JPH07311311A - 円偏光変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円偏光素子からの出射光が完全な円偏光でな
い場合でも、目的地に於いて円偏光を得ることができる
円偏光交換器を提供することを主な目的とする。 【構成】 円偏光ミラー１３から出射直後及び目的地に
於ける出射光の光軸に垂直な直交２成分に分割された電
界ベクトルの位相差、振幅比を測定する位相差振幅比測
定装置２６と、この位相差振幅比測定装置２６により測
定された位相差、振幅比に基づいて補正値を算出するた
めの補正値算出部２３と、円偏光ミラー１３の入射光及
び出射光に関する情報を具備するデータベース２２と、
この情報に基づいて、補正値算出部２３に算出された補
正値にするために円偏光ミラー１３の姿勢を決定するた
めのミラー姿勢決定部２４と、ミラー姿勢決定部２４に
より決定された姿勢に円偏光ミラー１３の姿勢を調整す
るための駆動機構制御部２５とを具備したことを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を直線偏光か
ら円偏光に変換する円偏光変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、直線偏光から円偏光への変換
は、円偏光ミラー（反射型）、１／４λ波長板（透過
型）、フレネルロムといった位相差板により行なわれて
いる。すなわち、図４（Ａ）に示すような直線偏光は、
図４（Ｂ）に示すように、円偏光素子により、その偏光
成分がＸＹの直交座標において、直交２成分に分割され
る。

【０００３】そして、図５（Ａ）に示すように、この分
割された光の位相は互いに９０度ずらされる。これによ
り、２つの直交成分で互いの位相が９０度ずれるため、
光の電界ベクトルは図５（Ｂ）に示すように円周を描く
ようになり、円偏光が形成される。

【０００４】図６に、円偏光ミラーを用いた直線偏光か
ら円偏光への変換を説明するための図を示す。同図に示
すように、円偏光ミラー１の場合、入射光２と出射光３
で作る面４（以下「入射面」と記す。）とミラー面の交
わりの直線ｌ1 及びこれに垂直で反射点を通る直線ｌ2
を直交座標として入射直線偏光を分割する。

【０００５】従って、入射光の入射角４５度で、直線偏
光の向きを入射面に対して４５度の光を入射させると、
円偏光となって出射する。ところで、レーザ発振器の発
射光を増幅器で増幅する場合、偏光素子の耐光強度上の
問題から、レーザ光強度の弱い発振器の近くに円偏光変
換器を置き、上述の円偏光ミラー等によって円偏光に変
換された光を数枚のミラーを介して目的地へ光を伝送す
るが、ミラーや増幅器により位相差や振幅比がずれ、目
的地で完全な円偏光が得られないことが起きる。

【０００６】その際には、偏光素子からの出射光を完全
な円偏光とし、目的地での光軸に垂直な直交２成分に分
割された位相差を（π／２）−δ2 、振幅比をβとする
と、円偏光素子から出射直後の光の位相差ａ、振幅比が
αが、ａ＝（π／２）＋δ2，α＝１／βとなるような
補正値で円偏光素子を調節して、目的地に於いて完全な
円偏光を得ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、円偏光素子
にて完全な円偏光を作ろうとすると、入射光の入射角や
円偏光素子に対する偏光の向きを正確に設定しなければ
ならず、また、正確に設定しても円偏光素子の製作精度
上の問題により完全な円偏光が出射されるとは限らな
い。

【０００８】その上、補正値が求まっても、どのように
偏光素子を調節すれば補正値通りの楕円偏光が出射され
るかが不明である。本発明は上記実情に鑑みてなされた
ものであり、直線偏光を円偏光変換素子の入力とし、そ
の出射光を円偏光を必要とする目的地点に於いて円偏光
とするための円偏光変換器に於いて、円偏光素子からの
出射光が完全な円偏光でない場合でも、目的地で円偏光
を得るために円偏光素子出射光の位相差、振幅比をいく
らにすればよいか（以下、「補正値」と記す。）が簡単
に求まり、補正値通りの楕円偏光を得るために円偏光素
子の姿勢調節を行なうことができる、優れた円偏光交換
器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、まず、請求項１に係る発明の円偏光変換器は、直線
偏光を円偏光変換素子に入射し、その出射光を目的地点
で円偏光とするための円偏光変換器に於いて、前記円偏
光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂直な直交２
成分に分割された電界ベクトルの位相差ａ及び振幅比α
を、次式に示す補正値に補正する位相差、振幅比補正手
段を具備したことを特徴とする。

