JPH02183203A - レーザ光路変換器 - 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］ 本発明はレーザ光路変換器、特に石英系光ファイバが高
損失となる赤外領域において用いられるレーザ光路変換
器に関するものである。

［従来の技術］ 可視領域から２μｍ程度までの近赤外領域においては、
石英は吸収損失が極めて小さく、石英系光ファイバを用
いることによりレーザ光を任意の方向に導くことができ
る。しかしながら波長が２μｍよりも長い赤外領域にお
いては石英は極めて吸収が大きくなり石英系光ファイバ
を用いることができない。このような赤外レーザ光を任
意の方向へ導くには一般には反射鏡が多く用いられてい
る。一方、赤外領域において石英系光ファイバにとって
かわるものとして中空導波路が開発されている。これは
直線状態ではレーザ光のビーム径を拡大させることなく
低損失で遠くまでレーザ光を伝達することができる。し
かしながら、この中空導波路は光ファイバのように全反
射条件を満足するものでないから一般には曲げにより損
失が増加するという欠点がある。そこで第７図に示すよ
うに直線の中空導波路と反射鏡とを組み合せた光学系が
検討されている。すなわちレーザ光を第１の導波路ａか
ら一旦自由空間に出射し、反射鏡すにて光路を変換した
のちレンズＣにて集光して第２の導波路ｄに入射するよ
うにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、導波路ａから一旦自由空間へ出射したレ
ーザ光は、ビーム径が大きくなるため反射ａ　ｂによっ
て光路を変換したのち適当な口径と焦点距離をもつレン
ズＣによって集光し、第２の導波路ｄに入射されなけれ
ばならない。そのため、導波路の入出射端と反射鏡との
距離が長くなればなるほど、反射鏡の精密な角度調整、
耐震動対策が必要となり光学系が複雑となる。さらに、
ＣＯ２レーザ光のような大出力レーザ光が開放された自
由空間中を伝搬するのは安全上も好ましいとはいえない
。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、複
雑な光学系を必要とせず、小型で低損失なレーザ光路変
換器を提供することにある。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明の要旨は
、複素屈折率の絶対値が大きい金属面で、先ず対向する
一対の平行平板金属面を形成すると共にその間に円弧状
の金属面を形成して少なくととも三方が囲まれた空間を
形成し、この空間でレーザ光の光路を低損失で変換させ
るにおいて、伝搬するレーザ光の偏光方向に応じて吸収
損失の小さい誘電体薄膜を金属面に施すようになもので
ある。

一般に、複素屈折率の絶対値か大きい金属面に入射する
レーザ光の反射率は、ＴＥ波（電界方向が金属壁面に対
して平行となる波）の場合は大きく、Ｅ波（磁界方向か
金属壁面に対して平行となる波）の場合は小さい。この
金属壁面上に吸収損失の小さい誘電本薄膜をコートする
と、反射率は誘電体の膜厚ｔに対して第６図に示すよう
に周期λ （但し、λはレーザ光の波長、ａは誘電体膜の屈折率） で変化する。すなわち、誘電体のｐＡ厚ｔがλ ｔゝ　　　　　　　ｐ（２） ４　μコー：「 （但しｐは正の奇数） のとき、ＴＨ波のレーザ光の反射率は最大となり、ＴＥ
波に対する反射率とＴＩ４波に対する反射率とはその大
きさが逆転する。また誘電体の膜厚ｔが、λ のときは、ＴＥ波、ＴＨ波ともに大きな反射率をもっこ
とが第６図よりわかる。

円弧状の反射面によってレーザ光の光路を変換するには
、できるだけ円弧状の反射面の反射率は大きくなるよう
にしなければならない。円弧状の反射面は、この反射面
に対しレーザ光の電界が平行成分のみをもつ場合（Ｔ！
４波）には金属面でよいが、垂直成分をもつ場合（ＴＨ
波）には金属面に適当な厚さの誘電体薄膜がコートされ
た反射面でなければならない。石英が不透明となる赤外
領域においては、金属材料として例えば金、銀、＃Ｊ、
アルミニウムの池、黄銅などの銅合金があげられる。

これらの金属材料は赤外領域において複素屈折率の絶対
値が極めて大きい、また誘電体材料とじては、例えばフ
ッ化カルシウム、フッ化釦などのフッ化物、硫化亜鉛、
セレン化亜鉛、ゲルマニウムなどがあげられる。これら
誘電体材料は、赤外領域において吸収損失が極めて小さ
い。また円弧状の反射面によってレーザ光の光路を変換
するには、反射面はその曲率が一様であることが重要で
ある。

これは曲げによる損失を小さくするばかりでなく、旋盤
加工によって、容易に表面粗さの小さい反射面が得られ
るという点で有利である。

［実施例］ 以下本発明の好適実施例を添付面に基づいて説明する。

先ず第１図〜第３図において、本発明のレーザ光路変換
器は、円弧状の空間Ｓを形成する金属体１０とその金属
体１０に重ね合せる扇状の金属板１１とから形成され、
その金属体１０と金属板１１とで対向する扇状の一対の
平板金属面１２゜１３が形成され、その間の金属体１０
に円弧状の金属面１４が形成される。

本発明においては、円弧状の空間Ｓの一方ｓ１から入射
されたレーザ光が円弧状の金属面１４で反射されて他方
ｓｏから出射されるが、円弧状の反射面に対する電界と
磁界の振動方向に応じてその反射率が大となるように適
宜誘電体薄膜を施す。

