JPH0354507A - グラントムソンプリズム - Google Patents
グラントムソンプリズムInfo
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- JPH0354507A JPH0354507A JP18995489A JP18995489A JPH0354507A JP H0354507 A JPH0354507 A JP H0354507A JP 18995489 A JP18995489 A JP 18995489A JP 18995489 A JP18995489 A JP 18995489A JP H0354507 A JPH0354507 A JP H0354507A
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Landscapes
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、光アイソレー夕等の光部品に適用されるグラ
ントムソンプリズムに関する。 (従来の技術) 光通信システムにおいて、レーザ光源からの光を利用し
各種情報を光ファイバを経由して所望の通信先に送信す
ることが行われている。この場合送信されたレーザ光が
何らかの原因で外部から反射されて戻ってきてレーザ光
源に入射されると、レーザ光源の発振が不安になるので
、通信に支障を来たすようになる。このためレーザ光源
に対する反射光の入射を防止して、安定なレーザ発振が
行われるように光アイソレー夕が用いられている。 第6図はこのような光アイソレー夕の一例を示すもので
、1. 2はプリズムから成る第1及び第2の偏光子
、3は両者間に配置されたファラデ−回転子、4,5は
第1及び第2の偏光子1,2を支持する偏光子ホルダ、
6は永久磁石である。 このような構造によればレーザ光源から順方向に第1の
偏光子1に光が入射されると、この入射光は破線の光軸
Lに対して一定の偏光面を持つ光威分だけが通過され、
それに垂直な偏波面を持つ成分は通過されない。反射光
が逆方向に第2の偏光子2に入射されたときも同様にあ
る一定の偏波面を持つ光成分のみが通過される。これら
第1及び第2の偏光子1.2を各々順方向に及び逆方向
に通過した光はファラデー回転子3によって偏光面の方
位が45°回転するが、この回転方向は光の進行方向に
対して非可逆であるから、順方向と逆方向ではファラデ
ー回転子3を出た光の偏光面は90°異なることになる
。このため第1及び第2の偏光子1.2において逆方向
からの光は入射方向には戻らずに、偏光子によってプリ
ズムの斜面において反射される。これにより順方向の偏
光或分のみが光ファイバーに集光され、逆方向では両方
の偏光成分とも入射方向に戻らないようになって反射光
の影響を防止することができる。 このような光アイソレー夕において、入射された光のう
ち特定の偏光面を持つ光だけを通過させるように作用す
る第1又は第2の偏光子1,2としては、第4図に示す
ようなグラントムソンプリズムが多く採用されている。 このグラントムソンプリズム10は例えばルチル単結晶
から成る第1のプリズム片10aと第2のプリズム片1
0bとが接着層11によって一体化されて形成されてい
る。ルチル単結晶は複屈折率が0.29と大きくて水溶
性がなく、また酸,アルカリに強くて化学的に安定であ
る等プリズム材料として優れた条件を備えている。第I
及び第2のプリズム片10a,10bは例えば波長1.
3μmに対しては常光の屈折率n。=2.44、異常光
の屈折率nc=2.69を有し、一方接着層11は1.
4乃至1.6の屈折率を有している。なお第1及び第2
のプリズム片10a,10bの頂角θ1は30’乃至4
0°に設定されている。 さてグラントムソンプリズムの動作原理について説明す
る。 以下ではルチル単結晶のようにn。<n,の場合を考え
るが、方解石のようにn。>n.の場合でも常光と異常
光の役割が逆転するだけで原理は同じである。 一般に屈折率が大きい媒質から小さい媒質へ光が入射す
る場合、入射角度がある値以上になると全反射する。 第4図のグラントムソンプリズムにおいて第1のプリズ
ム片10aから接着層l1へ光がθ1flの角度で入射
する場合 異常光が全反射する条件は ng 常光が全反射する条件は no である。 但しθin:接着層の法線lと光軸Lとのなす角度。 n.:接着層の屈折率。 no :常光に対する屈折率。 n,:異常光に対する屈折率。 no<nEの場合、異常光は全反射するが、常光は全反
射しない入射角度が存在し、このような角度で光を入射
させると偏光子として動作する。 式で表わすと ・・・(3) の範囲である。 次に空気とプリズム片10aとの境界における光の入射
角度θinoとθinとの関係は第1図のようにθin
oを定義すれば、 で示される。 但しθ,:プリズムの頂角, nP :プリズムの屈折率, であるから、θ1ロ。に対する動作角度範囲は(以下余
白) nE < sin −’ too sin (sin −1
(− )一 〇.))no ・・・(4) となる。 例えばルチル単結晶に対して波長1.3μmを入射する
とn。=2.44、ni=2.69であり、接着層とし