【００１０】ａ＝（π／２）＋δ2 −δ4 α＝γ／β 但し、円偏光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂
直な直交２成分に分割された電界ベクトルの位相差を
（π／２）−δ4 、振幅比をγ、円偏光変換素子から目
的地まで伝送された時の位相差を（π／２）−δ2 、振
幅比をβ、δ4 ，δ2 を任意定数とする。

【００１１】また、請求項２に係る発明の円偏光変換器
は、直線偏光を円偏光変換素子に入射し、その出射光を
目的地点で円偏光とするための円偏光変換器に於いて、
前記円偏光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂直
な直交２成分に分割された電界ベクトルの位相差、振幅
比を測定する第１測定手段と、前記円偏光変換素子から
出射された出射光の光軸に垂直な直交２成分に分割され
た電界ベクトルの目的地に於ける位相差、振幅比を測定
する第２測定手段と、前記第１及び第２測定手段により
測定された位相差、振幅比に基づいて前記補正値を算出
するための補正値算出手段と、前記円偏光変換素子の入
射光及び出射光に関する情報を具備するデータベース部
と、このデータベース部の情報に基づいて、前記補正値
算出手段により算出された補正値にするために前記円偏
光変換素子の姿勢を決定する円偏光変換素子姿勢決定手
段と、この円偏光変換素子姿勢決定手段により決定され
た姿勢に前記円偏光変換素子の姿勢を調整する駆動部
と、を具備したことを特徴とする。

【００１２】

【作用】従って、まず、請求項１に係る発明の円偏光変
換器に於いては、目的地との間に円偏光を狂わす要素が
あっても、請求項１に記載した補正値をもって、円偏光
交換器からの出射光を補正するので目的地に於いて完全
な円偏光が得られる。

【００１３】また、請求項２に係る発明の円偏光変換器
に於いては、第１測定手段により、円偏光変換素子から
出射直後の出射光の光軸に垂直な直交２成分に分割され
た電界ベクトルの位相差、振幅比を測定し、第２測定手
段により、円偏光変換素子から出射された出射光の光軸
に垂直な直交２成分に分割された電界ベクトルの目的地
に於ける位相差、振幅比を測定する。

【００１４】次に、補正値算出手段によって、上記第１
及び第２測定手段により測定された位相差、振幅比に基
づいて補正値を算出する。円偏光変換素子姿勢決定手段
は、この補正値にするために、円偏光変換素子の入射光
及び出射光に関する情報を具備するデータベース部の情
報に基づいて、円偏光変換素子の姿勢を決定する。

【００１５】そして、駆動部は、円偏光変換素子姿勢決
定手段により決定された姿勢に円偏光変換素子の姿勢を
調整するので、自動的に目的地に於いて完全な円偏光を
得ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。まず、円偏光変換器出射直後と、目的地で
の光の関係を理論的に求める。円偏光変換器出射直後の
光の光軸に垂直な直交２成分の電界ベクトルは次式で表
される。

【００１７】 Ｅx ＝Ｆｃｏｓ（ωｔ−δ1 ） Ｅy ＝Ｆγｃｏｓ（ωｔ−δ1 −δ4 ＋π／２）…（１） （但し、Ｆ：振幅、ω：角速度、ｔ：時間、δ1 、δ4
：任意定数、γ：振幅比） 式（１）の光が、目的地で電界ベクトルが以下の式で表
されるようになったとする。

