JP5299168B2 - 偏光位相分離素子、光ヘッド装置及び光通信装置 - Google Patents
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また、本発明の偏光位相分離素子は、直線偏光の光であるs偏光の光と、前記s偏光の光と直交するp偏光の光とが含まれる入射光を、2つの進行方向に分岐する無偏光回折格子と、前記無偏光回折格子により分岐された2つの光のうち、一方の光に対して位相差を与えず、他方の光に対してのみ、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えるように、厚さ方向に光学軸が揃った複屈折性材料を有する波長板と、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えられた光を含む2つの光が入射し、互いに直交する、第1の直線偏光の光と第2の直線偏光の光毎、2つの進行方向に分岐する偏光性回折格子と、を備え、前記入射光は、集光光である。
また、本発明の偏光位相分離素子は、前記無偏光回折格子により2つの進行方向に分岐された光は、+1次回折光と、−1次回折光である。
また、本発明の偏光位相分離素子は、前記入射光は、集光光である。
また、本発明の偏光位相分離素子は、前記波長板には、前記無偏光回折格子により分岐された光が、斜めに入射する。
偏光位相分離素子の第1の実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態における偏光位相分離素子の構成図である。本実施の形態における偏光位相分離素子10は、無偏光回折格子20、波長板30及び偏光性回折格子40を有し、図1に示すように、この順に光が入射するように構成されている。
I5=(1+A2+2AcosΔφ)/4、
I6=(1+A2+2AsinΔφ)/4、
I7=(1+A2−2AsinΔφ)/4、
上記光信号強度I4、I5、I6及びI7に基づき、下記の演算を行うことにより、A倍に増強された信号Sigを検出することができる。
={(AcosΔφ)2+(AsinΔφ)2}1/2
=A
これより、偏光位相分離素子を透過した4つの光それぞれを検出し、更に、演算機能を有する光検出器を備えることで、信号Sigを高い感度で検出することができる。また、偏光位相分離素子と光検出器と、を含む光学系を光検出装置ともいい、この光検出装置において、高いS/N比を得ることができる。
次に、本実施の形態における偏光分離素子10に用いられる波長板30について説明する。波長板30としては、様々な構成のものが考えられる。尚、図1に示すように、第1の領域31と第2の領域32は、無偏光回折格子20で分岐した2つの光51a、51bがそれぞれ入射するように配置されていればよく、第1の領域31と第2の領域32の形状やこれらの領域の境界線がどのようなものであってもよい。
次に、偏光性回折格子40について説明する。本実施の形態における偏光分離素子10に用いられる偏光性回折格子40は、図3に示すように、断面がブレーズ形状または、ブレーズ形状を階段状に近似した擬似ブレーズ形状を有し、高分子液晶からなる複屈折性材料層44と、等方性材料が、複屈折性材料層44の凹凸を平坦化するように配置されてなる等方性材料層45とが、透明基板42及び43に挟持される構造を有する。尚、複屈折性材料層44は、凸条となる部分が+Y方向に厚くなるような(擬似)ブレーズ形状の傾きを有するが、逆の傾きを有するものであってもよく、さらに、光学軸の方向が45°方向であれば、X−Y平面において複屈折性材料層44の長手方向が任意の方向に揃うものでもよい。
次に、本実施の形態における偏光分離素子10の入射角度依存性について説明する。図4は、本実施の形態における偏光分離素子10の波長板30の第2の領域32において生じるp偏光とs偏光の位相差と、従来の偏光位相変換分離素子、即ち、特許文献1に記載されている偏光位相変換分離素子となる角度選択性偏光変換素子において生じるp偏光とs偏光の位相差とについて、入射角度依存性を計算した結果である。尚、計算方法は、4×4行列法を用い、入射角度は空気中からの入射を想定した角度を示している。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態とは異なる構成の偏光位相分離素子である。図5は、本実施の形態における偏光位相分離素子110は、無偏光回折格子120と偏光性回折格子130を有し、この順に光が入射するように構成されている。
I5=(1+A2+2AcosΔφ)/4、
I6=(1+A2−2AsinΔφ)/4、
I7=(1+A2+2AsinΔφ)/4、
