JPH0575081B2 - - Google Patents
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- JPH0575081B2 JPH0575081B2 JP87130144A JP13014487A JPH0575081B2 JP H0575081 B2 JPH0575081 B2 JP H0575081B2 JP 87130144 A JP87130144 A JP 87130144A JP 13014487 A JP13014487 A JP 13014487A JP H0575081 B2 JPH0575081 B2 JP H0575081B2
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Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
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、特に偏光方向によつて
回折効率の異なる格子型偏光板に関する。
に使用する複屈折偏光板、特に偏光方向によつて
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ツタは、直交す
る偏光間で光の伝搬方向を異ならしめる素子であ
つて、グラントムソンプリズムやロツシヨンプリ
ズム等複屈折の大きい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て光
路を分離するものや、ガラス等の等方性の光学媒
質でできた全反射プリズムの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、光を全反射あるいは透過させ
るものが多く使われている。
る偏光間で光の伝搬方向を異ならしめる素子であ
つて、グラントムソンプリズムやロツシヨンプリ
ズム等複屈折の大きい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て光
路を分離するものや、ガラス等の等方性の光学媒
質でできた全反射プリズムの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、光を全反射あるいは透過させ
るものが多く使われている。
これらは光フアイバ通信用光源モジユールや光
デイスク用光ヘツドなどの光アイソレータや光サ
ーキユレータを構成する部品として使われてい
る。例えば光通信用光源モジユールでは、光フア
イバコネクタ等からの反射光が光源である半導体
レーザに再入射するのを防ぐ光アイソレータとし
て、光磁性材料のフアラデー効果を利用して偏光
を45°回転させる偏光回転子（フアラデー回転子）
と組み合わせて用いられる。また、光デイスク用
光ヘツドでは、光デイスク基板からの情報信号を
光源に戻すことなく効率よく受光光学系へ導く光
サーキユレータ素子として、1/4波長板と組み合
わせて用いられている。
デイスク用光ヘツドなどの光アイソレータや光サ
ーキユレータを構成する部品として使われてい
る。例えば光通信用光源モジユールでは、光フア
イバコネクタ等からの反射光が光源である半導体
レーザに再入射するのを防ぐ光アイソレータとし
て、光磁性材料のフアラデー効果を利用して偏光
を45°回転させる偏光回転子（フアラデー回転子）
と組み合わせて用いられる。また、光デイスク用
光ヘツドでは、光デイスク基板からの情報信号を
光源に戻すことなく効率よく受光光学系へ導く光
サーキユレータ素子として、1/4波長板と組み合
わせて用いられている。
（発明が解決しようとする問題点）
これらの従来の偏光分離素子は大型であるとい
う難点を有する。光学的異方性結晶を使つた偏光
素子にしろ、誘電体薄膜型の偏光素子にしろ光軸
に対して45°ないしそれ以上に斜めに配した反射
境界面を持つことから、すくなくとも透過ビーム
径の√２倍の立方体となる。光デイスクヘツドと
くに再生専用ではなく記録可能型の光ヘツドに用
いる場合には透過ビームが大きいため、この従来
の偏光素子は一辺が８〜10mmもの立方体となつて
いる。このことが、光デイスク用光ヘツドの大き
さを大きくしている一つの原因を成している。
う難点を有する。光学的異方性結晶を使つた偏光
素子にしろ、誘電体薄膜型の偏光素子にしろ光軸
に対して45°ないしそれ以上に斜めに配した反射
境界面を持つことから、すくなくとも透過ビーム
径の√２倍の立方体となる。光デイスクヘツドと
くに再生専用ではなく記録可能型の光ヘツドに用
