JPS58140706A - 旋光子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水晶とＢＳＯ又はＢＧＯ板とを組合わせ、
旋光能が温度によって変らない旋光子を与えることを目
的とする。

Ｈｅ−Ｎｅレーザや半導体レーザ或は発光ダイオード等
、多様な光源が容易に得られるようになってきたので、
光を用いた測定、情報伝送等、広い用途が開けてきた。

測定装置についていえば、光を利用して、電圧、電界、
電流、磁界、膜厚、温度、圧力等を測定する装置が開発
されつつある。

また、光情報の伝送のために、光変調器やその付属装置
（たとえば光アイソレータ）等多くの装置が開発されて
いる。

これら、光を利用する測定、情報処理技術には、さまざ
まな光学素子が必要とされる。

光は、振幅、波長などを情報として用いることができる
。また、光の偏波面も情報として、或は情報の媒体とし
て用いられることがある。

光の偏波面すなわち偏光方向を情報として利用するため
には、偏光子や旋光子が必要である。

旋光子は、光の偏光方向を回転させるものである。偏光
方向の回転角を、旋光角Φと呼ぶ。旋光角Φは、旋光子
の厚みｌに比例し、比例定数ρを旋光能という。

すなわち、旋光角Φは一般に Φ＝ρｌ！（１） で与えられる。

旋光能が零でない物質は、反転対称性のない結晶に限ら
れる。

従来、旋光子としては水晶が最もよく用いられている。

光に向って、右廻りに（時計廻り）偏光方向が回転する
ものを右旋光、左廻り（反時計廻り）に回転するものを
左旋光という。

水晶の場合は、右水晶（右旋光）、左水晶（左旋光）が
ともに、自然に得られるので、これを用いて、所望の旋
光子を作ることができた。　　　。

水晶の旋光能ρ３は、光の波長をλ　（ｎｍ）として、
式 で近似的に表現される。

たとえば （１）　　λ＝　６３３　ｎｍの時（Ｈｅ−Ｎｅ　Ｌ／
　−ｆ　）ｐＸ　＝　１８．７４　ｄｅｇ７− （２）　　λ＝　８７０　ｎｍの時（半導体レーザ等）
ｐＸ　＝　　９．７２　ｄｅｇ７− である。これらは絶対値で、右、左水晶について等しい
。旋光能に符号を付けることもある。この場合、右旋光
を正、左旋光を負とする。

水晶旋光子は、左右の旋光子が得られるので極めて有用
であるが、温度依存性があるので、温度安定性を重要と
する場合には不便な事もある。

旋光子を含む光学装置を組立てた時、周囲温度が変動す
ると、旋光角Φが変化する。このため、光学系の動作に
誤差を生ずることがある。

旋光角の温度による変化を抑えるためには、光学装置を
恒温状態に保持しなければならない。しｏｆ　Ａｍｅｒ
ｉｃａ　　ｖｏｌ　、５８．　（１９５８）　Ｐ　１４
５２に測定結果が報告されている。

可視光の長波長領域から、近赤外光領域において、その
値は、 であることが知られている。（３）式は光の波長λに殆
んどよらない。

従って、厚みがｂ、基準温度での旋光能をρ？、基準温
度からの温度のズレをΔＴとすると、水晶による旋光角
ψ３は ψａ　＝　ｐａｏｃ　１　＋　１．５　ｘ　１０−’ｘ
ΔＴ）／　　（４）で与えられる。

例えば、基準温度に於て９Ｑ　ｄｅｇの旋光角ψ＆を持
つ旋光子を作ったとする。もしも、基準温度から±２０
℃の温度変動があったとすると、（４）式よりψ３＝９
０±０．２７　　（ｄｅｇ） となる。通常、０．１　ｄｅｇの精度で光の偏光方向を
調整したり、検出したりしなければならない光学装置に
とって、これは、重大な誤差の原因となる。

本発明者は、このような欠点のない旋光子を作るため、
種々の材料を検討した。そしてビスマスシリコンオキサ
イド（Ｂ１１ｚＳｉＯｚｏ以下ＢＳＯと略記）と、ビス
マスゲルマニウムオキサイド（ＢｉｔｓＧｅＯｚｏ以下
ＢＧＯと略記）とに着目した。