上記光信号強度I4、I5、I6及びI7に基づき、下記の演算を行うことにより、A倍に増強された信号Sigを検出することができる。
={(AcosΔφ)2+(AsinΔφ)2}1/2
=A
これより、偏光位相分離素子を透過した4つの光それぞれを検出し、更に、演算機能を有する光検出器を備えることで、信号Sigを高い感度で検出することができる。そして、偏光位相分離素子と光検出器と、を含む光検出装置により高いS/N比を得ることができる。
λ0=(ne+no)×P/2
の関係で表すことができ、また、反射帯域幅Δλは、
Δλ=|ne−no|×P
の関係で表すことができる。尚、この(λ0±Δλ/2)を反射波長帯域という。
次に、光ヘッド装置の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における偏光位相分離素子10または、第2の実施の形態における偏光位相分離素子110を有する光ヘッド装置である。
次に、光通信装置の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における偏光位相分離素子10または、第2の実施の形態における偏光位相分離素子110を有する光通信装置である。本実施の形態における光通信装置310は、偏光ビームスプリッタ311、偏光位相分離素子10または偏光位相分離素子110、光検出器313を有しており、偏光ビームスプリッタ311は、p偏光の光を直進させ、s偏光の光を偏向させる機能を有している。
I5=(1+A2+2AcosΔφ)/4、
I6=(1+A2+2AsinΔφ)/4、
I7=(1+A2−2AsinΔφ)/4、
ここで、例えば、Δφの値が、0、π/2、π、3π/2の4値である場合、光検出器313が、I4−I5の演算、I7−I6の演算を行う機能を有するとすると、Sig1=I4−I5=AcosΔφ、Sig2=I7−I6=AsinΔφより、下記に基づき、Δφの値を知ることができる。
Δφ=π/2の場合、(Sig1、Sig2)=A(0、1)、
Δφ=πの場合、(Sig1、Sig2)=A(−1、0)、
Δφ=3π/2の場合、(Sig1、Sig2)=A(0、−1)、
以上より、位相情報を検知することが可能な小型で組立等の製造が容易な光通信装置310を得ることができる。
20 無偏光回折格子
30、60 波長板
31、61 第1の領域
32、62 第2の領域
40 偏光性回折格子
40a 光学軸
42、43、65、66 透明基板
44 複屈折性材料層
45 等方性材料層
50、51a、51b、52a、52b、53a、53b、53c、53d 光
63 等方性材料
64 高分子液晶
Claims (12)
- 直線偏光の光であるs偏光の光と、前記s偏光の光と直交するp偏光の光とが含まれる入射光を、2つの進行方向に分岐する無偏光回折格子と、
前記無偏光回折格子により分岐された2つの光のうち、一方の光に対して位相差を与えず、他方の光に対してのみ、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えるように、厚さ方向に光学軸が揃った複屈折性材料を有する波長板と、
π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えられた光を含む2つの光が入射し、互いに直交する、第1の直線偏光の光と第2の直線偏光の光毎、2つの進行方向に分岐する偏光性回折格子と、
を備え、前記無偏光回折格子により2つの進行方向に分岐された光は、+1次回折光と、−1次回折光である偏光位相分離素子。 - 直線偏光の光であるs偏光の光と、前記s偏光の光と直交するp偏光の光とが含まれる入射光を、2つの進行方向に分岐する無偏光回折格子と、
前記無偏光回折格子により分岐された2つの光のうち、一方の光に対して位相差を与えず、他方の光に対してのみ、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えるように、厚さ方向に光学軸が揃った複屈折性材料を有する波長板と、
π/2の奇数倍に略等しい位相差を与えられた光を含む2つの光が入射し、互いに直交する、第1の直線偏光の光と第2の直線偏光の光毎、2つの進行方向に分岐する偏光性回折格子と、を備え、
前記入射光は、集光光である偏光位相分離素子。 - 前記無偏光回折格子により2つの進行方向に分岐された光は、+1次回折光と、−1次回折光である請求項2に記載の偏光位相分離素子。
- 前記入射光は、集光光である請求項1に記載の偏光位相分離素子。
- 前記波長板には、前記無偏光回折格子により分岐された光が、斜めに入射する請求項1から4のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子。
