JPH08320456A - 偏光方位回転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２つの波長の光を同軸に含む光において、２つ
の波長の光の偏光方位をそれぞれ独立に任意の偏光方位
に回転させる偏光方位回転装置を提供する。 【構成】 第１の光に対して、リターデーション（２ｎ
−１）πを、第２の光に対して、リターデーション（２
ｍ−１）πを有する第１の波長板３３と、第１の光に対
して、リターデーション（２ｐ−１）πを、第２の光に
対して、リターデーション２ｑπを有する第２の波長板
３７とを、光軸４０上に順に備えた偏光方位回転装置。
但し、ｎ，ｍ，ｐ，ｑは、整数である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２つの波長の光の偏光
方位を独立に変化させることが必要な装置、例えば高精
度な変位計測を行うための光波干渉測定装置のＳＨＧ
（第２高調波発生）変換部等に用いられる偏光方位回転
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、波長の異なる２つの光からなる同
軸ビームの偏光方位を回転させるための手段としては、
それぞれの波長の光に対して、リターデーション（直交
する固有偏光方位間の位相差）πを有する波長板が用い
られていた。例えばフレネルロム１／２波長板等がその
例である。フレネルロム１／２波長板は、図７に示すよ
うに全反射におけるｐ偏光とｓ偏光の位相飛びを利用し
たもので、その位相飛びに波長依存性がほとんどないこ
とから、２つの波長の光それぞれに対して、πの位相飛
びを与えることができる。図８に示したように、フレネ
ルロム１／２波長板に入射した２つの波長の光偏光方位
１０１、１０２は、出射後、波長板の中性軸１０３に対
して対称な方位１０４、１０５に回転させられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フレネ
ルロム１／２波長板は、２つの波長の光を、それぞれ、
中性軸１０３に対して対称な方位に回転させるため、図
８に示したように、２つの波長の光の偏光方位間のなす
角Δθは、波長板に入射前と出射後とで変化はない。よ
って、フレネルロム１／２波長板では、２つの波長の光
の偏光方位を、それぞれ独立に、任意の方向に回転させ
ることができないという欠点がある。

【０００４】そこで、本発明は、２つの波長の光の偏光
方位を、独立に回転させることができる偏光方位回転装
置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の、本発明の第１の態様によれば、第１および第２の光
に対して、リターデーション（２ｎ−１）πを有する第
１の波長板と、第１の光に対して、リターデーション
（２ｍ−１）πを、第２の光に対して、リターデーショ
ン２ｐπを有する第２の波長板とを、光軸上に順に備え
たことを特徴とする偏光方位回転装置が提供される。但
し、ｎ，ｍ，ｐは、整数である。

【０００６】また、上記課題を達成するための、本発明
の第２の態様によれば、第１の光に対して、リターデー
ション（２ｎ−１）π／２を、第２の光に対して、リタ
ーデーション（２ｍ−１）πを有する第１の波長板と、
第１の光に対して、リターデーション（２ｐ−１）π／
２を、第２の光に対して、リターデーション（２ｑ−
１）πを有する第２の波長板と、第１の光に対して、リ
ターデーション（２ｒ−１）πを、第２の光に対して、
リターデーション２ｓπを有する第３の波長板とを、光
軸上に順に備えたことを特徴とする偏光方位回転装置が
提供される。但し、ｎ，ｍ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓは、整数で
ある。

【０００７】

【作用】本発明は、同軸の２つの波長の光の偏光方位を
独立に目的とする方位に回転させる。

【０００８】複屈折を利用した波長板のリターデーショ
ンδは、λを光の波長、ｎ_o を常光線屈折率、ｎ_e を異
常光線屈折率、ｄを波長板の厚さとしたとき、

【０００９】

【数１】

【００１０】で与えられる。

【００１１】数１において、（ｎ_e−ｎ_o）の波長依存性
は、小さい。例えば、水晶の場合、λ＝４００ｎｍ〜１
０００ｎｍで、（ｎ_e−ｎ_o）の変化量は０．０００８で
ある。したがって、ある波長板が、第１の光に対して、
リターデーションδ＝（２ｎ−１）π／２であり、１／
４波長板として作用するとき、その波長板は、第１の光
の１／２の波長を有する第２の光に対しては、リターデ
ーションδ≒（２ｍ−１）πであり、１／２波長板とし
て作用する。但し、ｎ，ｍは、整数である。

【００１２】また、ある波長板が、第１の光に対して、
リターデーションδ＝（２ｑ−１）πであり、１／２波
長板として作用するとき、第２の光に対しては、リター
デーションδ≒２ｓπであり、１波長板として作用す
る。但し、ｑ，ｓは、整数である。

【００１３】一方、数１において、（ｎ_e−ｎ_o）のわず
かな差を利用して、第１の光に対して、δ＝（２ｔ−
１）π／２、第２の光に対して、δ＝（２ｕ−１）π／
２となるｄを定めることも可能である。但し、ｔ，ｕは
整数で、ｔ≠ｕである。このような厚さｄをもつ波長板
は、第１、第２の光に対して、１／４波長板として作用
する。

【００１４】また、数１において、（ｎ_e−ｎ_o）のわず
かな差を利用して、第１の光に対して、δ＝（２ｖ−
１）π、第２の光に対して、δ＝（２ｗ−１）πとなる
ｄを定めることも可能である。このような厚さｄをもつ
波長板は、第１、第２の光に対して、１／２波長板とし
て作用する。但し、ｖ，ｗは、整数で、ｖ≠ｗである。

【００１５】さらに、フレネルロムのように、境界面で
の反射による位相飛びがｐ偏光とｓ偏光で異なることを
利用した波長板は、位相飛びの差の波長依存性が小さい
ため、第１、第２の光に対して、ほぼ等しいリターデー
ションを与える。よって、第１の光に対して、１／２波
長板として作用するときには、第２の光に対しても１／
２波長板として作用する。また、第１の光に対して、１
／４波長板として作用するときには、第２の光に対して
も、１／４波長板として作用する。

