JPH07248417A - Holographic polarization beam splitter - Google Patents

Holographic polarization beam splitter

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JPH07248417A
JPH07248417A JP13447694A JP13447694A JPH07248417A JP H07248417 A JPH07248417 A JP H07248417A JP 13447694 A JP13447694 A JP 13447694A JP 13447694 A JP13447694 A JP 13447694A JP H07248417 A JPH07248417 A JP H07248417A
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JP
Japan
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polarized light
diffraction efficiency
beam splitter
light
hologram
Prior art date
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Application number
JP13447694A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Morita
森田英明
Yukio Taniguchi
谷口幸夫
Ritsu Saito
律 斎藤
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH07248417A publication Critical patent/JPH07248417A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a polarization beam splitter for which only the hologram recorded with interference fringes is used and other prisms, etc., are not used or the prisms, etc., are used only on either one surface of the hologram and which is simple in constitution, is light in weight, small in size and is easily producible. CONSTITUTION:This polarization beam splitter 20 which separates luminous fluxes 21 mixed with a P polarized light component and S polarized light component at a prescribed ratio between a P polarized light component 22 (23) and S polarized light component 23 (22) is composed of the transmission type hologram having the interference fringes recorded by refractive index modulation in a planar transparent recording material having a thickness. The interference fringes are so set as to allow transmission of the prescribed ratio part of either of the P polarized light component and the S polarized light component among the incident luminous fluxes on the planar transparent f-recording material as zero order light 23 and to separate the P polarized light component from S polarized light component at a prescribed by diffracting other prescribed ratio part as first order light 22.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラフィック偏光
ビームスプリッタに関し、特に、ビデオディスク、デジ
タル・オーディオ・ディスク(コンパクトディスク)、
光ディスク、光磁気記録ディスク、ミニディスク用のピ
ックアップや、光アイソレータの検光子として用いられ
る偏光ビームスプリッタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a holographic polarization beam splitter, and more particularly to a video disc, a digital audio disc (compact disc),
The present invention relates to a polarization beam splitter used as an analyzer for optical discs, magneto-optical recording discs, mini-disc pickups, and optical isolators.

【0002】[0002]

【従来の技術】ビデオディスク、デジタル・オーディオ
・ディスク(コンパクトディスク)、光ディスク、光磁
気記録ディスク、ミニディスク用のピックアップでは、
従来、直角プリズムを2個貼り合わせ、その貼り合わせ
面に誘電体多層膜をコートした偏光ビームスプリッタが
用いられている。また、光アイソレータの検光子として
は、方解石で製作された偏光ビームスプリッタが用いら
れている。さらに、体積ホログラムを2個の直角プリズ
ムの貼り合わせ面に設けたホログラフィック偏光ビーム
スプリッタも知られている(例えば、“SPIE”vol.
1507,pp.426-434(1991) 参照)。
2. Description of the Related Art Pickups for video discs, digital audio discs (compact discs), optical discs, magneto-optical recording discs, and mini discs,
Conventionally, a polarization beam splitter in which two right-angle prisms are bonded together and the bonding surface is coated with a dielectric multilayer film is used. A polarization beam splitter made of calcite is used as the analyzer of the optical isolator. Furthermore, a holographic polarization beam splitter in which a volume hologram is provided on the bonding surface of two right-angle prisms is also known (for example, "SPIE" vol.
1507, pp.426-434 (1991)).

【0003】このような偏光ビームスプリッタを光磁気
ディスク用のピックアップに用いた場合の構成を図8を
参照にして簡単に説明する(日経マグロウヒル社発行
「光ディスク技術ハンドブック」pp.77〜78から
引用)。光磁気ディスクの場合は、偏光方向の変化を利
用しているので、追記型のように偏光状態を変えるλ/
4板は使用できない。したがって、偏光ビームスプリッ
タ1は、S偏光反射率は100%であるが、P偏光の透
過率は40〜60%にしてある。半導体レーザからの光
ビームはP偏光であるが、光磁気ディスクからの反射光
はカー回転角だけ偏光方向が回転しているため、S成分
が含まれている。偏光ビームスプリッタ2からフォトデ
ィテクタ1までがナイフエッジ法のフォーカスエラー検
出系、フォトディテクタ2までがプッシュプル法による
トラッキングエラー検出系である。フォトディテックタ
3、4までが信号検出系で、偏光ビームスプリッタ3は
P偏光透過率とS偏光反射率が100%で、検光子の役
割を果たしている。λ/2板を回転させることにより、
戻り光の偏光方向を回転させ、偏光ビームスプリッタ3
に対して信号振幅が最大になるようにする。2個のフォ
トディテクタで検出される信号は、偏光ビームスプリッ
タの反射と透過の関係にあるので、逆相の信号になって
いる。一方、光量変動によるノイズは同相となるので、
2個のフォトディテクタの出力の差をとることにより、
ノイズを低減することが可能である。
The structure when such a polarization beam splitter is used for a pickup for a magneto-optical disk will be briefly described with reference to FIG. 8 (quoted from Nikkei McGraw-Hill's "Optical Disk Technology Handbook" pp. 77-78). ). In the case of a magneto-optical disk, since the change in the polarization direction is used, λ / that changes the polarization state like a write-once type
4 plates cannot be used. Therefore, the polarization beam splitter 1 has an S-polarized light reflectance of 100% but a P-polarized light transmittance of 40 to 60%. The light beam from the semiconductor laser is P-polarized, but the reflected light from the magneto-optical disk has the S component because the polarization direction is rotated by the Kerr rotation angle. The polarization beam splitter 2 to the photo detector 1 are a focus error detection system by the knife edge method, and the photo detector 2 are a tracking error detection system by the push-pull method. The photodetectors 3 and 4 are a signal detection system, and the polarization beam splitter 3 has a P-polarized light transmittance and an S-polarized light reflectance of 100%, and functions as an analyzer. By rotating the λ / 2 plate,
The polarization direction of the return light is rotated and the polarization beam splitter 3
For maximum signal amplitude. The signals detected by the two photodetectors have a relation of reflection and transmission of the polarization beam splitter, and thus have opposite phases. On the other hand, noise due to fluctuations in light quantity is in phase, so
By taking the difference between the outputs of the two photodetectors,
It is possible to reduce noise.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の偏
光ビームスプリッタは、2枚のプリズムを貼り合わせる
構成のため、これを用いる装置、例えば、光磁気記録デ
ィスクの読み取り装置のピックアップの小型化、軽量化
に際して障害となり、また、プリズムの分の材料費や作
製工程が増え、コストがかかる。さらに、ビームの分離
角が特定の値となるため、設計上の自由度が拘束され、
この点からも装置の小型化の障害となっている。
The conventional polarization beam splitter as described above has a structure in which two prisms are attached to each other. Therefore, the size of a pickup using an apparatus using the prism, for example, a reading apparatus for a magneto-optical recording disk is downsized. However, this is an obstacle to weight reduction, and the material cost for the prism and the number of manufacturing steps increase, resulting in high cost. Furthermore, because the beam separation angle has a specific value, the degree of freedom in design is restricted,
From this point as well, it is an obstacle to miniaturization of the device.

【0005】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、干渉縞が記録さ
れたホログラム単体のみを用い他のプリズム等を用いな
いか、又は、ホログラムの何れかの片面のみにプリズム
等を用いた、簡単な構成で、軽量、小型、製作が容易な
ホログラフィック偏光ビームスプリッタを提供すること
である。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object thereof is to use only a hologram alone in which interference fringes are recorded and not use another prism or the like, or a hologram. (EN) It is possible to provide a holographic polarization beam splitter that uses a prism or the like on only one of the surfaces, has a simple structure, is lightweight, is small in size, and is easy to manufacture.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラフィック偏光ビームスプリッタは、直交す
る2つの偏光成分であるP偏光成分とS偏光成分が混合
した光束を所定割合でP偏光成分とS偏光成分に分離す
る偏光ビームスプリッタにおいて、厚みを有する板状透
明記録材料中に屈折率変調により記録された干渉縞を有
する透過型ホログラムからなり、この板状透明記録材料
に入射する光束の中、P偏光成分とS偏光成分の何れか
一方の所定割合部分を0次光として透過し、他方の所定
割合部分を1次光として回折することにより所定割合で
P偏光成分とS偏光成分を分離するように前記の干渉縞
が設定されていることを特徴とするものである。
A holographic polarization beam splitter of the present invention which achieves the above object is a P-polarization component at a predetermined ratio of a light beam in which a P-polarization component and an S-polarization component which are two orthogonal polarization components are mixed. And a polarization beam splitter for separating the S-polarized light component into a S-polarized light component, which is composed of a transmission hologram having interference fringes recorded by refractive index modulation in a plate-shaped transparent recording material having a thickness, Among them, the P-polarized component and the S-polarized component are transmitted at a predetermined ratio portion of one of the P-polarized light component and the S-polarized light component as the 0th-order light, and the other predetermined ratio portion is diffracted as the first-order light, thereby converting the P-polarized light component and the S-polarized light component at a predetermined ratio The interference fringes are set so as to be separated.

【0007】この場合、屈折率変調をΔn、干渉縞の記
録されている有効膜厚をd、干渉縞の法線のホログラム
の法線に対する角度をφ、入射光の波長をλ、ホログラ
ムの法線に対して入射光のなすホログラム内部での角度
をθ、干渉縞により回折された1次光のホログラム内部
でのホログラムの法線に対する角度をθS とする場合
に、α=Δnd/λ及びθ、θS 、φの4変数が以下の
3つの方程式を満たし、 Θ2 +(2AB+B2 −1)Θ+A2 =0 ・・・(a) 又は A2 +2BΘA+{Θ2 +(B2 −1)Θ}=0 ・・・ (a') ただし、判別式として、 sinθ sinθS =−A−B ・・・ (a") φ−θ=( cos-1B)/2 ・・・(b) 2φ=θ+θS ±π ・・・(c) ここで、Θ=cos2θ,A=(α/rS 2 ,B=rP
S ,rS =εS +iS ,rP =εP +iP ,εS は0
≦εS <1かつεS ={ sin-1(ηS 1/2 )}/πなる
実数,εP は0≦εP <1かつεP ={ sin-1(ηP
1/2 )}/πなる実数,iS はiS ≧0なる任意の整
数,iP は−iS −(εS +εP )≦iP ≦iS +(ε
S −εP )なる任意の整数,ηS はS偏光の回折1次光
の回折効率,ηP はP偏光の回折1次光の回折効率,か
つ、透明記録材料の平均屈折率nを用いた θn = sin-1(1/n),0<θn <π/2 なるθn により表される以下の条件式の少なくとも何れ
か一方を満たし、 −θn <θ<θn すなわち1−1/n2 <Θ≦1、又は
−θn <θS <θn かつ、上記の整数iS 、iP により離散的に拘束される
光学条件を満たすことが必要になる。
In this case, the refractive index modulation is Δn, the effective film thickness in which the interference fringes are recorded is d, the angle of the normal line of the interference fringes to the normal line of the hologram is φ, the wavelength of the incident light is λ, and the hologram method is used. When the angle formed by the incident light with respect to the line inside the hologram is θ and the angle of the primary light diffracted by the interference fringes with respect to the normal line of the hologram inside is θ S , α = Δnd / λ and Four variables of θ, θ S , and φ satisfy the following three equations, and θ 2 + (2AB + B 2 −1) θ + A 2 = 0 (a) or A 2 + 2BθA + {θ 2 + (B 2 −1 ) Θ} = 0 (a ′) However, as a discriminant, sin θ sin θ S = −AB− (a ″) φ−θ = (cos −1 B) / 2 (b) ) 2φ = θ + θ S ± π (c) where Θ = cos 2 θ, A = (α / r S ) 2 , B = r P /
r S , r S = ε S + i S , r P = ε P + i P , ε S is 0
≤ ε S <1 and ε S = {sin -1S 1/2 )} / π, ε P is 0 ≤ ε P <1 and ε P = {sin -1P
1/2 )} / π real number, i S is an arbitrary integer i S ≧ 0, i P is −i S − (ε S + ε P ) ≦ i P ≦ i S + (ε
S −ε P ), η S is the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of S-polarized light, η P is the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of P-polarized light, and the average refractive index n of the transparent recording material is used. There was θ n = sin -1 (1 / n), 0 <θ n <π / 2 becomes theta satisfies at least one of the following condition represented by n, -θ n <θ <θ n ie 1 It is necessary to satisfy −1 / n 2 <θ ≦ 1 or −θ nSn and the optical conditions discretely constrained by the above integers i S and i P.