ＢＳＯ，ＢＧＯは、やはり旋光性を有する。しかも、水
晶と同程度の旋光能を持つことも分った。

さらに、右旋光結晶と左旋光結晶と、いずれも結晶成長
させうることが分った。

さらに重大な事は、ＢＳＯ，ＢＧＯの旋光能の温度依存
性が、水晶とは逆である、という事が分った、という事
である。すなわち、ＢＳＯ，ＢＧＯの旋光能は、温度上
昇とともに減少するのである。

ＢＳＯとＢＧＯの旋光能ρｂは、殆んど同じで、常温に
於て、式 で表わす事ができる。

ＢＳＯ，ＢＧＯの旋光能の温度依存性を、本発明者は、
さらに測定した。その結果、温度係数は、で表わす事が
できた。これは、波長λに殆んどよらない。水晶の温度
係数（（３）式）と比較すると、符号が逆で、絶対値で
２倍である事が分る。

ＢＳＯ又はＢＧＯを使った、厚さｚｂの旋光子の旋光角
ψｂは、 ψｂ＝ρｂ’（１−３，Ｏｘ　１０−’ΔＴ）ｌｂ　　
　（７）で与えられる。　　　　　　　　。

水晶と、ＢＳＯ，ＢＧＯは旋光能の温度係数が逆である
から、両者を光線の方向に組合わせると、旋光能の温度
依存性を少なくすることができる。

厚み／ａ　、　ｌｂを適当な比に設定すれば、旋光能の
温度依存性を０にする事ができるはずである。

水晶による旋光角ψ３と、ＢＳＯ又はＢＧＯによる旋光
角ψｂの和が全旋光角Φを与える。

全旋光角Φは Φ＝　ｐ＠　Ｊａ　＋ｐｂ　ｊ’ｂ　　　　　　　　（
８）であるが、温度に関し一次近似をとると、（９） となる。そこで （−’−）　／ａ　＋　（−！！−ＥＥ！−）　ｔｂ　
＝　０　　　αＯｄＴ　　　　　　ｄＴ となるように、水晶の厚みＩ！ａ、ＢＳＯ又はＢＧＯの
厚みｌ！ｂを決定すれば、全旋光角Φは温度依存性が０
となる。

実際には（３）　、　（６）式から、 １．５　ｐｅｔａ　−３，Ｏｐｂｌｂ　＝　ＯＱυが、
温度依存性（ｄΦ／ｄＴ）がＯである条件である。

すなわち、 ｐａｌ！ａ　＝　２ｐｂｌｂ　　　　　　　　　　Ｑ３
であればよい。つまり、水晶による旋光角ρａｈａが、
ＢＳＯ又はＢＧＯによる旋光角ρｂｌ！ｂの２倍になる
ように厚みＩ！ａ　、　ｊ’ｂを決定すれば、全旋光角
Φから温度変動を除くことができる。

このとき、全旋光角Φ０は Ｏｏ　＝　３　ｐｂ　ｌｂ　　　　　　　　　　　ａ３
又は となる。（２）式と、ａ３又はαΦ式と（８）式の結合
は、全く同等である。

本発明は、このような構想に基づくもので、水晶板と、
ＢＳＯ板又はＢＧＯ板とを組合わせて、旋光子を構成し
たものである。

第１図は、本発明の実施例に係る旋光子の斜視図である
。

光線の進行方向を２軸とし、２軸に直角な２軸をＸ軸、
ｙ軸とする。光の進行方向ｉど、第１旋光板Ａと、第２
旋光板Ｂとを置く。

第１旋光板Ａは水晶よりなる。第２旋光板Ｂは、ＢＳＯ
又はＢＧＯよりなる。

第１旋光板Ａ、第２旋光板Ｂの厚み、旋光能をｌ！ａ、
Ｉ！ｂ、ρａ、ρｂとする。全旋光角Φは（８）式で表
わされ、これが温度依存性を持たない条件は００式で示
すことができる。具体的には、（６）式又はＱ３　。

ａ→式で与えることができる。

最初、ｙ軸方向に偏光していたとする。第１旋光板Ａを
通過すると、偏光方向は、ｙ軸から６０゜の方向に変る
。さらに、第２旋光板Ｂを通ると、ｙ軸から９０６、す
なわち、Ｘ軸方向へ偏光する。

