JPH03123313A

JPH03123313A - 光減衰器

Info

Publication number: JPH03123313A
Application number: JP1261763A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tamamura; 玉村　寿; Shoji Sekiguchi; 正二関口
Original assignee: Sony Tektronix Corp
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-27
Anticipated expiration: 2012-05-28
Also published as: EP0421352A3; JP2614117B2; EP0421352A2; CA2020310A1; US5011265A

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、光減衰器、特に光源への戻り光が極めて少な
く、入射光の偏光の影響も受けない光減衰器に関する。

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

［発明が解決しようとする課題］従来の光減衰器に使用されるＮＤフィルタの光減衰作用
は、入射光線を所定比率で反射させることにより得られ
る。この場合、反射光線が光源に戻ると半導体レーザの
動作が不安定になるので、従来は、フィルタを傾斜させ
ることにより反射光線が光源に戻るのを防止していた。

しかし、例えばレーザ・ダイオードからの光線は、広角
度で拡散するものもあるので、コリメータ・レンズで平
行光線にしても入射光線束の直径はかなり大きく、光源
への戻り光を生じさせないようにスルニハ、フィルタと
光源との間隔を長くしなければならず、装置を小型化す
ることが困難であった。フィルタの傾斜角度を大きくす
れば、短い距離の範囲内でも戻り光をなくすことが出来
るが、傾斜角度を大きくすると、フィルタの透過光線の
偏光特性が変化し、フィルタの透過率は、入射光線の偏
光方向に伴って変化してしまう。即ち、光学の理論によ
れば、光線が入射角θでガラスのような媒質に入射した
場合、入射面（入射光線及び反射光線を含む平面）と入
射光線の電界ベクトルとの成す角（方位角）をαとし、
入射面に平行な成分及び垂直な成分の透過率を夫々Ｔｐ
及びＴｓとすると、透過率Ｔは、次式で表される。

２　　　　　　　　　．２Ｔ＝Ｔｐ−ｃｏｓ　ａ　＋Ｔｓ−ｓｔｎ　ａ（１）尚、
「・」は乗算を表している。ＴｐとＴｓの値は、入射角
θによって決まるが、θが大きいとＴｐとＴｓの値は異
なるので、光源を光軸の回りに回転（αを変化）させる
と、透過率Ｔが変化し、透過光線の強度も変化してしま
う。この為、従来は、フィルタを傾斜させたくなければ
、光アイソレータ等をフィルタと光源の間に設けて戻り
光線を遮断しなければならず、構成が複雑になるという
欠点があった。

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

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

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

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

［実施例］第１図は、本発明に係る光減衰器の一実施例の概要を示
す斜視図である。半導体レーザの如き光源１０からの入
射光線は、コリメータ・レンズ１２により平行光線に変
換され、第１ビーム・スプリッタ１４に例えば入射角４
５度で入射する。第１ビーム・スプリッタ１４の反射光
線は、第２ビーム・スプリッタ１６に同じ入射角で入射
し、第１ビーム・スプリッタ１４の透過光線は、略円錐
形の第１偏向器１８によって、図示するように散乱され
戻り光を生じさせない。尚、第１及び第２ビーム・スプ
リッタは同じ光学的特性を有するものを使用する。第２
ビーム・スプリッタ１６の透過光線も同様の略円錐形の
第２偏光器２０により散乱され、戻り光を生じさせない
。第２ビーム・スプリッタ１６の反射光線は、必要なら
ばＮＤフィルタ２２で更に減衰させても良い。このフィ
ルタ２２は可動型を用い、必要な透過率に応じて光路か
ら除去又は他のフィルタと交換出来るように構成するこ
とが望ましい。フィルタ２２を通過した光線は、収束レ
ンズ２４で収束され、光検出器２６で電気信号に変換さ
れる。