- 前記偏光性回折格子は、光学軸が厚さ方向に揃い、常光屈折率noと異常光屈折率ne(no≠ne)を有する複屈折性材料からなる複屈折性材料層および、屈折率がnsとなる等方性材料からなる等方性材料層によって周期的凹凸が形成され、前記屈折率nsは、前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neと略等しく、
前記複屈折性材料層の光学軸の方向と、前記波長板の光学軸の方向とが、略45°の角度をなす請求項1から5のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子。 - 前記波長板は、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、位相差を与えない、第1の領域と、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与える第2の領域を有し、
前記第2の領域にのみ、高分子液晶を有する請求項1から6のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子。 - 前記波長板は、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、位相差を与えない、第1の領域と、前記s偏光の光と前記p偏光の光との間で、π/2の奇数倍に略等しい位相差を与える第2の領域を有し、
前記第1の領域および前記第2の領域は、いずれも高分子液晶を有し、
前記第1の領域における高分子液晶は厚さ方向に略平行に配向される請求項1から6のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子。 - 直線偏光の光であるs偏光の光と、前記s偏光の光と直交するp偏光の光とが含まれる入射光を、2つの進行方向に分岐する無偏光回折格子と、
前記無偏光回折格子により分岐された2つの光のうち、一方の光に対して、互いに直交する、第1の直線偏光の光と第2の直線偏光の光毎、2つの進行方向に分岐する第1の領域と、他方の光に対して、互いに直交する、第1の円偏光の光と第2の円偏光の光毎、2つの進行方向に分岐する第2の領域と、を有する偏光性回折格子と、と備えた偏光位相分離素子。 - 前記偏光性回折格子は、第1の領域が、光学軸が厚さ方向に揃い、常光屈折率noと異常光屈折率ne(no≠ne)を有する複屈折性材料からなる第1の複屈折性材料層および、屈折率がns1となる等方性材料からなる第1の等方性材料層によって周期的凹凸が形成され、前記屈折率ns1は、前記常光屈折率noまたは前記異常光屈折率neと略等しく、前記第1の複屈折性材料層の光学軸の方向と、前記s偏光の光の方向とが、略45°の角度をなし、
第2の領域が、右回りの円偏光の光に対する屈折率nRと左回りの円偏光の光に対する屈折率nL(nR≠nL)を有する複屈折材料からなる第2の複屈折性材料層および、屈折率がns2となる等方性材料からなる第2の等方性材料層によって周期的凹凸が形成され、前記屈折率ns2は、前記常光屈折率nRまたは前記異常光屈折率nLと略等しい請求項9に記載の偏光位相分離素子。 - 光源と、
前記光源からの光のうち、互いに直交するs偏光の光とp偏光の光毎に偏向分離する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで偏向分離された一方の光を光ディスクに集光させる対物レンズと、
前記偏光ビームスプリッタで偏向分離された他方の光を反射する反射ミラーと、
前記光ディスクで反射された光および、前記反射ミラーで反射された光を検出する光検出器と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタと前記光検出器との間の光路中に、請求項1から10のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子を備えた光ヘッド装置。 - 互いに直交するs偏光の光とp偏光の光とが異なる方向から入射して合波させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを出射する光を検出する光検出器と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタと前記光検出器との間の光路中に、請求項1から10のいずれか1項に記載の偏光位相分離素子を備えた光通信装置。
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