JP4129596B2 - Optical device - Google Patents
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Description
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子を備え、波長の異なる光を送受する光学装置に関する。
The present invention relates to an optical apparatus that includes a diffraction grating element that diffracts light having different wavelengths and transmits / receives light having different wavelengths.
光通信においては、光ファイバ等の光伝送部材を用いて、波長の異なる光を双方向に伝送することが行われている。このような光通信で送受信に用いられる光学装置、すなわち、信号を光に担持させて光伝送部材に送出するとともに、光伝送部材から光を受けて、その光に担持されている信号を検出する光学装置では、送出する光と受ける光に同一の光伝送媒体を共用しながら、光を送出する送出部と光を受ける受光部とを異なる位置に配置する必要がある。そこで、光伝送部材の延長上に光束を分離・結合する分離結合部材を配置して、送出部から分離結合部材までの光路と分離結合部材から受光部までの光路とを分離し、分離結合部材から光伝送部材までの両光束の光路を結合する(一致させる)ようにしている。 In optical communication, light having different wavelengths is bidirectionally transmitted using an optical transmission member such as an optical fiber. An optical device used for transmission / reception in such optical communication, that is, a signal is carried in light and transmitted to the light transmission member, and light is received from the light transmission member and the signal carried in the light is detected. In an optical device, it is necessary to arrange a transmitting unit for transmitting light and a light receiving unit for receiving light at different positions while sharing the same optical transmission medium for the transmitted light and the received light. Therefore, a separating and coupling member that separates and couples the light flux is disposed on the extension of the optical transmission member, and the optical path from the sending unit to the separating and coupling member and the optical path from the separating and coupling member to the light receiving unit are separated, and the separating and coupling member The optical paths of both light fluxes from the optical transmission member to the optical transmission member are coupled (matched).
通信量の増大をはかるために、光伝送部材によって同じ方向に伝送する光に波長の異なるものを含ませることも行われている。このような光通信の光学装置では、送出部または受光部を複数備えることに加えて、分離結合部材を複数備えるか、あるいは、光伝送部材からの波長の異なる光を分離する機能を単一の分離結合部材にもたせることになる。 In order to increase the amount of communication, the light transmitted in the same direction by the optical transmission member is also included with light having different wavelengths. In such an optical device for optical communication, in addition to providing a plurality of transmission units or light receiving units, a plurality of separation coupling members are provided, or a function of separating light having different wavelengths from the optical transmission member is a single function. It will also be attached to the separating and coupling member.
分離結合部材としては、入射光を、その波長に応じて、反射しまたは透過させる多層膜フィルタが用いられている。しかし、多層膜フィルタは、作成工程が複雑で作成に時間を要し、コストが高いという問題を有する。 As the separating and coupling member, a multilayer filter that reflects or transmits incident light according to its wavelength is used. However, the multilayer filter has a problem that the production process is complicated and time is required for production, and the cost is high.
光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置においても、光通信の光学装置と同様に、光束を分離・結合する必要がある。特開2000−163791号では、波長の異なる光を用いる光記録再生装置の光ヘッドに、分離結合部材として、入射光を、その波長に応じて、異なる角度で回折させる回折格子を用いることが提案されている。
回折格子は、凹凸を周期的に配列したものであるため、樹脂成形によって作成することが可能である。したがって、回折格子を備える回折格子素子は、大量生産に適し低コストであるという利点を有する。 Since the diffraction grating is formed by arranging irregularities periodically, it can be formed by resin molding. Therefore, the diffraction grating element provided with the diffraction grating has an advantage that it is suitable for mass production and low cost.
回折格子による回折角の波長依存性を利用して、波長の異なる複数の光束を空間的に大きく分離するためには、回折格子の凹凸の周期を小さくする必要がある。また、回折の対象とする光の波長はある程度の幅を有するため、たとえ平行光束を回折格子に入射させても、回折後の光束には広がりが生じる。回折後の光束の広がりは、入射光の波長帯域が広いほど大きくなり、また、回折格子の周期が小さいほど大きくなる。 In order to spatially separate a plurality of light beams having different wavelengths by utilizing the wavelength dependence of the diffraction angle by the diffraction grating, it is necessary to reduce the period of the unevenness of the diffraction grating. In addition, since the wavelength of the light to be diffracted has a certain width, the diffracted light beam spreads even if a parallel light beam is incident on the diffraction grating. The spread of the light beam after diffraction increases as the wavelength band of incident light increases, and increases as the period of the diffraction grating decreases.
光通信の装置では、回折後の光束が広がると、送出する光の一部が光伝送部材に入射しなくなったり、光伝送部材からの光の一部が受光部に入射しなくなったりして、送受する信号の正確性が低下する結果となる。これを防止するためには、光伝送部材と分離結合部材との間や、分離結合部材と受光部との間に集光用の光学部材を配置しなければならず、装置の大型化を招く。 In the optical communication device, when the diffracted light beam spreads, a part of the transmitted light does not enter the light transmission member, or a part of the light from the light transmission member does not enter the light receiving unit, As a result, the accuracy of the transmitted and received signals is reduced. In order to prevent this, a condensing optical member must be disposed between the optical transmission member and the separation / coupling member, or between the separation / coupling member and the light receiving unit, which leads to an increase in the size of the apparatus. .
光記録再生装置では、回折後の光束が広がると、記録媒体上の微小な範囲に光を収束させることができなくなって記録密度が低下したり、記録媒体からの光の一部が受光部に入射しなくなって読み出し精度が低下したりする。これを防止するためには、分離結合部材と記録媒体との間に配置する可動の対物レンズを大きくしなければならず、装置の大型化を招く上に、対物レンズの応答速度が低下して、処理速度の面で装置の性能が低下する。 In the optical recording / reproducing apparatus, when the light beam after diffraction spreads, the light cannot be converged to a minute range on the recording medium, the recording density is lowered, or a part of the light from the recording medium is received in the light receiving unit. Incident light is lost and reading accuracy decreases. In order to prevent this, the movable objective lens disposed between the separation coupling member and the recording medium has to be enlarged, which increases the size of the apparatus and reduces the response speed of the objective lens. The performance of the apparatus is reduced in terms of processing speed.
また、回折格子の回折効率は、凹凸の周期が小さくなるほど低下する傾向にある。凹凸の周期を小さくしながら高い回折効率を維持する方法として、回折後の光束が入射位置における回折格子の法線よりも入射光束に近くなるリトロー配置が知られている。しかし、光通信の光学装置でリトロー配置を採用すると、光伝送部材と受光部とが空間的に接近するため、両者の配設が容易でなくなる。 Further, the diffraction efficiency of the diffraction grating tends to decrease as the period of the unevenness decreases. As a method of maintaining high diffraction efficiency while reducing the period of the unevenness, a Littrow arrangement is known in which the diffracted light beam is closer to the incident light beam than the normal line of the diffraction grating at the incident position. However, when the Littrow arrangement is adopted in the optical device for optical communication, the optical transmission member and the light receiving unit are spatially close to each other, so that it is not easy to dispose both of them.
さらに、回折格子の凹凸の周期を小さくすると、回折格子に対してp偏光となる偏光成分とs偏光となる偏光成分とで、回折効率の差が大きくなる。光通信では一般に伝送する光として直線偏光が用いられるから、回折格子に対する光の偏光方向を考慮しなければ、送受する光の強度が低下することになって、送受する信号の正確性の低下を招く結果となる。 Furthermore, when the period of the concave and convex portions of the diffraction grating is reduced, the difference in diffraction efficiency between the polarization component that becomes p-polarized light and the polarization component that becomes s-polarized light increases. In optical communications, linearly polarized light is generally used as the transmitted light. Therefore, unless the polarization direction of the light with respect to the diffraction grating is taken into account, the intensity of the transmitted / received light is reduced, and the accuracy of the transmitted / received signal is reduced. Result.
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子における上記の諸問題を解決することを目的とし、特に、光束を分離または結合する回折格子素子であって、光束の広がりを抑えることが容易なものを備え、波長の異なる複数の光束を分離または結合する光学装置であって、光の損失を抑えることが容易なものを提供することを目的とする。
The present invention aims to solve the above-described problems in diffraction grating elements that diffract light of different wavelengths, and in particular, is a diffraction grating element that separates or combines light beams and suppresses the spread of the light beams. It is an object of the present invention to provide an optical device that can easily separate light beams having different wavelengths and that can easily suppress loss of light.
上記目的を達成するために、本発明では、第1の波長の第1の光束と第1の波長よりも長波長の第2の光束を異なる方向から入射させて、第1の光束を第2の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
n2 ≧ n1・sinθ
Λ/λL ≦ 1/(n1+n1・sinθ)
および
Λ/λS > 1/(n1+n1・sinθ)−0.04
の関係を満たすものとする。ここで、n1およびn2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第1の光束の入射側に位置する第1の媒質およびその反対側に位置する第2の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第1の光束および第2の光束の波長、θは回折格子への第1の光束の入射角である。
In order to achieve the above object, in the present invention, a first light flux having a first wavelength and a second light flux having a longer wavelength than the first wavelength are incident from different directions, and the first light flux is made to be a second light flux. An optical apparatus having a diffraction grating element that emits light in the direction of the incident source of
n2 ≧ n1 ・ sinθ
Λ / λL ≤ 1 / (n1 + n1 · sinθ)
And Λ / λ S> 1 / (
Satisfy the relationship. Here, n1 and n2 are the refractive indices of the first medium located on the incident side of the first light beam and the second medium located on the opposite side of the medium sandwiching the diffraction grating, and Λ is the unevenness of the diffraction grating. Λs and λL are the wavelengths of the first and second light beams, respectively, and θ is the incident angle of the first light beam to the diffraction grating.
この回折格子素子は、波長λSの第1の光束に対しては回折を生じさせつつ透過させ、波長λLの第2の光束に対しては回折を生じさせることなく透過させるものとなる。したがって、第2の光束に広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
The diffraction grating element transmits the first light flux having the wavelength λS while generating diffraction, and transmits the second light flux having the wavelength λL without causing diffraction. Therefore, the second light flux does not spread. In addition, due to the feature of the diffraction grating element that suppresses the spread of the light beam, the light beam can be guided to a narrow range, and the light loss can be suppressed.
上記目的を達成するために、本発明ではまた、第1の波長の第1の光束と第1の波長よりも長波長の第2の光束を異なる方向から入射させて、第1の光束を第2の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
n2 ≧ n1・sinθ
Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ)
および
1/(n2+n1・sinθ)−0.04 < Λ/λS < 1/(n2+n1・sinθ)+0.02
の関係を満たすものとする。ここで、n1およびn2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第1の光束の入射側に位置する第1の媒質およびその反対側に位置する第2の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第1の光束および第2の光束の波長、θは回折格子への第1の光束の入射角である。
In order to achieve the above object, according to the present invention, the first light flux having the first wavelength and the second light flux having a longer wavelength than the first wavelength are incident from different directions, and the first light flux is changed to the first light flux. An optical apparatus having a diffraction grating element that emits light in the direction of the incident source of the two light beams
n2 ≧ n1 ・ sinθ
Λ / λL ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ)
And 1 / (n2 + n1 · sinθ) −0.04 <Λ / λS <1 / (n2 + n1 · sinθ) +0.02.
Satisfy the relationship. Here, n1 and n2 are the refractive indices of the first medium located on the incident side of the first light beam and the second medium located on the opposite side of the medium sandwiching the diffraction grating, and Λ is the unevenness of the diffraction grating. Λs and λL are the wavelengths of the first and second light beams, respectively, and θ is the incident angle of the first light beam to the diffraction grating.
この回折格子素子は、波長λLの第2の光束に対しては回折を生じさせることなく透過させ、波長λSの第1の光束に対しては回折を生じさせることなく反射するものとなる。したがって、第1の光束と第2の光束のいずれにも広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
The diffraction grating element transmits the second light flux having the wavelength λL without causing diffraction, and reflects the first light flux having the wavelength λS without causing diffraction. Therefore, neither the first light beam nor the second light beam is spread. In addition, due to the feature of the diffraction grating element that suppresses the spread of the light beam, the light beam can be guided to a narrow range, and the light loss can be suppressed.
上記の各回折格子素子は、回折格子が設けられている面のほかに集光機能を有する面を備える構成とすることができる。このようにすると、光束の広がりが一層抑えられ、収束光束とすることも可能になる。
Each of the above diffraction grating elements can be configured to have a surface having a light collecting function in addition to the surface on which the diffraction grating is provided. In this way, the spread of the light beam is further suppressed, and a convergent light beam can be obtained.
回折格子が曲面上に設けられている構成とすることもできる。このようにすると、屈折による光学的パワーを回折格子にもたせることができて、回折後の光束の広がりを一層抑えたり、収束光束としたりすることが可能になる。 A configuration in which the diffraction grating is provided on a curved surface may be employed. In this way, the optical power due to refraction can be given to the diffraction grating, so that the spread of the light beam after diffraction can be further suppressed or a converged light beam can be obtained.
その場合、回折格子が設けられている曲面の任意の位置における接平面に回折格子を投影し、その平面上での回折格子の凹凸の周期をΛ、その平面に対する入射角をθとしたときに、前記関係を満たすようにするとよい。 In that case, when the diffraction grating is projected onto the tangent plane at an arbitrary position on the curved surface where the diffraction grating is provided, the period of the irregularities of the diffraction grating on the plane is Λ, and the incident angle with respect to the plane is θ. It is preferable to satisfy the relationship.
回折格子の凹凸の周期の方向に平行な各凹凸の断面が略矩形である構造とするとよい。回折格子の設計が容易になる上、樹脂成形による素子の製造も容易になる。 It is preferable that the cross section of each concavo-convex parallel to the direction of the period of the concavo-convex of the diffraction grating is a substantially rectangular structure. The design of the diffraction grating is facilitated, and the manufacture of the element by resin molding is facilitated.
ここで、回折格子に対する光束の入射角を変化させる機構を備えるようにするとよい。光の波長が温度等によって変動する場合でも、入射角を変えることで、回折後の光束の進行方向を一定にすることが可能になる。 Here, a mechanism for changing the incident angle of the light beam with respect to the diffraction grating may be provided. Even when the wavelength of light fluctuates depending on the temperature or the like, the traveling direction of the diffracted light beam can be made constant by changing the incident angle.
回折格子に第2の波長の光束を入射させるとともに、回折格子から出射した第1の波長の光束を受ける光学部品を備えるようにすることができる。このような構成とすると、第2の波長の光を外部から受けて第1の波長の光を外部に導くことを、同じ光学部品を介して行い得る装置となる。このような光学部品としては例えば光ファイバがある。
An optical component that receives the light beam having the first wavelength emitted from the diffraction grating and having the light beam having the second wavelength incident on the diffraction grating can be provided. With such a configuration, to lead the light of the first wavelength receives the light of the second wavelength from the outside to the outside, a device that may perform through the same optical components. An example of such an optical component is an optical fiber.
