JPH0212107A - 複屈折回折格子型偏光子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体レーザを利用した各種光装置に使用す
る複屈折偏光板、特に偏光方向によって回折効率の異な
る格子型偏光板に関する。

（従来の技術） 偏光素子、特に偏光ビームスプリッタは、直交する偏光
間で光の伝搬方向を異ならしめることによって特定の偏
光を得る素子である。このような素子は、光フアイバ通
信用光源モジュールや光デイスク用光ヘッドなどに、光
アイソレータや光サーキュレータを構成する部品として
使われている。

従来、偏光ビームスプリッタとしては、グラントムソン
プリズムやロツションプリズムなど、複屈折の大きな結
晶の光反射面における偏光による透過ないしは全反射の
違いを利用し光路を分離するもの、またはガラスなどの
等方性光学媒質でできた全反射プリズム反射面に誘電体
多層膜を設け、この誘電体多層膜の偏光による屈折率の
違いを利用して、光を全反射ないしは透過させるものが
多く使用されている。しかしながら、これらの素子は大
型であること、生産性が低いこと、値段が高いことなど
の欠点がある。

複屈折回折格子型偏光子は光学的異方性をもつ結晶の光
学軸と平行な主面に、周期的なイオン交換領域を設け、
かつイオン交換を施した領域上に誘電体膜を形成したも
のであり、偏光による回折効率の違いを利用して光路を
分離するものである。この複屈折回折格子型偏光子は従
来の偏光素子に比べて、小型であること、生産性が高い
こと、安価であることなどの利点がある。例えば、ニオ
ブ酸リチウムの主面に周期的にプロトンイオン交換を施
すと、プロトンイオン交換を施した領域では波長１．３
１１ｍの異常光線に対する屈折率が約０．０９増加し、
常光線に対する屈折率が約０．０４減少する。従って、
プロトンイオン交換を施した領域の誘電体膜厚を、プロ
トンイオン交換を施していない領域の誘電体膜厚に比べ
て厚くし、プロトンイオン交換を施した領域の常光線に
対する屈折率の減少を相殺することによって、常光線の
１次以上の回折効率及び異常光線の０次の回折効率を共
に零にすることができ、偏光子になる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、複屈折回折格子型偏光子の表面は結晶基
板と誘電体膜という二つの異なった物質によって構成さ
れているため、反射防止膜を作成する際に、異なった種
類の屈折率の膜をそれぞれ異なった厚さで誘電体膜上及
び結晶基板上に付ける必要があり、製作行程が複雑にな
るという問題点があった。

本発明の目的は、複屈折回折格子型偏光子において、反
射防止膜の製作行程を簡素化し、安価で低挿入損失の複
屈折回折格子型偏光子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、光学的異方性を持つ結晶板の主面に、周期を
有するイオン交換領域の光学的回折格子を形成し、かつ
イオン交換を施した領域上に誘電体膜を設けた複屈折回
折格子型偏光子において、上記誘電体膜として屈折率が Δｎ、−Δｎ０ れイオン交換による常光線および異常光線の屈折率変化
、ｍは整数）に近い屈折率をもつ誘電体膜を用い、さら
にこの格子の表面全体に反射防止膜を形成したことを特
徴とする複屈折回折格子型偏光子である。

（作用） 複屈折回折格子型偏光子の０次の回折光強度は、Ｃ０８
２（ｎ［ΔｎＴ’ｐ　＋　（ｎｄｌ）Ｔｄｌ／λ）で与
えられる。但し、λは光の波長、Δｎはイオン交換領域
の屈折率変化、Ｔｐはイオン交換領域の深さ、ｎｄは誘
電体膜の屈折率、Ｔｄは誘電体膜の厚さである。従って
、イオン交換領域の深さをＭ（２（Δｎ、−Δｎ０））
とし、誘電体膜の厚さＴｄと屈折率ｎ、が２（ｎｄ−１
）Ｔｄ＝−ΔｎｏＡ／（Δｎ０−Δｎ０）の条件を満た
すようにすれば、この回折格子の０次の回折光強度が、
異常光線に対して０、常光線に対して１になり偏光子と
して動作する。但し、Δｎ、及びΔｎ０はそれぞれイオ
ン交換による異常光線及び常光線に対する屈折率変化で
ある。さらに本発明においては、基板及び誘電体膜上に
、屈折率が基板の屈折率の平方根に近い値を持ち、光学
的な厚さが光の波長の４分の１の反射防止膜を付けてい
る。よく知られているように、この反射防止膜によって
、基板と空気の間の反射は零にすることができる。さら
に、誘電体膜の光学的な厚さを光の半波長の整数倍（す
なわちｎｄＴｄ　＝　ｍ　Ａ／まただしｍは整数）にす
ると、誘電体膜内を往復した光は位相変化を受けないの
で、誘電体膜が無い場合と同じ反射防止膜を誘電体膜上
に付けることによって、誘電体膜がある部分の反射率も
零にすることができる。このことと上記の偏光子として
動作するための誘電体膜の屈折率と膜厚に対する条件に
より、誘電体膜の屈折Δｎ、−Δｎ０ 分の反射率は零にすることができる。従って、誘電体膜
として上記の屈折率を持つものを用いることにより、結
晶基板と空気の間の通常の反射防止膜を一様に付けるだ
けで偏光子全体の反射防止膜とすることができ、反射防
止膜の製作行程が大幅に簡素化される。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第３図は本発明の複屈折回折格子型偏光子の実施例の
斜視図である。１は光学的異方性を持つ結晶基板であり
、本実施例ではニオブ酸リチウムのＹ板を用いている。