【００１６】よって、これらの波長板によって、本発明
の第１、第２の態様の偏光方位回転装置を構成すること
により、以下のように、第１、第２の光を含む入射光の
偏光方位を回転させることができる。

【００１７】まず、本発明の第１の態様の偏光方位回転
装置の場合には、第１の波長板の中性軸を、入射光に含
まれる第２の光の偏光方位を、目的とする偏光方位に回
転させる方位に設定する。また、第２の波長板の中性軸
を、第１の波長板を出射した光に含まれる第１の光の偏
光方位を、目的とする偏光方位に回転させる方位に設定
する。そして、第１の波長板、第２の波長板に、順に光
を入射させる。第１の波長板は、第１、第２の光に対し
て、１／２波長板として作用するため、第２の光の偏光
方位が、目的とする偏光方位に回転する。第１の光の偏
光方位も回転する。第２の波長板は、第１の光に対し
て、１／２波長板として作用し、第２の光に対して、１
波長板として作用するので、第１の波長板を出射した光
に含まれる第１の光の偏光方位は、目的とする偏光方位
に回転する。第２の光の偏光方位は、維持される。よっ
て、第１、第２の光の偏光方位をそれぞれ目的とする偏
光方位に回転させることができる。

【００１８】また、第２の態様の偏光方位回転装置の場
合には、第１の波長板の中性軸を、第１の光の偏光方位
を円偏光にする方位に設定する。第２の波長板の中性軸
を、第１の波長板を出射した光に含まれる第２の光の偏
光方位を、目的とする偏光方位に回転させる方位に設定
する。第３の波長板の中性軸を、第２の波長板を出射し
た光に含まれる第１の光の偏光方位を、目的とする偏光
方位に回転させる方位に設定する。

【００１９】そして、第１、第２の光を、第１、第２、
第３の波長板に順に入射させる。第１の波長板は、第１
の光に対しては１／４波長板として作用し、第２の波長
の光に対しては１／２波長板として作用するため、第１
の光は円偏光となり、第２の光は、直線偏光のまま偏光
方位が回転する。第２の波長板は、第１の光に対して
は、１／４波長板として作用し、第２の光に対しては１
／２波長板として作用するため、第１の波長板を出射し
た光に含まれる第１の光は、円偏光から直線偏光にな
り、第２の光の偏光方位は、目的とする偏光方位に回転
する。また、第３の波長板は、第１の光に対しては、１
／２波長板として作用し、第２の光に対しては１波長板
として作用するため、第２の波長板を出射した光に含ま
れる第２の光の偏光方位は、目的とする偏光方位のまま
維持され、第１の光の偏光方位が目的とする偏光方位に
回転する。したがって、第１、第２の光の偏光方位を、
それぞれ目的とする偏光方位に回転させることができ
る。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例について、図面を用いて説
明する。

【００２１】まず、本発明の第１の実施例の偏光方位回
転装置について、図１、図２、図９（ａ）、（ｂ）を用
いて説明する。

【００２２】第１の実施例の偏光方位回転装置は、図９
（ａ）、（ｂ）に示すように、フレネルロム１／２波長
板（以下、フレネルロムと称す）３３と、水晶の複屈折
性を利用した波長板３７とを、光を入射させる側から順
に、光軸４０上に配置した構成である。フレネルロム３
３は、筒体４２内に固定されている。筒体４２の外側面
には、ハンドル４３が取り付けられている。また、波長
板３７は、円盤状であり、側面にハンドル４４が取り付
けられている。

【００２３】筒体４２と、波長板３７とは、内部が空間
になっている円柱状の筐体４１内に配置されている。ハ
ンドル４３、４４は、筐体４１の側面に円周方向に設け
られたスリット４５、４６から外部に突出している。ま
た、筐体４１には、入射光および出射光を通過させるた
めの窓４７、４８が設けられている。ハンドル４３、４
４をスリット４５、４６に沿って移動させると、筒体４
２の側面および波長板３７の側面は、筐体４１の内側面
上を摺動し、フレネルロム３３および波長板３７が回転
する。これにより、フレネルロム３３の中性軸３２およ
び波長板３７の中性軸３６を任意の角度に向けることが
できる。

【００２４】フレネルロム３３は、図７に示したよう
に、境界面での全反射におけるｐ偏光の位相飛びとｓ偏
光の位相飛びの差が１／４πとなることを利用したもの
で、４回の全反射によって、πの位相飛びの差を与える
ことができる。その位相飛びの差に波長依存性がほとん
どないことから、２つの波長の光それぞれに対して、π
の位相飛びの差を与えることができる。

【００２５】また、波長板３７は、水晶の複屈折を利用
したものである。複屈折を利用した波長板において、常
光線についての屈折率ｎ_oと、異常光線についての屈折
率ｎ_eとの差（ｎ_e−ｎ_o）は、波長依存性が小さい。し
たがって、数１において、２つの波長λ₁、λ₂（但し、
λ₂＝１／２λ₁）についての、｛ｎ_e（λ₁）−ｎ
_o（λ₁）｝・ｄと、｛ｎ_e（λ₂）−ｎ_o（λ₂）｝・ｄと
は、ほぼ等しい。本実施例では、波長板３７の厚さｄ
を、波長λ₁の光に対してδ＝（２ｎ−１）π（但し、
ｎは整数である）となるように形成しているので、波長
λ₂（＝１／２λ₁）の光に対しては、δ＝２ｍπ （但
し、ｍは整数である）となる。よって、波長板３７は、
波長λ₁の光に対しては、１／２波長板として作用し、
波長λ₂に光に対しては、１波長板として作用する。

【００２６】つぎに、第１の実施例の偏光方向回転装置
を用いて、波長λ₁、λ₂の２つの光の偏光方向を、それ
ぞれ任意の方向に回転させるための動作について説明す
る。