回折格子に入射する光束または回折格子から出射した光束を集光させる光学部品を備えるようにしてもよい。このようにすると、回折格子に入射する光束を平行光束に近づけたり、回折格子から出射する光束の広がりをさらに抑えたりすることが可能になって、光の損失を一層抑え得る装置となる。 You may make it provide the optical component which condenses the light beam which injects into a diffraction grating, or the light beam radiate | emitted from the diffraction grating. In this way, the light beam incident on the diffraction grating can be brought close to a parallel light beam, and the spread of the light beam emitted from the diffraction grating can be further suppressed, so that the device can further suppress the loss of light .
本発明の光学装置は、波長の異なる複数の光束を分離または結合するものでありながら、回折格子からの光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失を抑えることができる。
The optical device according to the present invention can separate or combine a plurality of light beams having different wavelengths, but can guide the light beam from the diffraction grating to a narrow range and suppress light loss.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
<第1の実施形態>
第1の実施形態の光学装置1の構成を図1に模式的に示す。光学装置1は、光通信における送受信用の装置であり、発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51を有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The configuration of the
発光部21は送出する光束LTを発し、発光制御部22は、発光部21の発光を制御して、発光部21が発する光束LTに送信する信号を担持させる。図示しないが、発光部21は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。
The
光ファイバ31は、送信信号を担持した発光部11からの光束LTを外部に伝送するとともに、受信すべき信号を担持した光束LRを外部から伝送してくる。
The
受光部41は、光ファイバ31によって伝送されてきた光束LRを受けて、受光量を表す信号を出力し、信号検出部41は、受光部41の出力信号から光束LRに担持されている信号を検出する。光束LTの波長帯域と光束LRの波長帯域は異なり、互いに分離している。光束LTの波長は光束LRの波長よりも短い。
The
回折格子素子51は、表面に回折格子52(図2参照)を備えており、発光部21からの光束LTを光ファイバ31に導くとともに、光ファイバ31からの光束LRを受光部41に導く。
The
回折格子52の設定について説明する。ここで、回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LTの入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束LTの中心波長をλS、より長波長の光束LRの中心波長をλLとする。
The setting of the
回折格子52は式(A1)〜(A3)の関係を満たす。
n2 ≧ n1・sinθ1 ・・・ 式(A1)
Λ/λL ≦ 1/(n1+n1・sinθ1) ・・・ 式(A2)
Λ/λS > 1/(n1+n1・sinθ1)−0.04 ・・・ 式(A3)
The
n2 ≧ n1 · sinθ1 Expression (A1)
Λ / λL ≦ 1 / (n1 + n1 · sinθ1) Equation (A2)
Λ / λ S> 1 / (
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、より短波長の光束LTを−1次で回折透過させ、より長波長の光束LRを0次で回折透過させるものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LRの中心波長を1490nmとし、回折格子52に、光束LTを回折格子素子51の内部側から、光束LRを空気側から入射させるようにした設定例における光路を図2に模式的に示し、諸パラメータを表1に示す。なお、光束LT、LRの主光線の入射面は、回折格子52の周期の方向に平行である。
Setting example in which the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelength of the received light beam LR is 1490 nm, and the light beam LT is incident on the
[表1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.69μm
凹凸高低差h:1.39μm
凸部幅:0.35μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.53
入射角θ1:60゜
出射角θ2:−42.6゜
s偏光透過回折効率:0.72
光束LR
波長(λL):1490nm
周期/波長(Λ/λL):0.46
入射角θ1:60゜
出射角θ2:35.3゜
p偏光透過率:0.87
s偏光透過率:0.73
平均透過率:0.8
[Table 1]
Cross-sectional shape: Rectangle Concavity and convexity Λ: 0.69 μm
Uneven height difference h: 1.39 μm
Convex width: 0.35 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.53
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: -42.6 ° s-polarized light transmission diffraction efficiency: 0.72
Luminous flux LR
Wavelength (λL): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.46
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: 35.3 ° p-polarized light transmittance: 0.87
s-polarized light transmittance: 0.73
Average transmittance: 0.8
なお、表1において、回折格子52の凸部幅とは、光束LTの入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置1での使用形態とは逆に、光束LTを光束LRと同じ方向から入射させて、光束LT、LRを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置1での使用形態においては、光束LTの入射角θ1と出射角θ2は表1の値と逆になる。
In Table 1, the convex portion width of the
上記の設定例(n1=1、θ1=60゜)において、式(A2)、(A3)に含まれる1/(n1+n1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図3に示す。なお、1/(1+1・sin60゜)の値は0.536である。図3より判るように、0次の透過光とする光束LRは、その中心波長λLを式(A2)の範囲内にすることで、透過率が高くなり、−1次の透過光とする光束LTは、その中心波長λSを式(A3)の範囲内にすることで、透過率が高くなる。 In the above setting example (n1 = 1, θ1 = 60 °), the figure shows how the diffraction efficiency changes when the value of 1 / (n1 + n1 · sinθ1) included in equations (A2) and (A3) changes. 3 shows. The value of 1 / (1 + 1 · sin 60 °) is 0.536. As can be seen from FIG. 3, the light beam LR to be transmitted as the 0th-order transmitted light has a higher transmittance by setting the center wavelength λL within the range of the formula (A2), and the light beam to be converted into the −1st-order transmitted light. The LT has a high transmittance by setting its center wavelength λ S within the range of the formula (A3).
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置1における回折格子素子51のように、回折格子52がより長波長の光束LRを回折させることなく透過させるようにすることは、光束LRの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部41を大きくしなくても、光束LRを全て受光部41に導くことができる。
Since the spread of the light beam after diffraction is proportional to the width of the wavelength band, the
<第2の実施形態>
本実施形態の光学装置2も光通信用のもので、図1に示した光学装置1と同様の構成であり、発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51を有する。
<Second Embodiment>
The
光学装置2における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで、第1の実施形態と同様に、回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LTの入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束LTの中心波長をλS、より長波長の光束LRの中心波長をλLとする。
The setting of the
回折格子52は式(B1)〜(B3)の関係を満たす。
n2 < n1・sinθ1 ・・・ 式(B1)
Λ/λL ≦ 1/(n1+n1・sinθ1) ・・・ 式(B2)
1/(n1+n1・sinθ1) ≦ Λ/λS ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(B3)
The
n2 <n1 · sinθ1 Equation (B1)
Λ / λL ≦ 1 / (n1 + n1 · sinθ1) Equation (B2)
1 / (n1 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λS ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (B3)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、より短波長の光束LTを−1次で回折反射し、より長波長の光束LRを0次で回折反射(正反射)するものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LRの中心波長を1490nmとし、回折格子52に光束LT、LRを回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図4に模式的に示し、諸パラメータを表2に示す。なお、光束LT、LRの主光線の入射面は、回折格子52の周期の方向に平行である。
FIG. 4 shows an optical path in a setting example in which the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelength of the received light beam LR is 1490 nm, and the light beams LT and LR are incident on the
[表2]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.585μm
凹凸高低差h:0.42μm
凸部幅:0.293μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.45
入射角θ1:45゜
出射角θ2:−51.8゜
s偏光反射回折効率:0.85
光束LR
波長(λL):1490nm
周期/波長(Λ/λL):0.39
入射角θ1:45゜
出射角θ2:45゜
p偏光反射率:0.89
s偏光反射率:0.86
平均反射率:0.875
[Table 2]
Cross-sectional shape: Rectangle Unevenness period Λ: 0.585 μm
Uneven height difference h: 0.42 μm
Convex width: 0.293 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.45
Incident angle θ1: 45 ° Output angle θ2: −51.8 ° s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85
Luminous flux LR
Wavelength (λL): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.39
Incident angle θ1: 45 ° Output angle θ2: 45 ° p-polarized reflectance: 0.89
s-polarized reflectance: 0.86
Average reflectance: 0.875
なお、表2において、回折格子52の凸部幅とは、光束LT、LRの入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置2での使用形態とは逆に、光束LTを光束LRと同じ方向から入射さて、光束LT、LRを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置2での使用形態においては、光束LTの入射角θ1と出射角θ2は表2の値と逆になる。
In Table 2, the convex portion width of the
0次の反射光とする光束LRは、その中心波長λLを式(B2)の範囲内にすることで、反射率が高くなり、−1次の反射光とする光束LTは、その中心波長λSを式(B3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、1/(1.5+1.5・sin45゜)の値は0.391、1/(1+1.5・sin45゜)の値は0.485である。 The light beam LR as the 0th-order reflected light has a higher reflectance by setting its center wavelength λL within the range of the formula (B2), and the light beam LT as the −1st-order reflected light has its center wavelength λS. By making the value in the range of the formula (B3), the reflectance is increased. The value of 1 / (1.5 + 1.5 · sin45 °) is 0.391, and the value of 1 / (1 + 1.5 · sin45 °) is 0.485.
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置2における回折格子素子51のように、回折格子52がより長波長の光束LRを回折させることなく反射するようにすることは、光束LRの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部41を大きくしなくても、光束LRを全て受光部41に導くことができる。
Since the spread of the light beam after diffraction is proportional to the width of the wavelength band, the
<第3の実施形態>
本実施形態の光学装置3も光通信用のもので、図1に示した光学装置1と同様の構成であり、発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51を有する。
<Third Embodiment>
The
光学装置3における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで、第1の実施形態と同様に、回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LTの入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束LTの中心波長をλS、より長波長の光束LRの中心波長をλLとする。
The setting of the
回折格子52は式(C1)〜(C3)の関係を満たす。
n2 < n1・sinθ1 ・・・ 式(C1)
1/(n1+n1・sinθ1) ≦ Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(C2)
1/(n2+n1・sinθ1) ≦ Λ/λS ≦ 2/(n1+n1・sinθ1) ・・・ 式(C3)
The
n2 <n1 · sinθ1 Equation (C1)
1 / (n1 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λL ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (C2)
1 / (n2 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λS ≤ 2 / (n1 + n1 · sinθ1) (C3)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、より長波長の光束LRを−1次で回折反射し、より短波長の光束LTを0次で回折反射(正反射)するものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LRの中心波長を1490nmとし、回折格子52に光束LT、LRを回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図5に模式的に示し、諸パラメータを表3−1に示す。なお、光束LT、LRの主光線の入射面は、回折格子52の周期の方向に平行である。
The optical path in the setting example in which the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelength of the received light beam LR is 1490 nm, and the light beams LT and LR are incident on the
[表3−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.6μm
凹凸高低差h:0.645μm
凸部幅:0.3μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.46
入射角θ1:60゜
出射角θ2:60゜
反射率:0.81(−1.83dB)
光束LR
波長(λL):1490nm
周期/波長(Λ/λL):0.40
入射角θ1:60゜
出射角θ2:−52.1゜
p偏光反射回折効率:0.83(−1.63dB)
s偏光反射回折効率:0.87(−1.20dB)
平均反射回折効率:0.85(−1.41dB)
[Table 3-1]
Cross-sectional shape: Rectangle Concavity and convexity Λ: 0.6 μm
Uneven height difference h: 0.645 μm
Convex width: 0.3 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.46
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: 60 ° Reflectance: 0.81 (−1.83 dB)
Luminous flux LR
Wavelength (λL): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.40
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: −52.1 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.83 (−1.63 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.87 (−1.20 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.85 (−1.41 dB)
なお、表3−1において、回折格子の凸部幅とは、光束LT、LRの入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。また、表3−1には、反射率および反射効率のdB換算値も示している。 In Table 3-1, the convex width of the diffraction grating is the width of the convex portion toward the incident side of the light beams LT and LR (inside the diffraction grating element 51). Table 3-1 also shows dB conversion values of reflectance and reflection efficiency.
−1次の反射光とする光束LRは、その中心波長λLを式(C2)の範囲内にすることで、反射率が高くなり、0次の反射光とする光束LTは、その中心波長λSを式(C3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、1/(1.5+1.5・sin60゜)の値は0.357、1/(1+1.5・sin60゜)の値は0.434、2/(1.5+1.5・sin60゜)の値は0.715である。 The LR first-order reflected light beam LR has a higher reflectance by setting its center wavelength λL within the range of the equation (C2), and the 0-order reflected light beam LT has a center wavelength λS. By making the value in the range of the formula (C3), the reflectance is increased. The value of 1 / (1.5 + 1.5 · sin 60 °) is 0.357, and the value of 1 / (1 + 1.5 · sin 60 °) is 0.434, 2 / (1.5 + 1.5 · sin 60 °). The value of is 0.715.
波長帯域の幅が同じ場合、光束LRに比べて短波長の光束LTの方が、回折後の広がりが少ない。しかし、波長帯域の幅が広くなれば、より短波長の光束LTであっても、回折後の広がりは大きくなる。このような場合、光束LTを全て光ファイバ31に入射させることが難しくなる。しかしながら、本実施形態の光学装置3の回折格子素子51では、回折格子52が、光束LTに対して0次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束LTの広がりを招くことがなく、直径がμmオーダーと細い光ファイバ31に光束LTを全て入射させることは容易である。
When the width of the wavelength band is the same, the short wavelength light beam LT is less spread after diffraction than the light beam LR. However, if the width of the wavelength band is widened, the spread after diffraction becomes large even for the light beam LT having a shorter wavelength. In such a case, it becomes difficult to make all the light beam LT enter the
光束LTの波長帯域が波長λSを中心に±50nmの幅を有するときの光束LTに関するパラメータを表3−2および表3−3に示し、光束LRの波長帯域が波長λLを中心に±10nmの幅を有するときの光束LRに関するパラメータを表3−4および表3−5に示す。他のパラメータは表3−1と同じである。 Tables 3-2 and 3-3 show parameters relating to the light beam LT when the wavelength band of the light beam LT has a width of ± 50 nm centered on the wavelength λ S. The wavelength band of the light beam LR is ± 10 nm centered on the wavelength λ L. Tables 3-4 and 3-5 show parameters related to the luminous flux LR when having a width. Other parameters are the same as in Table 3-1.