て屈折率n.=1.54のものを使用すると、θinに
対する動作入射角度範囲は34.9°〈θin< 39
. 1であり頂角をθ1=37°に設定すると−5.6
’<θino<5.2°でまた頂角θ,=34°に設定
すると、2.5°〈θino <12.6°で動作する
ことになる。 もちろん、通常はグラントムソンプリズムに垂直に光が
入射した場合、すなわちθino=Q’で偏光子として
動作させるようにθ1を決めるのが普通であるが、光ア
イソレー夕等の場合プリズムでの反射光が元に戻らない
ようにプリズムを斜めに配置させることがあり配置角度
に応じて適切な頂角θ,を決める必要がある。 また、波長によってn。,nEは変化するため使用波長
に応じて設計する必要もある。 これによってグラントムソンプリズム10を偏光子とし
て用いることにより、入射された光のうち特定の偏光面
を持つ光のみを通過させることができる。 なおこのようなグラントムソンプリズムを偏光子として
用いる場合は、通常40dB以上の消光比が必要とされ
ている。 (発明が解決しようとする課題) ところで従来のグラントムソンプリズムでは、接着層の
厚さによって全反射の条件が変化してくるので消光比特
性が不安定になるという問題がある。すなわち異常光を
全反射させる条件として従来接着層の厚さは無関係とさ
れていたが、本発明者等の実験によって接着層の厚さに
応じて全反射の条件が異なってくるのが確かめられた。 例えば第5図のように第4図に比べて厚さの小さな接着
層11を形成した場合、本来なら接着層1lを透過しな
いはずの異常光が透過する現象が見られこの異常光は完
全には全反射しないことが確かめられた。このため異常
光が完全には消光せず消光比が劣化してくることになる
。 本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
安定した消光比特性が得られるグラントムソンプリズム
を提供することを目的とするものである。 [発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、直角三角形状の断
面を有する2つのプリズム片の斜辺を接着層によって一
体に接着して成るグラントムソンプリズムにおいて、前
記接着層の膜厚dを次式λ d>0・73XnT’ llD Ill− n a但
し、 λ :用いられる光の波長, n1:用いられるプリズム片の結晶の常光に対する屈折
率と異常光に対す る屈折率のうち大きい方の値, n.:接着層の屈折率, θin:接着面の法線と光軸とのなす角度,を満足する
ように設定したことを特徴とするものである。 (作 用) 前記式を満足するように接着層の膜厚を設定することに
より、異常光をほぼ完全に全反射させることができるの
で消光比特性を安定にすることができる。従ってこのよ
うなグラントムソンプリズムを偏光プリズムとして用い
て光アイソレー夕等に適用することにより、信頼度の高
い光部品を得ることができる。 (実施例) 以下図面を参照して本発明実施例を説明する。 第1図は本発明のグラントムソンプリズムの実施例を示
す断面図で、10a,10bは各々ルチル単結晶から成
る直角三角形状の断面を有する第1のプリズム片及び第
2のプリズム片で共に34°の頂角θ3を有している。 11は接着層で各プリズム片10a.10bの斜辺を接
着して一体化することによりグラントムソンプリズム1
0を形成している。この接着層11の膜厚dは後述のよ
うにして設定される。すなわち消光比を安定にする値と
なるように設定され、この値はマックスウエルの方程式
を解くことにより決定することができる。 簡単に説明すると接着層11を伝搬する光によって生ず
る入射電界Ein,出射電界EO゜atが次式で示され
るように減衰することを利用して決定される。 d ここでyctは光がしみ込む深さで、次式のように示さ
れる。 】 但し、 λ :用いられる光の波長、 nl 二用いられるプリズムの常光に対する屈折率n。 と異常光に対する屈 折率n2のうち大きい方の値, n.:接着層の屈折率, θiロ:接着面の法線1と光軸Lとのなす角度。 また消光比は前記(5)式を次のように二乗することに
よって見積ることができる。 9d 通常偏光プリズムとして用いるにG:4 0 d B以
上の消光比が必要とされるので、この条件を考慮すると
(7)式は次式のように示される。 9d これによって、d>4.6Xydが得られdは次式のよ
うに設定される、 λ d>”73xn, 可in flin− n*・・・(
9) 第2図は計算結果の一例を示す特性図で、ルチルプリズ
ム.波長1.31μm, no =2.44.n E
= 2. 69. n . = 1. 54, θ
,=34°の場合である。縦軸は消光比〔dB〕、横軸
は入射角度θtn。
ントムソンプリズムに関する。 (従来の技術) 光通信システムにおいて、レーザ光源からの光を利用し
各種情報を光ファイバを経由して所望の通信先に送信す
ることが行われている。この場合送信されたレーザ光が
何らかの原因で外部から反射されて戻ってきてレーザ光
源に入射されると、レーザ光源の発振が不安になるので
、通信に支障を来たすようになる。このためレーザ光源