【0008】そして、S偏光又はP偏光の何れか一方の
回折効率が0.8〜1.0であり、他方の回折効率が
0.0〜0.2であるものとして構成できる。
The diffraction efficiency of either S-polarized light or P-polarized light can be 0.8 to 1.0, and the diffraction efficiency of the other can be 0.0 to 0.2.

【0009】その場合、εP =0.35242〜0.6
4758、かつ、εS =0〜0.14758又はεS
0.85242〜1であり、P偏光の回折効率が0.8
〜1.0であり、S偏光の回折効率が0.0〜0.2で
あっても、εS =0.35242〜0.64758、か
つ、εP =0〜0.14758又はεP =0.8524
2〜1であり、S偏光の回折効率が0.8〜1.0であ
り、P偏光の回折効率が0.0〜0.2であってもよ
い。
In that case, ε P = 0.35242-0.6
4758 and ε S = 0 to 0.14758 or ε S =
0.85242-1, and the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.8.
Is 1.0, even diffraction efficiency of the S polarized light is 0.0 to 0.2, epsilon S = from .35242 to .64758 and,, epsilon P = from 0 to 0.14758 or epsilon P = 0.8524
2 to 1, the diffraction efficiency of S-polarized light may be 0.8 to 1.0, and the diffraction efficiency of P-polarized light may be 0.0 to 0.2.

【0010】さらに、S偏光又はP偏光の何れか一方の
回折効率が0.8〜1.0又は0.0〜0.2であり、
他方の回折効率が0.2〜0.8であるものとしても構
成できる。
Further, the diffraction efficiency of either S-polarized light or P-polarized light is 0.8 to 1.0 or 0.0 to 0.2,
The other diffraction efficiency may be 0.2 to 0.8.

【0011】この場合、εS =0.35242〜0.6
4758、かつ、εP =0.14758〜0.3524
2又はεP =0.64758〜0.85242であり、
S偏光の回折効率が0.8〜1.0であり、P偏光の回
折効率が0.2〜0.8であっても、εS =0〜0.1
4758又はεS =0.85242〜1、かつ、εP
0.14758〜0.35242又はεP =0.647
58〜0.85242であり、S偏光の回折効率が0.
0〜0.2であり、P偏光の回折効率が0.2〜0.8
であっても、εP =0.35242〜0.64758、
かつ、εS =0.14758〜0.35242又はεS
=0.64758〜0.85242であり、P偏光の回
折効率が0.8〜1.0であり、S偏光の回折効率が
0.2〜0.8であっても、また、εP =0〜0.14
758又はεP =0.85242〜1、かつ、εS
0.14758〜0.35242又はεS =0.647
58〜0.85242であり、P偏光の回折効率が0.
0〜0.2であり、S偏光の回折効率が0.2〜0.8
であってもよい。
In this case, ε S = 0.35242-0.6
4758 and ε P = 0.14758 to 0.3524
2 or ε P = 0.64758 to 0.85242,
Even if the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.8 to 1.0 and the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.2 to 0.8, ε S = 0 to 0.1.
4758 or ε S = 0.85242-1 and ε P =
0.14758 to 0.35242 or ε P = 0.647
58 to 0.85242, and the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.
0 to 0.2, and the diffraction efficiency of P polarized light is 0.2 to 0.8.
, Ε P = 0.35242-0.64758,
And ε S = 0.14758 to 0.35242 or ε S
= 0.64758 to 0.85242, the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.8 to 1.0, and the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.2 to 0.8, ε P = 0 to 0.14
758 or ε P = 0.85242-1 and ε S =
0.14758 to 0.35242 or ε S = 0.647
58 to 0.85242, and the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.
0 to 0.2, and the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.2 to 0.8.
May be

【0012】なお、本発明のホログラフィック偏光ビー
ムスプリッタは、例えば光磁気記録ディスクの読み取り
装置のピックアップに用いることができる。
The holographic polarization beam splitter of the present invention can be used, for example, in a pickup of a reading device for a magneto-optical recording disk.

【0013】[0013]

【作用】本発明おいては、厚みを有する板状透明記録材
料中に屈折率変調により記録された干渉縞を有する透過
型ホログラムからなり、この板状透明記録材料に入射す
る光束の中、P偏光成分とS偏光成分の何れか一方の所
定割合部分を0次光として透過し、他方の所定割合部分
を1次光として回折することにより所定割合でP偏光成
分とS偏光成分を分離するように上記の干渉縞が設定さ
れているので、従来の偏光ビームスプリッタに比較し
て、その構成が単体のホログラムのみでプリズムが不要
になっているか、又は、ホログラムと何れか片面のみに
プリズム等を用いていることで、ホログラムにより偏光
ビームスプリッタが実現できる。したがって、これを用
いる装置等の小型化、軽量化及びコストダウンが可能と
なる。また、偏光ビームスプリッタを単に1枚のホログ
ラム、又は、何れか片面のみにプリズム等を設置したホ
ログラムにより構成できるため、複製等により極めて簡
単で安価に製作することができる。さらに、ビームの分
離角が何通りもとり得るため、設計上の自由度があり、
この点からも装置の小型化が可能になる。
According to the present invention, a transparent hologram having interference fringes recorded by refractive index modulation in a plate-shaped transparent recording material having a thickness is used. It is possible to separate the P-polarized component and the S-polarized component at a predetermined ratio by transmitting a predetermined ratio part of one of the polarization component and the S-polarization component as 0th-order light and diffracting the other predetermined ratio part as the first-order light. Since the above interference fringes are set in, compared to the conventional polarization beam splitter, the structure is only a single hologram and no prism is required, or the hologram and the prism on either one side only. By using the hologram, a polarization beam splitter can be realized by the hologram. Therefore, it is possible to reduce the size, weight and cost of the device using the same. Further, since the polarization beam splitter can be constituted by only one hologram or a hologram in which a prism or the like is installed on only one surface, it can be manufactured extremely easily and inexpensively by duplication or the like. Furthermore, since there are many beam separation angles, there is freedom in design,
Also from this point, the device can be downsized.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明のホログラフィック偏光ビーム
スプリッタの原理と実施例について、図面を参照にして
説明する。まず、本発明の基本原理について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The principle and embodiments of the holographic polarization beam splitter of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the basic principle of the present invention will be described.

【0015】コーゲルニクの式(H.Kogelnik"Coupled W
ave Theory for Thick Hologram Gratings"Bell Syst.
Tech.,J.48,2909(1969) )より、透過型のホログラムの
ブラッグ条件下での回折効率ηは、 η= sin2 ν ・・・(1) ただし、νについては、S偏光についての値νS は、 νS =πΔnd/{λ( cosθ cosθS 1/2 } ・・・(2) P偏光についての値νP は、 νP =νS cos{2(φ−θ)} ・・・(3) となる(例えば、前記の“SPIE”vol.1507,pp.426-
434(1991) 参照)。ここで、記号は図5に示すように、
dはホログラムの干渉縞が記録されている有効厚、λは
入射光の波長、Δnはホログラム媒質の平均屈折率nに
対する干渉縞の屈折率変調、φは干渉縞の法線のホログ
ラムの法線に対する角、θはホログラムの法線に対して
干渉縞への入射光のなすホログラム内部での角、θS
干渉縞によりブラッグ回折された1次光のホログラム内
部でのホログラムの法線に対する角である。
Kogelnik's formula (H.Kogelnik "Coupled W
ave Theory for Thick Hologram Gratings "Bell Syst.
From Tech., J.48,2909 (1969)), the diffraction efficiency η under the Bragg condition of a transmission hologram is η = sin 2 ν (1) However, for ν, for S-polarized light The value ν S is ν S = πΔnd / {λ (cos θ cos θ S ) 1/2 } (2) The value ν P for P-polarized light is ν P = ν S cos {2 (φ−θ)} ... (3) (For example, the above-mentioned "SPIE" vol.1507, pp.426-
434 (1991)). Here, the symbols are as shown in FIG.
d is the effective thickness in which the interference fringes of the hologram are recorded, λ is the wavelength of the incident light, Δn is the refractive index modulation of the interference fringes with respect to the average refractive index n of the hologram medium, and φ is the hologram normal of the normal of the interference fringes. Is the angle inside the hologram formed by the incident light on the interference fringes with respect to the normal line of the hologram, and θ S is the angle with respect to the normal line of the hologram inside the hologram of the first-order light Bragg-diffracted by the interference fringes. Is.

【0016】また、ホログラムの干渉縞の格子ベクトル
の方向φとθ、θS の間には、一般的に、 φ=(θ+θS )/2±π/2(複合は、場合に応じて一方のみ) 2φ=θ+θS ±π ・・・(4) も成り立つ。
Further, between the directions φ and θ, θ S of the lattice vector of the interference fringes of the hologram, in general, φ = (θ + θ S ) / 2 ± π / 2 (composite is one Only) 2φ = θ + θ S ± π (4) holds.

【0017】ここで、P、Sの各偏光の回折効率を任意
に与えたとき、これを満たす光学条件を求める。すなわ
ち、P偏光の回折効率ηP 、S偏光の回折効率ηS の値
を最初に決定したとき、(1)式の変形である ν= sin-1(±η1/2 ) ・・・(1') から、νP 、νS が求まり、これより、(2)〜(4)
式によりその他の変数Δn、d、λ、θ、θS 、φを算
出することを考える。ここで、Δn、d、λはΔnd/
λの形でしか出現しないので、1つの変数α α=Δnd/λ にまとめる。
Here, when the diffraction efficiencies of the P and S polarized lights are arbitrarily given, the optical conditions satisfying these are obtained. That is, when the values of the diffraction efficiency η P of P- polarized light and the diffraction efficiency η S of S-polarized light are first determined, ν = sin −1 (± η 1/2 ) which is a modification of the equation (1) ( 1 ′), ν P and ν S are obtained, and from this, (2) to (4)
Consider calculating the other variables Δn, d, λ, θ, θ S , and φ by the formula. Here, Δn, d, and λ are Δnd /
Since it appears only in the form of λ, it is summarized as one variable α α = Δnd / λ.