[表3−2]
光束LT
最短波長(λS−50):1260nm
周期/波長(Λ/(λS−50)):0.48
入射角θ1:60゜
出射角θ2:60゜
反射率:0.85(−1.43dB)
[表3−3]
光束LT
最長波長(λS+50):1360nm
周期/波長(Λ/(λS+50)):0.44
入射角θ1:60゜
出射角θ2:60゜
反射率:0.78(−2.11dB)
[Table 3-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λS-50): 1260nm
Period / wavelength (Λ / (λS-50)): 0.48
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: 60 ° Reflectance: 0.85 (−1.43 dB)
[Table 3-3]
Luminous flux LT
Longest wavelength (λS + 50): 1360 nm
Period / wavelength (Λ / (λS + 50)): 0.44
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: 60 ° Reflectance: 0.78 (−2.11 dB)
[表3−4]
光束LR
最短波長(λL−10):1480nm
周期/波長(Λ/(λL−10)):0.41
入射角θ1:60゜
出射角θ2:−51.1゜
p偏光反射回折効率:0.82(−1.76dB)
s偏光反射回折効率:0.81(−1.80dB)
平均反射回折効率:0.81(−1.78dB)
[表3−5]
光束LR
最長波長(λL+10):1500nm
周期/波長(Λ/(λL+10)):0.40
入射角θ1:60゜
出射角θ2:−53.2゜
p偏光反射回折効率:0.83(−1.62dB)
s偏光反射回折効率:0.91(−0.79dB)
平均反射回折効率:0.87(−1.20dB)
[Table 3-4]
Luminous flux LR
Shortest wavelength (λL-10): 1480 nm
Period / wavelength (Λ / (λL−10)): 0.41
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: −51.1 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.82 (−1.76 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.81 (-1.80 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.81 (−1.78 dB)
[Table 3-5]
Luminous flux LR
Maximum wavelength (λL + 10): 1500 nm
Period / wavelength (Λ / (λL + 10)): 0.40
Incident angle θ1: 60 ° Output angle θ2: −53.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.83 (−1.62 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.79 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.87 (−1.20 dB)
回折格子52は、光束LTに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表3−2、3−3より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
Since the
<第4の実施形態>
第4の実施形態の光学装置4の構成を図6に模式的に示す。光学装置4は、第1〜第3の実施形態の光学装置1〜3と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ31を介して、波長帯域の異なる2つの光束LR1、LR2を受ける。このため、前述の発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51に加えて、受光部43と信号検出部44を有し、回折格子素子51は、送出する光束LTと受ける光束LR1、LR2の、計3光束を回折の対象とする。光束LTが最も短波長、光束LR2が最も長波長、光束LR1が中間の波長である。
<Fourth Embodiment>
The configuration of the
光学装置4における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。
回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LTの入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束LTの中心波長をλS、最も長波長の光束LR2の中心波長をλL、中間の波長の光束LR1の中心波長をλMとする。
The setting of the
The period of the unevenness of the
回折格子52は式(D1)〜(D3)の関係を満たす。
n2 < n1・sinθ1 ・・・ 式(D1)
1/(n1+n1・sinθ1) ≦ Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(D2)
1/(n1+n1・sinθ1) ≦ Λ/λM ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(D2')
1/(n2+n1・sinθ1) ≦ Λ/λS ≦ 2/(n1+n1・sinθ1) ・・・ 式(D3)
The
n2 <n1 · sinθ1 Equation (D1)
1 / (n1 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λL ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (D2)
1 / (n1 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λM ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Expression (D2 ')
1 / (n2 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λS ≤ 2 / (n1 + n1 · sinθ1) Equation (D3)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、最も長波長の光束LR2と中間の波長の光束LR1を−1次で回折反射し、最も短波長の光束LTを0次で回折反射(正反射)するものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LR1、LR2の中心波長をそれぞれ1490nm、1555nmとし、回折格子52に光束LT、LR1、LR2を回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図7に模式的に示し、諸パラメータを表4−1に示す。なお、光束LT、LR1、LR2の主光線の入射面は、回折格子52の周期の方向に平行である。
Setting that the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelengths of the received light beams LR1 and LR2 are 1490 nm and 1555 nm, respectively, and the light beams LT, LR1 and LR2 are incident on the
[表4−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.629μm
凹凸高低差h:0.645μm
凸部幅:0.239μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.76(−2.41dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−53.3゜
p偏光反射回折効率:0.95(−0.44dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−1.45dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.93dB)
光束LR2
波長(λM):1555nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−60.6゜
p偏光反射回折効率:0.76(−2.34dB)
s偏光反射回折効率:0.75(−2.45dB)
平均反射回折効率:0.76(−2.39dB)
[Table 4-1]
Cross-sectional shape: Rectangle Concavity and convexity Λ: 0.629 μm
Uneven height difference h: 0.645 μm
Convex width: 0.239 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.76 (−2.41 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −53.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.44 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−1.45 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.93 dB)
Luminous flux LR2
Wavelength (λM): 1555 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −60.6 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.76 (−2.34 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.75 (−2.45 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.76 (-2.39 dB)
なお、表4−1において、回折格子の凸部幅とは、光束LT、LR1、LR2の入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。 In Table 4-1, the convex width of the diffraction grating is the width of the convex portion toward the incident side (inside the diffraction grating element 51) of the light beams LT, LR1, and LR2.
−1次の反射光とする光束LR1、LR2は、中心波長λM、λLを式(D2')、(D2)の範囲内にすることで、反射率が高くなり、0次の反射光とする光束LTは、中心波長λSを式(D3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、1/(1.5+1.5・sin51゜)の値は0.375、1/(1+1.5・sin51゜)の値は0.462、2/(1.5+1.5・sin51゜)の値は0.750である。
The light beams LR1 and LR2 used as the −1st order reflected light have a higher reflectance by setting the center wavelengths λM and λL within the ranges of the expressions (D2 ′) and (D2), and thus are used as the 0th order reflected light. The reflectance of the light beam LT is increased by setting the center wavelength λ S within the range of the equation (D3). The value of 1 / (1.5 + 1.5 ·
本実施形態においても、第3の実施形態と同様に、回折格子52が、光束LTに対して0次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束LTの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ31に光束LTを全て入射させることは容易である。
Also in the present embodiment, as in the third embodiment, the
光束LTの波長帯域が波長λSを中心に±50nmの幅を有するときの光束LTに関するパラメータを表4−2および表4−3に示し、光束LR1の波長帯域が波長λMを中心に±10nmの幅を有するときの光束LR1に関するパラメータを表4−4および表4−5に示し、光束LR2の波長帯域が波長λLを中心に±5nmの幅を有するときの光束LR2に関するパラメータを表4−6および表4−7に示す。他のパラメータは表4−1と同じである。 Tables 4-2 and 4-3 show parameters related to the light beam LT when the wavelength band of the light beam LT has a width of ± 50 nm centered on the wavelength λs, and the wavelength band of the light beam LR1 is ± 10 nm centered on the wavelength λM. Tables 4-4 and 4-5 show parameters related to the light beam LR1 having a width. Tables 4-6 show parameters related to the light beam LR2 when the wavelength band of the light beam LR2 has a width of ± 5 nm centered on the wavelength λL. And shown in Table 4-7. Other parameters are the same as in Table 4-1.
[表4−2]
光束LT
最短波長(λS−50):1260nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.87(−1.26dB)
[表4−3]
光束LT
最長波長(λS+50):1360nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.74(−2.64dB)
[Table 4-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λS-50): 1260nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.87 (−1.26 dB)
[Table 4-3]
Luminous flux LT
Longest wavelength (λS + 50): 1360 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.74 (−2.64 dB)
[表4−4]
光束LR1
最短波長(λM−10):1480nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−52.3゜
p偏光反射回折効率:0.96(−0.33dB)
s偏光反射回折効率:0.84(−1.52dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.90dB)
[表4−5]
光束LR1
最長波長(λM+10):1500nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−54.4゜
p偏光反射回折効率:0.93(−0.60dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−1.45dB)
平均反射回折効率:0.89(−1.02dB)
[Table 4-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λM-10): 1480 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −52.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.96 (−0.33 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.84 (-1.52 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (-0.90 dB)
[Table 4-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λM + 10): 1500 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −54.4 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.93 (−0.60 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−1.45 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.89 (−1.02 dB)
[表4−6]
光束LR2
最短波長(λL−5):1550nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−60゜
p偏光反射回折効率:0.78(−2.12dB)
s偏光反射回折効率:0.77(−2.30dB)
平均反射回折効率:0.78(−2.21dB)
[表4−7]
光束LR2
最長波長(λL+5):1560nm
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−61.2゜
p偏光反射回折効率:0.74(−2.56dB)
s偏光反射回折効率:0.74(−2.62dB)
平均反射回折効率:0.74(−2.59dB)
[Table 4-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λL-5): 1550 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −60 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.78 (−2.12 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.77 (-2.30 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.78 (−2.21 dB)
[Table 4-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λL + 5): 1560 nm
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −61.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.74 (−2.56 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.74 (−2.62 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.74 (−2.59 dB)
回折格子52は、光束LTに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表4−2、4−3より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
Since the
<第5の実施形態>
本実施形態の光学装置5も光通信用のもので、図1に示した光学装置1と同様の構成であり、発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51を有する。
<Fifth Embodiment>
The
光学装置5における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで、第1の実施形態と同様に、回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LTの入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束LTの中心波長をλS、より長波長の光束LRの中心波長をλLとする。
The setting of the
回折格子52は式(E1)〜(E3)の関係を満たす。
n2 ≧ n1・sinθ1 ・・・ 式(E1)
Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(E2)
1/(n2+n1・sinθ1)−0.04 < Λ/λS < 1/(n2+n1・sinθ1)+0.02
・・・ 式(E3)
The
n2 ≧ n1 · sinθ1 Expression (E1)
Λ / λL ≦ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) ... Formula (E2)
1 / (n2 + n1 · sinθ1) −0.04 <Λ / λS <1 / (n2 + n1 · sinθ1) +0.02
... Equation (E3)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、より長波長の光束LRを0次で回折透過させ、より短波長の光束LTを0次で回折反射(正反射)するものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LRの中心波長を1490nmとし、回折格子52に光束LT、LRを回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図8に模式的に示し、諸パラメータを表5−1に示す。なお、光束LT、LRの主光線の入射面は、回折格子52の周期の方向に平行である。
The optical path in a setting example in which the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelength of the received light beam LR is 1490 nm, and the light beams LT and LR are incident on the
[表5−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.667μm
凹凸高低差h:1.167μm
凸部幅:0.267μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.509
入射角θ1:36゜
出射角θ2:36゜
反射率:0.71(−2.93dB)
光束LR
波長(λL):1490nm
周期/波長(Λ/λL):0.448
入射角θ1:36゜
出射角θ2:61.8゜
p偏光透過率:0.91(−0.86dB)
s偏光透過率:0.76(−2.34dB)
平均透過率:0.83(−1.57dB)
[Table 5-1]
Cross-sectional shape: rectangle Uneven period Λ: 0.667 μm
Uneven height difference h: 1.167 μm
Convex width: 0.267 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.509
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 36 ° Reflectance: 0.71 (-2.93 dB)
Luminous flux LR
Wavelength (λL): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.448
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 61.8 ° p-polarized light transmittance: 0.91 (−0.86 dB)
s-polarized light transmittance: 0.76 (-2.34 dB)
Average transmittance: 0.83 (−1.57 dB)
なお、表5−1において、回折格子の凸部幅とは、光束LT、LRの入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。 In Table 5-1, the convex width of the diffraction grating is the width of the convex portion toward the incident side of the light beams LT and LR (inside the diffraction grating element 51).
上記の設定例(n1=1.5、n2=1、θ1=36゜)において、式(E2)、(E3)に含まれる1/(n2+n1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図9に示す。なお、1/(1+1.5・sin36゜)の値は0.531である。図9より判るように、0次の透過光とする光束LRは、その中心波長λLを式(E2)の範囲内にすることで、透過率が高くなり、0次の反射光とする光束LTは、その中心波長λSを式(E3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。 In the above setting example (n1 = 1.5, n2 = 1, θ1 = 36 °), the diffraction efficiency when the value of 1 / (n2 + n1 · sinθ1) included in the equations (E2) and (E3) changes The state of the change is shown in FIG. The value of 1 / (1 + 1.5 · sin 36 °) is 0.531. As can be seen from FIG. 9, the luminous flux LR to be transmitted as the 0th-order transmitted light is increased in transmittance by setting the center wavelength λL within the range of the formula (E2), and the luminous flux LT to be converted into the 0th-order reflected light. The reflectance is increased by setting the center wavelength λ S within the range of the equation (E3).
光学装置5においては、回折格子52が、光束LT、LRの双方に対して0次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束LT、LRの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ31に光束LTを全て入射させることや、小さな受光部41に光束LRを全て入射させることは容易である。
In the
光束LTの波長帯域が波長λSを中心に±50nmの幅を有するときの光束LTに関するパラメータを表5−2および表5−3に示し、光束LRの波長帯域が波長λLを中心に±10nmの幅を有するときの光束LRに関するパラメータを表5−4および表5−5に示す。他のパラメータは表5−1と同じである。 Table 5-2 and Table 5-3 show parameters related to the light beam LT when the wavelength band of the light beam LT has a width of ± 50 nm centered on the wavelength λ S. The wavelength band of the light beam LR is ± 10 nm centered on the wavelength λ L. Tables 5-4 and 5-5 show parameters related to the light flux LR when having a width. Other parameters are the same as in Table 5-1.