温度変化があると、第１旋光板Ａの前で、旋光角が６０
’からずれる。しかし、第２旋光板Ｂを通ると、このず
れが打消される。

この図では、第１旋光板Ａと、第２旋光板Ｂとは離隔し
ている。しかし、第１．第２旋光板Ａ。

Ｂは相互に接着してもよい。光の進行方向にあれば良い
のである。

水晶と、ＢＳＯ又はＢＧＯの旋光方向が同一である事が
必要な場合、右旋光性の水晶と、右旋光性のＢＳＯ又は
ＢＧＯとを組合わせる。或は、左旋光性同士のものを組
合わせる。光がミラーによって反射されて１往復するよ
うな光学系においては往路に右（または左）水晶を、復
路に左（または右）ＢＳＯもしくはＢＧＯを用いること
も可能である。

実施例として、光の波長λ：　６３３　ｎｍ　、（Ｈｅ
　−Ｎｅ　　レーザ）で、水晶とＢＳＯを用いて、全旋
光角Φｏ　＝　９Ｑ　ｄｅｇの旋光子を作成した。基準
温度での旋光能は 水晶　ｐａ０＝１８．１４　ｄｅｇ／−ＢＳＯρｂ０＝
２２ｄＣｇ／ＩＩＩ である。

α罎、０４１式から、厚みは 水晶　ｌ！ａ　＝　３．２０２　ｖｍ Ｂ　Ｓ　Ｏｌｂ　＝　１．３６４　ｍｍとなる。

右水晶と、右旋光ＢＳＯを、適当な厚みに切り、光学研
磨してそれぞれの厚みのものにする。

これを組合わせてひとつの旋光子を作り、２５℃士２０
℃の範囲で旋光角の変化を実測した。

測定精度士Ｑ、ｌ　ｄｅｇの範囲で、旋光角は、全く温
度に依存しなかった。これは本発明の有効性を明らかに
する。

同じものを水晶のみで作った場合、この旋光子は±０．
３　ｄｅｇの旋光角変動を示した。

このような効果は、水晶とＢＧＯとを組合わせた旋光子
でも同様にみられた。

基本となる（３）式と（６）式とは、光の波長が６００
〜９００　ｎｍ　の場合によく成立する。しかし、この
範囲を越えても、近似的に成立する。従って、（６）式
によって作った旋光子は、この範囲外の光に対しても、
なおよい温度特性を示す。

しかし、もつと好ましいのは、この範囲外の光に対し、
旋光能ρａ、ρｂの温度係数を測定し、０１式によって
、ｌ！ａ　、　ｌｂを決定することである。

逆に、（３）　、　（６）式の成立ツ６００〜９００ｎ
ｍの領域では、（２）式と（５）式及び＠式、（８）式
を連立させ、任意の旋光角Φの、旋光子を容易に設計す
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の旋光子の斜視図である。 Ａ・・・・・・第１旋光板 Ｂ・・・・・・第２旋光板 ２・・・・・・光の進行方向 ｙ・・・・・・最初の偏光方向 Ｘ・・・・・・最終の偏光方向 発　　明　　者　　　　　　　　多　　１）　紘　　二
　、工原美樹 龍見雅美 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水晶よりなる第１旋光板Ａと、ビスマスシリコン
   オキサイド（Ｂｉ１２ＳｉＯｚｏ　）又はビスマスゲル
   マニウムオキサイド（Ｂ１１２ＧｅＯ＋ｏ　）よりなる
   第２旋光板Ｂとを光の進行方向に組合せてなり、第１旋
   光板、第２旋光板の厚み、旋光能をそれぞれｌ！ａ　、
   　ｌｂｒρ３．ρｂとするとき、 等式 ％式％ がほぼ成立するように、厚みｌ！λ、　ｌ！ｂが決定さ
   れていることを特徴とする旋光子。
2. （２）全旋光角をΦ０とするとき Φｏ　＝３ρｂｚｂ ρａ　ｊ’ａ　＝　２ｐｂ　Ｔ。 が成りたつよう厚み／ａ　、　Ｊｂを決定した特許請求
   の範囲第（１）項記載の旋光子。