【００２７】一例として、図１、図２（ａ）、（ｂ）を
用いて、ｘ軸に平行な偏光方位のλ₁の光３０とλ₂の光
３１とを、この偏光方向回転装置に入射し、光３０をｘ
軸から＋１３５°の偏光方位の光３８に、光３１をｘ軸
から＋４５°の偏光方位の光３９に、それぞれ回転させ
て出射させる場合について説明する。但し、本実施例の
偏光方位回転装置で、回転可能な偏光方位は、この方位
に限られるものではなく、任意の偏光方位の波長λ₁、
λ₂の入射光を、それぞれ独立に回転させて、任意の偏
光方位の出射光を得ることができる。

【００２８】まず、偏光方向回転装置のハンドル４３を
スリット４５に沿って移動させて、フレネルロム３３
を、波長λ₂の光３１の偏光方位を目的の方位に回転さ
せるように設定する。具体的には、ここでは、波長λ₂
の光３１の偏光方位を＋４５°の方位に回転させるの
で、フレネルロム３３の中性軸３２を、ｘ軸から２２．
５°の角度に設定する。

【００２９】つぎに、上述のように設定されたフレネル
ロム３３を通過した、波長λ₁の光３４の偏光方位を、
目的とする偏光方位に回転させるように、波長板３７を
設定する。この設定は、偏光方向回転装置のハンドル４
４をスリット４６に沿って移動させることにより行う。
具体的には、フレネルロム３３を通過した波長λ₁の光
３４の偏光方位は、＋４５°の方位に回転しているの
で、これを目的とする偏光方位＋１３５°に回転させる
ために、波長板３７の中性軸３６をｙ軸方向に設定す
る。

【００３０】同軸の２つの波長の光３０，３１は、上述
のように、ｘ軸に対して互いに平行な偏光方位を有して
いる。この光３０、３１が、窓４７から、本実施例の偏
光方位回転装置に入射すると、まず、中性軸３２がｘ軸
に対して２２．５°をなすフレネルロム３３に入射し、
図２（ｂ）のように、λ₁，λ₂の光３０、３１は、ｘ軸
に対して４５°の偏光方位をなす直線偏光３４，３５に
なる。次に、フレネルロム３３を出射した２波長光３
４，３５は、中性軸３６がｙ軸と平行な波長板３７に入
射する。波長板３７は、複屈折性を利用した波長板であ
るので、波長λ₁の光に対して１／２波長板として作用
するが、波長λ₂（＝１／２λ₁）の光に対しては、λ板
として作用する。よって、波長板３７を通過する際、波
長λ₂光の偏光方位（４５°）は維持されたまま、波長
λ₁の光の偏光方位が９０°回転し、偏光方位が１３５
°となる（図２（ａ））。従って、λ₁の光の偏光方位
は、λ₂の光の偏光方位と直交する。これによって、目
的とする偏光方位４５°の波長λ₂の光３９と、偏光方
位１３５°の波長λ₁の光３８とが得られる。

【００３１】第１の実施例において、フレネルロム３３
の代わりに、複屈折を利用した波長板であって、波長λ
₁の光に対してリターデーション（２ｎ−１）π、波長
λ₂の光に対してリターデーション（２ｍ−１）πを与
える波長板を用いることが可能である。但し、ｎ，ｍ
は、整数である。このような波長板は、複屈折の（ｎ_e
−ｎ_o）のわずかな差を利用して、数１において、波長
λ₁の光に対して、δ＝（２ｎ−１）π、波長λ₂の光に
対して、δ＝（２ｍ−１）πとなるような厚さｄを有す
る波長板である。このような厚さｄをもつ波長板は、波
長λ₁、波長λ₂の光に対して、１／２波長板として機能
する。したがって、第１の実施例において、フレネルロ
ム３３の代わりに、このような波長板を用いることがで
きる。

【００３２】また、第１の実施例において、波長板３７
は、リターデーションの符号が正負いずれであってもよ
い。

【００３３】つぎに、本発明の第２の実施例の偏光方位
回転装置について、図３、図４（ａ）、（ｂ）、図１０
（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００３４】第２の実施例の偏光方位回転装置は、図１
０（ａ）、（ｂ）に示すように、波長板１と、波長板２
と、波長板３とを、光を入射させる側から順に、光軸５
９上に配置した構成である。波長板１には、ハンドル５
０が取り付けられ、波長板２には、ハンドル５１が取り
付けられ、波長板３には、ハンドル５２が取り付けられ
ている。

【００３５】波長板１と、波長板２と、波長板３とは、
内部が空間になっている円柱状の筐体５８内に配置され
ている。ハンドル５０、５１、５２は、筐体５８の側面
に円周方向に設けられたスリット５３、５４、５５から
外部に突出している。また、筐体５８には、入射光およ
び出射光を通過させるための窓５６、５７が設けられて
いる。ハンドル５０、５１、５２をスリット５３、５
４、５５に沿って移動させると、波長板１、波長板２、
波長板３の中性軸４、５、６をそれぞれ任意の角度に向
けることができる。

【００３６】波長板１、波長板２、および、波長板３
は、水晶の複屈折を利用したものである。第１の実施例
で述べたように、複屈折を利用した波長板は、常光線に
ついての屈折率ｎ_oと、異常光線についての屈折率ｎ_eと
の差（ｎ_e−ｎ_o）は、波長依存性が小さく、数１におい
て、２つの波長λ₁、λ₂（但し、λ₂＝１／２λ₁）につ
いての、｛ｎ_e（λ₁）−ｎ_o（λ₁）｝・ｄと、｛ｎ
_e（λ₂）−ｎ_o（λ₂）｝・ｄとは、ほぼ等しい。本実施
例では、波長板１、波長板２、および、波長板３の厚さ
ｄを、波長λ₁の光に対して、それぞれδ＝（２ｎ−
１）π／２（すなわち、１／４波長板）、δ＝（２ｐ−
１）π／２（すなわち、１／４波長板）、および、δ＝
２（ｒ−１）π（すなわち、１／２波長板）となるよう
に形成しているので、波長λ₂（＝１／２λ₁）の光に対
しては、それぞれ、δ＝（２ｍ−１）π（すなわち、１
／２波長板）、δ＝（２ｑ−１）π（すなわち、１／２
波長板）、δ＝２ｓπ（すなわち、λ板）となる。但
し、ｎ，ｍ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓは、整数である。