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

入射光線として直線偏光を考える。入射光線の電界ベク
トルＥが入射面Ａと成す角度をαとすると、この電界ベ
クトルＥは、入射面Ａに対して平行及び垂直な成分Ｅｐ
＝Ｅｃｏｓａ及びＥ　Ｓ＝　Ｅ　５ｉｎｌｌに分解し得
る。尚、入射光線の単位時間単位面積当たりの通過エネ
ルギーＬは、電界ベクトルＥの二乗に比例したスカラー
量であって、Ｌ＝Ｌｐ＋Ｌｓで表される。ここで、Ｌｐ
及びＩ、ｓは、夫々入射面に平行及び垂直な成分のエネ
ルギーを表し、夫々Ｅｐ及びＥｓの二乗に比例したスカ
ラー量である。第２図において、第１及び第２ビーム・
スプリッタによる反射光線１及び２の電界ベクトルを夫
々Ｅ１及びＲ２で表し、各入射面Ａ及びＢに平行及び垂
直な成分ベクトルには夫々添字ｐ及びＳを付している。

反射光線１及び２のエネルギーＬ１及びＲ２は、同様に
夫々ＬＬ＝Ｌ１ｐ＋Ｌ１ｓ及びＬ２＝Ｌ２ｐ＋Ｌ２ｓと
表される。また、第１及び第２ビーム・スプリッタの反
射率Ｒ１及びＲ２は、夫々Ｒ１＝Ｌ１／Ｌ及びＲ２＝Ｌ
２／Ｌｌである。光学の理論によれば、入射面Ａに平行
及び垂直なエネルギー成分の反射率を夫々Ｒ１ｐ、　Ｒ
ｌｓとすると、・　２Ｒ１＝Ｒ１ｐ−ｃｏｓ　ａ　＋　Ｒ１５−ｓｘｎ　ａ　
　　　（２）但し、Ｒ１ｐ士Ｌｉｐ／ＬｐＲ１ｓ＝　Ｌ　ｉｓ／　Ｌ　ｓとなる。また、Ｒｌｐ及びＲｌｓは、入射角θによって
決まる。第１図及び第２図に示すように、第１及び第２
ビーム・スプリッタの入射角θは等しく設定されている
ので、入射面Ａ及びＢに平行及び垂直なエネルギー成分
の反射率は夫々互いに等しく、Ｒ１５＝Ｒ２ｓ＝Ｒｓ、
Ｒ１５＝Ｒ２ｓ＝Ｒｓと表すことが出来る。

第３図は、クラウンガラス（屈折率１．５２）によって
反射される光の入射面に平行及び垂直な成分の反射率Ｒ
ｐ及びＲｓの入射角に対する変化の様子を表している。

第３図から判るように、第１図の実施例のように入射角
を４５度としたとき、Ｒｐ及びＲｓの値は異なるので、
（２）式において方位角αが変化すると反射率Ｒ１が変
化することが判る。この入射光線の偏光方向を表す方位
角αの変化による影響を補償する為、本発明では、第２
ビーム・スプリッタの入射面Ｂを入射面Ａに対し直交さ
せ、且つ両方のビーム・スプリッタの入射角を等しくす
るように設定している。（２）式から判るように、Ｌ１
ｐ＝Ｌｐ−Ｒｐ、Ｌ１ｓ＝Ｌｓ−Ｒｓである。第２ビー
ム・スプリッタの入射面Ｂは、第１ビーム・スプリッタ
の入射面Ａと直交関係にあるので、Ｌ２ｐ＝Ｌ１ｓ−Ｒｐ＝Ｌｓ−Ｒｓ−ＲｐＬ２ｓ＝Ｌ１
ｐ−Ｒｓ＝Ｌｐ−Ｒｐ−Ｒｓが成り立つ。従って・Ｌ２＝Ｌ２ｐ＋Ｌ２ｓ＝　（Ｌｐ＋Ｌｓ）　・Ｒｐ−Ｒ
ｓ＝Ｌ−Ｒｐ−Ｒｓ　　　　　　　　　　　　（３）が
導かれる。Ｒｐ及びＲｓは、入射角θのみによって決ま
るので、第２ビーム・スプリッタからの射出光線のエネ
ルギーＬ２は、入射光線の偏光方向を表す角度αとは無
関係になる。尚、第２図の関係及び上述の説明から、Ｒ１−Ｒ２＝Ｒｐ−Ｒ３（４）が成立することも、当業者は容易に理解出来よう。