【0018】すると、α、θ、θS 、φの4つの変数に
対して方程式が(2)〜(4)の3つなので、4変数の
中の1つを特定の値に決定することにより、残りの3つ
を未知数にして、連立方程式からこれらが解として算出
される。
Then, since there are three equations (2) to (4) for the four variables of α, θ, θ S , and φ, by determining one of the four variables to a specific value. , The remaining three are unknowns, and these are calculated as solutions from simultaneous equations.

【0019】ところが、(2)〜(4)式を解くには、
数学的な式の変形が必要なので、これを行う手順及びそ
の結果である解を直接得る式を以下に示す。
However, to solve the equations (2) to (4),
Since a mathematical transformation of the formula is required, the procedure for doing this and the formula for directly obtaining the resulting solution are given below.

【0020】(2)式より、 νS =πα/( cosθ cosθS 1/2 cosθ cosθS =(πα/νS 2 =A ・・・(5) となる(A=(πα/νS 2 とした。)。また、B=
νP /νS とおくと、(3)式より、 B= cos{2(φ−θ)} ・・・(6) φ−θ=( cos-1B)/2 ・・・(7) (6)式に(4)式を代入して、 B= cos(θ+θS ±π−2θ) =− cos(θS −θ) =− cosθ cosθS − sinθ sinθS =−A− sinθ sinθS sinθ sinθS =−A−B ・・・(8) ここで、(5)式より、 cos2θS =(A/ cosθ)2 =A2 /Θ(Θ=cos2θとした。)・・(9) また、(8)式より、 (A+B)2 =sin2θsin2θS ・・・(10) =(1−cos2θ)(1−cos2θS ) (9)式、及び、cos2θ=Θを代入して、 (A+B)2 =(1−Θ)(1−A2 /Θ) Θ(A+B)2 =(1−Θ)(Θ−A2 ) ΘA2 +2ΘAB+ΘB2 =Θ−A2 −Θ2 +ΘA2 2ΘAB+ΘB2 =Θ−A2 −Θ2 この変形より、Θに関する2次方程式: Θ2 +(2AB+B2 −1)Θ+A2 =0 ・・・(11) Aに関する2次方程式: A2 +2BΘA+{Θ2 +(B2 −1)Θ}=0 ・・・ (11') が得られる。
From equation (2), ν S = πα / (cos θ cos θ S ) 1/2 cos θ cos θ S = (πα / ν S ) 2 = A (5) (A = (πα / ν S ) 2. ). Also, B =
When ν P / ν S is set, from the equation (3), B = cos {2 (φ−θ)} (6) φ−θ = (cos- 1 B) / 2 (7) By substituting the equation (4) into the equation (6), B = cos (θ + θ S ± π−2θ) = − cos (θ S −θ) = − cos θ cos θ S − sin θ sin θ S = −A− sin θ sin θ S sinθ sinθ S = -A-B ··· (8) where (5) from equation, cos 2 θ S = (a / cosθ) 2 = a 2 / Θ ( was Θ = cos 2 θ.) · (9) Further, from the expression (8), (A + B) 2 = sin 2 θsin 2 θ S (10) = (1-cos 2 θ) (1-cos 2 θ S ) Expression (9), And substituting cos 2 θ = Θ, (A + B) 2 = (1-Θ) (1-A 2 / Θ) Θ (A + B) 2 = (1-Θ) (Θ-A 2 ) ΘA 2 + 2ΘAB + ΘB 2 = ΘA 2 -Θ 2 + ΘA 2 2ΘAB + ΘB 2 = ΘA 2 -Θ 2 from the variant, quadratic equation for Θ: Θ 2 + (2AB B 2 -1) Θ + A 2 = 0 ··· (11) A related quadratic equation: A 2 + 2BΘA + {Θ 2 + (B 2 -1) Θ} = 0 ··· (11 ') is obtained.

【0021】ここで、一般的に、ホログラムの入射側に
屈折率n1 の媒質I、射出側に屈折率n2 の媒質IIが
密着して充填されている場合のθ、θS 及びΘの範囲を
求める。まず、θ1 をホログラム内部でホログラムの法
線に対して角θをなす入射光が媒質Iからホログラム媒
質へ入射するときのホログラムの法線に対する角、θ2
を干渉縞によりブラッグ回折された1次光の媒質IIへ
出たときのホログラムの法線に対する角とする(図1、
図5参照)。まず、θ1 θ2 は第I象限又は第IV象限
の角度であり、これは一般形である必要がないため、 −π/2<θ,θ1 <π/2 ・・・(12) と書ける。また、透過型ホログラムでは、θS 、θ2
同様であり、 −π/2<θS ,θ2 <π/2 ・・・(13) と書ける。さらに、媒質I、IIとホログラムの境界面
において、スネルの法則により、 入射側:n1sinθ1 =n sinθ 射出側:n sinθS =n2 sinθ2 が成り立ち、−n1 <n sinθ<n1 −n1 /n< sinθ<n1 /n ・・・(14) −θn1<θ<θn1 ・・・(15) ただし、θn1= sin-1(n1 /n),0<θn1<π/2(n>n1 ) =π/2 (n≦n1 ) 及び、 −n2 <n sinθS <n2 −n2 /n< sinθS <n2 /n ・・・(14') −θn2<θS <θn2 ・・・(1
5’) ただし、θn2= sin-1(n2 /n),0<θn2<π/2(n>n2 ) =π/2 (n≦n2 ) が求まる。また、(14)式の各辺の二乗より、 0≦sin2θ<(n1 /n)2 1−(n1 /n)2 <1−sin2θ≦1 1−(n1 /n)2 <cos2θ≦1 1−(n1 /n)2 <Θ≦1 ・・・(16) も求まる。従来型の場合は、入射側・射出側共にプリズ
ムがあり、n1 ≠1かつn2 ≠1である。これに対し、
本発明では、背反のn1 =1又はn2 =1である。
[0021] Here, in general, a medium I having a refractive index n 1 on the incident side of the hologram, when the medium II of the refractive index n 2 is filled in close contact with the exit side theta, theta of S and Θ Find the range. First, θ 1 is an angle with respect to the normal line of the hologram when the incident light forming an angle θ with respect to the normal line of the hologram inside the hologram enters the hologram medium from the medium I, and θ 2
Is an angle with respect to the normal line of the hologram when the first-order light Bragg-diffracted by the interference fringes goes out to the medium II (FIG. 1,
(See FIG. 5). First, θ 1 θ 2 is the angle of the I quadrant or the IV quadrant, and since it does not need to be a general form, −π / 2 <θ, θ 1 <π / 2 (12) Can write Further, in the transmission hologram, the same applies to θ S and θ 2, and can be written as −π / 2 <θ S , θ 2 <π / 2 (13). Further, at the boundary surface between the mediums I and II and the hologram, according to Snell's law, the incident side: n 1 sin θ 1 = n sin θ exit side: n sin θ S = n 2 sin θ 2 holds, and −n 1 <n sin θ <n 1 −n 1 / n <sin θ <n 1 / n ・ ・ ・ (14) −θ n1 <θ <θ n1・ ・ ・ (15) where θ n1 = sin −1 (n 1 / n), 0 < θ n1 <π / 2 (n> n 1 ) = π / 2 (n ≦ n 1 ) and −n 2 <n sin θ S <n 2 −n 2 / n <sin θ S <n 2 / n ... (14 ') −θ n2Sn2・ ・ ・ (1
5 ′) However, θ n2 = sin −1 (n 2 / n) and 0 <θ n2 <π / 2 (n> n 2 ) = π / 2 (n ≦ n 2 ) are obtained. Further, from the square of each side of the equation (14), 0 ≦ sin 2 θ <(n 1 / n) 2 1− (n 1 / n) 2 <1−sin 2 θ ≦ 1 1− (n 1 / n ) 2 <cos 2 θ ≤ 1 1- (n 1 / n) 2 <Θ ≤ 1 (16) is also obtained. In the case of the conventional type, there are prisms on both the incident side and the exit side, and n 1 ≠ 1 and n 2 ≠ 1. In contrast,
In the present invention, contradictory n 1 = 1 or n 2 = 1.

【0022】ところで、解を算出するために連立方程式
(11)(あるいは、(11’))及び(4)、(7)
を解くことになるが、式(11)(あるいは(1
1’))の2次方程式の二通りの解の中、(2)〜
(4)式を満たす真の解は、一般的には一通りであり、
他方は不適切な解となる場合がある。その原因は、
(8)式から(10)式への変形において、両辺を二乗
したことによる。すなわち、(10)式の解は、 sinθ sinθS =±(A+B) ただし、(15)式及び(15’)式よりsin θ sinθ
S の符号は正負何れも取り得る。
By the way, simultaneous equations (11) (or (11 ')) and (4), (7) are used to calculate the solution.
(11) (or (1
1 ')) of the two solutions of the quadratic equation,
There are generally one true solution that satisfies equation (4),
The other may be an inappropriate solution. The cause is
This is because both sides are squared in the transformation from the equation (8) to the equation (10). That is, the solution of the equation (10) is sin θ sin θ S = ± (A + B) However, from the equations (15) and (15 ′), sin θ sin θ
The sign of S can be either positive or negative.

【0023】であり、これは(8)式の必要条件に過ぎ
ないのである。また、(5)式から(9)式への変形に
おいても両辺を二乗しているが、(5)式について、
θ、θSの値の範囲から左辺 cosθ cosθS は正値、右
辺(πα/νS 2 (=A)も正値であるので、(5)
式と(9)式は等価である。よって、式(11)(ある
いは(11’))の解を判別するために、式(8)によ
る検算が必要となる。
## EQU3 ## This is just a necessary condition of the equation (8). Also, in the transformation from the equation (5) to the equation (9), both sides are squared.
From the value range of θ and θ S, the left side cos θ cos θ S is a positive value, and the right side (πα / ν S ) 2 (= A) is also a positive value, so (5)
The equation and the equation (9) are equivalent. Therefore, in order to determine the solution of Expression (11) (or (11 ′)), the verification by Expression (8) is required.