【００３７】つぎに、第２の実施例の偏光方向回転装置
を用いて、波長λ₁、λ₂の２つの光の偏光方向を、それ
ぞれ任意の方向に回転させるための動作について説明す
る。一例として、図３、図４（ａ）、（ｂ）のように、
ｘ軸に平行な偏光方位のλ₁の光７とλ₂（＝１／２
λ₁）の光８とを、この偏光方向回転装置に入射し、光
８をｘ軸から＋１３５°の偏光方位の光１４に、光７を
ｘ軸から＋４５°の偏光方位の光１３に、それぞれ回転
させて出射させる場合について説明する。但し、本実施
例の偏光方位回転装置で、回転可能な偏光方位は、この
方位に限られるものではなく、任意の偏光方位の波長λ
₁、λ₂の入射光を、それぞれ独立に回転させて、任意の
偏光方位の出射光を得ることができる。

【００３８】まず、偏光方向回転装置のハンドル５０を
スリット５３に沿って移動させて、波長板１を、波長λ
₁の光７の偏光方位を、円偏光にするように設定する。
具体的には、ここでは、波長λ₁の光７がｘ軸に平行な
偏光方位であるので、波長板１の中性軸４を、ｘ軸から
４５°の角度に設定する。

【００３９】つぎに、上述のように設定された波長板１
を通過した、波長λ₂の光１０の偏光方位を、目的とす
る偏光方位に回転させるように、波長板２を設定する。
この設定は、偏光方向回転装置のハンドル５１をスリッ
ト５４に沿って移動させることにより行う。具体的に
は、波長板１は、波長λ₂の光に対して１／２波長板と
して作用するため、波長板１を通過した波長λ₂の光１
０の偏光方位は、ｙ軸の方向に回転しているので、これ
を目的とする偏光方位＋１３５°に回転させる必要があ
る。ここで、波長板２は、波長λ₂の光に対しては、上
述したように、１／２波長板として作用するので、波長
板２の中性軸５を１１２．５°の方向に設定する。

【００４０】さらに、上述のように設定された波長板２
を通過した、波長λ₁の光１１の偏光方位を、目的とす
る偏光方位に回転させるように、波長板３を設定する。
この設定は、偏光方向回転装置のハンドル５２をスリッ
ト５５に沿って移動させることにより行う。具体的に
は、波長板２を通過した波長λ₁の光１１の偏光方位
は、ｘ軸から１５７．５°の方向に回転しているので、
これを目的とする偏光方位４５°に回転させる必要があ
る。よって、波長板３の中性軸６をｘ軸から１１．２５
°の方向に設定する。

【００４１】波長λ₁の光７、９、１１、１３の偏光方
位を図４（ａ）を用いて、波長λ₂の光８、１０、１
２、１４の偏光方位を図４（ｂ）を用いて、以下説明す
る。同軸の２つの波長のビーム７，８は、ｘ軸に対して
互いに平行な偏光方位を有している。この光７、８が、
窓５６から、本実施例の偏光方位回転装置に入射する
と、まず、中性軸４がｘ軸に対して４５°をなす波長板
１に入射する。波長板１は、波長λ₁の光に対しては、
１／４波長板として作用するが、波長λ₂の光に対して
は、１／２波長板として作用するため、波長λ₁の光７
は、円偏光９になり、波長λ₂の光８は９０°回転しｙ
軸に平行な直線偏光１０となる。

【００４２】次に、波長板１を出射した２つの波長の光
９，１０は、中性軸５が１１２．５°をなす波長板２に
入射する。波長板２は、波長λ₁の光に対しては、１／
４波長板として作用するが、波長λ₂の光に対しては、
１／２波長板として作用するので、波長λ₂の直線偏光
１０は、１３５°をなす直線偏光１２になり、波長λ₁
の円偏光９は、中性軸５に対して４５°をなす（ｘ軸に
対して１５７．５°をなす）直線偏光１１になる。

【００４３】さらに、波長板２を出射した２つの波長の
光１１，１２は、中性軸６がｘ軸に対して１１．２５°
をなす波長板３に入射する。ここで、波長板３は、波長
λ₁の光に対しては、１／２波長板として作用するが、
波長λ₂の光に対しては、λ板として作用するので、波
長λ₂の光１２の偏光方位は維持されたまま、波長λ₁光
１１の偏光方位がｘ軸に対して４５°となる。以上よ
り、互いに平行な偏光方位を有する２つの波長の光（λ
₁＝２λ₂）７，８は、目的とする、偏光方位が４５°回
転しかつ互いに直交した２波長光１３，１４となる。

【００４４】上述の図３に示した実施例は、波長板１、
２、３のリタデーションの値の符号が、順に、正、負、
正であるが、本実施例は、この符号の組合せに限定され
るものではない。すなわち、３枚の波長板１、２、３の
リターデーションの値の絶対値が、それぞれ、図３の実
施例の波長板１、２、３と等しいければ、リターデーシ
ョンの値の符号は、正負いずれであってもよい。３枚の
波長板のリターデーションの符号の組合せが図３の実施
例と異なる場合においても、各波長板の中性軸の設定方
法は、図３の実施例と同様に、波長λ₁、λ₂の光の入射
時の偏光方位と、目的とする偏光方向とに基づいて定め
る。

【００４５】ここで、上述の図３の実施例の波長板１、
２、３とリターデーションの絶対値が同じであるが、リ
ターデーションの符号が、それぞれ、正、正、正の組合
せの偏光方位回転装置を用いて、互いに直交する偏光方
位を有する２つの波長光（λ₁＝２λ₂）を、それぞれ＋
４５°、−４５°回転させて平行にする場合について、
図５、図６を用いて説明する。

【００４６】同軸の２つの波長の直線偏光２１，２２
は、ｘ軸に対して、それぞれ、４５°、１３５°の角を
なし、互いに直交する偏光方位を有している。まず、波
長板１の中性軸４を、波長λ₁の光２１を円偏光２３に
する角度０°（ｘ軸方向）に設定する。また、波長板２
の中性軸５を、波長板１を出射した波長λ₂の光２４
を、目的とする偏光方位の光２６に回転させる角度６
７．５°に設定する。さらに、波長板３の中性軸６を、
波長板２を出射した波長λ₁の光２５を目的とする偏光
方位の光２７に回転させるための角度５６．２５°に設
定する。