に対する反射光の入射を防止して、安定なレーザ発振が
行われるように光アイソレー夕が用いられている。 第6図はこのような光アイソレー夕の一例を示すもので
、1. 2はプリズムから成る第1及び第2の偏光子
、3は両者間に配置されたファラデ−回転子、4,5は
第1及び第2の偏光子1,2を支持する偏光子ホルダ、
6は永久磁石である。 このような構造によればレーザ光源から順方向に第1の
偏光子1に光が入射されると、この入射光は破線の光軸
Lに対して一定の偏光面を持つ光威分だけが通過され、
それに垂直な偏波面を持つ成分は通過されない。反射光
が逆方向に第2の偏光子2に入射されたときも同様にあ
る一定の偏波面を持つ光成分のみが通過される。これら
第1及び第2の偏光子1.2を各々順方向に及び逆方向
に通過した光はファラデー回転子3によって偏光面の方
位が45°回転するが、この回転方向は光の進行方向に
対して非可逆であるから、順方向と逆方向ではファラデ
ー回転子3を出た光の偏光面は90°異なることになる
。このため第1及び第2の偏光子1.2において逆方向
からの光は入射方向には戻らずに、偏光子によってプリ
ズムの斜面において反射される。これにより順方向の偏
光或分のみが光ファイバーに集光され、逆方向では両方
の偏光成分とも入射方向に戻らないようになって反射光
の影響を防止することができる。 このような光アイソレー夕において、入射された光のう
ち特定の偏光面を持つ光だけを通過させるように作用す
る第1又は第2の偏光子1,2としては、第4図に示す
ようなグラントムソンプリズムが多く採用されている。 このグラントムソンプリズム10は例えばルチル単結晶
から成る第1のプリズム片10aと第2のプリズム片1
0bとが接着層11によって一体化されて形成されてい
る。ルチル単結晶は複屈折率が0.29と大きくて水溶
性がなく、また酸,アルカリに強くて化学的に安定であ
る等プリズム材料として優れた条件を備えている。第I
及び第2のプリズム片10a,10bは例えば波長1.
3μmに対しては常光の屈折率n。=2.44、異常光
の屈折率nc=2.69を有し、一方接着層11は1.
4乃至1.6の屈折率を有している。なお第1及び第2
のプリズム片10a,10bの頂角θ1は30’乃至4
0°に設定されている。 さてグラントムソンプリズムの動作原理について説明す
る。 以下ではルチル単結晶のようにn。<n,の場合を考え
るが、方解石のようにn。>n.の場合でも常光と異常
光の役割が逆転するだけで原理は同じである。 一般に屈折率が大きい媒質から小さい媒質へ光が入射す
る場合、入射角度がある値以上になると全反射する。 第4図のグラントムソンプリズムにおいて第1のプリズ
ム片10aから接着層l1へ光がθ1flの角度で入射
する場合 異常光が全反射する条件は ng 常光が全反射する条件は no である。 但しθin:接着層の法線lと光軸Lとのなす角度。 n.:接着層の屈折率。 no :常光に対する屈折率。 n,:異常光に対する屈折率。 no<nEの場合、異常光は全反射するが、常光は全反
射しない入射角度が存在し、このような角度で光を入射
させると偏光子として動作する。 式で表わすと ・・・(3) の範囲である。 次に空気とプリズム片10aとの境界における光の入射
角度θinoとθinとの関係は第1図のようにθin
oを定義すれば、 で示される。 但しθ,:プリズムの頂角, nP :プリズムの屈折率, であるから、θ1ロ。に対する動作角度範囲は(以下余
白) nE < sin −’ too sin (sin −1
(− )一 〇.))no ・・・(4) となる。 例えばルチル単結晶に対して波長1.3μmを入射する
とn。=2.44、ni=2.69であり、接着層とし
て屈折率n.=1.54のものを使用すると、θinに
対する動作入射角度範囲は34.9°〈θin< 39
. 1であり頂角をθ1=37°に設定すると−5.6
’<θino<5.2°でまた頂角θ,=34°に設定
すると、2.5°〈θino <12.6°で動作する
ことになる。 もちろん、通常はグラントムソンプリズムに垂直に光が
入射した場合、すなわちθino=Q’で偏光子として
動作させるようにθ1を決めるのが普通であるが、光ア
イソレー夕等の場合プリズムでの反射光が元に戻らない
ようにプリズムを斜めに配置させることがあり配置角度
に応じて適切な頂角θ,を決める必要がある。 また、波長によってn。,nEは変化するため使用波長
に応じて設計する必要もある。 これによってグラントムソンプリズム10を偏光子とし
て用いることにより、入射された光のうち特定の偏光面
を持つ光のみを通過させることができる。 なおこのようなグラントムソンプリズムを偏光子として
用いる場合は、通常40dB以上の消光比が必要とされ
ている。 (発明が解決しようとする課題) ところで従来のグラントムソンプリズムでは、接着層の
厚さによって全反射の条件が変化してくるので消光比特
性が不安定になるという問題がある。すなわち異常光を
全反射させる条件として従来接着層の厚さは無関係とさ
れていたが、本発明者等の実験によって接着層の厚さに
応じて全反射の条件が異なってくるのが確かめられた。 例えば第5図のように第4図に比べて厚さの小さな接着