【００１８】 Ｅx ′＝Ｇｃｏｓ（ωｔ−δ1 ） Ｅy ′＝Ｇβｃｏｓ（ωｔ−δ1 −δ2 ＋π／２）…（２） （但し、Ｇ：振幅、ω：角速度、ｔ：時間、δ1 、δ2
：任意定数、β：振幅比） 式（１）、（２）より光が目的地まで伝送される間に、
Ｘ方向の振幅比はＧ／Ｆ倍、Ｙ方向の振幅比は（Ｇβ）
／（Ｆγ）倍となり、Ｙ方向位相差は−δ2 ＋δ4 ずれ
ることになる。

【００１９】そこで、円偏光変換器出射光が式（３）の
楕円偏光であったとする。 Ｅx ′′＝Ｈｃｏｓ（ωｔ−δ1 ） Ｅy ′′＝Ｈαｃｏｓ（ωｔ−δ1 −δ3 ＋π／２）…（３） （但し、Ｈ：振幅、ω：角速度、ｔ：時間、δ1 、δ3
：任意定数、α：振幅比） すると、目的地における電界ベクトルは式（４）のよう
に変換される。

【００２０】 Ｅx ′′′＝Ｈ（Ｇ／Ｆ）ｃｏｓ（ωｔ−δ1 ） Ｅy ′′′＝Ｈα（（Ｇβ）／（Ｆγ））αｃｏｓ（ωｔ−δ1 −δ3 −δ2 ＋δ4 ＋π／２）…（４） 式（４）の光が円偏光となるための条件は、 （α・β）／γ＝１ −δ3 −δ2 ＋δ4 ＝０…（５） となり、式（５）を書き換えると α＝γ／β δ3 ＝δ4 −δ2 …（６） となる。

【００２１】すなわち、円偏光器出射光の電界ベクトル
式（３）が、式（６）の関係を満足していればよい。従
って、円偏光変換器出射光とその光が目的地まで伝送さ
れたときの位相差（δ4 ，δ2 ）、振幅比（γ、β）を
測定し、その結果から、振幅比αと位相差をａを α＝γ／β ａ＝π／２−δ4 ＋δ2 …（７） の光を円偏光変換器から出射させれば、目的地で完全な
円偏光が得られることになる、ここで、γ＝１かつδ4
＝０の場合は、円偏光変換器出射光が完全な円偏光を意
味する。

【００２２】次に、図１及び図２により、本発明の一実
施例に係る円偏光変換器について説明する。なお、図２
に於いて図１と同一部分には同一符号を付して、その説
明を省略する。

【００２３】同図に於いて、１１は全反射ミラーで、こ
の全反射ミラー１１は全反射ミラーホルダー１２により
支持されている。同様に、１３は円偏光ミラーで、この
円偏光ミラー１３は円偏光ミラーホルダー１４によって
支持されている。

【００２４】入射光１５は、装置支持部１６及び装置支
持板１７で支持されている全反射ミラー１１及び円偏光
ミラー１３を介して出射光１８として出力され、ビーム
スプリッタ２８を経て目的地２７まで伝送される。

【００２５】駆動機構１９〜２１は、ミラー姿勢決定部
２４によって決定されたミラー姿勢に円偏光ミラー１３
の姿勢を調整するためのものである。データベース２２
は、円偏光ミラー１３の入射面と、入射直線偏光のなす
角度と、出射光の光軸に垂直な直交２成分の振幅比の関
係及び円偏光ミラー１３の入射光の入射角度と、位相差
の関係を情報として持っている。

【００２６】補正値算出部２３は、この位相差振幅比測
定装置２６の測定結果から補正値を算出するためのもの
である。ミラー姿勢決定部２４は、補正値算出部２３よ
り求まった補正値にするために、円偏光ミラー１３の入
射面に対する入射直線偏光の向き、および入射角をいく
らに設定するかをデータベース２２の情報に基づいて決
定するためのものである。

【００２７】駆動機構制御部２５は、駆動機１９〜２１
の駆動制御を行なうためのものである。位相差振幅比測
定装置２６は、円偏光ミラー１３出射直後と目的地にお
ける出射光の位相差、振幅比を測定するためのものであ
る。