【００４７】波長λ₁の光２１と、波長λ₂の光２２と
は、中性軸４がｘ軸に平行な波長板１に入射し、波長λ
₁の光２１は円偏光２３になり（図６（ａ））、波長λ₂
の光２２は９０°回転し、ｘ軸に対して４５°をなす直
線偏光２４となる（図６（ｂ））。次に、波長板１を出
射した２つの波長の光２３，２４は、中性軸５が、６
７．５°をなす波長板２に入射し、λ₂光２４は、ｙ軸
と平行な直線偏光２６になり、λ₁光２３は中性軸５に
対して４５°をなす（ｘ軸に対して２２．５°をなす）
直線偏光２５になる。さらに波長板２を出射した２つの
波長の光２５，２６は、中性軸６が５６．２５°をなす
波長板３に入射し、波長λ₂の光２６の偏光方位は、維
持されたまま、波長λ₁の光２５の偏光方位が、ｙ軸に
対して平行となる。

【００４８】以上より、互いに直交する偏光方位を有す
る２つの波長の光（λ₁＝２λ₂）２１，２２は、偏光方
位が４５°回転し、かつ、平行な２つの波長の光２７，
２８となる。

【００４９】このように、本発明の第１、第２の実施例
の偏光方位回転装置を用いることにより、２つの波長λ
₁、λ₂の光（λ₁＝２λ₂）の偏光方位をそれぞれ独立に
回転させることができる。

【００５０】つぎに、本発明の第３の実施例として、上
述の第１または第２の実施例の偏光方位回転装置を光路
中に備えた光波干渉測定装置について説明する。

【００５１】まず、第３の実施例の光波干渉測定装置の
構成について、図１１を用いて説明する。図１１の光波
干渉測定装置は、ホモダイン干渉方式で、空気の屈折率
変動のモニタを行うものである。

【００５２】光軸２０１上には、光源３０１、ビームス
プリッタ２０２、光結合素子３２５、偏光ビームスプリ
ッタ３０３、変位を測定すべき移動鏡３０７、光分離素
子３２８、偏光子３０９、光電変換素子３１０が順に配
置されている。偏光ビームスプリッタ３０３で反射され
る光の光軸２０３には、固定鏡３０６が配置されてい
る。また、ビームスプリッタ２０２で反射される光の光
軸２５０には、偏光子３１２と、光電変換素子３１３と
が配置されている。光源３０１は、周波数ω₁の光３０
５と、周波数ω₁′の光３０４とを含む光３０２を出射
する。具体的には、光源３０１は、Ｈｅ−Ｎｅレーザで
あり、光３０５は、波長６３３ｎｍである。光３０５と
光３０４とは、互いに周波数がわずかに異なり（ω₁′
＝ω₁＋Δω）、偏光方位が互いに直交している。光電
変換素子３１０および光電変換素子３１３は、位相計３
１４に接続されている。これらは、周波数ω₁の光で移
動鏡３０７の変位Ｄ（ω₁）を測長するための光学系を
構成している。

【００５３】また、光軸２０４上には、光源３２０、第
２高調波発生素子（以下ＳＨＧ素子と称す）３２２が配
置されている。光軸２０４は、光結合素子３２５によ
り、光軸２０１と結合している。光源３２０は、周波数
ω₂の光３２１を出射する。

【００５４】ＳＨＧ素子３２２は、光３２１の一部を周
波数ω₃＝２ω₂の光３２４に変換する。具体的には、光
源３２０は、波長１０６４ｎｍの光を出射するＹＡＧレ
ーザである。ＳＨＧ素子３２２は、非線形光学材料ＫＴ
ｉＯＰＯ₄により構成されている。また、光分離素子３
２８により、光軸２０１から分離する光軸２０５には、
偏光ビームスプリッタ３３１、偏光方位回転装置４０
１、ＳＨＧ素子３３５、光電変換素子３３９が配置され
ている。また、偏光ビームスプリッタ３３１によって光
軸２０５から分離する光軸２０６には、偏光方位回転装
置４０２、ＳＨＧ素子３３４、光電変換素子３３８が配
置されている。

【００５５】偏光方位回転装置４０１、４０２は、第１
の実施例および第２の実施例で示した偏光方位回転装置
のうちのいずれかの構成である。ＳＨＧ素子３３４、３
３５は、ＳＨＧ素子３２２と同じ非線形光学材料ＫＴｉ
ＯＰＯ₄で形成されている。

【００５６】光電変換素子３３８、３３９は、位相計３
４２に接続されている。これらは、偏光ビームスプリッ
タ３０３、固定鏡３０６、移動鏡３０７とともに、周波
数ω₃の光で測長した移動鏡３０７の変位Ｄ（ω₃）と、
周波数ω₂の光で測長した移動鏡３０７の変位Ｄ（ω₂）
との差を求めるための光学系を構成している。この光学
系は、ホモダイン干渉方式でＤ（ω₃）−Ｄ（ω₂）を求
めることにより、空気の屈折率変動をモニタするもので
ある。

【００５７】この装置によって、空気の屈折率変動の影
響を除いて、移動鏡３０７の真の変位Ｄを測定する動作
について説明する。

【００５８】まず、光源３０１より出射される周波数が
わずかに異なり偏光方位が互いに直交する光３０４、３
０５を含む光３０２は、偏光ビームスプリッタ３０３に
入射し、参照光となる光（ω₁′）３０４と、測定光と
なる光（ω₁）３０５とに分離される。参照光３０４
は、固定鏡３０６で反射されたのち、再び偏光ビームス
プリッタ３０３に入射する。他方、測定光３０５は、測
定対象である移動鏡３０７で反射されたのち、再び偏光
ビームスプリッタ３０３に戻り、参照光３０４と同軸で
偏光ビームスプリッタ３０３から出射する。