２はプロトンイオン交換領域であり、この交換領域を周
期的に形成しである。さらに、このプロトンイオン交換
領域上には、誘電体膜３が設けてあり、光学的回折格子
を形成している。この回折格子には第１図の断面図に示
すように、反射防止膜４が基板１上及び誘電体膜３上に
同じ厚さだけ付けられている。

反射防止膜４は、屈折率ｎａが基板１の屈折率ｎ、の平
方根に近いものを用い、膜厚Ｔは光の波長λを反射防止
膜４の屈折率ｎａの４倍で除した値すなわち）Ｊ（４ｎ
、）にする。このようにすると、よく知られているよう
に空気と基板１の間の反射率は零になるので、誘電体膜
３がない部分からの反射はなくすことができる。さらに
、誘電体膜３として、プロトンイオン交換領域１の異常
光線に対する屈折率変化量と常光線に対する屈折率変化
量の差を異常光線に対する屈折率変化量で除した値すな
わち （Δｎｅ−Δｎ０）／Δｎ−こ近い屈折率をもつ誘電体
を用いる。このようにすると、上述の偏光子動作のため
の誘電体膜３の厚さＴ、と屈折率ｎ、の条件から、誘電
体膜３での光の位相変化は■になり、誘電体膜内を往復
した光は位相変化を受けないので、誘電体膜３が無い場
合と同じ様に反射防止膜４によって反射率を零にするこ
とができる。従って、単一の種類の反射防止膜４を均一
の厚さで付けるだけで、基板１と誘電体膜３の二つの異
なった物質によって構成されている偏光子表面からの反
射を同時になくすことができる。この反射防止膜３は等
価な位相変化を与える多層膜で構成してもよい。また、
格子の表面が空気以外の物質と接している場合には反射
防止膜４の屈折率をその物質の屈折率と基板１の屈折率
の積の平方根に近い値にすればよい。

光の波長を１．３ｐｍとすると、プロトンイオン交換に
よる屈折率の変化は、異常光線に対しては約＋　０．０
９であり、常光線に対しては約−０，０４であるから、
プロトンイオン交換領域２の深さは約５ｐｍ、誘電体膜
３の屈折率は１．４４程度、膜厚は０．４４ｍ程度がよ
い。このような屈折率を持つ誘電体としては、石英（８
１０２）、ふっ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などがある
。

さらに、上記誘電体膜３の屈折率はニオブ酸リチウム基
板１と空気の間の反射防止膜に必要な屈折率とほぼ等し
い。従って、第２図の断面図に示すように、誘電体膜３
と反射防止膜４を一体化し、プロトン交換領域１上では
厚さをＴ、＋　Ｔａにし、それ以外の部分では厚さをＴ
、にした誘電体膜５を形成してもよい。

本偏光子は薄いニオブ酸リチウム結晶板にバッチプロセ
スによって大量に形成できるため、薄型で安価な偏光子
を得ることができる。

（発明の効果） 以上に述べたように、本発明によれば高消光比低挿入損
失の薄型偏光素子を得ることができ、さらにはバッチ処
理により大量安価な偏光素子とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の複屈折回折格子型偏光子の実
施例の断面図であり、第３図は斜視図である。 １・・・ニオブ酸リチウム結晶基板、２・・・プロトン
イオン交換領域、３・・・誘電体膜、４・・・反射防止
膜、５・・・反射防止膜を兼ねた誘電体膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学的異方性を持つ結晶板の主面に、周期を有するイオ
   ン交換領域の光学的回折格子を形成し、かつイオン交換
   を施した領域上に誘電体膜を設けた複屈折回折格子型偏
   光子において、上記誘電体膜として屈折率がｎ＿ｄ＝ｍ
   ／［ｍ＋（Δｎ＿０／Δｎ＿ｅ−Δｎ＿０）］（ただし
   Δｎ＿０およびΔｎ＿ｅはそれぞれイオン交換による常
   光線および異常光線の屈折率変化、ｍは整数）に近い屈
   折率をもつ誘電体膜を用い、さらにこの格子の表面全体
   に反射防止膜を形成したことを特徴とする複屈折回折格
   子型偏光子。