【００２８】上記位相差振幅比測定装置２６は、補正値
算出部２３を介して、ミラー姿勢決定部２４に接続され
ている。そして、このミラー姿勢決定部２４には、デー
タベース２２が接続されるとともに駆動機構制御部２５
が接続されている。

【００２９】この駆動機構制御部２５は、円偏光ミラー
１３に対する入射角を変化させるための駆動機構１９
と、円偏光ミラー１３に対する入射角と入射面に対する
直線偏光の向きを変えるための駆動機構２０及び円偏光
ミラー１３に対する入射面と入射直線偏光を変化させる
ための駆動機構２１を駆動制御する。

【００３０】次に、以上のように構成した本実施例の円
偏光変換器の動作について説明する。まず、位相差振幅
比測定装置２６によって、円偏光変換器からの出射光１
８と、その光が円偏光を必要とする目的地２７まで伝送
された時の位相差からδ4 ，δ2 ，振幅比γ，βを求め
る。

【００３１】そして、補正値算出部２３は、この測定結
果を上述の式（７）に代入して補正値を求める。ところ
で、円偏光ミラー１３は入射角４５度、入射面に対する
入射光の直線偏光の向きを４５度で光を入射すると円偏
光が出射される。そして、入射角を変えると位相差が、
入射面に対する直線偏光の向きを変えると振幅比が変化
する。しかしながら、これらの関係は直線的ではなく、
かつ固体差があるために事前に調査を行なう必要があ
る。

【００３２】データベース２２は、この事前に調査を行
なった円偏光ミラー１３の入射光及び出射光の特性デー
タを具備しており、これによって、ミラー入射角、入射
面に対する入射光の直線偏光の向きをいくらにすれば補
正値の楕円偏光が得られることがわかる。

【００３３】図３に円偏光ミラー１３の入射光及び出射
光の特性例を示す。同図に於いて、３１は入射角と位相
差との関係を示しており、３２は入射直線偏光の向きと
振幅比の関係を示している。

【００３４】ミラー姿勢決定部２４は、補正値算出部２
３により求められた補正値と、データベース２２の情報
より、円偏光ミラー１３への入射光の条件、すなわち、
直線偏光の向き及び入射角（円偏光ミラー１３の姿勢）
を決定する。

【００３５】入射光１５は、入射直線偏光の向きが水平
方向であれば、全反射ミラー１１により、この入射直線
偏光は４５度上方へ反射させられて、円偏光ミラー１３
に入射角度４５度、入射面に対する入射光の直線偏光の
向きが４５度で入射させられる。

【００３６】ところで、駆動機構制御部２５は３つの駆
動機構１９〜２１の制御を行なう。駆動機構１９は、円
偏光ミラー１３に対する入射角を変化させることができ
るため、出射光の位相差を調整することが可能である。

【００３７】駆動機構２０は、円偏光ミラー１３に対す
る入射角と入射面に対する直線偏光の向きを変えること
ができるため、位相差と振幅比を調整することが可能で
ある。

【００３８】図２（Ａ）は、駆動機構１９，２０による
円偏光ミラー１３の回転方向を説明するための図であ
る。同図に於いて、Ｔ1 ，Ｔ2 は駆動機構１９，２０に
よる円偏光ミラー１３の回転方向を示している。駆動機
構２１は、円偏光器へ入射する直線偏光の向きを相対的
に変化させるため、円偏光ミラー１３に対する入射面と
入射直線偏光の向きを変化させる。従って、振幅比の調
整を行なうことが可能となる。

【００３９】図２（Ｂ）のＴ3 は、駆動機構２１によっ
て、中心を全反射ミラー入射点とした場合の円偏光変換
器の回転方向を示している。上記駆動機構制御部２５
は、ミラー姿勢決定部２４により決定された姿勢となる
ように、駆動機構１９〜２１の駆動制御を行なうことに
より円偏光ミラー１３を調節し、円偏光ミラー１３の入
射面、入射光直線偏光の向きｌ3 及び入射角をミラー姿
勢決定部２４で決定された値に設定する。