いる場合には透過ビームが大きいため、この従来
の偏光素子は一辺が８〜10mmもの立方体となつて
いる。このことが、光デイスク用光ヘツドの大き
さを大きくしている一つの原因を成している。
本発明の目的は、上記従来の偏光素子の難点を
除去した、極めて薄い格子型光偏光板を提供する
ことにある。
除去した、極めて薄い格子型光偏光板を提供する
ことにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の回折格子型光偏光板の構成は、ニオブ
酸リチウム結晶板の主面に、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、該回
折格子を透過させる光波の常光成分が、前記イオ
ン交換領域で受ける位相変化を相殺する手段を設
けたことを特徴とする。
酸リチウム結晶板の主面に、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、該回
折格子を透過させる光波の常光成分が、前記イオ
ン交換領域で受ける位相変化を相殺する手段を設
けたことを特徴とする。
以下、本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
（実施例 １）
第１図は本発明の第一の実施例の回折格子型光
偏光板の斜視図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。さらに、該回折格子を透過させる光
波のうち常光成分が前記イオン交換領域で受ける
位相変化を相殺させるために、その手段として、
この第一の実施例では第２図の断面図に示すよう
に、イオン交換を施こさない領域の表面のみを所
望の深さだけエツチングを施してある。
偏光板の斜視図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。さらに、該回折格子を透過させる光
波のうち常光成分が前記イオン交換領域で受ける
位相変化を相殺させるために、その手段として、
この第一の実施例では第２図の断面図に示すよう
に、イオン交換を施こさない領域の表面のみを所
望の深さだけエツチングを施してある。
本実施例では、ｘ板のニオブ酸リチウム結晶
に、ｚ軸方向に周期を有するイオン交換領域と非
交換領域で構成される格子を形成してある。この
周期を形成するには、一般に用いられているフオ
トリソグラフイ技術などで行えばよい。ニオブ酸
リチウム結晶板にプロトンイオン（H+）交換を
施すと、施さない部位に比較して異常光線に対す
る屈折率neは0.13程度上昇し、常光線に対する屈
折率npは0.04程度減少する。この常光線に対し
て、イオン交換領域の屈折率の減少によつて、非
交換領域との間で生ずる位相変化を無くするため
に、その手段として、この第一の実施例では、イ
オン交換を施さない領域の表面のみを、所望の深
さだけエツチングを施している。
に、ｚ軸方向に周期を有するイオン交換領域と非
交換領域で構成される格子を形成してある。この
周期を形成するには、一般に用いられているフオ
トリソグラフイ技術などで行えばよい。ニオブ酸
リチウム結晶板にプロトンイオン（H+）交換を
施すと、施さない部位に比較して異常光線に対す
る屈折率neは0.13程度上昇し、常光線に対する屈
折率npは0.04程度減少する。この常光線に対し
て、イオン交換領域の屈折率の減少によつて、非
交換領域との間で生ずる位相変化を無くするため
に、その手段として、この第一の実施例では、イ
オン交換を施さない領域の表面のみを、所望の深
さだけエツチングを施している。
第２図の断面を有し、第１図の斜視図に示すよ
うな構造の位相格子に入射光３が入射すると、ｙ
軸方向に振動する偏光成分すなわち常光成分は、
イオン交換による非イオン交換領域より屈折率の
低い格子が形成されていても、非イオン交換領域
の表面がエツチングされているために、面内にお
いて受ける位相変化は一様となつて光学的回折格
子の効果はないため、０次光４となつて結晶板１
を直進通過する。一方、入射光３とのｚ軸方向に
振動する偏光成分すなわち異常光成分に対して
は、プロトンイオン交換領域２はne＋0.13、非交
換領域neの屈折率が周期的に異なり、それらの間
でteの段差のある光学的位相回折格子に入射した
ことになり、回折光５及び６となつて結晶板１か
ら出射する。
うな構造の位相格子に入射光３が入射すると、ｙ
軸方向に振動する偏光成分すなわち常光成分は、
イオン交換による非イオン交換領域より屈折率の
低い格子が形成されていても、非イオン交換領域