【００５９】偏光ビームスプリッタ３０３から出射され
た、参照光３０４と測定光３０５とを含む光３０８は、
偏光子３０９を通過する。偏光子３０９を通過すること
により、参照光３０４と測定光３０５とが干渉する。こ
の干渉縞の明暗は、光電変換素子３１０により電気信号
に変換される。光電変換素子３１０で変換された干渉ビ
ート信号（周波数Δω）３１１、および、予め光源直後
で受光することによって得られた参照信号３１５は、位
相計３１４に入力され、ヘテロダイン検波法により、参
照信号３１５の位相に対する干渉ビート信号３１１の位
相の変化αが測定される。よく知られているように、こ
の位相変化αと、周波数ω₁との演算により、移動鏡３
０７の変位Ｄ（ω₁）が求められる。

【００６０】他方、光源３２０から出射された周波数ω
₂の光３２１は、ＳＨＧ（第２高調波発生）素子３２２
に入射し、周波数ω₃（＝２ω₂）のＳＨＧ光３２４を生
じる。光３２１と光３２４とは、上述した測定光３０５
ならびに参照光３０４と、偏光方向が４５度の角度をな
す直線偏光である。ＳＨＧ素子３２２を透過した周波数
ω₂の光３２１、周波数ω₃の光３２４の２つの波長の光
は、光結合素子３２５により、上述の測長光３０２と結
合され、偏光ビームスプリッタ３０３に入射する。偏光
ビームスプリッタ３０３に入射した２つの波長の光３２
１、３２４は、参照光３０４と同じ偏光方向の参照光３
２６と、測定光３０５と同じ偏光方向の測定光３２７に
分離される。参照光３２６および測定光３２７は、それ
ぞれ、周波数ω₂の光３２１と周波数ω₃の光３２４とを
含んでいる。そして、参照光３２６は、固定鏡３０６で
反射され、測定光３２７は、移動鏡３０７で反射された
後、偏光ビームスプリッタ３０３から同軸で出射する。

【００６１】偏光ビームスプリッタ３０３から出射した
２つの波長を含む光は、光分離素子３２８で、測長光３
０８と分離される。さらに、偏光ビームスプリッタ３３
１で、参照光路を通った２つの波長を含む光３２６と、
測定光路を通った２つの波長を含む光３２７とが分離さ
れる。

【００６２】偏光方位回転装置４０２は、参照光３２６
に含まれる周波数ω₂の光３２１の偏光方位を、予め定
めた偏光方位に回転させる。この予め定めた偏光方位と
は、ＳＨＧ素子３３４のＫＴｉＯＰＯ₄結晶の位相整合
条件によって決まる偏光方位であり、本実施例では、Ｋ
ＴｉＯＰＯ₄結晶の異常方向に対して、４５°付近の偏
光方位に回転させる。また、周波数ω₃の光３２４の偏
光方位を、ＳＨＧ素子３３４のＫＴｉＯＰＯ₄結晶の異
常方向に回転させる。偏光方位を回転させるための偏光
方位回転装置４０２の設定方法については、第１、およ
び、第２の実施例で詳しく述べた通りである。

【００６３】また、偏光方位回転装置４０１も同様に、
測定光３２７に含まれる周波数ω₂の光３２１の偏光方
位を、予め定めた偏光方位に回転させる。この予め定め
た偏光方位とは、ＳＨＧ素子３３５のＫＴｉＯＰＯ₄結
晶の位相整合条件によって決まる偏光方位であり、本実
施例では、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶の異常方向に対して、４
５°付近の偏光方位に回転させる。また、周波数ω₃の
光３２４の偏光方位を、ＳＨＧ素子３３５のＫＴｉＯＰ
Ｏ₄結晶の異常方向に回転させる。

【００６４】ＳＨＧ素子３３４、３３５のＫＴｉＯＰＯ
₄結晶は、前述の位相整合条件にから定めた偏光方位
（異常方向に対して、４５°付近）に周波数ω₂の光が
入射すると、効率よく第２高調波を発生し、結晶の異常
方向に平行な直線偏光で出射する性質を有する。また、
ＫＴｉＯＰＯ₄結晶は、結晶の異常方向に入射した周波
数ω₃の光を、そのまま結晶の異常方向で出射する。

【００６５】よって、ＳＨＧ素子３３４，３３５では、
周波数の小さいω₂光３２１の第２高調波が発生し、周
波数ω₃（＝２ω₂）の光３３０をそれぞれ生じる。周波
数ω₃の光３３０は、ＳＨＧ素子３３４、３３５を通過
した周波数の大きいω₃光３２４と、同じ偏光方位（Ｋ
ＴｉＯＰＯ₄結晶の異常方向）であるため、両者は干渉
する。その干渉光３３６，３３７を光電変換素子３３
８，３３９でそれぞれ受光する。参照光路を通った２つ
の波長を含む光の干渉光３３６による干渉信号３４０
と、測定光路を通った２つの波長を含む光の干渉光３３
７による干渉信号３４１は、位相計３４２に入力され、
干渉信号３４０の位相に対する干渉信号３４１の位相変
化を測定することにより位相差βが検出される。この位
相差βと、周波数ω₃との演算により、Ｄ（ω₃）−Ｄ
（ω₂）が求まる。

【００６６】さらに、前記光波干渉測定装置の位相計３
１４の出力と、前記位相計３４２の出力とは、演算器３
４３に入り、空気の屈折率変動を補正する演算

【００６７】

【数２】

【００６８】が行われ、真の変位Ｄが求まる。但し、Ｆ
（ω₁）／（Ｆ（ω₃）−Ｆ（ω₂））は、予め計算によ
りもとめた定数である。

【００６９】このように、第３の実施例の光波干渉測定
装置では、３つの周波数ω₁、ω₂、ω₃の光を用いて、
測定対象の変位Ｄ（ω₁）、｛Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）｝
を測定することにより、数２を用いて、屈折率変動を補
正した真の変位を検出することができる。