【0024】このようにして、P、Sの各偏光の任意の
回折効率及び1つの変数の特定値から、その光学的条件
を満たす解を直接求める式が得られた。これを整理する
と、 Θ2 +(2AB+B2 −1)Θ+A2 =0 ・・・(a) 又は A2 +2BΘA+{Θ2 +(B2 −1)Θ}=0 ・・・ (a') ただし、判別式として、 sinθ sinθS =−A−B ・・・ (a") φ−θ=( cos-1B)/2 ・・・(b) 2φ=θ+θS ±π (複合は、場合に応じて一方のみ) ・・・(c) ここで、Θ=cos2θ ・・・(d) ただし、−θn <θ<θn すなわち1−1/n2 <Θ≦1 ・・・ (d') 又は、 −θn <θS <θn ・・・ (d") (ここに、θn = sin-1(1/n),0<θn <π/2) A=(πα/νS 2 ・・・(e) B=νP /νS ・・・(f) α=Δnd/λ ・・・(g) νS = sin-1(±ηS 1/2 ) ・・・(h) νP = sin-1(±ηP 1/2 ) ・・・(i) が成り立つ。
In this way, a formula for directly obtaining a solution satisfying the optical condition is obtained from the arbitrary diffraction efficiencies of the P and S polarizations and the specific value of one variable. Organizing this, Θ 2 + (2AB + B 2 −1) Θ + A 2 = 0 (a) or A 2 + 2B ΘA + {Θ 2 + (B 2 −1) Θ} = 0 (a ′) where , As a discriminant, sin θ sin θ S = -A-B ... (a ") φ-θ = (cos -1 B) / 2 ... (b) 2 φ = θ + θ S ± π (Compound is (C) where Θ = cos 2 θ (d) where −θ n <θ <θ n, that is, 1-1 / n 2 <θ ≦ 1 ( d ′) or −θ nSn ... (d ″) (where θ n = sin −1 (1 / n), 0 <θ n <π / 2) A = (πα / Ν S ) 2・ ・ ・ (e) B = ν P / ν S・ ・ ・ (f) α = Δnd / λ ・ ・ ・ (g) ν S = sin -1 (± η S 1/2 ) ・・ ・ (H) ν P = sin −1 (± η P 1/2 ) ・ ・ ・ (i) holds.

【0025】ここで、最初に値を特定する変数毎に解を
求める手順の概略を次の表に示す。
The following table outlines the procedure for obtaining a solution for each variable that first specifies a value. .

【0026】上記の表の通り、各変数は直接求まる。た
だし、ケースIIIにおいて、θSからφ、θを求める
場合は、1次連立方程式を解くことになる。
As shown in the above table, each variable is directly obtained. However, in case III, when obtaining φ and θ from θ S , the simultaneous simultaneous equations are solved.

【0027】さらに、νS 、νP の(h)、(i)式の
に対する一般解を解き、これによりA、Bを書き換え
る。以下において、一部を除きS偏光、P偏光に共通に
成り立つので、その場合、添字S P は省略する。
Further, a general solution of ν S and ν P to (h) and (i) is solved, and A and B are rewritten accordingly. In the following, since it is common to S-polarized light and P-polarized light except for a part, in that case, the subscripts S and P are omitted.

【0028】図6(a)はηが特定の場合のη、ν、ε
の関係を表す単位円であり、この図において、ηとνの
関係は、縦軸がη1/2 を表し、±η1/2 を通る横軸に平
行な線が単位円と交差する位置での、横軸正方向となす
角がν(ラジアン)であり、このとき、(1)及び
(h)、(i)式を満たしている。図中には、0〜2π
での4通りのνを、0〜π/2でのν=νO を用いて表
してある。
FIG. 6A shows η, ν, ε when η is specific.
A unit circle representing the relationship, in this figure, the relationship between eta and ν, the vertical axis represents the eta 1/2, position a line parallel to the horizontal axis intersects the unit circle through the ± eta 1/2 The angle formed with the positive direction of the horizontal axis is ν (radian), and at this time, the expressions (1), (h), and (i) are satisfied. In the figure, 0-2π
4 is represented by using ν = ν O at 0 to π / 2.

【0029】ところで、上下左右対称、すなわち、回転
対称なので、νの一般解は周期πで変化するν=νO
はπ−νO の位置の2通りで表せる。なお、この2通り
の値は、0〜πにおける sin-1(η1/2 )に等しい。こ
のとき、整数iを用いて、 ν=νO +iπ又はπ−νO +iπ となる。ここで、さらに〔νO 又はπ−νO 〕= sin-1
(η1/2 )(ただし、0〜π)=επとおけば、 ν=επ+iπ =(ε+i)π =rπ (r=i+εとした) ・・・(17) と1通りに表せる。ただし、0≦νO ≦π/2なので、
0≦ε≦1となるが、ε=1のとき、νの周期性により
ε=0と同様になるので、0≦ε<1である。
By the way, since the vertical and horizontal symmetry, that is, rotational symmetry, the general solution of ν can be represented by two positions of ν = ν O or π−ν O which change in the period π. Note that these two values are equal to sin −11/2 ) in 0 to π. At this time, using the integer i, ν = ν O + iπ or π−ν O + iπ. Here, [ν O or π−ν O ] = sin −1
If (η 1/2 ) (where 0 to π) = επ, then ν = επ + iπ = (ε + i) π = rπ (assuming r = i + ε) can be expressed in one way. However, since 0 ≦ ν O ≦ π / 2,
0 ≦ ε ≦ 1, but when ε = 1, it becomes the same as ε = 0 due to the periodicity of ν, so that 0 ≦ ε <1.

【0030】次に、整数のi(iS 、iP )の範囲を求
める。(2)式より、 νS >0 ・・・(18) また、(3)式と−1≦ cos{2(φ−θ)}≦1によ
り、 −νS ≦νP ≦νS ・・・(19) が成り立つ。そのため、(17)、(18)式より、 νS =εS π+iS π>0 iS >−εS >−1 iS ≧0 ・・・(20) また、(17)、(19)式より、 −εS −iS ≦εP +iP ≦εS +iS −iS −(εS +εP )≦iP ≦iS +(εS −εP ) ・・・(21) そして、εS +εP <2及びεS −εP <1なので、i
P はたかだか −iS −1≦iP ≦iS ・・・(22) となる。このとき、(e)、(f)及び(17)式よ
り、 A=(α/rS 2 ・・・(e') B=rP /rS ・・・(f') となる。
Next, the range of integer i (i S , i P ) is obtained. From the formula (2), ν S > 0 (18) Further, according to the formula (3) and −1 ≦ cos {2 (φ−θ)} ≦ 1, −ν S ≦ ν P ≦ ν S ···・ (19) holds. Therefore, from the equations (17) and (18), ν S = ε S π + i S π> 0 i S > −ε S > −1 i S ≧ 0 (20) Further, (17) and (19) From the formula, −ε S −i S ≦ ε P + i P ≦ ε S + i S −i S − (ε S + ε P ) ≦ i P ≦ i S + (ε S −ε P ) ... (21) and , Ε S + ε P <2 and ε S −ε P <1, so that i
P is at most −i S −1 ≦ i P ≦ i S (22). At this time, from equations (e), (f) and (17), A = (α / r S ) 2 ... (e ′) B = r P / r S ... (f ′)

【0031】また、ηが範囲を持つ場合も、範囲を持つ
εにより同様に表せるので、これについて以下に示す。
まず、ηの範囲による典型的な3通りの場合のνの範囲
が、図6(b)のηが範囲を持つ場合のη、ν、εの関
係を表す単位円の太線部により表される。ηが特定値の
上述の場合と同様に、回転対称のため、νは周期πで変
化し、また、図6(b)の0≦ν<π(上側の半円)で
の太線部に対応するνについて、ε=ν/πとすれば、
νの一般解として上述と同様に(17)が成り立つ。こ
の場合、εの範囲0≦ε<1や、整数の範囲(20)、
(21)式や、A、Bを表す(e’)、(f’)式等も
同様に成り立つ。
Further, when η has a range, it can be similarly expressed by ε having a range, which will be shown below.
First, the range of ν in three typical cases depending on the range of η is represented by the thick line portion of the unit circle showing the relationship between η, ν, and ε when η has a range in FIG. 6B. . Similar to the case where η is a specific value, because of rotational symmetry, ν changes in the period π, and corresponds to the thick line portion in 0 ≦ ν <π (upper semicircle) in FIG. 6B. If ε = ν / π for ν
As a general solution of ν, (17) holds as described above. In this case, the range of ε 0 ≦ ε <1, the range of integers (20),
The equation (21), the equations (e ′) and (f ′) representing A and B, and the like are also established.

【0032】以下に、ηの範囲別にεの範囲を式で示す
(P偏光、S偏光に共通)。
Below, the range of ε is shown by a formula for each range of η (common to P-polarized light and S-polarized light).

【0033】η=ηmin 〜1の場合 sin-1(ηmin 1/2 )≦επ≦π− sin
-1(ηmin 1/2 ) ただし、以下において、全て sin-1は0〜π/2の範囲
内とする。
When η = η min ˜1, sin −1min 1/2 ) ≦ επ ≦ π− sin
-1min 1/2 ) However, in the following, all sin -1 is in the range of 0 to π / 2.

【0034】sin-1(ηmin 1/2 )/π≦ε≦1− sin
-1(ηmin 1/2 )/π 例えば、ηmin =0.8のとき、 ε=0.35242〜0.64758 となる。
Sin -1min 1/2 ) / π≤ε≤1-sin
−1min 1/2 ) / π For example, when η min = 0.8, ε = 0.35242-0.64758.

【0035】η=0〜ηmax の場合 0≦επ≦ sin-1(ηmax 1/2 ) 又は π− sin-1(ηmax 1/2 )≦επ<π 0≦ε≦ sin-1(ηmax 1/2 )/π 又は 1− sin-1(ηmax 1/2 )/π≦ε<1 例えば、ηmax =0.2のとき、 ε=0〜0.14758 又は ε=0.85242〜
1 となる。
[0035] eta = For 0~η max 0 ≦ επ ≦ sin -1 (η max 1/2) or π- sin -1 (η max 1/2) ≦ επ <π 0 ≦ ε ≦ sin -1 ( η max 1/2 ) / π or 1-sin −1max 1/2 ) / π ≦ ε <1 For example, when η max = 0.2, ε = 0 to 0.14758 or ε = 0. 85242-
It becomes 1.

【0036】η=ηmin 〜ηmax の場合 sin-1(ηmin 1/2 )≦επ≦ sin-1(ηmax 1/2
又は π− sin-1(ηmax 1/2 )≦επ≦π− sin-1(ηmin
1/2 ) sin-1(ηmin 1/2 )/π≦ε≦ sin-1(ηmax 1/2
/π 又は 1− sin-1(ηmax 1/2 )/π≦ε≦1− sin-1(η
min 1/2 )/π 例えば、ηmin =0.2,ηmax =0.8のとき、 ε=0.14758〜0.35242 又は ε=0.64758〜0.85242 となる。以上の、、に対するηS 、ηP の組み合
わせにより、εS 、εP の組み合わせが決定される。
In the case of η = η min to η max sin -1min 1/2 ) ≤ επ ≤ sin -1max 1/2 )
Or π− sin −1max 1/2 ) ≦ επ ≦ π− sin −1min
1/2 ) sin -1min 1/2 ) / π ≤ ε ≤ sin -1max 1/2 )
/ Π or 1-sin -1max 1/2 ) / π ≤ ε ≤ 1-sin -1
min 1/2 ) / π For example, when η min = 0.2 and η max = 0.8, ε = 0.14758 to 0.35242 or ε = 0.64758 to 0.85242. The combination of ε S and ε P is determined by the above combination of η S and η P for and.

【0037】このような検討結果から、本発明の特徴を
検討すべく、典型的な1例についての計算結果を示す。
この計算の前提として、ηS =0、ηP =1、φ=π/
2の場合の、θ(=−θS )、dの一般解を求めた。た
だし、λ=0.78μm、Δn=0.03とした。その
結果を次の表に示す。
From the above examination results, calculation results for a typical example will be shown in order to examine the characteristics of the present invention.
As a premise of this calculation, η S = 0, η P = 1 and φ = π /
In the case of 2, general solutions of θ (= −θ S ) and d were obtained. However, λ = 0.78 μm and Δn = 0.03. The results are shown in the table below.

