当たりの通過エネルギーＬは、電界ベ
クトルＥの二乗に比例したスカラー量であって、Ｌ＝Lp
＋Lsで表される。ここで、Lp及びLsは、夫々入射面に平
行及び垂直な成分のエネルギーを表し、夫々Ep及びEsの
二乗に比例したスカラー量である。第２図において、第
１及び第２ビーム・スプリッタによる反射光線１及び２
の電界ベクトルを夫々E1及びE2で表し、各入射面Ａ及び
Ｂに平行及び垂直な成分ベクトルには夫々添字ｐ及びｓ
を付している。反射光線１及び２のエネルギーL1及びL2
は、同様に夫々L1＝L1p＋L1s及びL2＝L2p＋L2sと表され
る。また、第１及び第２ビーム・スプリッタの反射率R1
及びR2は、夫々R1＝L1/L及びR2＝L2/L1である。光学の
理論によれば、入射面Ａに平行及び垂直なエネルギー成
分の反射率を夫々R1p、R1sとすると、 R1＝R1p・cos²α＋R1s・sin²α （２）但し、R1p＝L1p/Lp R1s＝L1s/Ls となる。また、R1p及びR1sは、入射角θによって決ま
る。第１図及び第２図に示すように、第１及び第２ビー
ム・スプリッタの入射角θは等しく設定されているの
で、入射面Ａ及びＢに平行及び垂直なエネルギー成分の
反射率は夫々互いに等しく、R1p＝R2p＝Rp、R1s＝R2s＝
Rsと表すことが出来る。

第３図は、クラウンガラス（屈折率1.52）によって反
射される光の入射面に平行及び垂直な成分の反射率Rp及
びRsの入射角に対する変化の様子を表している。第３図
から判るように、第１図の実施例のように入射角を45度
としたとき、Rp及びRsの値は異なるので、（２）式にお
いて方位角αが変化すると反射率R1が変化することが判
る。この入射光線の偏光方向を表す方位角αの変化によ
る影響を補償する為、本発明では、第２ビーム・スプリ
ッタの入射面Ｂを入射面Ａに対し直交させ、且つ両方の
ビーム・スプリッタの入射角を等しくするように設定し
ている。（２）式から判るように、L1p＝Lp・Rp、L1s＝
Ls・Rsである。第２ビーム・スプリッタの入射面Ｂは、
第１ビーム・スプリッタの入射面Ａと直交関係にあるの
で、 L2p＝L1s・Rp＝Ls・Rs・Rp L2s＝L1p・Rs＝Lp・Rp・Rs が成り立つ。従って、 L2＝L2p＋L2s＝（Lp＋Ls）・Rp・Rs ＝Ｌ・Rp・Rs （３）が導かれる。Rp及びRsは、入射角θのみによって決まる
ので、第２ビーム・スプリッタからの射出光線のエネル
ギーL2は、入射光線の偏光方向を表す角度αとは無関係
になる。尚、第２図の関係及び上述の説明から、 R1・R2＝Rp・Rs （４）が成立することも、当業者は容易に理解出来よう。従っ
て、第１図及び第２図の光減衰器の総透過率Ｔは、Ｔ＝
L2/L＝Rp・Rsで与えられる。

第４図は、本発明の光減衰器の他の実施例の実際の構
造を示す分解斜視図である。第１図に対応する部分には
同じ参照番号を付している。半導体レーザのような光源
（図示せず）からの入射光線を平行光線に変換するコリ
メータ・レンズ12は、レンズ・ホルダー30に装着され、
ダイヤル32により光軸方向に微調整される。このダイヤ
ル32の適正な調整により完全な平行入射光線が得られ
る。上述のように、この入射光線は、第１ビーム・スプ
リッタ14で第１反射光線及び第１透過光線に分離され、
第１反射光線は、第２ビーム・スプリッタ16により第２
反射光線及び第２透過光線に分離される。第１及び第２
ビーム・スプリッタ14及び16は、アルミニウムの如き金
属製の支持部材34に固定されており、共に入射角は45
度、且つ入射面は互いに直交するように配置されてい
る。支持部材34は、金属製の底面構体36に固定されてい
る。コリメータ・レンズ12からの入射光線は、入射開口
38を介して第１ビーム・スプリッタ14に達し、第２ビー
ム・スプリッタ16で反射された第２反射光線は射出開口
40から出力される。

第１ビーム・スプリッタ14の第１透過光線は、底面構
体の開口42を介して第１偏向器18に達する。略円錐形の
第１偏向器18は、外周底面構体44上に設けられ、第１透
過光線が光源に戻らないように入射方向以外の方向へ散
乱させる。第１偏向器18の表面には光吸収性のコーティ
ングを施すのが望ましい。