の表面がエツチングされているために、面内にお
いて受ける位相変化は一様となつて光学的回折格
子の効果はないため、０次光４となつて結晶板１
を直進通過する。一方、入射光３とのｚ軸方向に
振動する偏光成分すなわち異常光成分に対して
は、プロトンイオン交換領域２はne＋0.13、非交
換領域neの屈折率が周期的に異なり、それらの間
でteの段差のある光学的位相回折格子に入射した
ことになり、回折光５及び６となつて結晶板１か
ら出射する。
光学的に厚さが薄い回折格子による０次回折光
の回折効率Jp 2（Φ）で与えられる。ここで、Φ
は回折格子によつて異常光の受ける位相変化であ
る。異常光線が総て回折され、０次光成分４中に
現れないためにはJp 2（Φ）＝０、すなわち、Φ〜
2.4であり、光波長0.8μmにたいしてＴすなわち交
換領域の厚さは2.3μm程度、また光波長1.3μmに
たいしては、3.8μm程度と設定すればよい。さら
に、段差teは、光波長0.8μmに対しては400A程
度、1.3μm光に対して700A程度とすればよい。
の回折効率Jp 2（Φ）で与えられる。ここで、Φ
は回折格子によつて異常光の受ける位相変化であ
る。異常光線が総て回折され、０次光成分４中に
現れないためにはJp 2（Φ）＝０、すなわち、Φ〜
2.4であり、光波長0.8μmにたいしてＴすなわち交
換領域の厚さは2.3μm程度、また光波長1.3μmに
たいしては、3.8μm程度と設定すればよい。さら
に、段差teは、光波長0.8μmに対しては400A程
度、1.3μm光に対して700A程度とすればよい。
（実施例 ２）
第３図は本発明の第二の実施例の回折格子型光
偏光板の断面図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。該イオン交換を施した領域の表面の
みに、所望の厚さに設定せられた誘電体膜７が設
けてある。
偏光板の断面図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。該イオン交換を施した領域の表面の
みに、所望の厚さに設定せられた誘電体膜７が設
けてある。
第３図の断面を有する位相格子に、第１図と同
様に光が入射すると、ｙ軸方向に振動する偏光成
分すなわち常光成分の受けるイオン交換を施した
領域の屈折率の低下による位相変化は該領域の上
に設けた誘電体膜によつて相殺され、イオン交換
による格子が形成されていても、光学的回折格子
の効果はなく、結晶板１を直進通過する。一方、
異常光成分に対しては、プロトンイオン交換領域
はne＋0.13、非交換領域はneと屈折率が周期的に
異なり、更に誘電体膜が付加された光学的回折格
子に入射したことになり、回折光となつて結晶板
１から出射する。
様に光が入射すると、ｙ軸方向に振動する偏光成
分すなわち常光成分の受けるイオン交換を施した
領域の屈折率の低下による位相変化は該領域の上
に設けた誘電体膜によつて相殺され、イオン交換
による格子が形成されていても、光学的回折格子
の効果はなく、結晶板１を直進通過する。一方、
異常光成分に対しては、プロトンイオン交換領域
はne＋0.13、非交換領域はneと屈折率が周期的に
異なり、更に誘電体膜が付加された光学的回折格
子に入射したことになり、回折光となつて結晶板
１から出射する。
異常光が総て回折され、常光が回折を受けない
ためのイオン交換の深さ及び誘電体膜の厚さに対
する条件は、上記実施例１と同様に求めることが
でき、光波長0.8μmにたいして交換領域の厚さは
2.3μm程度、また光波長1.3μmにたいしては、
3.8μm程度と設定すればよい。さらに、イオン交
換を施してある領域の上に設ける誘電体膜の厚さ
は屈折率1.45のSiO2を誘電体膜に用いたとき、波
長0.8μmの光に対しては400A程度、1.3μm光に対
しては700程度すればよい。
ためのイオン交換の深さ及び誘電体膜の厚さに対
する条件は、上記実施例１と同様に求めることが
でき、光波長0.8μmにたいして交換領域の厚さは
2.3μm程度、また光波長1.3μmにたいしては、
3.8μm程度と設定すればよい。さらに、イオン交
換を施してある領域の上に設ける誘電体膜の厚さ
は屈折率1.45のSiO2を誘電体膜に用いたとき、波
長0.8μmの光に対しては400A程度、1.3μm光に対
しては700程度すればよい。
（実施例 ３）
第４図は本発明の第三の実施例の回折格子型光
偏光板の断面図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。さらに、該回折格子を透過させる光