従って、第１図及び第２図の光減衰器の総透過率Ｔは、
Ｔ＝Ｌ２／Ｌ＝Ｒｐ−Ｒｓで与えられる。

第４図は、本発明の光減衰器の他の実施例の実際の構造
を示す分解斜視図である。第１図に対応する部分には同
じ参照番号を付している。半導体レーザのような光源（
図示せず）からの入射光線を平行光線に変換するコリメ
ータ・レンズ１２は、レンズ・ホルダー３０に装着され
、ダイヤル３２により光軸方向に微調整される。このダ
イヤル３２の適正な調整により完全な平行入射光線が得
られる。上述のように、この入射光線は、第１ビーム・
スプリッタ１４で第１反射光線及び第１透過光線に分離
され、第１反射光線は、第２ビーム・スプリッタ１６に
より第２反射光線及び第２透過光線に分離される。第１
及び第２ビーム・スプリッタ１４及び１６は、アルミニ
ウムの如き金属製の支持部材３４に固定されており、共
に入射角は４５度、且つ入射面は互いに直交するように
配置されている。支持部材３４は、金属製の底面構体３
６に固定されている。コリメータ・レンズ１２からの入
射光線は、入射開口３８を介して第１ビーム・スプリッ
タ１４に達し、第２ビーム・スプリッタ１６で反射され
た第２反射光線は射出開口４０から出力される。

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

ＮＤフィルタ２２は、射出開口４０からの第２反射光線
を必要に応じて更に減衰させる為のものである。このフ
ィルタ２２は、スライド式のレンズ・ホルダー４６に固
定され、入射角が略５度程度になるように傾斜されてい
る。これにより反射光線が光源への戻り光となるのを防
止している。

フィルタ２２の減衰の必要がなけれ代、レンズ・ホルダ
ー４６をスライドさせて光路からフィルタ２２を除去す
る。第２反射光線は、側面構体４８に設けられた集束レ
ンズ２４により集束され、ＰＩＮフォトダイオードの如
き光検出器（図示せず）に供給される。

第２ビーム・スプリッタ１６を透過した第２透過光線は
、側面構体５０の開口５２を介して第２偏向器２０に達
する。第２偏向器は、第１偏向器１８とは形状が異なり
、三角柱の形状で支持構体５４に設けられ、第２透過光
線を上下方向に偏向する。第２偏向器２０で上方向に反
射された光線は、支持板５６に設けられ、集光レンズ（
図示せず）を内蔵したモニタ用コネクタ５８に供給され
る。このモニタ用コネクタ５８には光ファイバ・ケーブ
ル（図示せず）が接続される。この光ファイバ・ケーブ
ルを介して光スペクトラム・アナライザ等の計測器にモ
ニタ用の光線が送られ、スペクトル解析等に利用し得る
。このように、光偏向器は、戻り光をなくすだけでなく
、モニタ用の光線を取り出す為に使用することも出来る
。また、偏向器は、反射型に限定されるものではない。

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

本発明の実施例では、第１及び第２ビーム・スプリッタ
１４及び１６は、例えば、アサヒビール・パックス社真
空薄膜研究所製で、使用波長範囲６００〜１１０００ｎ
　（ナノメートル）、反射率は、入射角θ＝４５度でＲ
ｐ＝２３±６％、Ｒｓ＝４７±６％、材質はＢＫ７光学
ガラスである。

透過率可変用ＮＤフィルタ２２は、入射角θ＝５度−ｃ
透過ｔｒ＝１０±５％、特に７５０〜８５０ｎｍの波長
範囲では１０±０．５％である。これらの仕様は、用途
に応じて適宜変更し得るこ、とは勿論である。

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

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

【図面の簡単な説明】

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

Claims

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