JPS6157614B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光を偏向させる光学装置、より詳し
くは傾斜修正要素を有する光―光学的光偏向器
（変調器）に関する。

現在の非機械的光偏向技術としては、電気光学
効果を利用した装置又は音響光学効果を利用した
装置がある。電気光学装置は、慣性を有しないた
め比較的速い。これはリン酸二水素カリウムのよ
うな物質中の線型電気光学ポツケル効果により入
射光の偏向面を回転させ、さらにこの後に光を正
常光線と異常光線のいずれかとして伝播させる複
屈折結晶を付け加えている。電気光学的段階と複
屈折段階を直列に接続することにより、多点光偏
向が構成される。この装置は、縦効果の為に普
通、数千ボルトの程度の高電圧を必要とし、さら
に速い偏向速度（μ秒以下）が必要とされる場合
は回路が複雑となる。横効果に対してはより小さ
い電圧が用いられるが、より長い相互作用波とこ
れによる口径（aperture）の減少とを必要とし、
解像度の減少や整列の問題を生ずる。

音響光学装置は、光学的に透明な物質中を伝播
する音波で生ずる周期的構造、即ち屈折率変化に
よる回折により動作する。この装置は、物質中の
音波の伝播速度が低いために応答速度を速くする
には光線の断面積を小さくする必要がありこのた
め本質的に口径が小さい。これに加えて口径を大
きくすると偏向の際に開口の一方の側から他方の
側の間で回折構造の周期性が変化するので偏向さ
れた波面が歪む。

光―光学的光偏向器が米国特許第3790252号に
開示されている。光線の偏向は、制御光と被制御
光の光路が互いに斜めに通過する相互作用媒体中
の屈折率が空間的に不均一に変化することにより
行なわれる。この方法では、回折物質の密度が連
続的に、好ましくは一方の側から他方へ線型的に
増加するように変化する。この方法では１つの回
折パターンを使用しているが、しかしながら複数
の偏向位置を達成するために回折パターンを変化
させることは含まれていない。

高い解像度を持つ光―光学的光偏向器（変調
器）が本出願人による米国特許出願連続番号第
383044号に記載されている。この偏向器は、光学
的に発生された定常波を用いて回折の目的のため
に使用される周期的な屈折率変化を発生させてい
る。この偏向器は、改良された口径を持ち、いく
分か限られたスペクトル帯域幅にわたつて利用さ
れている。

この発明による光―光学的光偏向器（変調器）
は、チタン酸バリウムなどの透明な光学活性媒体
を有する。この偏向器は、媒体中を伝播する波長
λ_０のコヒーレントな第１及び第２波面を発生
し、干渉により媒体中に回折のためにふさわしい
周期的な屈折率変化を生ずる定常波を光学的に発
生する手段を有する。この装置は、光学的に発生
された定常波の間隔を変えると同時に方向を傾け
る手段を有する。この定常波の方向を傾けること
により大きなスペクトル帯域幅にわたつてブラツ
グ条件が満足されてこの偏向器により大きな角度
の偏向を発生することができる。この偏向器はさ
らに媒体中を伝播して第１及び第２波面により発
生された周期的な屈折率変化により回折される第
３波面を発生する手段を有する。

以下、この発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

この発明は、本出願人が先に出願した米国特許
出願連続番号第383044号の光―光学的光偏向器
（変調器）のようなタイプの偏向器に用いられる
傾き修正要素に関する。この発明は、広いスペク
トル帯域幅にわたつてブラツグ条件を満足して大
きな角度の偏向を生ずる装置を提供する技術に関
する。この発明は、第１及び第２波面の波長の変
化に応答して光学的に発生された定常波の方向を
傾斜させる受動的手段を有する。この受動的手段
はリアル・タイムで動作し、米国特許出願連続番
号第383044号に記載されているものに較べて優れ
た高解像度と大きな走査角度とを可能にする。

第１図に示すように、例えばアルゴン・レーザ
ー等の光源１２からの波面１０が偏向回転子１４
を通過して光線分割器１６に達している。装置１
３は光源１２の波長を変える手段である。光源分
割器１６は、回折格子２０Ａ及び２０Ｂに各々向
う第１波面１８Ａ及び第２波面１８Ｂを発生す
る。回折格子２０Ａ及び２０Ｂは、入射波面１８
Ａ及び１８Ｂの方向を光線２２Ａ及び２２Ｂの方
向に変える手段を形成している。光線２２Ａ及び
２２Ｂの個々の方向は、普通の回折格子の関係に
従い波面１０の波長の変化に応答して変化する。
傾斜手段が反射型回折格子２０Ａ及び２０Ｂとし
て示されているが、反射型又は透過型のいずれか
により、波長に依存して分光又は回折を示す他の
要素、例えばプリズム、ホログラフイツク要素及
び同様のものを波面１８Ａ及び１８Ｂの方向を変
えるために用いてもよい。方向を変えられた光線
２２Ａ及び２２Ｂは各々、シヤツター２４Ａ及び
２４Ｂを通過する。そして光線は各々光学手段２
６Ａ及び２６Ｂを通過して干渉パターンを形成す
るために記録媒体中、即ち透明な光学的活性媒体
２８中で結合される。透明な記録媒体の例として
はナトリウム蒸気、チタン酸バリウム、ケイ酸ビ
スマス、ニオブ酸リチウム、ルビー、液晶及び有
機飽和吸収体の水溶液などである。