波のうち常光成分が前記イオン交換領域で受ける
位相変化を相殺させるために、その手段として、
この第三の実施例では、該イオン交換を施した領
域の表面とイオン交換を施してない領域の表面と
で厚さを異ならしめた誘電体膜７を設けてある。
偏光板の断面図であつて、１はニオブ酸リチウム
結晶板、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て光学的回折格子を
設けてある。さらに、該回折格子を透過させる光
波のうち常光成分が前記イオン交換領域で受ける
位相変化を相殺させるために、その手段として、
この第三の実施例では、該イオン交換を施した領
域の表面とイオン交換を施してない領域の表面と
で厚さを異ならしめた誘電体膜７を設けてある。
第４図の断面を有する位相格子に光が入射する
と、ｙ軸方向に振動する偏光成分すなわち常光成
分は、面内において受ける位相変化は一様となつ
て光学的回折格子の効果を受けないため、結晶板
を直進通過する。一方、ｚ軸方向に振動する偏光
成分すなわち異常光成分は、光学的位相回折格子
の効果を受け、回折光となつて結晶板１から出射
する。
と、ｙ軸方向に振動する偏光成分すなわち常光成
分は、面内において受ける位相変化は一様となつ
て光学的回折格子の効果を受けないため、結晶板
を直進通過する。一方、ｚ軸方向に振動する偏光
成分すなわち異常光成分は、光学的位相回折格子
の効果を受け、回折光となつて結晶板１から出射
する。
異常光が総て回折され、常光が回折を受けずに
透過するためのイオン交換の深さ及び誘電体膜の
段差に対する条件は、上記実施例２と同様にすれ
ばよい。
透過するためのイオン交換の深さ及び誘電体膜の
段差に対する条件は、上記実施例２と同様にすれ
ばよい。
ニオブ酸リチウム結晶にプロトン交換を施す方
法は、光導波路を形成する方法としてよく知られ
ており、たとえば217℃程度に熱した安息香酸中
にニオブ酸リチウム結晶を６時間程度浸すと、
2.3μm程度の深さのプロトンイオン交換が実現す
る。さらに、温度と時間を増加させると交換深さ
を4μm程度まで増加させることができる。
法は、光導波路を形成する方法としてよく知られ
ており、たとえば217℃程度に熱した安息香酸中
にニオブ酸リチウム結晶を６時間程度浸すと、
2.3μm程度の深さのプロトンイオン交換が実現す
る。さらに、温度と時間を増加させると交換深さ
を4μm程度まで増加させることができる。
上記の作製法で使つた格子型偏光素子を従来と
同様の使い方すなわち1/4波長板やフアラデー回
転子と組み合わせることによつて従来と同様の効
果すなわち光アイソレーシヨン効果を得ることが
できる。この格子型偏光素子は、薄いニオブ酸リ
チウム結晶板を使つて形成できるため、小型で薄
い偏光素子を得ることができる。
同様の使い方すなわち1/4波長板やフアラデー回
転子と組み合わせることによつて従来と同様の効
果すなわち光アイソレーシヨン効果を得ることが
できる。この格子型偏光素子は、薄いニオブ酸リ
チウム結晶板を使つて形成できるため、小型で薄
い偏光素子を得ることができる。
なお、上述のイオン交換時間の精度は、それほ
ど高い精度を必要としない。何故ならばイオン交
換時間の設定が不十分でJp 2（Φ）＝０より僅かに
ずれても、この回折格子を複数、例えばニオブ酸
リチウム結晶の両面に回折格子を形成するか、或
は、複数の板を縦属に用いることによつて、透過
０次光の強度極めて小さくすることができる。
ど高い精度を必要としない。何故ならばイオン交
換時間の設定が不十分でJp 2（Φ）＝０より僅かに
ずれても、この回折格子を複数、例えばニオブ酸
リチウム結晶の両面に回折格子を形成するか、或
は、複数の板を縦属に用いることによつて、透過
０次光の強度極めて小さくすることができる。
さらに、上記の実施例では、プロトンイオン交
換の場合を述べたが、同じ効果は硝酸銀や硝酸タ
リウム等に浸した場合にもそれぞれ銀イオン
（Ag+）交換、タリウムイオン（Tl+）交換が生
じ、異常光屈折率の0.13程度の屈折率上昇が確認
されている。
換の場合を述べたが、同じ効果は硝酸銀や硝酸タ
リウム等に浸した場合にもそれぞれ銀イオン
（Ag+）交換、タリウムイオン（Tl+）交換が生
じ、異常光屈折率の0.13程度の屈折率上昇が確認
されている。
（発明の効果）
以上述べたように、本発明によれば薄くて小型
の偏光素子を得ることができ、さらには、ニオブ
酸リチウム結晶ウエハを素材として作製するた
め、バツチ処理による大量安価の偏光素子を得る
ことができる。
の偏光素子を得ることができ、さらには、ニオブ