以下、これを個々に説明する。

第１図は円弧状の反射面に対して電界が垂直なレーザ光
（ＴＥ波）を偏波方向を保ちながら所定の角度だけレー
ザ光の光路を変換するものである。

円弧状の反射面は、この面に対しレーザ光の電界方向Ｅ
が平行となるので、金属面１４で構成され、上下方向に
レーザ光を閉じ込めるための２枚の平板金属面１２．１
３は、これらの壁面に対し磁界方向が平行となるので、
上述した式（２）を満足する膜厚の誘電体薄ＦＡＩ６．
１７を施して構成されている。

第２図は、円弧状の反射面に対して磁界が垂直なレーザ
光（Ｅ波）を偏波方向を保ちながら、所定の角度だけレ
ーザ光の光路を変換するものである０円弧状の金属面１
４は、この面１４に対しレーザ光の磁界方向ト【が平行
となるので、上述した式（２）を満足する膜厚の誘電体
薄１１ｉ１９を施し、また上下方向にレーザ光を閉じ込
めるための２枚の平板金属面１２．１３は、これらの面
１２．１３に対し電界方向が平行とな多ので、金属面１
２゜１３がそのまま反射面として構成されている。

第３図はランダムあるいは円偏光のレーザ光を所定の角
度だけレーザ光の光路を変換するものである。各金属面
１２．１３．１４に対してそれぞれレーザ光の電界Ｅ、
磁界Ｈとも平行、垂直成分をもつので、これらの面１２
，１３．１４は式（３）を満足する誘電体薄膜２０，２
１．２２がコートされた反射面で構成されている。

以上説明したレーザ光路変換器においては、上下金属面
及び円弧状の金属面によって三方のみが囲まれた空間を
レーザ光は、反射しながら伝搬する０本発明によるレー
ザ光路変換器において実用的な曲げ半径は数ｃｍから数
十ｃｍである。従って、このような曲げ半径では第４図
（誘電体薄膜は図示せず）に示すように円弧状の反射面
２３と同様にその内側に、反射面２４を有する円弧状の
挿入体２５を設け、通常の中空導波路と同じように四方
が閉じた空間をレーザ光が（：ｉｆＸＭ；ｆｉするよう
にしてもよい、但し、実際には、レーザ光は外側の反射
面２３で反射しながら伝搬し、内側の反射面２４はほと
んど導波機構には関与しないが、曲げ半径が充分大きい
場合やレーザ光のビーム形を楕円にしたいような場合に
は、この第４図のようなＭ造も有効である。

本発明によるレーザ光路変換器において、様々なビーム
径をもつレーザ光を入射する場合には、上下の平板の金
属面の間隔を変えることにより対応することができる。

また第５図（誘電体薄膜は図示せず）に示すように、上
下の平板の反射面２６．２７の間隔を平行に保つことな
く入射側ｔ１と出射側七〇とで変化させることにより、
ビーム径の変換あるいはビームの整形を行うことができ
る。

本発明において誘電体薄膜はスパッタリングあるいは真
空蒸着によって容易に形成できる。　まなゲルマニウム
の場合には、下地の金属を電極として電気めっきによっ
ても薄膜を形成することが可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、複雑な光学系を必要
とせず、小型で低損失なレーザ光路変換器が可能である
。また、レーザ光は開放された自由空間中を伝搬しない
ので、ＣＯ２レーザのように大出力レーザを取扱う場合
でも安全であり、しかも反射鏡とレンズとを組合せたレ
ーザ光路変換器よりも精密な角度調整を必要とせず、振
動に対しても強固なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図、第３図、第４図及び第５図はそれぞ
れ本発明の実施例を示す概略斜視図、第６図は本発明に
おいて金属面に誘電体薄膜を施したときの誘電体薄膜の
厚さに対するＴＥ波とＴＨ波の反射率を示す概略図、第
７図は従来のレーザ光路変換器の概略図である。 図中、１２．１３は平行金属面、１４は円弧状の金属面
、１６．１７，１９，２０．２１　２２は誘電体薄膜で
ある。 特許出願人　　日立電線株式会社 代理人弁理士　　絹　谷　信　雄 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向する一対の平板金属面間に円弧状の金属面を形
   成し、上記対向する一対の平板金属面に誘電体薄膜を施
   したことを特徴とするレレーザ光路変換器。 ２、対向する一対の平板金属面間に円弧状の金属面を形
   成し、上記円弧状の金属面に誘電体薄膜を施したことを
   特徴とするレーザ光路変換器。 ３、対向する一対の平板金属面間に円弧状の金属面を形
   成し、上記対向する一対の平板金属面と円弧状の金属面
   に誘電体薄膜を施したことを特徴とするレーザ光路変換
   器。 ４、上記誘電体薄膜は伝搬するレーザ光の発振波長にお
   いて吸収損失が小さく、その膜厚ｔは、 ｔ≒｛λ／［４√（ａ＾２−１）］｝ｐ （但し、λはレーザ光の波長、ａは誘電体膜の屈折率、
   ｐは正の奇数） を満足するよう設定されていることを特徴とする請求項
   １又は２記載のレーザ光路変換器。 ５、上記誘電体薄膜は、伝搬するレーザ光の発振波長に
   おいて吸収損失が小さく、その膜厚ｔは ｔ≒｛λ／［８√（ａ＾２−１）］｝ｐ （但し、λはレーザ光の波長、ａ誘電体薄膜の屈折率、
   ｐは正の奇数） を満足するように設定されていることを特徴とする請求
   項３記載のレーザ光路変換器。