[表5−2]
光束LT
最短波長(λS−50):1260nm
周期/波長(Λ/(λS−50)):0.529
入射角θ1:36゜
出射角θ2:36゜
反射率:0.85(−1.39dB)
[表5−3]
光束LT
最長波長(λS+50):1360nm
周期/波長(Λ/(λS+50)):0.490
入射角θ1:36゜
出射角θ2:36゜
反射率:0.59(−4.65dB)
[Table 5-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λS-50): 1260nm
Period / wavelength (Λ / (λS-50)): 0.529
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 36 ° Reflectance: 0.85 (−1.39 dB)
[Table 5-3]
Luminous flux LT
Longest wavelength (λS + 50): 1360 nm
Period / wavelength (Λ / (λS + 50)): 0.490
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 36 ° Reflectance: 0.59 (−4.65 dB)
[表5−4]
光束LR
最短波長(λL−10):1480nm
周期/波長(Λ/(λL−10)):0.451
入射角θ1:36゜
出射角θ2:61.8゜
p偏光透過率:0.90(−0.92dB)
s偏光透過率:0.76(−2.44dB)
平均透過率:0.83(−1.64dB)
[表5−5]
光束LR
最長波長(λL+10):1500nm
周期/波長(Λ/(λL+10)):0.445
入射角θ1:36゜
出射角θ2:61.8゜
p偏光透過率:0.91(−0.80dB)
s偏光透過率:0.77(−2.25dB)
平均透過率:0.84(−1.50dB)
[Table 5-4]
Luminous flux LR
Shortest wavelength (λL-10): 1480 nm
Period / wavelength (Λ / (λL−10)): 0.451
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 61.8 ° p-polarized light transmittance: 0.90 (−0.92 dB)
s-polarized light transmittance: 0.76 (−2.44 dB)
Average transmittance: 0.83 (−1.64 dB)
[Table 5-5]
Luminous flux LR
Maximum wavelength (λL + 10): 1500 nm
Period / wavelength (Λ / (λL + 10)): 0.445
Incident angle θ1: 36 ° Output angle θ2: 61.8 ° p-polarized light transmittance: 0.91 (−0.80 dB)
s-polarized light transmittance: 0.77 (-2.25 dB)
Average transmittance: 0.84 (−1.50 dB)
回折格子52は、光束LT、LRに回折を生じさせないため、それらの波長帯域の最短波長および最長波長でも出射角に変化はなく、また、各々の最短波長および最長波長でも高い反射率や透過率となる。
Since the
<第6の実施形態>
第6の実施形態の光学装置6の構成を図10に模式的に示す。光学装置6は、第5の実施形態の光学装置5と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ31を介して、波長帯域の異なる2つの光束LT1、LT2を送出する。このため、前述の発光部21、発光制御部22、光ファイバ31、受光部41、信号検出部42、および回折格子素子51に加えて、発光部23と発光制御部24を有し、回折格子素子51は、送出する光束LT1、LT2と受ける光束LRの、計3光束を回折の対象とする。光束LT1が最も短波長、光束LRが最も長波長、光束LT2が中間の波長である。
<Sixth Embodiment>
FIG. 10 schematically shows the configuration of the
光学装置6における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで回折格子52の凹凸の周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束LT1の入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束LT1の中心波長をλS、最も長波長の光束LRの中心波長をλL、中間の波長の光束LT2の中心波長をλMとする。
The setting of the
回折格子52は式(F1)〜(F4)の関係を満たす。
n2 ≧ n1・sinθ1 ・・・ 式(F1)
Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(F2)
1/(n2+n1・sinθ1)−0.04 < Λ/λM < 1/(n2+n1・sinθ1)+0.02
・・・ 式(F3)
Λ/λS ≧ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(F4)
The
n2 ≧ n1 · sinθ1 Formula (F1)
Λ / λL ≦ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (F2)
1 / (n2 + n1 · sin θ1) −0.04 <Λ / λM <1 / (n2 + n1 · sin θ1) +0.02
... Formula (F3)
Λ / λS ≧ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Expression (F4)
このようにすると、回折格子52は、最も長波長の光束LRと最も短波長の光束LT1を0次で回折透過させ、中間の波長の光束LT2を0次で回折反射(正反射)するものとなる。
In this way, the
<第7の実施形態>
本実施形態の光学装置7は、光ファイバ31を介して波長帯域の異なる2つの光束LR1、LR2を受ける第4の実施形態の光学装置4を修飾したものである。光学装置7における回折格子素子51および光束LR1、LR2の光路を図11に示す。回折格子素子51の回折格子52が設けられていない表面のうち、回折後の光束LR1、LR2が通る部位53は、回折格子52の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束LR1、LR2に対して凸レンズとして作用する。
<Seventh Embodiment>
The
光束LR1、LR2は、回折光であるため波長帯域の幅に応じて広がるが、それらが通る部位53にこのように集光機能をもたせることで、光束LR1、LR2を平行光束に近づけるたり、収束光束としたりすることが可能である。したがって、受光部41、43を大きくすることなく、光束LR1、LR3を全て受光部41、43に入射させることができる。また、部位53の曲面形状によって収差を抑えることも可能である。
Since the light beams LR1 and LR2 are diffracted light, the light beams LR1 and LR2 expand according to the width of the wavelength band. By providing the condensing function to the
曲面である部位53の曲率半径を、回折格子52への光束の入射点から部位53までの距離に等しくすれば、部位53は集光機能をもたないことになる。しかし、それでも、部位53が平面である場合のように、屈折によって光束LR1、LR2がさらに広がるのを、防止することができる。
If the radius of curvature of the
なお、本実施形態では、光束LR1の中心波長λMを1480nm、光束LR2の中心波長λLを1500nmとしている。光束LR1、LR2の入射角θ1は51゜であり、光束LR1の反射角θ2は52.3゜、光束LR2の反射角θ2は54.3゜である。また、図示していないが、送出する光束LTは、中心波長LSが1260nmのとき入射角55.49゜、中心波長LSが1310nmのとき入射角51.8゜、中心波長LSが1360nmのとき入射角48.39゜である。 In the present embodiment, the center wavelength λM of the light beam LR1 is 1480 nm, and the center wavelength λL of the light beam LR2 is 1500 nm. The incident angle θ1 of the light beams LR1 and LR2 is 51 °, the reflection angle θ2 of the light beam LR1 is 52.3 °, and the reflection angle θ2 of the light beam LR2 is 54.3 °. Although not shown, the transmitted light beam LT is incident at an incident angle of 55.49 ° when the center wavelength LS is 1260 nm, at an incident angle of 51.8 ° when the center wavelength LS is 1310 nm, and incident when the center wavelength LS is 1360 nm. The angle is 48.39 °.
<第8の実施形態>
本実施形態の光学装置8は、送出する光束LTを−1次で回折反射する第2の実施形態の光学装置2を修飾したものである。光学装置8における回折格子素子51および光束LTの光路を図12に示す。回折格子素子51の回折格子52が設けられていない表面のうち、入射前の光束LTが通る部位54は、回折格子52の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束LTに対して凸レンズとして作用する。発光部21からの光束LTが発散光である場合でも、このように部位54に集光機能をもたせることで、回折格子52に入射する光束LTを平行光束に近づけることができる。
<Eighth Embodiment>
The
光学装置8は、回折格子52上の光束LTの入射位置を中心とし、回折格子51に垂直でその周期の方向に平行な平面上に位置する円弧状のレール25を備えている。発光部21はレール25に沿って可動に設定されており、発光部21の位置によって、回折格子52に対する光束LTの入射角は変わる。また、発光部21には温度センサ26が取り付けられており、発光部21の位置は温度センサ26によって検出された温度に応じて制御される。
The
光束LTを発する発光部21のレーザダイオードの特性は温度によって変動し、そのため、光束LTの波長も温度によって変動する。波長が変動すると、回折格子52による光束LTの回折角も変動し、回折後の光束LTの一部が光ファイバ31に入射しなくなることがある。しかし、このように、回折格子52に対する光束LTの入射角を温度に応じて変えるようにすることで、確実に光束LTを全て光ファイバ31に入射させることができる。
The characteristics of the laser diode of the
温度センサ26を備えることに代えて、光ファイバ31の端部近傍に複数の光センサ35を備えて、どの光センサ35に光束LTが入射するかに応じて、発光部21の位置を制御するようにしてもよい。その場合、どの光センサ35にも光束LTが入射しないよう発光部21の位置を設定することで、光束LTの全てを光ファイバ31に入射させることができる。
Instead of providing the
なお、光束LT、LRの波長、回折格子52の設定等は第2の実施形態と同様である。
The wavelengths of the light beams LT and LR, the setting of the
<第9の実施形態>
本実施形態の光学装置9の回折格子素子11を図13に示す。図13において、(a)は側面図、(b)は平面図である。本実施形態では、回折格子素子11の表面を凸の曲面とし、その曲面上に回折格子52を設けている。回折格子52を曲面上に設けることで、回折格子52が屈折による光学的パワーを有することになり、出射する光束の広がりを抑えることができる。したがって、出射後の光束の広がりを抑える手段を別途備える必要がなくなる。
<Ninth Embodiment>
A
回折格子52に入射する光束が平行光束でない場合は、回折格子52の凹凸の間隔を一定にせずに次第に変化するようにすることで、あるいは、個々の凸部52aおよび凹部52bを直線とせずに曲線状とすることで、光束の広がりとなる原因となる収差を抑えることができる。
In the case where the light beam incident on the
なお、本実施形態のように、曲面上に回折格子52を設ける場合、回折格子52上の任意の位置における接平面Pに回折格子52を投影し、接平面Pに対する入射角をθ1、接平面P上の周期をΛとして、前述の式(A1)〜(A3)から式(F1)〜(F4)までの各組の条件を満たすようにする。これで、上述の各実施形態で述べた効果が得られる。
When the
<第10の実施形態>
第10の実施形態の光学装置10の構成を図14に模式的に示す。光学装置10は、光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置であり、3つの発光部27、28、29、2つの回折格子素子55、57、および対物レンズ61を有する。回折格子素子55、57はいずれもプリズム状であり、それぞれ1つの表面に回折格子56、58(図15参照)が設けられている。
<Tenth Embodiment>
The configuration of the
発光部27、28、29は、記録媒体Mに照射するための波長帯域の異なる光束LT1、LT2、LT3をそれぞれ発する。図示しないが、発光部27〜29は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。 The light emitting units 27, 28, and 29 emit light beams LT1, LT2, and LT3 having different wavelength bands for irradiating the recording medium M, respectively. Although not shown, the light emitting units 27 to 29 include a laser diode and a condensing lens, and emit light emitted from the laser diode as a parallel light beam by the condensing lens.
回折格子素子55は、発光部27からの光束LT1と発光部28からの光束LT2を結合する。また、回折格子素子57は、回折格子素子55によって結合された光束LT1、LT2と発光部29からの光束LT3とを結合する。
The
対物レンズ61は、回折格子素子55によって結合された光束LT1、LT2、LT3を記録媒体M上に収束させる。
The
回折格子素子55、57の回折格子56、58の設定について説明する。ここで、回折格子56、58の凹凸の周期をΛ、回折格子56、58の凹凸の高低差をh、回折格子56、58を挟む2つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子56、58への光束の入射角をθ1、回折格子56、58からの光束の出射角をθ2、光束LT1、LT2、LT3の波長帯域のうち最も短波長のものの中心波長をλS、最も長波長のものの中心波長をλL、中間の波長のものの中心波長をλMとする。なお、ここでは、回折格子56と回折格子58の各パラメータを同じ符号で表しているが、各パラメータ(例えば周期Λ)は、回折格子56と回折格子58とで異なる。
The setting of the
回折格子56、58は式(G1)〜(G4)の関係を満たす。
n2 ≧ n1・sinθ1 ・・・ 式(G1)
Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(G2)
Λ/λM ≒ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(G3)
Λ/λS ≧ 1/(n2+n1・sinθ1) ・・・ 式(G4)
The
n2 ≧ n1 · sinθ1 Expression (G1)
Λ / λL ≦ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (G2)
Λ / λM ≒ 1 / (n2 + n1 ・ sinθ1) Equation (G3)
Λ / λS ≥ 1 / (n2 + n1 · sinθ1) Equation (G4)
これらの関係を満たすことで、回折格子56、58は、光束LT1、LT2、LT3のいずれに対しても、0次の回折を生じさせて、すなわち回折を生じさせずに、透過または反射するものとなる。
By satisfying these relationships, the
光束LT1、LT2、LT3の各波長帯域の中心波長をそれぞれ650nm、780nm、405nmとし、回折格子素子55の回折格子56に、素子55の内部側から光束LT1を入射させ、空気側から光束LT2を入射させ、回折格子素子57の回折格子58に、光束LT1、LT2を空気側から入射させ、光束LT3を素子57の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図15に模式的に示し、諸パラメータを表6−1、6−2に示す。この例では、光束LT3の中心波長が最短波長λS、光束LT2の中心波長が最長波長λL、光束LT1の中心波長が中間の波長λMである。
The center wavelengths of the respective wavelength bands of the light beams LT1, LT2, and LT3 are set to 650 nm, 780 nm, and 405 nm, respectively. The light beam LT1 is incident on the
また、回折格子56、58に対して、光束LT1はs偏光、光束LT2はp偏光、光束LT3はs偏光である。なお、図15における両頭の矢印は偏光面が紙面に平行であることを表し、二重の丸印は偏光面が紙面に垂直であることを表している。
For the
[表6−1]
回折格子56
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:326nm
凹凸高低差h:571nm
凸部幅:163nm
媒質屈折率:1.5
光束LT1
波長(λM):650nm
周期/波長(Λ/λM):0.502
入射角θ1:38゜
出射角θ2:38゜
s偏光反射率:0.962
光束LT2
波長(λL):780nm
周期/波長(Λ/λL):0.418
入射角θ1:67.4゜
出射角θ2:38゜
p偏光透過率:0.952
[Table 6-1]
Cross-sectional shape: Rectangle Concavity and convexity Λ: 326 nm
Uneven height difference h: 571 nm
Convex width: 163 nm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT1
Wavelength (λM): 650 nm
Period / wavelength (Λ / λM): 0.502
Incident angle θ1: 38 ° Output angle θ2: 38 ° s Polarized reflectance: 0.962
Luminous flux LT2
Wavelength (λL): 780 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.418
Incident angle θ1: 67.4 ° Output angle θ2: 38 ° p-polarized light transmittance: 0.952
[表6−2]
回折格子58
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:203nm
凹凸高低差h:571nm
凸部幅:163nm
媒質屈折率:1.5
光束LT1
波長(λM):650nm
周期/波長(Λ/λM):0.312
入射角θ1:67.4゜
出射角θ2:38゜
s偏光透過率:0.74
光束LT2
波長(λL):780nm
周期/波長(Λ/λL):0.260
入射角θ1:67.4゜
出射角θ2:38゜
p偏光透過率:0.944
光束LT3
波長(λS):405nm
周期/波長(Λ/λS):0.501
入射角θ1:38゜
出射角θ2:38゜
s偏光反射率:0.962
[Table 6-2]
Cross-sectional shape: Rectangle Concavity and convexity Λ: 203 nm
Uneven height difference h: 571 nm
Convex width: 163 nm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT1
Wavelength (λM): 650 nm
Period / wavelength (Λ / λM): 0.312
Incident angle θ1: 67.4 ° Output angle θ2: 38 ° s Polarized light transmittance: 0.74
Luminous flux LT2
Wavelength (λL): 780 nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.260
Incident angle θ1: 67.4 ° Output angle θ2: 38 ° p-polarized light transmittance: 0.944
Luminous flux LT3
Wavelength (λS): 405 nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.501
Incident angle θ1: 38 ° Output angle θ2: 38 ° s Polarized reflectance: 0.962
表6−1、6−2において、回折格子の凸部幅とは、回折格子素子55、57の内部に向かって凸部となっている部分の幅である。また、回折格子56、58以外の回折格子素子55、57の表面に対する光束LT1、LT2、LT3の入射角は90゜である。回折格子56、58以外の面での透過率を1とすると、回折格子素子55、57を経た後の各光束LT1、LT2、LT3の光量は、経る前の光量に比べて、0.712、0.899、0.962倍となる。なお、1/(1.5+sin38゜)の値は0.520である。
In Tables 6-1 and 6-2, the convex width of the diffraction grating is the width of the portion that is convex toward the inside of the diffraction
<第11の実施形態>
第11の実施形態の光学装置11は、光通信における送受信用の装置であり、図6に示した第4の実施形態の光学装置4と同様に、光ファイバ31を介して光束LTを送出するとともに、光ファイバ31を介して2つの光束LR1、LR2を受ける。光束LT、LR1、LR2の波長帯域は異なる。
<Eleventh embodiment>
The
また、回折格子素子51の回折格子52は、互いに垂直な第1の方向と第2の方向に凹凸の周期を有する。図16に回折格子52を模式的に示す。凹凸の周期は第1の方向と第2の方向とで異なり、第1の方向の周期の方が短い。以下、第1の方向の周期を主周期、第2の方向の周期を副周期という。また、主周期をΛx、副周期をΛyとし、主周期方向の凸部52a間の距離をWx、副周期方向の凸部52a間の距離をWyとする。
In addition, the
回折格子52と光束の角度の関係を図17に示す。回折格子52に垂直で主周期の方向に平行な平面と、回折格子52に入射する光束の入射面との成す角φを方位角という。なお、入射角θ1は、入射する光束の主光線と回折格子52の法線との成す角であり、入射面内での角である。
The relationship between the
光学装置11では、光束LT、LR1、LR2を、それらの入射面が主周期の方向に対してやや傾くように、回折格子52に入射させる。したがって、光束LT、LR1、LR2の方位角φは0でない。
In the
光学装置11における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで、回折格子52の凹凸の主周期(Λx)をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、光束LT、LR1、LR2の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
The setting of the
回折格子52は式(H1)〜(H5)の関係を満たす。
λ1L < λ1U < λ2L < λ2U < λ3L < λ3U ・・・ 式(H1)
n2 < n1・sinθ1 ・・・ 式(H2)
φ≠0 ・・・ 式(H3)
1/[n1・(1−sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ/λ3U < Λ/λ2L ≦ 1/[(n22−n12・sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H4)
1/[(n22−n12・sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ/λ1U < Λ/λ1L ≦ 2/[n1・(1−sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H5)
The
λ1L <λ1U <λ2L <λ2U <λ3L <λ3U (H1)
n2 <n1 · sinθ1 Formula (H2)
φ ≠ 0 ... Formula (H3)
1 / [n1 · (1-sin 2 θ1 · sin 2 φ) 1/2 + n1 · sinθ1 · cosφ] ≤ Λ / λ3U <Λ / λ2L ≤ 1 / [(n2 2 −n1 2 · sin 2 θ1 · sin 2 φ) 1/2 + n1 ・ sinθ1 ・ cosφ] ... Formula (H4)
1 / [(n2 2 −n1 2 · sin 2 θ1 · sin 2 φ) 1/2 + n1 · sinθ1 · cosφ] ≤ Λ / λ1U <Λ / λ1L ≤ 2 / [n1 · (1-sin 2 θ1 · sin 2 φ) 1/2 + n1 ・ sinθ1 ・ cosφ] Formula (H5)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、送出する光LTを0次で回折反射(正反射)し、受ける2つの光束LR1、LR2を−1次で回折反射するものとなる。回折格子52と光束LR1、LR2はリトロー配置に近い関係である。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LR1、LR2の中心波長をそれぞれ1490nm、1555nmとし、回折格子52に光束LT、LR1、LR2を回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図18に模式的に示し、諸パラメータを表7−1に示す。光束LT、LR1、LR2の方位角φは10゜である。