【0038】 注)各マス内の上の値:θ〔°〕(=−θS )(ホログ
ラム内部の値) 下の値:d〔μm〕
[0038] Note) Upper value in each square: θ [°] (= -θ S ) (value inside hologram) Lower value: d [μm]
.

【0039】上記の表より、次のことが言える。The following can be said from the above table.

【0040】(1)νS が同じ場合、νP が小さい程θ
は小さく、dは大きくなる。このとき、例えば平均屈折
率n=1.52及びn1 =n2 =1とすると、θの大き
い表の( )の条件では、スネルの法則が成り立たな
い。ホログラム面に対して対称であることも考慮する
と、この場合は、入射側・射出側の両面にプリズムが必
要となり、本発明の対象外である。
(1) When ν S is the same, the smaller ν P is, the more θ
Is small and d is large. At this time, if the average refractive index n = 1.52 and n 1 = n 2 = 1 for example, Snell's law does not hold under the condition of () in the table of large θ. Considering the symmetry with respect to the hologram surface, in this case, prisms are required on both the entrance side and the exit side, which is outside the scope of the present invention.

【0041】(2)表の各列の最下段のデータ(*印)
同士の比較では、νS が大きい程dも大きくなるが、θ
は小さくなる。同時に、ビームの分離角(=|θ−θS
|=|2θ|)も小さくなる。
(2) Data at the bottom of each column of the table (* mark)
In the comparison between the two, d increases as ν S increases, but θ
Becomes smaller. At the same time, the beam separation angle (= | θ−θ S
| = | 2θ |) also becomes small.

【0042】(3)偏光方向を考慮する必要のないホロ
グラムの設計あるいは使用においては、回折効率は一方
の偏光のみを考え、最大の回折効率を得るには、ν=1
/2π、3/2π、5/2π・・・となる条件を選ぶ。
Δn、λが一定ならdもνに比例して増大するため、材
料の節約、作製の容易さ等の理由から、従来はν=1/
2πを用いている。例えば上表のνS =πの場合のdに
比べ、この場合のdはその半分程度の10μm以下にな
る。これに対し、本発明の偏光ビームスプリッタの実現
のためには、上表のように、dは従来より大きくなる。
また、このようにdを大きくする代わりに、ν∝Δnd
/λであるから、Δnを大きくしたり、λを小さくして
もよい。
(3) In designing or using a hologram in which it is not necessary to consider the polarization direction, the diffraction efficiency considers only one polarization, and in order to obtain the maximum diffraction efficiency, ν = 1
Select the conditions such that / 2π, 3 / 2π, 5 / 2π ...
If Δn and λ are constant, d also increases in proportion to ν. Therefore, for the reasons of material saving, easiness of manufacturing, etc., conventionally, ν = 1 /
2π is used. For example, in this case, d is 10 μm or less, which is about half of d in the case of ν S = π in the above table. On the other hand, in order to realize the polarization beam splitter of the present invention, d becomes larger than the conventional one as shown in the above table.
Also, instead of increasing d in this way, ν∝Δnd
Since / λ, Δn may be increased or λ may be decreased.

【0043】ところで、図8に示したような実際の光磁
気ディスク用のピックアップに上記のような本発明のホ
ログラフィック偏光ビームスプリッタを用いるとき、回
折効率ηS 、ηP を如何に設定するかについて検討す
る。図8が記載された日経マグロウヒル社発行「光ディ
スク技術ハンドブック」pp.77〜78に記載の例に
基づいて説明すると、図8の偏光ビームスプリッタ1を
通過する光は2通りあり、半導体レーザからの入射光
(「行き」。図の上向き)と光磁気ディスクからの反射
光(「帰り」。図の下向き)である。その偏光は、この
図の例では、「行き」は半導体レーザから出るP偏光の
みで、「帰り」は光磁気ディスクでの反射で偏光の向き
がずれてS偏光も含まれる。そして、「行き」は多く透
過させ、「帰り」は多く反射させる必要がある。これを
偏光別に見ると、P偏光は、「行き」は多く透過させ、
「帰り」は多く反射させる必要があり、理想的には透過
率は50%、上記文献でも40〜60%と記述されてい
る。また、S偏光は、「行き」は関係なく、「帰り」は
多く反射させる必要があり、理想的にも上記文献中でも
反射率が100%である。
By the way, when the holographic polarization beam splitter of the present invention as described above is used in an actual pickup for a magneto-optical disk as shown in FIG. 8, how to set the diffraction efficiencies η S and η P Consider. "Optical Disc Technology Handbook" published by Nikkei McGraw-Hill, Inc., which is shown in FIG. Describing based on the examples described in 77 to 78, there are two types of light that pass through the polarization beam splitter 1 in FIG. 8, and there are two types of light: incident light from a semiconductor laser (“going”; upward in the figure) and light from a magneto-optical disk. It is reflected light (“return”, downwards in the figure). In the example of this figure, the polarized light includes only P-polarized light emitted from the semiconductor laser, and "returned" includes S-polarized light due to the reflection on the magneto-optical disk and the polarization direction being shifted. Then, it is necessary to transmit a lot of "go" and reflect a lot of "return". Looking at this by polarized light, P-polarized light transmits a lot of "go",
It is necessary to reflect a lot on the "return", and ideally the transmittance is 50%, and it is described in the above document that it is 40 to 60%. Further, S-polarized light needs to reflect a lot on the "return" regardless of the "go", and ideally the reflectance is 100% also in the above literature.

【0044】また、偏光ビームスプリッタ3は、上記文
献中の説明通り信号検出系で、理想的にはP偏光透過率
とS偏光反射率が100%である。現実的には、作製の
容易さやコスト低減等の理由から、上記偏光ビームスプ
リッタ1や3の反射率や透過率について、上記文献中で
100%のものが実際では80%以上、上記文献中で4
0〜60%のものが実際では20〜80%の仕様で作ら
れる必要がある。このような偏光ビームスプリッタ1や
3の機能を本発明に基づいて単体のホログラムのみで実
現する場合、透過光と回折光が上記のような透過と反射
の役割をするが、この役割を逆にする場合や、P偏光と
S偏光の役割を逆にすることも可能である。そのため、
本発明では、偏光ビームスプリッタ3のような性能を持
つホログラムの回折効率: 〔1.1〕ηP =0.0〜0.2,ηS =0.8〜1.
0 〔1.2〕ηS =0.0〜0.2,ηP =0.8〜1.
0 偏光ビームスプリッタ1のような性能を持つホログラム
の回折効率: 〔2.1〕ηP =0.2〜0.8,ηS =0.8〜1.
0 〔2.2〕ηP =0.2〜0.8,ηS =0.0〜0.
2 〔2.3〕ηS =0.2〜0.8,ηP =0.8〜1.
0 〔2.4〕ηS =0.2〜0.8,ηP =0.0〜0.
2 の範囲のものを作製する。これらの範囲は図7に示す通
りである。
The polarization beam splitter 3 is a signal detection system as described in the above document, and ideally has a P-polarized light transmittance and an S-polarized light reflectance of 100%. In reality, for the reason of easiness of production, cost reduction, etc., the reflectance and transmittance of the polarization beam splitters 1 and 3 are 100% in the above-mentioned literature, and actually 80% or more in the above-mentioned literature. Four
In practice, 0 to 60% must be made to 20 to 80%. When the functions of the polarization beam splitters 1 and 3 are realized by only a single hologram according to the present invention, the transmitted light and the diffracted light play the roles of transmission and reflection as described above, but reverse this role. Alternatively, the roles of P-polarized light and S-polarized light can be reversed. for that reason,
In the present invention, the diffraction efficiency of the hologram having the performance similar to that of the polarization beam splitter 3: [1.1] η P = 0.0 to 0.2, η S = 0.8 to 1.
0 [1.2] η S = 0.0 to 0.2, η P = 0.8 to 1.
0 Diffraction efficiency of hologram having performance similar to that of the polarization beam splitter 1: [2.1] η P = 0.2 to 0.8, η S = 0.8 to 1.
0 [2.2] η P = 0.2 to 0.8, η S = 0.0 to 0.
2 [2.3] η S = 0.2 to 0.8, η P = 0.8 to 1.
0 [2.4] η S = 0.2 to 0.8, η P = 0.0 to 0.
A range of 2 is prepared. These ranges are as shown in FIG.

【0045】次に、いくつかの実施例を比較例と共に説
明する。ホログラフィック偏光ビームスプリッタの作製
及び使用において、ホログラム感光材料として、フォト
ポリマー(デュポン社 オムニデックス352)の平均
屈折率n=1.52、屈折率変調Δn=0.03のもの
を、また、露光時及び使用時に光源として、波長λ=
0.514μm、5Wアルゴンレーザ(スペクトラフィ
ジック社製 モデルSP2020−05S)を用いる。
Next, some examples will be described together with comparative examples. In the production and use of the holographic polarization beam splitter, as a hologram photosensitive material, a photopolymer (DuPont Omnidex 352) having an average refractive index n = 1.52 and a refractive index modulation Δn = 0.03 was also exposed. At the time of use and as a light source, the wavelength λ =
A 0.514 μm, 5 W argon laser (Model SP2020-05S manufactured by Spectra Physics) is used.

【0046】〔比較例〕設計において、S偏光、P偏光
の1次光の回折効率について、ηS が0.1以下、ηP
が0.9以上となる光学条件を求める。まず、S偏光の
1次光の回折効率ηS が0.1以下となる膜厚を求め
る。使用時において、媒質I、IIは空気(n1 =n2
=1)であり、空気中での入射角θ1 及び1次光の回折
角θ2 を、 θ1 =−θ2 =30°(ホログラム内部で、θ=−θS
=19.2°) とするとき、コーゲルニクの理論により、上記λ、Δn
に対する複数の解の範囲の中、例えば、 d=28〜35μm がある。このとき、P偏光の回折効率ηP は、 ηP =0.64〜0.17 となり、要求する性能は得られない。
[Comparative Example] In the design, regarding the diffraction efficiency of the first-order light of S-polarized light and P-polarized light, η S is 0.1 or less and η P
The optical condition for which is 0.9 or more is obtained. First, the film thickness at which the diffraction efficiency η S of the S-polarized first-order light is 0.1 or less is obtained. In use, the media I and II are air (n 1 = n 2
= 1), and the incident angle θ 1 in air and the diffraction angle θ 2 of the primary light are θ 1 = −θ 2 = 30 ° (in the hologram, θ = −θ S
= 19.2 °), the above λ and Δn are calculated according to Kogelnik's theory.
Among the multiple solution ranges for, there is, for example, d = 28-35 μm. At this time, the diffraction efficiency η P of P-polarized light is η P = 0.64 to 0.17, and the required performance cannot be obtained.