【００７０】上述の第３の実施例では、ＳＨＧ素子３３
４、３３５の前に、第１、第２の実施例の偏光方位回転
装置を配置しているため、ＳＨＧ素子３３４、３３５の
第２高調波の変換効率が高い偏光方位に、周波数ω₂光
３２１を入射させることができる。また、ＳＨＧ素子３
３４、３３５が周波数ω₃の光３２４を透過し、しか
も、周波数ω₂光３２１の第２高調波の出射される偏光
方位に、周波数ω₃の光３２４を入射させることができ
る。よって、強度の大きい第２高調波（光３３０）を得
ることができるとともに、この第２高調波（光３３０）
と光３２４との偏光方位が一致しているため、強度の大
きい干渉光を得ることができる。したがって、精度よく
Ｄ（ω₃）−Ｄ（ω₂）を求めることができる。

【００７１】第３の実施例の構成においては、偏光方位
回転装置４０１、４０２の筐体を取外して、波長板を光
軸上に配置するようにすることも可能である。

【００７２】また、第３の実施例では、ホモダイン干渉
を利用してＤ（ω₃）−Ｄ（ω₂）を求めたが、ヘテロダ
イン干渉を利用する構成に変更することもできる。具体
的には、図１１において、ＳＨＧ素子３２２と光結合素
子３２５の間の光路を分岐して、周波数をわずかにシフ
トさせるための音響光学素子を配置する。この音響光学
素子により、周波数ω₂の光３２１、および、周波数ω₃
の光３２４のうちの少なくともいずれか一方の周波数を
わずかにシフトさせ、再び光軸２０４の光路に戻す。こ
のような構成にして、ヘテロダイン干渉を利用すると、
光源３２０の出力の変動による誤差の影響を受けにく
く、正確に位相差を検出することができる。従って、補
正のためのＤ（ω₃）−Ｄ（ω₂）を正確に検出できるた
め、真の変位Ｄの検出精度を向上させることができる。

【００７３】つぎに、本発明の第４の実施例として、第
１、第２の実施例の偏光方位回転装置を備えた屈折率変
動モニタについて、図１２を用いて説明する。

【００７４】まず、第４の実施例の屈折率変動モニタの
構成について説明する。

【００７５】本実施例の屈折率変動モニタは、空気等の
気体や液体が満たされた空間の屈折率の変動を測定する
ための装置である。そのために、屈折率変動を測定すべ
き空間内の光軸２２１に、光源２１１、ＳＨＧ素子２１
２、光分離素子２１４、光結合素子２１５、移動鏡２１
６、偏光方位回転装置５０１、ＳＨＧ素子２１７、光電
変換素子２１８を配置する。また、光分離素子２１４に
より反射した光の光軸２２２には、ミラー２２３、周波
数シフタ２１３、ミラー２２４を配置する。

【００７６】偏光方位回転装置５０１としては、第１、
および、第２の実施例の偏光方位回転装置のうちのいず
れかを用いる。

【００７７】このような構造により、光源２１１から出
射された波長λ₁の光（基本波）の一部を、ＳＨＧ素子
２１２によって、波長λ₂（λ₂＝１／２・λ₁：第２高
調波）に変換する。波長λ₂の光は、光分離素子２１４
によって反射される。周波数シフタ２１３は、波長λ₂
を一定の値だけシフトさせる。これにより、波長λ₂’
の光が得られる。この波長λ₁の光とλ₂’の光とを、光
結合素子２１５によって同軸に重ねあわせて、屈折率変
動を測定すべき空間内に進行させ、一定の変位で移動す
る移動鏡２１６によって反射させて、さらに、屈折率変
動を測定すべき空間内に進行させる。そして、偏光方位
回転装置５０１によって、偏光方位を回転させてから、
ＳＨＧ素子２１７に入射させ、波長λ₁の光を波長λ
₂（λ₂＝１／２・λ₁）に変換する。波長λ₂’の光は、
ＳＨＧ素子２１７を透過し、波長λ₂の光と、波長λ₂’
の光とが干渉し、干渉縞の間隔を光電変換素子２１８に
より検出することにより、位相差がヘテロダイン検出さ
れる。

【００７８】これにより、第３の実施例と同様に、光電
変換素子２１８で検出される位相差により、移動鏡２１
６の変位を２つの光の測定した場合の両者の差に相当す
る｛Ｄ（λ₂’）−Ｄ（λ₁）｝が得られる。（但し、ｃ
＝（ω／（２π））λである。）第３の実施例で説明し
たように、Ｄ（λ₂’）−Ｄ（λ₁）は、空気の屈折率変
動を情報を含んだ値である。したがって、移動鏡２１６
を、一定の変位で移動させることにより、空気の屈折率
変動を相対的に検出することができる。

【００７９】偏光方位回転装置５０１は、波長λ₁の光
の偏光方位を、予め定めた偏光方位に回転させる。この
予め定めた偏光方位とは、ＳＨＧ素子２１７のＫＴｉＯ
ＰＯ₄結晶の位相整合条件によって決まる偏光方位であ
り、本実施例では、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶の異常方向に対
して、４５°付近の偏光方位に回転させる。また、波長
λ₂’の光の偏光方位を、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶の異常方向
に回転させる。偏光方位を回転させるための偏光方位回
転装置５０１の設定方法については、第１、および、第
２の実施例で詳しく述べた通りである。

【００８０】本実施例では、ＳＨＧ素子２１７の前に、
第１、第２の実施例の偏光方位回転装置を配置している
ため、ＳＨＧ素子２１７の第２高調波の変換効率が高い
偏光方位に、波長λ₁の光を入射させることができる。
また、ＳＨＧ素子２１７が波長λ₂’の光を透過し、し
かも、波長λ₁の第２高調波の出射される偏光方位に、
波長λ₂’の光を入射させることができる。よって、強
度の大きい第２高調波を得ることができるとともに、こ
の第２高調波と波長λ₂’の光との偏光方位が一致して
いるため、強度の大きい干渉光を得ることができる。し
たがって、精度よく屈折率変動をモニタすることができ
る。