記録媒体２８中に光学的に発生された定常波
に、ヘリウム・ネオン・レーザーのような波長λ
の光源３２からの第３波面３０が鏡３４を経て照
射すると、ブラツグ条件が満足される時に光線３
０から３６への効果的な回折が発生する。これは
第３図に詳細に示されている。

第２図には、記録媒体２８上に光線２２Ａ及び
２２Ｂを結合するための典型的な光学手段２６Ａ
及び２６Ｂが示されている。これは、光線２２Ａ
及び２２Ｂを回折格子２０Ａ及び２０Ｂにより回
折されたまま平行に維持し、そして媒体２８中で
重ね合せるために別の平行光線３８Ａ及び３８Ｂ
の組の方向に向きを変える無限焦点光学系の一例
である。２つの回折格子２０Ａ及び２０Ｂは異な
つた空間周波数を有する。異なる空間周波数を用
いるため、各光線２２Ａ及び２２Ｂの方向の変化
が異なり、光線１０の波長が変化する時、媒体中
の定常波の構造の間隔と方向の両方が同時に変化
する。

第３図に示すように、入射光線３８Ａ及び３８
Ｂの方向及び波長が変化して新しい光線４０Ａ及
び４０Ｂになると記録媒体２８上に入射する光線
の方向が変化する。回折格子２０Ａ及び２０Ｂの
空間周波数及び（又は）光学手段２４Ａ及び２４
Ｂの角倍率を適当に選ぶことにより、各光線の変
化を調節することができ、記録媒体２８中の定常
波４２の方向及び間隔を同時に変化させることが
できる。

新しい定常波４４は元の定常波４２に対して傾
きそして間隔が変化し、照射光線３０は能率的に
光線４６の方向に偏向される。

一実施例においては、回折格子２０Ａ及び２０
Ｂは各々590線／mm及び1400線／mmの空間周波数
を持つ透過型回折格子である。第１波面１８Ａ及
び１８Ｂは各々回折格子8.5゜及び20.5゜の角度
で入射する。回折された0.501μｍの波長の光線
は、無限焦点光学システム２６Ａ及び２６Ｂによ
りニオブ酸リチウム結晶にその結晶表面の重線に
対して各々36.35゜及び23.65゜の角度で入射して
重なり合うように向きが変えられ、3.5Xの角倍
率に調節される。波長0.633μｍの第３波面は、
結晶表面の重線に対して46.25゜の角度で第１及
び第２波面が重なり合う領域に入射する。制御光
線１０が波長を0.488μｍから0.515μｍに変化す
ると偏向された光線は11.9度の角度変化を生じ46
の方向を向くようになる。

第４図には、広い偏向範囲にわたつて高い再生
効率を維持する付加的な傾斜手段の効果がグラフ
で示されている。曲線６２Ａ及び６２Ｂは、この
発明による偏向器及び従来の偏向器による同じ波
長範囲に対する角度偏向の相当する変化を示して
いる。上述の高い空間周波長の構成がデータを表
示する偏向を発生するため、波長により制御され
る傾斜手段と共に用いられる場合（６０Ａ，６２
Ａ）及び傾斜手段を有しない場合（６０Ｂ，６２
Ｂ）とで示されている。曲線６０Ａ及び６０Ｂ
は、0.501ミクロンを中心とした波長範囲で制御
光線１０の関数としての光線３０の偏向効率の変
化を計算したものである。図から明らかなよう
に、付加的な傾斜手段は、曲線６０Ａ及び６２Ａ
に示すように従来技術を示す曲線６０Ｂ及び６２
Ｂに較べて均一な効率と偏向角度の感度について
顕著な改善を与えている。この特別な例において
は、調節範囲の全幅の半分は、0.014ミクロンか
ら0.097ミクロンまで増加し、さらに重要なこと
は偏向角度が１オーダー以上増加すること、即ち
2.6゜から43.6゜まで増加することである。この
ことは与えられた波長の調節範囲に対して、偏向
角度が波長１ミクロンの変化に対して185゜から
450゜まで増加することを示している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による光―光学的
光偏向器の平面図、第２図はこの発明の偏向器の
傾斜手段、光学手段及び透明な光学活性媒体（記
録媒体）の関係を示す拡大図、第３図は光学活性
媒体内での傾斜手段の効果を説明する拡大平面
図、第４図はこの実施例の偏向器の効果と従来の
偏向器の性能とを対比して示すグラフ図である。 １２…光源、１３…波長を変える装置、１８Ａ
…第１波面、１８Ｂ…第２波面、２０Ａ…回折格
子（傾斜手段）、２０Ｂ…回折格子（傾斜手段）、
２８…透明な光学的活性媒体、３０…第３波面、
３２…光源、４２，４４…定常波。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透明な光学的活性媒体と、 この媒体内を伝播してこの媒体内に回折のため
   の周期的な光学的性質の変化を生ずる定常波を光
   学的に発生させる同波長のコヒーレントな第１及
   び第２波面を発生する手段と、 前記媒体内を伝播して前記光学的性質の周期的
   変化により回折される第３波面を発生する手段
   と、 前記光学的性質の変化の周期を変えて前記第３
   波面の回折方向を変化させるため前記第１及び第
   ２波面の波長を変える手段とを備えた光―光学的
   光偏向器において、 前記第１及び第２波面の波長の変化に応答して
   前記光学的に発生された定常波の方向を傾ける傾
   斜手段を有することを特徴とする光―光学的光偏
   向器。