NDフィルタ22は、射出開口40からの第２反射光線を必
要に応じて更に減衰させる為のものである。このフィル
タ22は、スライド式のレンズ・ホルダー46に固定され、
入射角が略５度程度になるように傾斜されている。これ
により反射光線が光源への戻り光となるのを防止してい
る。フィルタ22の減衰の必要がなければ、レンズ・ホル
ダー46をスライドさせて光路からフィルタ22を除去す
る。第２反射光線は、側面構体48に設けられた集束レン
ズ24により集束され、PINフォトダイオードの如き光検
出器（図示せず）に供給される。

第２ビーム・スプリッタ16を透過した第２透過光線
は、側面構体50の開口52を介して第２偏向器20に達す
る。第２偏向器は、第１偏向器18とは形状が異なり、三
角柱の形状で支持構体54に設けられ、第２透過光線を上
下方向に偏向する。第２偏向器20で上方向に反射された
光線は、支持板56に設けられ、集光レンズ（図示せず）
を内蔵したモニタ用コネクタ58に供給される。このモニ
タ用コレクタ58には光ファイバ・ケーブル（図示せず）
が接続される。この光ファイバ・ケーブルを介して光ス
ペクトラム・アナライザ等の計測器にモニタ用の光線が
送られ、スペクトル解析等に利用し得る。このように、
光偏向器は、戻り光をなくすだけでなく、モニタ用の光
線を取り出す為に使用することも出来る。また、偏向器
は、反射型に限定されるものではない。

第４図に示すように、第１及び第２ビーム・スプリッ
タ14及び16並びにNDフィルタ22は、底面構体36、コリメ
ータ・レンズ12が設けられた上面構体60、側面構体48、
50及び62並びに便宜上図示していない手前の側面構体で
囲まれている。この光減衰器の周囲は、更に外周構体で
囲まれた箱形の装置である。第４図では、外周底面構体
44のみを示し、便宜上他の外周構体を省略している。こ
の光減衰器の内壁及び支持部材等の表面は、光の乱反射
を極力減少させるように、光吸収性のコーティングを施
すことが望ましい。

本発明の実施例では、第１及び第２ビーム・スプリッ
タ14及び16は、例えば、アサヒビール・パックス社真空
薄膜研究所製で、使用波長範囲600〜1000nm（ナノメー
トル）、反射率は、入射角θ＝45度でRp＝23±６％、Rs
＝47±６％、材質はBK7光学ガラスである。透過率可変
用NDフィルタ22は、入射角θ＝５度で透過率Ｔ＝10±５
％、特に750〜850nmの波長範囲では10±0.5％である。
これらの仕様は、用途に応じて適宜変更し得ることは勿
論である。

以上本発明の好適実施例について説明したが、本発明
はここに説明した実施例のみに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱することなく必要に応じて種々
の変形及び変更を実施し得ることは当業者には明らかで
ある。

［発明の効果］本発明によれば、２枚のビーム・スプリッタで光減衰
器を構成することにより、入射角を比較的大きく出来る
ので小型化が可能となる。また、２枚のビーム・スプリ
ッタを入射面が互いに直交し、且つ入射角が等しくなる
ように配置したので、レーザ光源からの直線偏光である
入射光線の偏光の方位角αの影響を除去することが出来
る。更に、各ビーム・スプリッタの透過光線を偏向させ
る偏向手段を設けたので、極めて戻り光を少なくするこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光減衰器の一実施例の基本構成
を示す斜視図、第２図は、第１図の入射光線及び反射光
線の関係について説明する為の簡略図、第３図は、クラ
ウングラスに45度の入射角で入射した光の反射率のグラ
フ、第４図は、本発明の他の実施例の分解斜視図であ
る。 10:光源 12:コリメータ・レンズ 14:第１ビーム・スプリッタ 16:第２ビーム・スプリッタ 18:第１偏向手段 20:第２偏向手段 22:フィルタ 24:集束レンズ 26:光検出器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源からの直線偏光の入射光線を所
定入射角で受け、第１反射光線及び第１透過光線に分離
する第１ビーム・スプリッタと、該第１ビーム・スプリッタからの上記第１透過光線を受
け、該第１透過光線の進行方向を入射方向と異なる方向
へ偏向させる第１偏向手段と、上記第１ビーム・スプリッタからの上記第１反射光線を
上記所定入射角で受け、第２反射光線及び第２透過光線
に分離する第２ビーム・スプリッタと、該第２ビーム・スプリッタからの上記第２透過光線を受
け、該第２透過光線の進行方向を入射方向と異なる方向
へ偏向させる第２偏向手段とを具え、上記第１ビーム・スプリッタの入射面と上記第２ビーム
・スプリッタの入射面が互いに直交していることを特徴
とする光減衰器。