【0047】また、S偏光、P偏光の1次光の回折効率
について、ηS が0.9以上、ηPが0.1以下となる
光学条件を求める。まず、S偏光の1次光の回折効率η
S が0.9以上となる膜厚を求める。使用時において、
媒質I、IIは空気(n1 =n2 =1)であり、空気中
での入射角θ1 及び1次光の回折角θ2 を、 θ1 =−θ2 =30°(ホログラム内部で、θ=−θS
=19.2°) とするとき、コーゲルニクの理論により、上記λ、Δn
に対する複数の解の範囲の中、例えば、 d=13〜19μm がある。このとき、P偏光の回折効率ηP は、 ηP =0.69〜0.99 となり、同様に要求する性能は得られない。
Regarding the diffraction efficiency of the primary light of S-polarized light and P-polarized light, the optical condition that η S is 0.9 or more and η P is 0.1 or less is obtained. First, the diffraction efficiency η of S-polarized first-order light
Obtain the film thickness at which S is 0.9 or more. When using,
The media I and II are air (n 1 = n 2 = 1), and the incident angle θ 1 in air and the diffraction angle θ 2 of the primary light are θ 1 = −θ 2 = 30 ° (inside the hologram) , Θ = −θ S
= 19.2 °), the above λ and Δn are calculated according to Kogelnik's theory.
Among the multiple solution ranges for, for example, d = 13-19 μm. At this time, the diffraction efficiency η P of P-polarized light is η P = 0.69 to 0.99, and similarly the required performance cannot be obtained.

【0048】このように、入射角と膜厚等の光学的条件
が適当であるホログラムは、偏光ビームスプリッタには
適さないことが分かる。
As described above, it is understood that the hologram having appropriate optical conditions such as the incident angle and the film thickness is not suitable for the polarization beam splitter.

【0049】〔実施例1〕設計において、S偏光、P偏
光の1次光の回折効率ηS 、ηP について、ηSが0.
1以下(ηSmax=0.1)、ηP が0.9以上(ηPmin
=0.9)となる膜厚を求める。使用時において、媒質
I、IIは空気(n1 =n2 =1)であり、まず、空気
中での入射角θ1 を、 θ1 =30°(ホログラム内部ではθ=19.2°) とする。
[Embodiment 1] In the design, with respect to the diffraction efficiencies η S and η P of the S-polarized and P-polarized primary light, η S is 0.
1 or less (η Smax = 0.1), η P is 0.9 or more (η Pmin
= 0.9). In use, the mediums I and II are air (n 1 = n 2 = 1), and first, the incident angle θ 1 in air is θ 1 = 30 ° (θ = 19.2 ° inside the hologram). And

【0050】ここで、 0≦εS ≦{ sin-1(0.1)1/2 }/π、又は、 1−{ sin-1(0.1)1/2 }/π≦εS <1 0≦εS ≦0.10242、又は、0.89758≦ε
S <1 及び、 { sin-1(0.9)1/2 }/π≦εP ≦1−{ sin
-1(0.9)1/2 }/π 0.39758≦εP ≦0.60242 なので、εS =0.9、εP =0.4を選ぶ。また、i
S =0とすると、 −0−(0.9+0.4)≦iP ≦0+(0.9−0.
4) −1.3≦iP ≦0.5 −1≦iP ≦0 なので、iP =−1を選ぶ。このとき、 rS =0.9、rP =−0.6 となる。すると、 B=−0.667,Θ=0.892 が得られる。方程式(b)、(c)より、φの一般解の
中の1つ及びこれに対するθS が、 φ=85.1°,θS =−29.0°(空気中ではθ2
=−47.4°) として求まる。そして、(a’)の方程式は、 A2 −1.189A+0.300=0 と定まる。この解は、 A=0.826,0.363 である。ここで、−A−Bは順に−0.159,0.3
04となり、一方、 sinθ sinθS =−0.159にな
るので、 A=0.826 が要求する性能を満たす条件の1つである。このときの
膜厚は、 d=14.0μm と求まる。この条件での回折効率を計算して検算する
と、 ηS =0.10、ηP =0.91 となる。
Here, 0 ≦ ε S ≦ {sin −1 (0.1) 1/2 } / π or 1− {sin −1 (0.1) 1/2 } / π ≦ ε S < 10 ≤ ε S ≤ 0.10242 or 0.89758 ≤ ε
S <1 and {sin −1 (0.9) 1/2 } / π ≦ ε P ≦ 1- {sin
Since −1 (0.9) 1/2 } / π 0.39758 ≦ ε P ≦ 0.60242, ε S = 0.9 and ε P = 0.4 are selected. Also, i
S = 0, −0− (0.9 + 0.4) ≦ i P ≦ 0 + (0.9−0.
4) Since −1.3 ≦ i P ≦ 0.5 −1 ≦ i P ≦ 0, i P = −1 is selected. At this time, r S = 0.9 and r P = −0.6. Then, B = −0.667 and Θ = 0.892 are obtained. Equation (b), from (c), 1 single and theta S for this in the general solution of phi is, φ = 85.1 °, θ S = -29.0 ° ( in air theta 2
= -47.4 °). Then, the equation (a ′) is determined as A 2 −1.189A + 0.300 = 0. The solution is A = 0.826,0.363. Here, -AB is -0.159 and 0.3 in order.
On the other hand, since sin θ sin θ S = −0.159, A = 0.826 is one of the conditions satisfying the required performance. The film thickness at this time is obtained as d = 14.0 μm. When the diffraction efficiency under this condition is calculated and verified, η S = 0.10 and η P = 0.91.

【0051】ところで、A=0.363から得られるd
=9.3μmの条件で回折効率を計算すると、ηS
0.91、ηP =0.90となり、この条件は偏光ビー
ムスプリッタに適さない。
By the way, d obtained from A = 0.363
= When the diffraction efficiency is calculated under the condition of 9.3 .mu.m, eta S =
Since 0.91 and η P = 0.90, this condition is not suitable for the polarization beam splitter.

【0052】また、実際に前記のホログラム感光材料1
0で膜厚d=14.0μm及び前記のレーザ光源を用い
て、図2のような配置でホログラムを撮影し、S偏光、
P偏光の回折効率を測定した。撮影の際には、平行光
を、上記設計の値を用いて、空気中の参照光11入射角
θrair=θ1 =30.0°、物体光12入射角θoair
θ2 =−47.4°で感光材料10に照射した。そし
て、回折効率は、図1に示すように、上記のようにして
撮影したホログラム20に対して、θ1 =30.0°の
入射角でそれぞれS偏光、P偏光の入射光(再生光)2
1を照射し、1次光22あるいは0次光23と入射光2
1の強度を測定し、それらの比から求めた。その結果、
S偏光の0次光23は0.90(1次光22は約0.1
0)、P偏光の1次光22は約0.90となり、設計と
ほぼ同等の性能が得られた。
In addition, the hologram photosensitive material 1 described above is actually used.
At 0, the film thickness d = 14.0 μm and the above laser light source were used to photograph a hologram in the arrangement as shown in FIG.
The diffraction efficiency of P polarized light was measured. At the time of photographing, using parallel light, the reference light 11 incident angle in the air θ rair = θ 1 = 30.0 ° and the object light 12 incident angle θ oair =
The photosensitive material 10 was irradiated with θ 2 = −47.4 °. As shown in FIG. 1, the diffraction efficiency of the S-polarized and P-polarized incident light (reproduction light) at the incident angle of θ 1 = 30.0 ° with respect to the hologram 20 photographed as described above is determined. Two
1 and the first-order light 22 or zero-order light 23 and the incident light 2
The intensity of No. 1 was measured and determined from the ratio thereof. as a result,
The S-polarized zero-order light 23 is 0.90 (the primary light 22 is about 0.1
0), the primary light 22 of P-polarized light was about 0.90, and performance almost equivalent to the design was obtained.

【0053】〔実施例2〕設計において、P偏光、S偏
光の1次光の回折効率ηP 、ηS について、ηPが0.
1以下(ηPmax=0.1)、ηS が0.9以上(ηSmin
=0.9)となる膜厚を求める。まず、膜厚dを、 d=21μm とする。
[Embodiment 2] In the design, with respect to the diffraction efficiencies η P and η S of P-polarized light and S-polarized primary light, η P is 0.
1 or less (η Pmax = 0.1), η S is 0.9 or more (η Smin
= 0.9). First, the film thickness d is set to d = 21 μm.

【0054】ここで、 { sin-1(0.9)1/2 }/π≦εS ≦1−{ sin
-1(0.9)1/2 }/π 0.39758≦εS ≦0.60242 及び、 0≦εP ≦{ sin-1(0.1)1/2 }/π、又は、 1−{ sin-1(0.1)1/2 }/π≦εP <1 0≦εP ≦0.10242、又は、0.89758≦ε
P <1 なので、εS =0.4、εP =0.9を選ぶ。また、i
S =1とすると、 −1−(0.4+0.9)≦iP ≦1+(0.4−0.
9) −2.3≦iP ≦0.5 −2≦iP ≦0 なので、iP =−2を選ぶ。このとき、 rS =1.4、rP =−1.1 となる。すると、 A=0.767,B=−0.786 が得られる。(a)の方程式は、 Θ2 −1.587Θ+0.588=0 と定まる。この解は、 Θ=0.999,0.588 である。例えばΘ=0.588を選び、θ= cos-1(Θ
1/2 )の一般解の中の1つとして、 θ=39.9° が得られる。ここで、方程式(b)、(c)より、φの
一般解の中の1つ及びこれに対するθS の組、 φ=110.8°,θS =1.7° φ=149.8°,θS =79.7° 等が求まる。ここで、 sinθ sinθS は順に0.01
9,0.631となり、一方、−A−B=0.019に
なるので、 θ=39.9°,φ=110.8°,θS =1.7° (媒質I、IIは空気(n1 =n2 =1)であり、空気
中でθ1 =77.3°,θ2 =2.6°) が要求する性能を満たす条件の1つである。この条件で
の回折効率を計算して検算すると、 ηP =0.10、ηS =0.91 となる。
Here, {sin -1 (0.9) 1/2 } / π≤ε S ≤1- {sin
-1 (0.9) 1/2 } / π 0.39758 ≤ ε S ≤ 0.60242 and 0 ≤ ε P ≤ {sin -1 (0.1) 1/2 } / π, or 1- {Sin −1 (0.1) 1/2 } / π ≦ ε P <10 ≦ ε P ≦ 0.10242 or 0.89758 ≦ ε
Since P <1, choose ε S = 0.4 and ε P = 0.9. Also, i
If S = 1, −1− (0.4 + 0.9) ≦ i P ≦ 1 + (0.4−0.
9) Since -2.3 ≤ i P ≤ 0.5 -2 ≤ i P ≤ 0, i p = -2 is selected. At this time, r S = 1.4 and r P = −1.1. Then, A = 0.767 and B = −0.786 are obtained. The equation of (a) is determined as Θ 2 −1.587 Θ + 0.588 = 0. The solution is Θ = 0.999,0.588. For example, choose Θ = 0.588 and θ = cos -1
As one of the general solutions of 1/2 ), θ = 39.9 ° is obtained. Here, according to equations (b) and (c), one of the general solutions of φ and a set of θ S corresponding thereto, φ = 110.8 °, θ S = 1.7 ° φ = 149.8 ° , Θ S = 79.7 ° is obtained. Where sin θ sin θ S is 0.01
9, 0.631, while -AB = 0.019, θ = 39.9 °, φ = 110.8 °, θ S = 1.7 ° (mediums I and II are air ( n 1 = n 2 = 1), and θ 1 = 77.3 °, θ 2 = 2.6 °) in the air is one of the conditions for satisfying the required performance. When the diffraction efficiency under this condition is calculated and verified, η P = 0.10 and η S = 0.91.