層11を形成した場合、本来なら接着層1lを透過しな
いはずの異常光が透過する現象が見られこの異常光は完
全には全反射しないことが確かめられた。このため異常
光が完全には消光せず消光比が劣化してくることになる
。 本発明は以上のような問題に対処してなされたもので、
安定した消光比特性が得られるグラントムソンプリズム
を提供することを目的とするものである。 [発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、直角三角形状の断
面を有する2つのプリズム片の斜辺を接着層によって一
体に接着して成るグラントムソンプリズムにおいて、前
記接着層の膜厚dを次式λ d>0・73XnT’ llD Ill− n a但
し、 λ :用いられる光の波長, n1:用いられるプリズム片の結晶の常光に対する屈折
率と異常光に対す る屈折率のうち大きい方の値, n.:接着層の屈折率, θin:接着面の法線と光軸とのなす角度,を満足する
ように設定したことを特徴とするものである。 (作 用) 前記式を満足するように接着層の膜厚を設定することに
より、異常光をほぼ完全に全反射させることができるの
で消光比特性を安定にすることができる。従ってこのよ
うなグラントムソンプリズムを偏光プリズムとして用い
て光アイソレー夕等に適用することにより、信頼度の高
い光部品を得ることができる。 (実施例) 以下図面を参照して本発明実施例を説明する。 第1図は本発明のグラントムソンプリズムの実施例を示
す断面図で、10a,10bは各々ルチル単結晶から成
る直角三角形状の断面を有する第1のプリズム片及び第
2のプリズム片で共に34°の頂角θ3を有している。 11は接着層で各プリズム片10a.10bの斜辺を接
着して一体化することによりグラントムソンプリズム1
0を形成している。この接着層11の膜厚dは後述のよ
うにして設定される。すなわち消光比を安定にする値と
なるように設定され、この値はマックスウエルの方程式
を解くことにより決定することができる。 簡単に説明すると接着層11を伝搬する光によって生ず
る入射電界Ein,出射電界EO゜atが次式で示され
るように減衰することを利用して決定される。 d ここでyctは光がしみ込む深さで、次式のように示さ
れる。 】 但し、 λ :用いられる光の波長、 nl 二用いられるプリズムの常光に対する屈折率n。 と異常光に対する屈 折率n2のうち大きい方の値, n.:接着層の屈折率, θiロ:接着面の法線1と光軸Lとのなす角度。 また消光比は前記(5)式を次のように二乗することに
よって見積ることができる。 9d 通常偏光プリズムとして用いるにG:4 0 d B以
上の消光比が必要とされるので、この条件を考慮すると
(7)式は次式のように示される。 9d これによって、d>4.6Xydが得られdは次式のよ
うに設定される、 λ d>”73xn, 可in flin− n*・・・(
9) 第2図は計算結果の一例を示す特性図で、ルチルプリズ
ム.波長1.31μm, no =2.44.n E
= 2. 69. n . = 1. 54, θ
,=34°の場合である。縦軸は消光比〔dB〕、横軸
は入射角度θtn。
〔0〕を示し、膜厚dをパラメータ
にとって示してある。消光比を広い入射角度範囲で40
dB以上とるためには膜厚dを大きく形成する方が有利
である。 例えばθino=4°で40dB以上の消光比を得るに
は接着層l1の膜厚dが3μm以上必要である。(9)
式で計算するとθin。=4°θ、=34°の場合、θ
in= 35. 5°であり、λ=1.31μm,
nl =2.69, n. =1.’54を代入して
d>3、7μmとなる。なお第2図,第3図はマックス
ウエルの方程式を精密に解いて得られたもので、簡略な
(9)式とは若干値が異なるものの大差はないことを確
認している。 このように本実施例によれば、第1及び第2のプリズム
片10a.10bを接着層11によって一体に接着する
場合、前記式(9)に基いて接着層工1の膜厚dを設定
するようにすれば、消光比を偏光プリズムとして実用上
差支えない40dB以上を安定に確保することができる
。従って本実施例のようなグラントムソンプリズムを光
アイソレー夕等の偏光プリズムとして用いることにより
、信頼度の高い光部品を得ることができる。 [発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、各プリズム片を一体
に接着する接着層の膜厚を所定の関係を満足するように
設定したので、安定な消光比特性を得ることができる。
にとって示してある。消光比を広い入射角度範囲で40
dB以上とるためには膜厚dを大きく形成する方が有利
である。 例えばθino=4°で40dB以上の消光比を得るに
は接着層l1の膜厚dが3μm以上必要である。(9)
式で計算するとθin。=4°θ、=34°の場合、θ
in= 35. 5°であり、λ=1.31μm,
nl =2.69, n. =1.’54を代入して
d>3、7μmとなる。なお第2図,第3図はマックス
ウエルの方程式を精密に解いて得られたもので、簡略な
(9)式とは若干値が異なるものの大差はないことを確