Setting that the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelengths of the received light beams LR1 and LR2 are 1490 nm and 1555 nm, respectively, and the light beams LT, LR1 and LR2 are incident on the
[表7−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸主周期Λx(Λ):0.649μm
凹凸副周期Λy:1.298μm
凹凸高低差h:0.649μm
凸部主周期方向幅Wx:0.389μm
凸部副周期方向幅Wy:0.13μm
媒質屈折率:1.48
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λx/λS):0.495
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.77(−1.14dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λx/λM):0.436
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−49.3゜
p偏光反射回折効率:0.92(−0.35dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.22dB)
平均反射回折効率:0.94(−0.28dB)
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λx/λL):0.417
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.7゜
p偏光反射回折効率:0.82(−0.85dB)
s偏光反射回折効率:0.90(−0.45dB)
平均反射回折効率:0.86(−0.64dB)
[Table 7-1]
Cross-sectional shape: rectangle Uneven main period Λx (Λ): 0.649 μm
Uneven sub-period Λy: 1.298 μm
Uneven height difference h: 0.649 μm
Convex main period direction width Wx: 0.389 μm
Protrusion sub-cycle direction width Wy: 0.13 μm
Medium refractive index: 1.48
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λx / λS): 0.495
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.77 (−1.14 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λx / λM): 0.436
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −49.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.35 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.22 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.94 (−0.28 dB)
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λx / λL): 0.417
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -55.7 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.82 (−0.85 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.64 dB)
なお、表7−1において、回折格子の凸部幅とは、光束LT、LR1、LR2の入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。 In Table 7-1, the width of the convex portion of the diffraction grating is the width of the portion that is convex toward the incident side of the light beams LT, LR1, and LR2 (inside the diffraction grating element 51).
波長帯域の幅が100nmのときの光束LTの最短波長(λ1L)、最長波長(λ1U)に関するパラメータを表7−2、7−3に示し、波長帯域の幅が20nmのときの光束LR1の最短波長(λ2L)、最長波長(λ2U)に関するパラメータを表7−4、7−5に示し、波長帯域の幅が10nmのときの光束LR2の最短波長(λ3L)、最長波長(λ3U)に関するパラメータを表7−6、7−7に示す。 Parameters relating to the shortest wavelength (λ1L) and longest wavelength (λ1U) of the light beam LT when the wavelength band width is 100 nm are shown in Tables 7-2 and 7-3, and the shortest light beam LR1 when the wavelength band width is 20 nm. Parameters relating to the wavelength (λ2L) and the longest wavelength (λ2U) are shown in Tables 7-4 and 7-5, and the parameters relating to the shortest wavelength (λ3L) and the longest wavelength (λ3U) of the light beam LR2 when the wavelength band width is 10 nm. Tables 7-6 and 7-7 show.
[表7−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λx/λ1L):0.515
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.82(−0.86dB)
[表7−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λx/λ1U):0.477
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.72(−1.46dB)
[Table 7-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λx / λ1L): 0.515
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Outgoing angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.82 (−0.86 dB)
[Table 7-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λx / λ1U): 0.477
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.72 (−1.46 dB)
[表7−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λx/λ2L):0.438
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−48.4゜
p偏光反射回折効率:0.91(−0.40dB)
s偏光反射回折効率:0.92(−0.35dB)
平均反射回折効率:0.92(−0.37dB)
[表7−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λx/λ2U):0.433
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−50.2゜
p偏光反射回折効率:0.93(−0.34dB)
s偏光反射回折効率:0.96(−0.16dB)
平均反射回折効率:0.95(−0.25dB)
[Table 7-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λx / λ2L): 0.438
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -48.4 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.91 (-0.40 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.35 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.37 dB)
[Table 7-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λx / λ2U): 0.433
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Outgoing angle θ2: −50.2 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.93 (−0.34 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.96 (−0.16 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.25 dB)
[表7−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λx/λ3L):0.419
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.1゜
p偏光反射回折効率:0.84(−0.77dB)
s偏光反射回折効率:0.92(−0.38dB)
平均反射回折効率:0.88(−0.57dB)
[表7−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λx/λ3U):0.416
方位角φ:10゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−56.2゜
p偏光反射回折効率:0.81(−0.94dB)
s偏光反射回折効率:0.89(−0.52dB)
平均反射回折効率:0.85(−0.72dB)
[Table 7-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λx / λ3L): 0.419
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -55.1 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.84 (-0.77 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.38 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.57 dB)
[Table 7-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λx / λ3U): 0.416
Azimuth angle φ: 10 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -56.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.81 (-0.94 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.52 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.72 dB)
式(H4)の下限値および上限値、すなわち、次の2式の値はそれぞれ0.381および0.468であり、光束LR1、LR2の周期/波長の値は式(H4)を満たしている。
1/[n1・(1−sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ]
1/[(n22−n12・sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ]
The lower limit value and upper limit value of the formula (H4), that is, the values of the following two formulas are 0.381 and 0.468, respectively, and the period / wavelength values of the light beams LR1 and LR2 satisfy the formula (H4). .
1 / [n1 ・ (1-sin 2 θ1 ・ sin 2 φ) 1/2 + n1 ・ sinθ1 ・ cosφ]
1 / [(n2 2 −n1 2 · sin 2 θ1 · sin 2 φ) 1/2 + n1 · sinθ1 · cosφ]
また、式(H5)の下限値および上限値、すなわち次の2式の値はそれぞれ0.468および0.763であり、光束LTの周期/波長の値は式(H5)を満たしている。
1/[(n22−n12・sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ]
2/[n1・(1−sin2θ1・sin2φ)1/2+n1・sinθ1・cosφ]
Further, the lower limit value and upper limit value of the formula (H5), that is, the values of the following two formulas are 0.468 and 0.763, respectively, and the period / wavelength value of the light beam LT satisfies the formula (H5).
1 / [(n2 2 −n1 2・ sin 2 θ1 ・ sin 2 φ) 1/2 + n1 ・ sinθ1 ・ cosφ]
2 / [n1 ・ (1-sin 2 θ1 ・ sin 2 φ) 1/2 + n1 ・ sinθ1 ・ cosφ]
式(H4)を満たすことで、−1次の回折反射光とする比較的長波長の光束LR1、LR2の回折効率を高くすることができる。また、式(H5)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束LTの反射率を高くすることができる。 By satisfying the formula (H4), it is possible to increase the diffraction efficiency of the light beams LR1 and LR2 having a relatively long wavelength as the −1st order diffraction reflected light. Further, by satisfying the formula (H5), it is possible to increase the reflectance of the light beam LT having a relatively short wavelength that is regularly reflected without being diffracted.
本実施形態の光学装置では、回折格子52と光束LR1、LR2がリトロー配置に近い関係であるが、方位角φが0でないため、光ファイバ31と受光部41、43(図6)との干渉を低減できて、装置全体の設計が容易である。ただし、方位角φが0〜0.5゜の範囲では光ファイバ31と受光部41、43とが干渉し易くなる。また、方位角φが15゜を超えると、不要な次数の回折光が多くなる。したがって、方位角φは0.5゜以上、15゜以下とするのが好ましい。
In the optical device according to the present embodiment, the
比較のために、光束LT、LR1、LR2の方位角φを0゜としたときのパラメータを表8−1〜8−7に示す。 For comparison, Tables 8-1 to 8-7 show parameters when the azimuth angle φ of the light beams LT, LR1, and LR2 is 0 °.
[表8−1]
回折格子
断面形状:矩形
凹凸主周期Λx(Λ):0.649μm
凹凸副周期Λy:1.298μm
凹凸高低差h:0.649μm
凸部主周期方向幅Wx:0.389μm
凸部副周期方向幅Wy:0.13μm
媒質屈折率:1.48
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λx/λS):0.495
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.81(−0.90dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λx/λM):0.436
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−49.3゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.55dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−0.71dB)
平均反射回折効率:0.86(−0.63dB)
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λx/λL):0.417
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.7゜
p偏光反射回折効率:0.87(−0.59dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.23dB)
平均反射回折効率:0.91(−0.41dB)
[Table 8-1]
Diffraction grating Cross-sectional shape: Rectangle Uneven main period Λx (Λ): 0.649 μm
Uneven sub-period Λy: 1.298 μm
Uneven height difference h: 0.649 μm
Convex main period direction width Wx: 0.389 μm
Protrusion sub-cycle direction width Wy: 0.13 μm
Medium refractive index: 1.48
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λx / λS): 0.495
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.81 (−0.90 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λx / λM): 0.436
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -49.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.88 (-0.55 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.71 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.63 dB)
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λx / λL): 0.417
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -55.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.87 (−0.59 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.23 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.41 dB)
[表8−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λx/λ1L):0.515
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.88(−0.57dB)
[表8−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λx/λ1U):0.477
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.76(−1.21dB)
[Table 8-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λx / λ1L): 0.515
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.88 (−0.57 dB)
[Table 8-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λx / λ1U): 0.477
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.76 (−1.21 dB)
[表8−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λx/λ2L):0.438
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−48.4゜
p偏光反射回折効率:0.85(−0.70dB)
s偏光反射回折効率:0.79(−1.00dB)
平均反射回折効率:0.82(−0.85dB)
[表8−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λx/λ2U):0.433
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−50.2゜
p偏光反射回折効率:0.90(−0.45dB)
s偏光反射回折効率:0.89(−0.50dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.48dB)
[Table 8-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λx / λ2L): 0.438
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -48.4 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.70 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.79 (-1.00 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.82 (−0.85 dB)
[Table 8-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λx / λ2U): 0.433
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -50.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.90 (-0.45 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.50 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.48 dB)
[表8−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λx/λ3L):0.419
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.1゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.53dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.21dB)
平均反射回折効率:0.92(−0.37dB)
[表8−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λx/λ3U):0.416
方位角φ:0゜
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−56.2゜
p偏光反射回折効率:0.86(−0.64dB)
s偏光反射回折効率:0.94(−0.26dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.45dB)
[Table 8-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λx / λ3L): 0.419
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -55.1 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.88 (-0.53 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.21 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.37 dB)
[Table 8-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λx / λ3U): 0.416
Azimuth angle φ: 0 ° Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: -56.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.86 (-0.64 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.94 (−0.26 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
表7−1〜7−7と表8−1〜8−7との比較より、方位角φを10゜としても、方位角φが0゜の場合に匹敵する良好な回折効率が得られることが判る。 From the comparison between Tables 7-1 to 7-7 and Tables 8-1 to 8-7, even when the azimuth angle φ is 10 °, a good diffraction efficiency comparable to that when the azimuth angle φ is 0 ° is obtained. I understand.