【0055】ところで、Θ=0.999から得られるθ
=1.7°,φ=72.6°,θS=−36.5°の条
件で回折効率を計算すると、ηP =0.05、ηS
0.84となり、この条件は偏光ビームスプリッタに適
さない。
By the way, θ obtained from Θ = 0.999
= 1.7 °, φ = 72.6 °, θ S = −36.5 °, the diffraction efficiency is calculated, then η P = 0.05, η S =
This is 0.84, which is not suitable for a polarizing beam splitter.

【0056】また、実際に前記のホログラム感光材料1
0で膜厚d=21.0μm及び前記のレーザ光源を用い
て、図2のような配置でホログラムを撮影し、P偏光、
S偏光の回折効率を測定した。撮影の際には、平行光
を、上記設計の値を用いて、空気中の参照光11入射角
θrair=θ1 =77.3°、物体光12入射角θoair
θ2 =2.6°で感光材料10に照射した。そして、回
折効率は、図1に示すように、上記のようにして撮影し
たホログラム20に対して、θ1 =77.3°の入射角
でそれぞれP偏光、S偏光の入射光21を照射し、1次
光22あるいは0次光23と入射光21の強度を測定
し、それらの比から求めた。その結果、P偏光の0次光
23は0.90(1次光22は約0.10)、S偏光の
1次光22は約0.90となり、設計とほぼ同等の性能
が得られた。
In addition, the hologram photosensitive material 1 described above is actually used.
0 and the film thickness d = 21.0 μm and the laser light source described above are used to photograph a hologram in the arrangement as shown in FIG.
The diffraction efficiency of S-polarized light was measured. At the time of photographing, using the values of the above design for parallel light, the incident angle of reference light 11 in air θ rair = θ 1 = 77.3 °, the incident angle of object light 12 θ aair =
The photosensitive material 10 was irradiated with θ 2 = 2.6 °. As for the diffraction efficiency, as shown in FIG. 1, the hologram 20 photographed as described above is irradiated with P-polarized light and S-polarized incident light 21 at an incident angle of θ 1 = 77.3 °. The intensities of the primary light 22 or the zero-order light 23 and the incident light 21 were measured, and the intensity was obtained from the ratio thereof. As a result, the P-polarized 0th-order light 23 was 0.90 (the primary light 22 was about 0.10), and the S-polarized 1st-order light 22 was about 0.90. .

【0057】〔実施例3〕設計において、S偏光、P偏
光の1次光の回折効率ηS 、ηP について、ηSが0、
ηP が1となる膜厚を求める。使用時において、媒質I
は空気(n1 =1)であり、まず、空気中での入射角θ
1 を、 θ1 =0°(ホログラム内部でもθ=0°) とする。
[Embodiment 3] In the design, with respect to the diffraction efficiencies η S and η P of S-polarized and P-polarized primary light, η S is 0,
Obtain the film thickness at which η P becomes 1. In use, the medium I
Is air (n 1 = 1), and first, the incident angle θ in air
1, and θ 1 = 0 ° (also theta = 0 ° within a hologram).

【0058】ここで、 0≦εS ≦{ sin-1(0)1/2 }/π、又は、 1−{ sin-1(0)1/2 }/π≦εS <1 及び、 { sin-1(1)1/2 }/π≦εP ≦1−{ sin-1(1)
1/2 }/π より、εS =0,εP =0.5となる。また、iS =1
とすると、 −1−(0+0.5)≦iP ≦1+(0−0.5) −1.5≦iP ≦0.5 −1≦iP ≦0 なので、iP =−1を選ぶ。このとき、 rS =1、rP =−0.5 となる。すると、 B=−0.5,Θ=1 が得られる。方程式(b)、(c)より、φの一般解の
中の1つ及びこれに対するθS が、 φ=120°,θS =60° として求まる。そして、(a’)の方程式は、 A2 +2BA+B2 =(A+B)2 =0 と定まる。この解は、 A=−B=0.5(重根) である。ここで、判別式 (a")は、−A−Bも sinθ s
inθS も共に0になるので、成り立つ。このときの膜厚
は、 d=12.1μm と求まる。この条件での回折効率を計算して検算する
と、 ηS =0.00、ηP =1.00 となる。
Here, 0 ≦ ε S ≦ {sin −1 (0) 1/2 } / π or 1- {sin −1 (0) 1/2 } / π ≦ ε S <1 and { sin -1 (1) 1/2 } / π ≤ ε P ≤ 1- {sin -1 (1)
From 1/2 } / π, ε S = 0 and ε P = 0.5. Also, i S = 1
Then, −1− (0 + 0.5) ≦ i P ≦ 1 + (0−0.5) −1.5 ≦ i P ≦ 0.5 −1 ≦ i P ≦ 0, so i P = −1 is selected. . At this time, r S = 1 and r P = −0.5. Then, B = -0.5 and Θ = 1 are obtained. Equation (b), from (c), 1 single and theta S for this in the general solution of phi is, φ = 120 °, obtained as θ S = 60 °. Then, the equation of (a ′) is determined as A 2 + 2BA + B 2 = (A + B) 2 = 0. This solution is A = -B = 0.5 (multi-root). Here, in the discriminant (a "), -AB is sin θ s
Since both inθ S also become 0, it holds. The film thickness at this time is obtained as d = 12.1 μm. When the diffraction efficiency under this condition is calculated and verified, η S = 0.00 and η P = 1.00.

【0059】また、実際に前記のホログラム感光材料1
0で膜厚d=12.1μm及び前記のレーザ光源を用い
て、図4のようなガラスブロック(入射角度調整用、屈
折率1.52)G1 、ガラスブロック(裏面反射防止
用、n2 =1.52)G2 を用いた配置でホログラムを
撮影し、S偏光、P偏光の回折効率を測定した。撮影の
際には、平行光を、上記設計の値を用いて、空気中及び
ガラスブロックG1 、G2 中での参照光11入射角θr
=θ1 =0°、物体光12入射角θo =θ2 =60°で
感光材料10に照射した。そして、回折効率は、図3に
示すように、上記のようにして撮影したホログラム20
に対して、射出側にガラスブロックG2 を設置し、空気
中においてθ1 =0°の入射角でそれぞれS偏光、P偏
光の入射光(再生光)21を照射し、1次光22あるい
は0次光23と入射光21の強度を測定し、それらの比
から求めた。その結果、S偏光の0次光23は0.98
以上(1次光22は約0.02以下)、P偏光の1次光
22は0.98以上となり、設計とほぼ同等の性能が得
られた。
In addition, the hologram photosensitive material 1 described above is actually used.
0 and the film thickness d = 12.1 μm and the above laser light source were used, a glass block (for incident angle adjustment, refractive index 1.52) G 1 , a glass block (for back reflection prevention, n 2 ) as shown in FIG. = 1.52) The hologram was photographed in an arrangement using G 2 and the diffraction efficiency of S-polarized light and P-polarized light was measured. At the time of photographing, the parallel light is converted into the reference light 11 incident angle θ r in the air and the glass blocks G 1 and G 2 by using the values of the above design.
= Θ 1 = 0 °, and the photosensitive material 10 was irradiated with the object light 12 at an incident angle θ o = θ 2 = 60 °. As for the diffraction efficiency, as shown in FIG. 3, the hologram 20 photographed as described above is used.
On the other hand, a glass block G 2 is installed on the exit side, and S-polarized and P-polarized incident light (reproduced light) 21 is irradiated in the air at an incident angle of θ 1 = 0 ° to emit the primary light 22 or The intensities of the 0th-order light 23 and the incident light 21 were measured and determined from the ratio thereof. As a result, the 0th-order light 23 of S polarization is 0.98.
As described above (the primary light 22 is about 0.02 or less), the P-polarized primary light 22 is 0.98 or more, and performance substantially equivalent to the design was obtained.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラフィック偏光ビームスプリッタによると、厚
みを有する板状透明記録材料中に屈折率変調により記録
された干渉縞を有する透過型ホログラムからなり、この
板状透明記録材料に入射する光束の中、P偏光成分とS
偏光成分の何れか一方の所定割合部分を0次光として透
過し、他方の所定割合部分を1次光として回折すること
により所定割合でP偏光成分とS偏光成分を分離するよ
うに上記の干渉縞が設定されているので、従来の偏光ビ
ームスプリッタに比較して、その構成が単体のホログラ
ムのみでプリズムが不要になっているか、又は、ホログ
ラムと何れか片面のみにプリズム等を用いていること
で、ホログラムにより偏光ビームスプリッタが実現でき
る。したがって、これを用いる装置等の小型化、軽量化
及びコストダウンが可能となる。また、偏光ビームスプ
リッタを単に1枚のホログラム、又は、何れか片面のみ
にプリズム等を設置したホログラムにより構成できるた
め、複製等により極めて簡単で安価に製作することがで
きる。さらに、ビームの分離角が何通りもとり得るた
め、設計上の自由度があり、この点からも装置の小型化
が可能になる。
As is apparent from the above description, according to the holographic polarization beam splitter of the present invention, a transmission hologram having interference fringes recorded by refractive index modulation in a plate-shaped transparent recording material having a thickness is obtained. In the light flux entering the plate-shaped transparent recording material, the P-polarized component and the S-polarized component
The above-mentioned interference so that the P-polarized light component and the S-polarized light component are separated at a predetermined ratio by transmitting one predetermined ratio part of the polarization component as 0th-order light and diffracting the other predetermined ratio part as first-order light. Since the stripes are set, compared with the conventional polarization beam splitter, the structure is only a single hologram and no prism is required, or the prism and the like are used on only one side of the hologram. Then, the polarization beam splitter can be realized by the hologram. Therefore, it is possible to reduce the size, weight and cost of the device using the same. Further, since the polarization beam splitter can be constituted by only one hologram or a hologram in which a prism or the like is installed on only one surface, it can be manufactured extremely easily and inexpensively by duplication or the like. Further, since the beam can have various separation angles, there is a degree of freedom in design, and the size of the device can be reduced in this respect as well.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による1実施例のホログラフィック偏光
ビームスプリッタが偏光成分を分離する様子を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing how a holographic polarization beam splitter according to an embodiment of the present invention separates polarization components.

【図2】図1のホログラフィック偏光ビームスプリッタ
を撮影する配置を示す図である。
2 is a diagram showing an arrangement for capturing an image of the holographic polarization beam splitter of FIG. 1. FIG.

【図3】別の実施例のホログラフィック偏光ビームスプ
リッタが偏光成分を分離する様子を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing how a holographic polarization beam splitter of another embodiment separates polarization components.

【図4】図3のホログラフィック偏光ビームスプリッタ
を撮影する配置を示す図である。
4 is a diagram showing an arrangement for photographing the holographic polarization beam splitter of FIG.

【図5】本発明おいて用いる記号を示すための図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing symbols used in the present invention.

【図6】η、ν、εの関係を表す単位円を示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a unit circle representing the relationship between η, ν, and ε.

【図7】本発明に基づくホログラフィック偏光ビームス
プリッタの回折効率範囲を示す図である。
FIG. 7 shows the diffraction efficiency range of the holographic polarization beam splitter according to the present invention.