酸リチウム結晶ウエハを素材として作製するた
め、バツチ処理による大量安価の偏光素子を得る
ことができる。
第１図は本発明の第一の実施例の回折格子型光
偏光板の斜視図であり、第２図はその断面図であ
り、第３図及び第４図は、それぞれ別なる実施例
の構造断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶板、２……イオン
交換領域、３……入射光、４〜６……回折出射
光、７……誘電体膜。
偏光板の斜視図であり、第２図はその断面図であ
り、第３図及び第４図は、それぞれ別なる実施例
の構造断面図である。 １……ニオブ酸リチウム結晶板、２……イオン
交換領域、３……入射光、４〜６……回折出射
光、７……誘電体膜。
Claims (1)
- １ ニオブ酸リチウム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、該回折格子を透過させる常光成分が、前記イ
オン交換を施こした領域とイオン交換を施さない
領域との間で受ける位相変化を相殺する手段を設
けたことを特徴とする複屈折回折格子型光偏光
板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62130144A JPS63314502A (ja) | 1986-12-16 | 1987-05-26 | 複屈折回折格子型光偏光板 |
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30078486 | 1986-12-16 | ||
| JP61-300784 | 1986-12-16 | ||
| JP61-300783 | 1986-12-16 | ||
| JP30078386 | 1986-12-16 | ||
| JP62-7805 | 1987-01-14 | ||
| JP780587 | 1987-01-14 | ||
| JP62130144A JPS63314502A (ja) | 1986-12-16 | 1987-05-26 | 複屈折回折格子型光偏光板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63314502A JPS63314502A (ja) | 1988-12-22 |
| JPH0575081B2 true JPH0575081B2 (ja) | 1993-10-19 |
Family
ID=27454800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62130144A Granted JPS63314502A (ja) | 1986-12-16 | 1987-05-26 | 複屈折回折格子型光偏光板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63314502A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0405444B1 (en) * | 1989-06-26 | 1997-09-03 | Nec Corporation | Optical system |
| US5367403A (en) * | 1992-04-08 | 1994-11-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical element and method of fabricating the same |
| JP2882234B2 (ja) * | 1992-04-08 | 1999-04-12 | 松下電器産業株式会社 | 偏光分離素子の製造方法および光情報処理装置 |
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-
1987
- 1987-05-26 JP JP62130144A patent/JPS63314502A/ja active Granted
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| Publication number | Publication date |
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| JPS63314502A (ja) | 1988-12-22 |
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