回折後の光束と主周期方向との角度についてついて説明する。回折格子52上に投影した回折後の光束の主光線と主周期の方向との成す角をαとし、波長をλとすると、式(J1)、(J2)の関係を満たす必要がある。また、本実施形態のようにリトロー配置に近い場合、式(J3)が成り立つ。
{n1・sinθ1−(λ/Λ)・cosφ}2+{(λ/Λ)・sinφ}2 = (n1・sinθ2)2
・・・ 式(J1)
sinα = λ・sinφ/(n1・Λ・sinθ2) ・・・ 式(J2)
λ/Λ = 2・n1・sinθ1 ・・・ 式(J3)
The angle between the diffracted light beam and the main period direction will be described. When the angle formed by the principal ray of the diffracted light beam projected onto the
{N1 · sinθ1− (λ / Λ) · cosφ} 2 + {(λ / Λ) · sinφ} 2 = (n1 · sinθ2) 2
... Formula (J1)
sinα = λ · sinφ / (n1 · Λ · sinθ2) Equation (J2)
λ / Λ = 2 ・ n1 ・ sinθ1 Formula (J3)
式(J1)〜(J3)より式(J4)が得られる。式(J4)は、回折後の光束が、方位角φの2倍の角度で主周期の方向から分離することを示している。
sinα ≒ 2・sinφ ・・・ 式(J4)
The formula (J4) is obtained from the formulas (J1) to (J3). Equation (J4) indicates that the diffracted light beam is separated from the direction of the main period at an angle twice the azimuth angle φ.
sinα ≒ 2 ・ sinφ ... Formula (J4)
なお、回折格子52を曲面上に設けることも可能である。その場合、第9の実施形態で説明したように、回折格子52上の任意の位置における接平面Pに回折格子52を投影し、接平面Pに対する入射角をθ1、接平面P上の周期をΛとして、式(H1)〜(H5)の条件を満たすようにする。
It is also possible to provide the
また、本実施形態の回折格子は2つの光束R1、R2を受けるものであるが、波長帯域が異なる3つ以上の光束を受けるようにすることも可能である。その場合、受ける光束のうち最も長波長の波長帯域の最長波長をλ3U、2番目に長波長の波長帯域の最短波長をλ2Lとして、式(H4)を満たすようにすればよい。 Moreover, although the diffraction grating of this embodiment receives two light beams R1 and R2, it is also possible to receive three or more light beams having different wavelength bands. In this case, the longest wavelength band of the received light flux is λ3U, the shortest wavelength of the second longest wavelength band is λ2L, and the equation (H4) may be satisfied.
<第12の実施形態>
第12の実施形態の光学装置12も、光通信における送受信用の装置であり、図6に示した第4の実施形態の光学装置4と同様に、光ファイバ31を介して光束LTを送出するとともに、光ファイバ31を介して2つの光束LR1、LR2を受ける。光束LT、LR1、LR2の波長帯域は異なる。
<Twelfth Embodiment>
The
光学装置12における回折格子素子51の回折格子52の設定について説明する。ここで、回折格子52の凹凸の主周期をΛ、回折格子52の凹凸の高低差をh、回折格子52を挟む2つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をn1、他方の屈折率をn2、回折格子52への光束の入射角をθ1、回折格子52からの光束の出射角をθ2、光束LT、LR1、LR2の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
The setting of the
回折格子52は式(K1)〜(K5)の関係を満たす。
λ1L < λ1U < λ2L < λ2U < λ3L < λ3U ・・・ 式(K1)
n2 < n1・sinθ1 ・・・ 式(K2)
1/(n1+n1・sinθ1) ≦ Λ/λ3U < Λ/λ2L ≦ 1/(n2+n1・sinθ1)
・・・ 式(K3)
1/(n2+n1・sinθ1) ≦ Λ/λ1U < Λ/λ1L ≦ 2/(n1+n1・sinθ1)
・・・ 式(K4)
Λ/λ3L < 1/(2・n1・sinθ1) < Λ/λ2U ・・・ 式(K5)
The
λ1L <λ1U <λ2L <λ2U <λ3L <λ3U Equation (K1)
n2 <n1 · sinθ1 Equation (K2)
1 / (n1 + n1 · sinθ1) ≤ Λ / λ3U <Λ / λ2L ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ1)
... Formula (K3)
1 / (n2 + n1 · sinθ1) ≦ Λ / λ1U <Λ / λ1L ≦ 2 / (n1 + n1 · sinθ1)
... Formula (K4)
Λ / λ3L <1 / (2 · n1 · sinθ1) <Λ / λ2U Equation (K5)
これらの関係を満たすことで、回折格子52は、送出する光束LTを0次で回折反射(正反射)し、受ける2つの光束LR1、LR2を−1次で回折反射するものとなる。
By satisfying these relationships, the
送出する光束LTの中心波長を1310nm、受ける光束LR1、LR2の中心波長をそれぞれ1490nm、1555nmとし、回折格子52に光束LT、LR1、LR2を回折格子素子51の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図19に模式的に示し、諸パラメータを表9−1に示す。
Setting that the center wavelength of the transmitted light beam LT is 1310 nm, the center wavelengths of the received light beams LR1 and LR2 are 1490 nm and 1555 nm, respectively, and the light beams LT, LR1 and LR2 are incident on the
[表9−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.645μm
凹凸高低差h:0.709μm
凸部幅:0.451μm
媒質屈折率:1.48
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.492
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:0.96(−0.18dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λ/λM):0.433
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−49.7゜
p偏光反射回折効率:0.81(−0.92dB)
s偏光反射回折効率:0.83(−0.79dB)
平均反射回折効率:0.82(−0.85dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.13dB
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λ/λL):0.415
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−56.2゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.56dB)
s偏光反射回折効率:0.90(−0.45dB)
平均反射回折効率:0.89(−0.51dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.11dB
[Table 9-1]
Cross-sectional shape: Rectangle Unevenness period Λ: 0.645 μm
Uneven height difference h: 0.709 μm
Convex width: 0.451 μm
Medium refractive index: 1.48
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.492
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 0.96 (−0.18 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λM): 0.433
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −49.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.81 (−0.92 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.83 (−0.79 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.82 (−0.85 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.13 dB
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.415
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −56.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.56 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.51 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.11 dB
なお、表9−1において、回折格子の凸部幅とは、光束LT、LR1、LR2の入射側(回折格子素子51の内部)に向かって凸部となっている部分の幅である。 In Table 9-1, the width of the convex portion of the diffraction grating is the width of the portion that is convex toward the incident side (inside the diffraction grating element 51) of the light beams LT, LR1, and LR2.
波長帯域の幅が100nmのときの光束LTの最短波長(λ1L)、最長波長(λ1U)に関するパラメータを表9−2、9−3に示し、波長帯域の幅が20nmのときの光束LR1の最短波長(λ2L)、最長波長(λ2U)に関するパラメータを表9−4、9−5に示し、波長帯域の幅が10nmのときの光束LR2の最短波長(λ3L)、最長波長(λ3U)に関するパラメータを表9−6、9−7に示す。 Parameters relating to the shortest wavelength (λ1L) and longest wavelength (λ1U) of the light beam LT when the wavelength band width is 100 nm are shown in Tables 9-2 and 9-3, and the shortest light beam LR1 when the wavelength band width is 20 nm. The parameters relating to the wavelength (λ2L) and the longest wavelength (λ2U) are shown in Tables 9-4 and 9-5, and the parameters relating to the shortest wavelength (λ3L) and the longest wavelength (λ3U) of the light beam LR2 when the wavelength band width is 10 nm. Tables 9-6 and 9-7 show.
[表9−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λ/λ1L):0.512
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:1.00(−0.01dB)
[表9−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λ/λ1U):0.474
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:0.89(−0.49dB)
[Table 9-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λ / λ1L): 0.512
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 1.00 (−0.01 dB)
[Table 9-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λ / λ1U): 0.474
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 0.89 (−0.49 dB)
[表9−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λ/λ2L):0.436
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−48.8゜
p偏光反射回折効率:0.76(−1.19dB)
s偏光反射回折効率:0.78(−1.09dB)
平均反射回折効率:0.77(−1.14dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.10dB
[表9−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λ/λ2U):0.430
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−50.7゜
p偏光反射回折効率:0.85(−0.73dB)
s偏光反射回折効率:0.88(−0.58dB)
平均反射回折効率:0.86(−0.65dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.15dB
[Table 9-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λ / λ2L): 0.436
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −48.8 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.76 (−1.19 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.78 (−1.09 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.77 (−1.14 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.10 dB
[Table 9-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λ / λ2U): 0.430
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −50.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.73 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.58 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.65 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.15 dB
[表9−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λ/λ3L):0.416
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−55.7゜
p偏光反射回折効率:0.89(−0.52dB)
s偏光反射回折効率:0.91(−0.41dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.47dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.11dB
[表9−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λ/λ3U):0.413
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−56.8゜
p偏光反射回折効率:0.87(−0.60dB)
s偏光反射回折効率:0.89(−0.50dB)
平均反射回折効率:0.88(−0.55dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.10dB
[Table 9-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λ / λ3L): 0.416
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −55.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.52 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.41 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.47 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.11 dB
[Table 9-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λ / λ3U): 0.413
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −56.8 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.87 (−0.60 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.50 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.55 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.10 dB
式(K3)の下限値および上限値、すなわち、次の2式の値はそれぞれ0.376および0.458であり、光束LR1、LR2の周期/波長の値は式(K3)を満たしている。
1/(n1+n1・sinθ1)
1/(n2+n1・sinθ1)
The lower limit value and upper limit value of the equation (K3), that is, the values of the following two equations are 0.376 and 0.458, respectively, and the period / wavelength values of the light beams LR1 and LR2 satisfy the equation (K3). .
1 / (n1 + n1 · sinθ1)
1 / (n2 + n1 ・ sinθ1)
また、式(K4)の下限値および上限値、すなわち次の2式の値はそれぞれ0.458および0.751であり、光束LTの周期/波長の値は式(K4)を満たしている。
1/(n2+n1・sinθ1)
2/(n1+n1・sinθ1)
Further, the lower limit value and the upper limit value of the formula (K4), that is, the values of the following two formulas are 0.458 and 0.751, respectively, and the period / wavelength value of the light beam LT satisfies the formula (K4).
1 / (n2 + n1 ・ sinθ1)
2 / (n1 + n1 · sinθ1)
さらに、次の式の値は0.423であり、光束LR1、LR2の周期/波長の値は式(K5)を満たしている。
1/(2・n1・sinθ1)
Further, the value of the following equation is 0.423, and the period / wavelength values of the light beams LR1 and LR2 satisfy the equation (K5).
1 / (2 ・ n1 ・ sinθ1)
式(K3)を満たすことで、−1次の回折反射光とする比較的長波長の光束LR1、LR2の回折効率を高くすることができる。また、式(K4)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束LTの反射率を高くすることができる。さらに、式(K5)を満たすことで、比較的長波長の光束LR1、LR2のp偏光とs偏光の回折効率の差を小さくすることができる。上記の設定では、p偏光とs偏光の回折効率の差は、光束LR1では0.10〜0.15dB、光束LR2では0.10〜0.11dBとなっている。 By satisfying the expression (K3), it is possible to increase the diffraction efficiency of the light beams LR1 and LR2 having a relatively long wavelength as the −1st order diffraction reflected light. Further, by satisfying the equation (K4), the reflectance of the light beam LT having a relatively short wavelength that is regularly reflected without being diffracted can be increased. Furthermore, by satisfying the equation (K5), the difference in diffraction efficiency between the p-polarized light and the s-polarized light of the light beams LR1 and LR2 having relatively long wavelengths can be reduced. In the above setting, the difference in diffraction efficiency between the p-polarized light and the s-polarized light is 0.10 to 0.15 dB for the light beam LR1 and 0.10 to 0.11 dB for the light beam LR2.
比較のために、式(K1)〜(K4)を満たすものの、式(K5)を満たさない設定でのパラメータを表10−1〜10−7に示す。 For comparison, Tables 10-1 to 10-7 show parameters with settings that satisfy Expressions (K1) to (K4) but do not satisfy Expression (K5).
[表10−1]
回折格子
断面形状:矩形
凹凸周期Λ:0.629μm
凹凸高低差h:0.645μm
凸部幅:0.239μm
媒質屈折率:1.5
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λ/λS):0.480
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.76(−1.21dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λ/λM):0.422
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−53.3゜
p偏光反射回折効率:0.95(−0.22dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−0.72dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.46dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.51dB
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λ/λL):0.405
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−60.6゜
p偏光反射回折効率:0.76(−1.17dB)
s偏光反射回折効率:0.75(−1.23dB)
平均反射回折効率:0.76(−1.20dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.06dB
[Table 10-1]
Diffraction grating Cross-sectional shape: Rectangle Unevenness period Λ: 0.629 μm
Uneven height difference h: 0.645 μm
Convex width: 0.239 μm
Medium refractive index: 1.5
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λ / λS): 0.480
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.76 (−1.21 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λ / λM): 0.422
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −53.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.22 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.72 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.46 dB)
p-polarization, s-polarization diffraction efficiency difference: 0.51 dB
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λ / λL): 0.405
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −60.6 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.76 (−1.17 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.75 (−1.23 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.76 (−1.20 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.06 dB
[表10−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λ/λ1L):0.499
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.87(−0.63dB)
[表10−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λ/λ1U):0.463
入射角θ1:51゜
出射角θ2:51゜
反射率:0.74(−1.32dB)
[Table 10-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λ / λ1L): 0.499
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.87 (−0.63 dB)
[Table 10-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λ / λ1U): 0.463
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: 51 ° Reflectance: 0.74 (−1.32 dB)
[表10−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λ/λ2L):0.425
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−52.3゜
p偏光反射回折効率:0.96(−0.17dB)
s偏光反射回折効率:0.84(−0.76dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.45dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.59dB
[表10−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λ/λ2U):0.419
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−54.4゜
p偏光反射回折効率:0.93(−0.30dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−0.73dB)
平均反射回折効率:0.89(−0.51dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.43dB
[Table 10-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λ / λ2L): 0.425
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −52.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.96 (−0.17 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.84 (−0.76 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
p-polarization, s-polarization diffraction efficiency difference: 0.59 dB
[Table 10-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λ / λ2U): 0.419
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −54.4 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.93 (−0.30 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.73 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.51 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.43 dB
[表10−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λ/λ3L):0.406
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−60.0゜
p偏光反射回折効率:0.78(−1.06dB)
s偏光反射回折効率:0.77(−1.15dB)
平均反射回折効率:0.78(−1.11dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.09dB
[表10−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λ/λ3U):0.403
入射角θ1:51゜
出射角θ2:−61.2゜
p偏光反射回折効率:0.74(−1.28dB)
s偏光反射回折効率:0.74(−1.31dB)
平均反射回折効率:0.74(−1.30dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.03dB
[Table 10-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λ / λ3L): 0.406
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −60.0 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.78 (−1.06 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.77 (−1.15 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.78 (−1.11 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.09 dB
[Table 10-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λ / λ3U): 0.403
Incident angle θ1: 51 ° Output angle θ2: −61.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.74 (−1.28 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.74 (−1.31 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.74 (−1.30 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.03 dB
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ0.375および0.462、式(K4)の下限値および上限値は0.462および0.750であり、式(K3)、(K4)は満たす。しかし、1/(2・n1・sinθ)の値は0.429であり、式(K5)は満たさない。 In this setting, the lower limit value and the upper limit value of the formula (K3) are 0.375 and 0.462, respectively, and the lower limit value and the upper limit value of the formula (K4) are 0.462 and 0.750, respectively. (K4) is met. However, the value of 1 / (2 · n1 · sinθ) is 0.429, which does not satisfy the equation (K5).