認している。 このように本実施例によれば、第1及び第2のプリズム
片10a.10bを接着層11によって一体に接着する
場合、前記式(9)に基いて接着層工1の膜厚dを設定
するようにすれば、消光比を偏光プリズムとして実用上
差支えない40dB以上を安定に確保することができる
。従って本実施例のようなグラントムソンプリズムを光
アイソレー夕等の偏光プリズムとして用いることにより
、信頼度の高い光部品を得ることができる。 [発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、各プリズム片を一体
に接着する接着層の膜厚を所定の関係を満足するように
設定したので、安定な消光比特性を得ることができる。
第1図は本発明のグラントムソンプリズムの実施例を示
す断面図、第2図及び第3図は本実施例によって得られ
た特性図、第4図及び第5図は従来プリズムを示す断面
図、第6図はグラントムソンプリズムが適用された光ア
イソレー夕の断面図である。 10・・・グラントムソンプリズム、 10a・・・第1のプリズム片、 10b・・・第2のプリズム片、 11・・・接着層、 d・・・接着層の膜厚、 n1・・異常光に対する屈折率、 no・・・常光に対する屈折率、 n.・・・接着層に対する屈折率。
す断面図、第2図及び第3図は本実施例によって得られ
た特性図、第4図及び第5図は従来プリズムを示す断面
図、第6図はグラントムソンプリズムが適用された光ア
イソレー夕の断面図である。 10・・・グラントムソンプリズム、 10a・・・第1のプリズム片、 10b・・・第2のプリズム片、 11・・・接着層、 d・・・接着層の膜厚、 n1・・異常光に対する屈折率、 no・・・常光に対する屈折率、 n.・・・接着層に対する屈折率。
Claims (2)
- (1)直角三角形状の断面を有する2つのプリズム片の
斜辺を接着層によって一体に接着して成るグラントムソ
ンプリズムにおいて、前記接着層の膜厚dを次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 但し、λ:用いられる光の波長、 n_1:用いられるプリズム片の結晶の常 光に対する屈折率と異常光に対す る屈折率のうち大きい方の値、 n_■:接着層の屈折率、 θin:接着面の法線と光軸とのなす角度、を満足する
ように設定したことを特徴とするグラントムソンプリズ
ム。 - (2)2つのプリズム片がルチル単結晶から成る請求項
1記載のグラントムソンプリズム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18995489A JPH0354507A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | グラントムソンプリズム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18995489A JPH0354507A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | グラントムソンプリズム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0354507A true JPH0354507A (ja) | 1991-03-08 |
JPH0529882B2 JPH0529882B2 (ja) | 1993-05-06 |
Family
ID=16249977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18995489A Granted JPH0354507A (ja) | 1989-07-21 | 1989-07-21 | グラントムソンプリズム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0354507A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10444525B1 (en) | 2017-03-20 | 2019-10-15 | John L. Baker | Methods for producing an optical wedge or prism assembly |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP18995489A patent/JPH0354507A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10444525B1 (en) | 2017-03-20 | 2019-10-15 | John L. Baker | Methods for producing an optical wedge or prism assembly |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0529882B2 (ja) | 1993-05-06 |
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