【００８１】また、第４の実施例において、偏光方位回
転装置５０１を配置する場所は、ＳＨＧ素子２１７のす
ぐ前に限らず、移動鏡２１６と光結合素子２１５との間
であってよい。

【００８２】上述の各実施例で述べたように、本発明の
第１、第２の実施例の偏光方位回転装置を用いることに
より、２つの波長の光の偏光方位をそれぞれ異なる方位
に回転させることが可能である。また、この偏光方位回
転装置を第３、第４の実施例のように、ＳＨＧ素子を備
えた干渉光学装置に搭載することにより、強度の大きな
第２高調波が得られるとともに、強度の大きな干渉光が
得られる。

【００８３】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、２つの
波長の光の偏光方位をそれぞれ独立に任意の偏光方位に
回転させることのできる偏光方位回転装置が提供され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の偏光方位回転装置の構
成を示す説明図。

【図２】（ａ）、（ｂ）本発明の第１の実施例の偏光方
位回転装置における偏光方位を示す説明図。

【図３】本発明の第２の実施例の偏光方位回転装置の構
成を示す説明図。

【図４】（ａ）、（ｂ）本発明の第２の実施例の偏光方
位回転装置における偏光方位を示す説明図。

【図５】本発明の第２の実施例の偏光方位回転装置の別
の使い方を示す説明図。

【図６】（ａ）、（ｂ）図５の使い方をした場合の偏光
方位回転装置における偏光方位を示す説明図。

【図７】フレネルロム１／２波長板の光路を示す説明
図。

【図８】フレネルロム１／２波長板を通過前後の光の偏
光方位を示す説明図。

【図９】第１の実施例の偏光方位回転装置の全体の構成
を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切欠き斜視図。

【図１０】第２の実施例の偏光方位回転装置の全体の構
成を示す（ａ）斜視図、（ｂ）切欠き斜視図。

【図１１】本発明の第３の実施例の光波干渉測定装置の
構成を示す説明図。

【図１２】本発明の第４の実施例の屈折率変動モニタの
構成を示す説明図。

【符号の説明】

１、２、３、３７…複屈折を利用した波長板、３３…フ
レネルロム、４１…筐体。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の光に対して、リターデーション（２
   ｎ−１）πを、第２の光に対して、リターデーション
   （２ｍ−１）πを有する第１の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｐ−１）π
   を、第２の光に対して、リターデーション２ｑπを有す
   る第２の波長板とを、 光軸上に順に備えたことを特徴とする偏光方位回転装
   置。但し、ｎ，ｍ，ｐ，ｑは、整数である。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第１の波長板に、
   前記第１および第２の光を照射するための入射窓と、 前記第１の波長板の中性軸、および、前記第２の波長板
   の中性軸をそれぞれ任意の方位に向けるための手段と、 前記第２の波長板を通過した光を出射させるための出射
   窓とを有することを特徴とする偏光方位回転装置。
3. 【請求項３】第１の光に対して、リターデーション（２
   ｎ−１）π／２を、第２の光に対して、リターデーショ
   ン（２ｍ−１）πを有する第１の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｐ−１）π／
   ２を、第２の光に対して、リターデーション（２ｑ−
   １）πを有する第２の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｒ−１）π
   を、第２の光に対して、リターデーション２ｓπを有す
   る第３の波長板とを、 光軸上に順に備えたことを特徴とする偏光方位回転装
   置。但し、ｎ，ｍ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓは、整数である。
4. 【請求項４】請求項２において、前記第１の波長板に、
   前記第１および第２の光を照射するための入射窓と、 前記第１の波長板の中性軸、第２の波長板の中性軸、お
   よび、第３の波長板の中性軸をそれぞれ任意の方位に向
   けるための手段と、 前記第３の波長板を通過した光を出射させるための出射
   窓とを有することを特徴とする偏光方位回転装置。
5. 【請求項５】第１の光に対して、リターデーション（２
   ｎ−１）πを、第２の光に対して、リターデーション
   （２ｍ−１）πを有する第１の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｐ−１）π
   を、第２の光に対して、リターデーション２ｑπを有す
   る第２の波長板とを用いて、 前記第１および第２の光を含む光の、前記第１および第
   ２の光の偏光方位を、それぞれ、任意の目的とする偏光
   方位に回転させる方法であって、 前記光に含まれる第２の光の偏光方位を、目的とする偏
   光方位に回転させる方位に中性軸が設定された前記第１
   の波長板に、前記光を入射させ、 第１の波長板を出射した光に含まれる前記第１の光の偏
   光方位を、目的とする偏光方位に回転させる方位に、中
   性軸が設定された第２の波長板に、第１の波長板を出射
   した光を入射させる偏光方位回転方法。但し、ｎ，ｍ，
   ｐ，ｑは、整数である。
6. 【請求項６】第１の光に対して、リターデーション（２
   ｎ−１）π／２を、第２の光に対して、リターデーショ
   ン（２ｍ−１）πを有する第１の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｐ−１）π／
   ２を、第２の光に対して、リターデーション（２ｑ−
   １）πを有する第２の波長板と、 第１の光に対して、リターデーション（２ｒ−１）π
   を、第２の光に対して、リターデーション２ｓπを有す
   る第３の波長板とを用いて、 前記第１および第２の光を含む光の、前記第１および第
   ２の光の偏光方位を、それぞれ、任意の目的とする偏光
   方位に回転させる方法であって、 前記光に含まれる第１の光の偏光方位を、円偏光とする
   方位に、中性軸が設定された第１の波長板に、前記光を
   入射させ、 前記第１の波長板を出射した光に含まれる第２の光の偏
   光方位を、目的とする偏光方位に回転させる方位に、中
   性軸が設定された第２の波長板に、前記第１の波長板を
   出射した光を入射させ、 前記第２の波長板を出射した光に含まれる第１の光の偏
   光方位を、目的とする偏光方位に回転させる方位に、中
   性軸が設定された第３の波長板に、前記第２の波長板を
   出射した光を入射させる偏光方位回転方法。但し、ｎ，
   ｍ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓは、整数である。