また、p偏光とs偏光の回折効率の差は、光束LR2については0.03〜0.09と小さいものの、光束LR3について0.43〜0.59と大きくなっている。このため、光束LR2を受ける受光部43(図6参照)の受光量が、光束LT3の偏光面の向きに大きく依存することになる。したがって、受光部43の受光量を高く保つためには、装置ごとに光束LT3の偏光面の向きを考慮しなければならず、光ファイバ31と回折格子素子51をはじめとする他の部材との相対配置の設定が難しくなる。
The difference in diffraction efficiency between the p-polarized light and the s-polarized light is as small as 0.03 to 0.09 for the light beam LR2, but as large as 0.43 to 0.59 for the light beam LR3. For this reason, the amount of light received by the light receiving unit 43 (see FIG. 6) that receives the light beam LR2 greatly depends on the direction of the polarization plane of the light beam LT3. Therefore, in order to keep the amount of light received by the
これに対し、表9−1〜9−7に例を示した本実施形態の光学装置12では、前述のように、光束LR1、LR2のいずれについてもp偏光とs偏光の回折効率の差が小さく、受光部42、43の受光量は光束LR1、LR2の偏光面の向きにはあまり依存しない。したがって、光束LR1、LR2の偏光面の向きを考慮しなくても、受光部42、43の受光量を高く保つことができる。
On the other hand, in the
なお、回折格子52を曲面上に設けることも可能である。その場合、第9の実施形態で説明したように、回折格子52上の任意の位置における接平面Pに回折格子52を投影し、接平面Pに対する入射角をθ1、接平面P上の周期をΛとして、式(K1)〜(K5)の条件を満たすようにする。
It is also possible to provide the
表9−1〜9−7に示した設定例において、回折格子52の凸部の幅が0.05μm変動した場合の回折効率を表11に示す。表11においては、光束LT、LR1、LR2それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はdB換算値である。
In the setting examples shown in Tables 9-1 to 9-7, Table 11 shows diffraction efficiency when the width of the convex portion of the
[表11]
凸部幅
減少 設計値 増大
0.401μm 0.451μm 0.501μm
光束LT(1310nm波長帯域)
反射率 −1.337 −0.490 −0.095
反射率変動量 −0.847 0.395
光束LR1(1490nm波長帯域)
回折効率 −1.226 −1.136 −2.562
回折効率変動量 −0.090 −1.425
p偏光、s偏光回折効率差 1.851 0.149 3.458
p偏光、s偏光回折効率差変動量 1.702 3.309
光束LR2(1555nm波長帯域)
回折効率 −0.501 −0.552 −1.184
回折効率変動量 0.051 −0.632
p偏光、s偏光回折効率差 0.558 0.113 1.762
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.445 1.649
[Table 11]
Convex width
Decrease Design value Increase
0.401 μm 0.451 μm 0.501 μm
Light beam LT (1310 nm wavelength band)
Reflectance -1.337 -0.490 -0.095
Reflectance fluctuation amount -0.847 0.395
Light beam LR1 (1490 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -1.226-1.136 -2.562
Diffraction efficiency fluctuation amount -0.090 -1.425
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 1.851 0.149 3.458
P-polarized light and s-polarized light diffraction efficiency difference variation 1.702 3.309
Light flux LR2 (1555 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.501 -0.552 -1.184
Diffraction efficiency fluctuation amount 0.051 -0.632
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 0.558 0.113 1.762
p-polarized light and s-polarized light diffraction efficiency difference variation 0.445 1.649
表11より、凸部の幅が設計値から変動すると、比較的長波長の光束LR1、LR2のp偏光とs偏光の回折効率の差に大きな変動が生じることが判る。しかし、以下に述べるように、凸部の幅の変動による回折効率差の変動は低減することが可能である。 From Table 11, it can be seen that when the width of the convex portion fluctuates from the design value, a large fluctuation occurs in the difference in diffraction efficiency between the p-polarized light and the s-polarized light of the relatively long wavelength light beams LR1 and LR2. However, as will be described below, it is possible to reduce the variation in the diffraction efficiency difference due to the variation in the width of the convex portion.
<第13の実施形態>
第13の実施形態の光学装置13は、上記の光学装置12を修飾して、回折格子52の凸部の幅が変動してもp偏光とs偏向の回折効率の差に大きな変動が生じないようにしたものである。光学装置13においては、第11の実施形態の光学装置11の如く、図16に示したように、回折格子52の凹凸に互いに垂直な第1の方向と第2の方向に周期をもたせている。第1の方向の周期Λxは第2の方向の周期Λy以下であり、前者を主周期、後者を副周期という。ただし、光学装置13では、光束LT、LR1、LR3は、副周期の方向に対して垂直な方向から回折格子52に入射させる。したがって、図17に示した方位角φは0゜である。
<13th Embodiment>
In the optical device 13 of the thirteenth embodiment, the
本実施形態においても、回折格子52は、前述の式(K1)〜(K5)の関係を満たす。ここで、主周期Λxを式(K3)〜(K5)におけるΛとする。
Also in the present embodiment, the
表9−1〜9−7に対応する設定での諸パラメータを表12−1〜12−7に示す。ここでは、主周期Λxと副周期Λyを等しくしている。なお、光束LT、LR1、LR2の光路は図19に示したとおりである。 Tables 12-1 to 12-7 show parameters in the settings corresponding to Tables 9-1 to 9-7. Here, the main period Λx and the subperiod Λy are made equal. The optical paths of the light beams LT, LR1, and LR2 are as shown in FIG.
[表12−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸主周期Λx(Λ):0.645μm
凹凸副周期Λy:0.645μm
副周期/主周期(Λy/Λx):1
凹凸高低差h:0.645μm
凸部主周期方向幅Wx:0.387μm
凸部副周期方向幅Wy:0.064μm
媒質屈折率:1.48
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λx/λS):0.492
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:0.84(−0.77dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λx/λM):0.433
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−49.7゜
p偏光反射回折効率:0.89(−0.50dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−0.68dB)
平均反射回折効率:0.87(−0.59dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.18dB
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λx/λL):0.415
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−56.2゜
p偏光反射回折効率:0.87(−0.62dB)
s偏光反射回折効率:0.96(−0.20dB)
平均反射回折効率:0.91(−0.40dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.42dB
[Table 12-1]
Cross-sectional shape: Rectangle Uneven main period Λx (Λ): 0.645 μm
Uneven sub-period Λy: 0.645 μm
Sub period / main period (Λy / Λx): 1
Uneven height difference h: 0.645 μm
Convex main period direction width Wx: 0.387 μm
Protrusion sub-period direction width Wy: 0.064 μm
Medium refractive index: 1.48
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λx / λS): 0.492
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 0.84 (−0.77 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λx / λM): 0.433
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −49.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.50 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.68 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.87 (−0.59 dB)
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference: 0.18 dB
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λx / λL): 0.415
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −56.2 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.87 (−0.62 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.96 (−0.20 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.40 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.42 dB
[表12−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λx/λ1L):0.512
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:0.91(−0.40dB)
[表12−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λx/λ1U):0.474
入射角θ1:53゜
出射角θ2:53゜
反射率:0.76(−1.19dB)
[Table 12-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λx / λ1L): 0.512
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 0.91 (−0.40 dB)
[Table 12-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λx / λ1U): 0.474
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: 53 ° Reflectance: 0.76 (−1.19 dB)
[表12−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λx/λ2L):0.436
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−48.8゜
p偏光反射回折効率:0.86(−0.63dB)
s偏光反射回折効率:0.80(−0.96dB)
平均反射回折効率:0.83(−0.80dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.33dB
[表12−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λx/λ2U):0.430
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−50.7゜
p偏光反射回折効率:0.91(−0.42dB)
s偏光反射回折効率:0.90(−0.47dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.45dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.05dB
[Table 12-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λx / λ2L): 0.436
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −48.8 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.63 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.80 (−0.96 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.83 (−0.80 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.33 dB
[Table 12-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λx / λ2U): 0.430
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −50.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.42 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.47 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.05 dB
[表12−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λx/λ3L):0.416
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−55.7゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.56dB)
s偏光反射回折効率:0.96(−0.17dB)
平均反射回折効率:0.92(−0.36dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.39dB
[表12−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λx/λ3U):0.413
入射角θ1:53゜
出射角θ2:−56.8゜
p偏光反射回折効率:0.85(−0.68dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.23dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.45dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.45dB
[Table 12-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λx / λ3L): 0.416
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −55.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.56 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.96 (−0.17 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.36 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.39 dB
[Table 12-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λx / λ3U): 0.413
Incident angle θ1: 53 ° Output angle θ2: −56.8 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.68 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.23 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.45 dB
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ0.376および0.458、式(K4)の下限値および上限値は0.458および0.751であり、式(K3)、(K4)を満たす。また、1/(2・n1・sinθ1)の値は0.423であり、式(K5)も満たす。 In this setting, the lower limit value and the upper limit value of the formula (K3) are 0.376 and 0.458, respectively, and the lower limit value and the upper limit value of the formula (K4) are 0.458 and 0.751, respectively, Satisfies (K4). Also, the value of 1 / (2 · n1 · sinθ1) is 0.423, which also satisfies the equation (K5).
表12−1〜12−7に示した設定例において、回折格子52の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が0.05μm変動した場合の回折効率を表13−1、13−2に示す。表13−1、13−2においては、光束LT、LR1、LR2それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はdB換算値である。
In the setting examples shown in Tables 12-1 to 12-7, the diffraction efficiencies when the widths of the convex portions in the main period direction and the sub period direction of the
[表13−1]
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
0.337μm 0.387μm 0.437μm
光束LT(1310nm波長帯域)
反射率 −1.608 −1.188 −0.589
反射率変動量 −0.419 0.599
光束LR1(1490nm波長帯域)
回折効率 −0.724 −0.795 −1.071
回折効率変動量 0.071 −0.276
p偏光、s偏光回折効率差 0.678 0.332 1.052
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.346 0.720
光束LR2(1555nm波長帯域)
回折効率 −0.394 −0.448 −0.663
回折効率変動量 0.054 −0.214
p偏光、s偏光回折効率差 0.458 0.453 0.928
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.004 0.475
[Table 13-1]
Convex width in main period direction
Decrease Design value Increase
0.337 μm 0.387 μm 0.437 μm
Light beam LT (1310 nm wavelength band)
Reflectance-1.608-1.188 -0.589
Reflectance fluctuation amount -0.419 0.599
Light beam LR1 (1490 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.724 -0.795 -1.071
Diffraction efficiency variation 0.071 -0.276
Difference between p-polarized light and s-polarized light diffraction efficiency 0.678 0.332 1.052
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference variation 0.346 0.720
Light flux LR2 (1555 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.394 -0.448 -0.663
Diffraction efficiency variation 0.054-0.214
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 0.458 0.453 0.928
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference fluctuation amount 0.004 0.475
[表13−2]
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
0.014μm 0.064μm 0.114μm
光束LT(1310nm波長帯域)
反射率 −1.556 −1.188 −0.806
反射率変動量 −0.367 0.383
光束LR1(1490nm波長帯域)
回折効率 −0.757 −0.795 −0.937
回折効率変動量 0.038 −0.142
p偏光、s偏光回折効率差 0.754 0.332 0.511
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.422 0.179
光束LR2(1555nm波長帯域)
回折効率 −0.375 −0.448 −0.580
回折効率変動量 0.073 −0.131
p偏光、s偏光回折効率差 0.256 0.453 0.768
p偏光、s偏光回折効率差変動量 −0.198 0.314
[Table 13-2]
Convex width in sub period direction
Decrease Design value Increase
0.014 μm 0.064 μm 0.114 μm
Light beam LT (1310 nm wavelength band)
Reflectance -1.556-1.188 -0.806
Reflectance fluctuation amount -0.367 0.383
Light beam LR1 (1490 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.757 -0.795 -0.937
Diffraction efficiency variation 0.038 -0.142
Difference between p-polarized light and s-polarized light diffraction efficiency 0.754 0.332 0.511
P-polarized light and s-polarized light diffraction efficiency difference variation 0.422 0.179
Light flux LR2 (1555 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.375 -0.448 -0.580
Diffraction efficiency variation 0.073 -0.131
p-polarized light, s-polarized diffraction efficiency difference 0.256 0.453 0.768
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference fluctuation amount -0.198 0.314
回折格子52の凸部の幅の変動量は表11と表13−1、13−2とで同じ(±0.05μm)であるが、本実施形態では比較的長波長の光束LR1、LR2のp偏光とs偏光の回折効率の差の増大が抑えられていることが判る。
The variation amount of the width of the convex portion of the
回折格子52の副周期Λyと回折光の関係について説明する。光の波長をλ、主周期Λxによって生じる回折の次数をmx、副周期Λyによって生じる回折の次数をmyとすると、回折次数(mx、my)の回折光が生じる条件は式(M1)で表される。
[(n2/n1)・sinθ1・cosφ+mx・λ/(n2・Λx)]2+
[(n2/n1)・sinθ1・cosφ+my・λ/(n2・Λy)]2 ≦ 1 ・・・ 式(M1)
The relationship between the sub period Λy of the
[(n2 / n1) · sinθ1 · cosφ + mx · λ / (n2 / Λx)] 2 +
[(n2 / n1) · sinθ1 · cosφ + my · λ / (n2 · Λy)] 2 ≦ 1 Equation (M1)
光学装置13では光束LR1、LR2に(−1、0)次つまりmx=−1、my=0の回折を生じさせ、その回折効率を高くする必要があるが、そのためには他の次数の回折を抑えなければならない。ここで、(−1、0)次以外で最も生じやすいのは(−1、±1)次つまりmx=−1、my=±1の回折光である。光束LR1、LR2に(−1、±1)次の回折光が生じないための条件は式(M2)で表される。
[sinθ1−λ2L/(n1・Λx)]2+[λ2L/(n1・Λy)]2 > 1 ・・・ 式(M2)
In the optical device 13, it is necessary to cause diffraction of the (−1, 0) order, that is, mx = −1 and my = 0 in the light beams LR <b> 1 and LR <b> 2 to increase the diffraction efficiency. Must be suppressed. Here, diffracted light of the (−1, ± 1) order, that is, mx = −1 and my = ± 1 is most likely to occur except the (−1, 0) order. A condition for preventing (−1, ± 1) -order diffracted light from being generated in the light beams LR1 and LR2 is expressed by the equation (M2).