【図8】従来の偏光ビームスプリッタを光磁気ディスク
用のピックアップに用いた場合の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration when a conventional polarization beam splitter is used for a pickup for a magneto-optical disk.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ホログラム感光材料 11…参照光 12…物体光 20…ホログラム(ホログラフィック偏光ビームスプリ
ッタ) 21…入射光(再生光) 22…1次光 23…0次光 G1 、G2 …ガラスブロック
10 ... hologram photosensitive material 11 ... reference beam 12 ... object beam 20 ... hologram (holographic polarization beam splitter) 21 ... incident light (reproducing light) 22 ... first-order light 23 ... 0 order light G 1, G 2 ... glass block

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直交する2つの偏光成分であるP偏光成
分とS偏光成分が混合した光束を所定割合でP偏光成分
とS偏光成分に分離する偏光ビームスプリッタにおい
て、厚みを有する板状透明記録材料中に屈折率変調によ
り記録された干渉縞を有する透過型ホログラムからな
り、この板状透明記録材料に入射する光束の中、P偏光
成分とS偏光成分の何れか一方の所定割合部分を0次光
として透過し、他方の所定割合部分を1次光として回折
することにより所定割合でP偏光成分とS偏光成分を分
離するように前記の干渉縞が設定されていることを特徴
とするホログラフィック偏光ビームスプリッタ。
1. A plate-like transparent recording having a thickness in a polarization beam splitter for separating a light beam, which is a mixture of two orthogonal polarization components, P polarization component and S polarization component, into P polarization component and S polarization component at a predetermined ratio. The material is composed of a transmission hologram having interference fringes recorded by refractive index modulation in the material, and a predetermined ratio portion of one of the P-polarized component and the S-polarized component in the light beam incident on the plate-shaped transparent recording material is 0. The above-mentioned interference fringes are set so that the P-polarized component and the S-polarized component are separated at a predetermined ratio by transmitting as the next light and diffracting the other predetermined ratio portion as the primary light. Graphic polarization beam splitter.
【請求項2】 前記の屈折率変調をΔn、前記干渉縞の
記録されている有効膜厚をd、前記干渉縞の法線のホロ
グラムの法線に対する角度をφ、入射光の波長をλ、ホ
ログラムの法線に対して入射光のなすホログラム内部で
の角度をθ、前記干渉縞により回折された1次光のホロ
グラム内部でのホログラムの法線に対する角度をθS
する場合に、α=Δnd/λ及びθ、θS 、φの4変数
が以下の3つの方程式を満たし、 Θ2 +(2AB+B2 −1)Θ+A2 =0 ・・・(a) 又は A2 +2BΘA+{Θ2 +(B2 −1)Θ}=0 ・・・ (a') ただし、判別式として、 sinθ sinθS =−A−B ・・・ (a") φ−θ=( cos-1B)/2 ・・・(b) 2φ=θ+θS ±π ・・・(c) ここで、Θ=cos2θ,A=(α/rS 2 ,B=rP
S ,rS =εS +iS ,rP =εP +iP ,εS は0
≦εS <1かつεS ={ sin-1(ηS 1/2 )}/πなる
実数,εP は0≦εP <1かつεP ={ sin-1(ηP
1/2 )}/πなる実数,iS はiS ≧0なる任意の整
数,iP は−iS −(εS +εP )≦iP ≦iS +(ε
S −εP )なる任意の整数,ηS はS偏光の回折1次光
の回折効率,ηP はP偏光の回折1次光の回折効率,か
つ、前記透明記録材料の平均屈折率nを用いた θn = sin-1(1/n),0<θn <π/2 なるθn により表される以下の条件式の少なくとも何れ
か一方を満たし、 −θn <θ<θn すなわち1−1/n2 <Θ≦1、又は
−θn <θS <θn かつ、前記整数iS 、iP により離散的に拘束される光
学条件を満たすことを特徴とする請求項1記載のホログ
ラフィック偏光ビームスプリッタ。
2. The refractive index modulation is Δn, the effective film thickness of the interference fringes recorded is d, the angle of the normal line of the interference fringes to the normal line of the hologram is φ, and the wavelength of incident light is λ. When the angle formed by the incident light with respect to the normal line of the hologram inside the hologram is θ, and the angle of the primary light diffracted by the interference fringes with respect to the normal line of the hologram inside the hologram is θ S , α = Four variables of Δnd / λ and θ, θ S , φ satisfy the following three equations, and Θ 2 + (2AB + B 2 −1) Θ + A 2 = 0 (a) or A 2 + 2BΘA + {Θ 2 + ( B 2 −1) Θ} = 0 (a ′) However, as a discriminant, sin θ sin θ S = −AB− (a ″) φ−θ = (cos −1 B) / 2 .. (b) 2φ = θ + θ S ± π (c) where Θ = cos 2 θ, A = (α / r S ) 2 , B = r P /
r S , r S = ε S + i S , r P = ε P + i P , ε S is 0
≤ ε S <1 and ε S = {sin -1S 1/2 )} / π, ε P is 0 ≤ ε P <1 and ε P = {sin -1P
1/2 )} / π real number, i S is an arbitrary integer i S ≧ 0, i P is −i S − (ε S + ε P ) ≦ i P ≦ i S + (ε
S −ε P ), η S is the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of S-polarized light, η P is the diffraction efficiency of the first-order diffracted light of P-polarized light, and the average refractive index n of the transparent recording material is Θ n = sin −1 (1 / n) used and at least one of the following conditional expressions represented by θ n where 0 <θ n <π / 2 is satisfied, and −θ n <θ <θ n The optical condition which is 1-1 / n 2 <θ ≦ 1 or −θ nSn and which is discretely constrained by the integers i S and i P is satisfied. Holographic polarization beam splitter.
【請求項3】 S偏光又はP偏光の何れか一方の回折効
率が0.8〜1.0であり、他方の回折効率が0.0〜
0.2であることを特徴とする請求項2記載のホログラ
フィック偏光ビームスプリッタ。
3. The diffraction efficiency of either S-polarized light or P-polarized light is 0.8-1.0, and the diffraction efficiency of the other is 0.0-1.0.
The holographic polarizing beam splitter according to claim 2, wherein the holographic polarizing beam splitter is 0.2.
【請求項4】 εP =0.35242〜0.6475
8、かつ、εS =0〜0.14758又はεS =0.8
5242〜1であり、P偏光の回折効率が0.8〜1.
0であり、S偏光の回折効率が0.0〜0.2であるこ
とを特徴とする請求項3記載のホログラフィック偏光ビ
ームスプリッタ。
4. ε P = 0.35242-0.6475
8 and ε S = 0 to 0.14758 or ε S = 0.8
5242-1, and the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.8-1.
The holographic polarizing beam splitter according to claim 3, wherein the holographic polarizing beam splitter has a diffraction efficiency of 0 and an S polarized light diffraction efficiency of 0.0 to 0.2.
【請求項5】 εS =0.35242〜0.6475
8、かつ、εP =0〜0.14758又はεP =0.8
5242〜1であり、S偏光の回折効率が0.8〜1.
0であり、P偏光の回折効率が0.0〜0.2であるこ
とを特徴とする請求項3記載のホログラフィック偏光ビ
ームスプリッタ。
5. ε S = 0.35242-0.6475
8 and ε P = 0 to 0.14758 or ε P = 0.8
5242-1, and the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.8-1.
The holographic polarization beam splitter according to claim 3, wherein the holographic polarization beam splitter has a diffraction efficiency of 0.0 and a polarization efficiency of P-polarized light of 0.0 to 0.2.
【請求項6】 S偏光又はP偏光の何れか一方の回折効
率が0.8〜1.0又は0.0〜0.2であり、他方の
回折効率が0.2〜0.8であることを特徴とする請求
項2記載のホログラフィック偏光ビームスプリッタ。
6. The diffraction efficiency of either S-polarized light or P-polarized light is 0.8 to 1.0 or 0.0 to 0.2, and the diffraction efficiency of the other is 0.2 to 0.8. The holographic polarization beam splitter according to claim 2, wherein
【請求項7】 εS =0.35242〜0.6475
8、かつ、εP =0.14758〜0.35242又は
εP =0.64758〜0.85242であり、S偏光
の回折効率が0.8〜1.0であり、P偏光の回折効率
が0.2〜0.8であることを特徴とする請求項6記載
のホログラフィック偏光ビームスプリッタ。
7. ε S = 0.35242-0.6475
8 and ε P = 0.14758 to 0.35242 or ε P = 0.64758 to 0.85242, the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.8 to 1.0, and the diffraction efficiency of P-polarized light is The holographic polarization beam splitter according to claim 6, wherein the holographic polarization beam splitter has a thickness of 0.2 to 0.8.
【請求項8】 εS =0〜0.14758又はεS
0.85242〜1、かつ、εP =0.14758〜
0.35242又はεP =0.64758〜0.852
42であり、S偏光の回折効率が0.0〜0.2であ
り、P偏光の回折効率が0.2〜0.8であることを特
徴とする請求項6記載のホログラフィック偏光ビームス
プリッタ。
8. ε S = 0 to 0.14758 or ε S =
0.85242-1 and ε P = 0.14758
0.35242 or ε P = 0.64758 to 0.852
42, the S-polarized light diffraction efficiency is 0.0 to 0.2, and the P-polarized light diffraction efficiency is 0.2 to 0.8. .
【請求項9】 εP =0.35242〜0.6475
8、かつ、εS =0.14758〜0.35242又は
εS =0.64758〜0.85242であり、P偏光
の回折効率が0.8〜1.0であり、S偏光の回折効率
が0.2〜0.8であることを特徴とする請求項6記載
のホログラフィック偏光ビームスプリッタ。
9. ε P = 0.35242-0.6475
8 and ε S = 0.14758 to 0.35242 or ε S = 0.64758 to 0.85242, the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.8 to 1.0, and the diffraction efficiency of S-polarized light is The holographic polarization beam splitter according to claim 6, wherein the holographic polarization beam splitter has a thickness of 0.2 to 0.8.
【請求項10】 εP =0〜0.14758又はεP
0.85242〜1、かつ、εS =0.14758〜
0.35242又はεS =0.64758〜0.852
42であり、P偏光の回折効率が0.0〜0.2であ
り、S偏光の回折効率が0.2〜0.8であることを特
徴とする請求項6記載のホログラフィック偏光ビームス
プリッタ。
10. ε P = 0 to 0.14758 or ε P =
0.85242-1 and ε S = 0.14758
0.35242 or ε S = 0.64758 to 0.852
42, the diffraction efficiency of P-polarized light is 0.0 to 0.2, and the diffraction efficiency of S-polarized light is 0.2 to 0.8. .
【請求項11】 光磁気記録ディスクの読み取り装置の
ピックアップに用いることを特徴とする請求項1から1
0の何れか1項記載のホログラフィック偏光ビームスプ
リッタ。
11. A pickup according to claim 1, which is used in a reading device for a magneto-optical recording disk.
The holographic polarization beam splitter according to claim 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999049339A1 (en) * 1998-03-24 1999-09-30 Sharp Kabushiki Kaisha Hologram polarized light separator
JP2002062507A (en) * 2000-08-21 2002-02-28 Dainippon Printing Co Ltd Color liquid crystal projector using hologram polarized light separation color separating element

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