【００４０】このような動作を行なうことによって、求
められた補正値通りの偏光成分を持つ出射光をただちに
出射させることが可能となる。従って、本発明の円偏光
変換器の実施例によれば、円偏光器からの出射光１８が
完全な円偏光でない場合であっても、円偏光変換器出射
光１８とその光の目的地２７での位相差と振幅差を, 位
相差振幅比測定装置２６によって測定し、この測定結果
に基づいて補正値算出部２３に於いて補正値を求め、こ
の補正値に合致するように自動的に円偏光ミラー１３の
姿勢を制御することによって、目的地２７に於いて完全
な円偏光を得ることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、直
線偏光を円偏光変換素子の入力とし、その出射光を円偏
光を必要とする目的地点に於いて円偏光とするための円
偏光変換器に於いて、円偏光素子からの出射光が完全な
円偏光でない場合でも、目的地で円偏光を得るために円
偏光素子出射光の位相差、振幅比をいくらにすればよい
かが簡単にも求まり、補正値通りの楕円偏光を得るため
に円偏光素子の姿勢調節を自動的に行なうことができ
る、優れた円偏光交換器を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る円偏光変換器の概略を
説明するための図。

【図２】同実施例に於ける円偏光変換器を説明するため
の図。

【図３】同実施例に於ける円偏光ミラー入出射光の特性
を示す図。

【図４】従来の直線偏光から円偏光への変換を説明する
ための図。

【図５】従来の直線偏光から円偏光への変換を説明する
ための図。

【図６】従来の円偏光ミラーを用いた直線偏光から円偏
光への変換を説明するための図。

【符号の説明】

１１… 全反射ミラー、１２…全反射ミラーホルダー、
１３…円偏光ミラー、１４…円偏光ミラーホルダー、１
５…入射光、１６…装置支持部、１７…装置支持板、１
８…出射光、１９…駆動機構、２０…駆動機構、２１…
駆動機構、２２…データベース、２３…補正値算出部、
２４…ミラー姿勢決定部、２５…駆動機構制御部、２６
…位相差振幅比測定装置、２７…目的地、２８…ビーム
スプリッタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線偏光を円偏光変換素子に入射し、そ
   の出射光を目的地点で円偏光とするための円偏光変換器
   に於いて、 前記円偏光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂直
   な直交２成分に分割された電界ベクトルの位相差ａ及び
   振幅比αを、次式に示す補正値に補正する位相差、振幅
   比補正手段を具備したことを特徴とする円偏光変換器。 ａ＝（π／２）＋δ2 −δ4 α＝γ／β 但し、円偏光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂
   直な直交２成分に分割された電界ベクトルの位相差を
   （π／２）−δ4 、振幅比をγ、円偏光変換素子から目
   的地まで伝送された時の位相差を（π／２）−δ2 、振
   幅比をβ、δ4 ，δ2 を任意定数とする。
2. 【請求項２】 直線偏光を円偏光変換素子に入射し、そ
   の出射光を目的地点で円偏光とするための円偏光変換器
   に於いて、 前記円偏光変換素子から出射直後の出射光の光軸に垂直
   な直交２成分に分割された電界ベクトルの位相差、振幅
   比を測定する第１測定手段と、 前記円偏光変換素子から出射された出射光の光軸に垂直
   な直交２成分に分割された電界ベクトルの目的地に於け
   る位相差、振幅比を測定する第２測定手段と、 前記第１及び第２測定手段により測定された位相差、振
   幅比に基づいて前記補正値を算出するための補正値算出
   手段と、 前記円偏光変換素子の入射光及び出射光に関する情報を
   具備するデータベース部と、 このデータベース部の情報に基づいて、前記補正値算出
   手段により算出された補正値にするために前記円偏光変
   換素子の姿勢を決定する円偏光変換素子姿勢決定手段
   と、 この円偏光変換素子姿勢決定手段により決定された姿勢
   に前記円偏光変換素子の姿勢を調整する駆動部と、 を具備したことを特徴とする円偏光変換器。