[sinθ1−λ2L / (n1 · Λx)] 2 + [λ2L / (n1 · Λy)] 2 > 1 Equation (M2)
式(M2)を変形すると式(M3)となる。
Λy2/λ2L2 < 1/[n12・[1−(sinθ1−λ2L/(n1・Λx))2]] ・・・ 式(M3)
When formula (M2) is transformed, formula (M3) is obtained.
Λy 2 / λ2L 2 <1 / [n1 2 · [1- (sinθ1−λ2L / (n1 · Λx)) 2 ]] Equation (M3)
ただし、式(M4)を満たせば、光束LR1、LR2に生じる(−1、±1)次の回折光を抑えることが可能である。
Λy2/λ2L2 < 1/[n12・[1−(sinθ1−1.1・λ2L/(n1・Λx))2]]
・・・ 式(M4)
However, if the expression (M4) is satisfied, it is possible to suppress the (−1, ± 1) -order diffracted light generated in the light beams LR1 and LR2.
Λy 2 / λ2L 2 <1 / [n1 2 · [1- (sinθ1−1.1 · λ2L / (n1 · Λx)) 2 ]]
... Formula (M4)
また、回折格子52の作成を容易にするために、副周期Λyは主周期Λx以上とするのがよい。つまり、式(M5)を満たすのが好ましい。
Λx2/λ2L2 ≦ Λy2/λ2L2 ・・・ 式(M5)
In order to facilitate the creation of the
Λx 2 / λ2L 2 ≤ Λy 2 / λ2L 2 Equation (M5)
式(K1)〜(K5)に加えて式(M4)、(M5)も満たすようにした設定の諸パラメータを表14−1〜14−7に示す。なお、副周期Λyは主周期Λxの2倍である。 Tables 14-1 to 14-7 show various parameters set so as to satisfy the expressions (M4) and (M5) in addition to the expressions (K1) to (K5). The sub period Λy is twice the main period Λx.
[表14−1]
回折格子52
断面形状:矩形
凹凸主周期Λx(Λ):0.649μm
凹凸副周期Λy:1.298μm
副周期/主周期(Λy/Λx):2
凹凸高低差h:0.649μm
凸部主周期方向幅Wx:0.389μm
凸部副周期方向幅Wy:0.130μm
媒質屈折率:1.48
光束LT
波長(λS):1310nm
周期/波長(Λx/λS):0.495
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.81(−0.90dB)
光束LR1
波長(λM):1490nm
周期/波長(Λx/λM):0.436
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−49.3゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.55dB)
s偏光反射回折効率:0.85(−0.71dB)
平均反射回折効率:0.86(−0.63dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.16dB
光束LR2
波長(λL):1555nm
周期/波長(Λx/λL):0.417
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.7゜
p偏光反射回折効率:0.87(−0.59dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.23dB)
平均反射回折効率:0.91(−0.41dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.35dB
[Table 14-1]
Cross-sectional shape: rectangle Uneven main period Λx (Λ): 0.649 μm
Uneven sub-period Λy: 1.298 μm
Sub period / main period (Λy / Λx): 2
Uneven height difference h: 0.649 μm
Convex main period direction width Wx: 0.389 μm
Protrusion sub-cycle direction width Wy: 0.130 μm
Medium refractive index: 1.48
Luminous flux LT
Wavelength (λS): 1310nm
Period / wavelength (Λx / λS): 0.495
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.81 (−0.90 dB)
Luminous flux LR1
Wavelength (λM): 1490 nm
Period / wavelength (Λx / λM): 0.436
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −49.3 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.55 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.71 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.63 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.16 dB
Luminous flux LR2
Wavelength (λL): 1555nm
Period / wavelength (Λx / λL): 0.417
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −55.7 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.87 (−0.59 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.23 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.91 (−0.41 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.35 dB
[表14−2]
光束LT
最短波長(λ1L):1260nm
周期/波長(Λx/λ1L):0.515
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.88(−0.57dB)
[表14−3]
光束LT
最長波長(λ1U):1360nm
周期/波長(Λx/λ1U):0.477
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:52.5゜
反射率:0.76(−1.21dB)
[Table 14-2]
Luminous flux LT
Shortest wavelength (λ1L): 1260nm
Period / wavelength (Λx / λ1L): 0.515
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectance: 0.88 (−0.57 dB)
[Table 14-3]
Luminous flux LT
Maximum wavelength (λ1U): 1360 nm
Period / wavelength (Λx / λ1U): 0.477
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: 52.5 ° Reflectivity: 0.76 (–1.21 dB)
[表14−4]
光束LR1
最短波長(λ2L):1480nm
周期/波長(Λx/λ2L):0.438
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−48.4゜
p偏光反射回折効率:0.85(−0.70dB)
s偏光反射回折効率:0.79(−1.00dB)
平均反射回折効率:0.82(−0.85dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.30dB
[表14−5]
光束LR1
最長波長(λ2U):1500nm
周期/波長(Λx/λ2U):0.433
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−50.2゜
p偏光反射回折効率:0.90(−0.45dB)
s偏光反射回折効率:0.89(−0.50dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.48dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.05dB
[Table 14-4]
Luminous flux LR1
Shortest wavelength (λ2L): 1480 nm
Period / wavelength (Λx / λ2L): 0.438
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −48.4 ° p-polarization reflection diffraction efficiency: 0.85 (−0.70 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.79 (-1.00 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.82 (−0.85 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.30 dB
[Table 14-5]
Luminous flux LR1
Maximum wavelength (λ2U): 1500nm
Period / wavelength (Λx / λ2U): 0.433
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −50.2 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.89 (−0.50 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.48 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.05 dB
[表14−6]
光束LR2
最短波長(λ3L):1550nm
周期/波長(Λx/λ3L):0.419
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−55.1゜
p偏光反射回折効率:0.88(−0.53dB)
s偏光反射回折効率:0.95(−0.21dB)
平均反射回折効率:0.92(−0.37dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.33dB
[表14−7]
光束LR2
最長波長(λ3U):1560nm
周期/波長(Λx/λ3U):0.416
入射角θ1:52.5゜
出射角θ2:−56.2゜
p偏光反射回折効率:0.86(−0.64dB)
s偏光反射回折効率:0.94(−0.26dB)
平均反射回折効率:0.90(−0.45dB)
p偏光、s偏光回折効率差:0.38dB
[Table 14-6]
Luminous flux LR2
Shortest wavelength (λ3L): 1550 nm
Period / wavelength (Λx / λ3L): 0.419
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −55.1 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.88 (−0.53 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.95 (−0.21 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.92 (−0.37 dB)
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light: 0.33 dB
[Table 14-7]
Luminous flux LR2
Longest wavelength (λ3U): 1560 nm
Period / wavelength (Λx / λ3U): 0.416
Incident angle θ1: 52.5 ° Output angle θ2: −56.2 ° p-polarized reflection diffraction efficiency: 0.86 (−0.64 dB)
s-polarized reflection diffraction efficiency: 0.94 (−0.26 dB)
Average reflection diffraction efficiency: 0.90 (−0.45 dB)
p-polarization, s-polarization diffraction efficiency difference: 0.38 dB
この設定例では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ0.377および0.460、式(K4)の下限値および上限値は0.460および0.754である。また、式(K5)中の
1/(2・n1・sinθ1)の値は0.426である。なお、式(M3)の上限値に相当する副周期Λyは1.338μmである。
In this setting example, the lower limit value and the upper limit value of the formula (K3) are 0.377 and 0.460, respectively, and the lower limit value and the upper limit value of the formula (K4) are 0.460 and 0.754, respectively. In addition, the value of 1 / (2 · n1 · sinθ1) in the formula (K5) is 0.426. The sub period Λy corresponding to the upper limit value of the equation (M3) is 1.338 μm.
表14−1〜14−7に示した設定例において、回折格子52の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が0.05μm変動した場合の回折効率を表15−1、15−2に示す。表15−1、15−2においては、光束LT、LR1、LR2それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はdB換算値である。
In the setting examples shown in Tables 14-1 to 14-7, the diffraction efficiencies when the widths of the convex portions in the main period direction and the sub period direction of the
[表15−1]
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
0.339μm 0.389μm 0.439μm
光束LT(1310nm波長帯域)
反射率 −1.685 −1.208 −0.597
反射率変動量 −0.477 0.611
光束LR1(1490nm波長帯域)
回折効率 −0.796 −0.848 −1.125
回折効率変動量 0.052 −0.276
p偏光、s偏光回折効率差 0.808 0.300 1.155
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.508 0.855
光束LR2(1555nm波長帯域)
回折効率 −0.370 −0.449 −0.649
回折効率変動量 0.079 −0.200
p偏光、s偏光回折効率差 0.340 0.382 0.898
p偏光、s偏光回折効率差変動量 −0.042 0.515
[Table 15-1]
Convex width in main period direction
Decrease Design value Increase
0.339 μm 0.389 μm 0.439 μm
Light beam LT (1310 nm wavelength band)
Reflectance -1.685-1.208 -0.597
Reflectance fluctuation amount -0.477 0.611
Light beam LR1 (1490 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.796 -0.848 -1.125
Diffraction efficiency fluctuation amount 0.052-0.276
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 0.808 0.300 1.155
p-polarized light, s-polarized diffraction efficiency difference variation amount 0.508 0.855
Light flux LR2 (1555 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.370 -0.449 -0.649
Diffraction efficiency variation 0.079 -0.200
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 0.340 0.382 0.898
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference fluctuation amount -0.042 0.515
[表15−2]
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
0.080μm 0.130μm 0.180μm
光束LT(1310nm波長帯域)
反射率 −1.388 −1.208 −1.103
反射率変動量 −0.180 0.105
光束LR1(1490nm波長帯域)
回折効率 −0.803 −0.848 −0.933
回折効率変動量 0.045 −0.085
p偏光、s偏光回折効率差 0.808 0.300 0.327
p偏光、s偏光回折効率差変動量 0.508 0.027
光束LR2(1555nm波長帯域)
回折効率 −0.370 −0.449 −0.522
回折効率変動量 0.079 −0.073
p偏光、s偏光回折効率差 0.340 0.382 0.579
p偏光、s偏光回折効率差変動量 −0.042 0.197
[Table 15-2]
Convex width in sub period direction
Decrease Design value Increase
0.080 μm 0.130 μm 0.180 μm
Light beam LT (1310 nm wavelength band)
Reflectance -1.388 -1.208 -1.103
Reflectance fluctuation amount -0.180 0.105
Light beam LR1 (1490 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.803 -0.848 -0.933
Diffraction efficiency variation 0.045 -0.085
Difference in diffraction efficiency between p-polarized light and s-polarized light 0.808 0.300 0.327
p-polarization, s-polarization diffraction efficiency difference variation amount 0.508 0.027
Light flux LR2 (1555 nm wavelength band)
Diffraction efficiency -0.370 -0.449 -0.522
Diffraction efficiency variation 0.079 -0.073
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference 0.340 0.382 0.579
p-polarized light, s-polarized light diffraction efficiency difference fluctuation amount -0.042 0.197
表13−1、13−2と表15−1、15−2の比較より、副周期Λyを主周期Λxよりも大きくすることにより、凸部の幅の変動による光束LR1、LR2のp偏光とs偏向の回折効率の差の増大が、より良好に抑えられることが判る。 From comparison between Tables 13-1 and 13-2 and Tables 15-1 and 15-2, by making the sub period Λy larger than the main period Λx, the p-polarized light beams LR1 and LR2 due to fluctuations in the width of the convex portions It can be seen that an increase in the difference in diffraction efficiency of s-deflection can be suppressed better.
1〜13 光学装置
21、23 発光部
22、24 発光制御部
25 円弧状レール
26 温度センサ
27、28、29 発光部
31 光ファイバ
35 光センサ
41、43 受光部
42、44 信号検出部
51 回折格子素子
52 回折格子
52a 回折格子凸部
52b 回折格子凹部
53、54 凸部
55、57 回折格子素子
56、58 回折格子
61 対物レンズ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-13
Claims (9)
回折格子を挟む媒質のうち第1の光束の入射側に位置する第1の媒質およびその反対側に位置する第2の媒質の屈折率をそれぞれn1およびn2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第1の光束および第2の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第1の光束の入射角をθと表すとき、
n2 ≧ n1・sinθ
Λ/λL ≦ 1/(n1+n1・sinθ)
および
Λ/λS > 1/(n1+n1・sinθ)−0.04
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。 A diffraction grating that causes a first light flux having a first wavelength and a second light flux having a longer wavelength than the first wavelength to enter from different directions and emits the first light flux in the direction of the incident source of the second light flux. In an optical device having an element,
Of the medium sandwiching the diffraction grating, the refractive index of the first medium located on the incident side of the first light beam and the second medium located on the opposite side are n1 and n2, respectively, and the period of the irregularities of the diffraction grating is Λ, When the wavelengths of the first light beam and the second light beam are represented by λs and λL, respectively, and the incident angle of the first light beam on the diffraction grating is represented by θ,
n2 ≧ n1 ・ sinθ
Λ / λL ≤ 1 / (n1 + n1 · sinθ)
And Λ / λ S> 1 / (n 1 + n 1 · sin θ) −0.04
An optical device characterized by satisfying the relationship:
回折格子を挟む媒質のうち第1の光束の入射側に位置する第1の媒質およびその反対側に位置する第2の媒質の屈折率をそれぞれn1およびn2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第1の光束および第2の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第1の光束の入射角をθと表すとき、Of the medium sandwiching the diffraction grating, the refractive index of the first medium located on the incident side of the first light flux and the second medium located on the opposite side are n1 and n2, respectively, and the period of the irregularities of the diffraction grating is Λ, When the wavelengths of the first light beam and the second light beam are represented by λs and λL, respectively, and the incident angle of the first light beam on the diffraction grating is represented by θ,
n2 ≧ n1・sinθn2 ≧ n1 ・ sinθ
Λ/λL ≦ 1/(n2+n1・sinθ)Λ / λL ≤ 1 / (n2 + n1 · sinθ)
およびand
1/(n2+n1・sinθ)−0.04 < Λ/λS < 1/(n2+n1・sinθ)+0.021 / (n2 + n1 · sinθ) −0.04 <Λ / λS <1 / (n2 + n1 · sinθ) +0.02
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。An optical device characterized by satisfying the relationship:
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