JPS6184606A - 偏光ビ−ムスプリツタ− - 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】 産業上の利用分野 本発明は光の偏光状態によって光の進行方向を分離する
偏光ビームスプリッタ−に関するものである。

従来例の構成とその問題点 通常の偏光ビームスプリッタ−は光学的厚みが１Ａ波長
の高屈折率（屈折率ｎＨ）薄膜と低屈折率（屈折率ｎＬ
）の薄膜を交互てくり返して構成される多層膜を２個の
４６°プリズムの間に蒸着貼合せて構成されることはよ
く知られている。

中心波長λ１　において光学的厚みがλ、／４である高
屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜をそれぞれＨおよびＬと
表せば、プリズムの屈折率をｎｓ　　として、上記の構
成は形式的に ｎｓｌ　ＨＬＨ−−−−−ｍ、Ｈｌ　ｎｓ−−−−（１
）と表される。また、光学的厚みがλ、／８の高屈折率
と低屈折率の薄膜をそれずれＨ／　２およびＬ／２と表
せば、 のような構成も用いられている。（２）は簡略化しての
ように表すことができる。ここで、ｍは任意の整数であ
り、このときの膜の総数は２ｍ＋１である。

第１図に（２）の構成の偏光ビームスプリッタ−の断面
図を示す。第１図で１と２は４６°プリズヘ３は光学的
厚みがλ、／８の高屈折率物質、４は光学的厚みがλ１
／４の低屈折率物質、６は光学的厚みがλ、／４の高屈
折率物質である。

第２図に（３）の構成で、ｎＨ＝＝２．３、ｎ、　−ｑ
　、４６、ｎ、＝：１．５２、ｍ＝１６とした場合のＰ
偏光波とＳ偏光波に対する規格化波長λ／λ、対透過率
の計算値を示す。偏光ビームスプリッタ−ではＰ偏光波
の透過率が高く、Ｓ偏光波の反射率が大きいことが望ま
しい。第２図のようにＰ偏光波の透過率にリップルがあ
ると、偏光ビームスプリンターとして使用できる波長範
囲は制限されることになる。

（２）ｔたは（３）で表されるような構成では本質的に
Ｐ偏光波の透過率にリップルが生じ、膜の総数が増すに
つれてリップル点での透過率の低下も大きくなる。

このようなリップルを低減する方法としては各層の光学
的膜厚をλ、／４（またはλ１／８）から試行錯誤でわ
ずかずつずらす方法が知られている。

この方法では膜厚をずらす割合は各層によって異なシ規
則性がなく、設計における計算時間も長くかかるという
欠点がある。また、実際に製造する場合にも各層の膜厚
が個々に異なるため膜厚制御が難しいという欠点がある
。

発明の目的 本発明はＰ偏光波の透過率特性のリップルを簡単に低減
できる構成の偏光ビームスプリッタ−を与えることを目
的とする。

発明の構成 本発明は、中心波長λ、において光学的厚みがλ、／８
である高屈折率（屈折率ｎ１１）の薄膜と光学的厚みが
λ１／４である低屈折率（屈折率ｎＬ）の薄膜と光学的
厚みがλ１／８である高屈折率（屈折率ｎ、　　）の薄
膜から成る３層薄膜を基本周期として、これをｍ周期（
ｍは任意の整数）くり返して構成した多層薄膜（主要層
と呼ぶ）の両側に中心波長をλ２　（λ２４λ１）とし
た上記３層薄膜と同様な構成を基本周期として、これを
３周期くり返して構成した多層薄膜（整合層と呼ぶ）を
積層して成る多層薄膜を２個の４６°のプリズム（屈折
率”ｓ　　）の間に蒸着して貼合せて構成した偏光ビー
ムスプリッタ−であり、上記中心波長λ２　をＰ偏光波
の透過率の低下する第１リツプル波長における上記主要
層のＰ偏光波に対する等側屈折率Ｅ１　　と上記整合層
のＰ偏光波に対する等側屈折率Ｅ２　　とがＩＣ２＝ｎ
−なる関係を満たすように選んでリップルを低減させる
ものである。

実施例の説明 本発明の実施例を図面を参照して説明する。第３図にお
いて、６と７は４６°プリズム、８は光学的厚みがλ１
／８の高屈折率物質、９は光学的厚みがλ、／４の低屈
折率物質、１ｏは光学的厚みがλ、／４の高屈折率物質
、１１は整合層である。

第４図に第３図の整合層１１の具体的な構成を示す。第
４図において１２は光学的厚みがλ２／８の高屈折率物
質、１３は光学的厚みがλ２／４の低屈折率物質、１４
は光学的厚みがλ２／４の高屈折率物質である、 前述の記法を用いると本発明の構成は、ｎ５ｌ（Ｆ””
）３（Ｍｆ’（Ｈ”Ｌ”）’Ｉｎｓ　　　−・・（４）
と表される。とこでＨ′とＬ′は中心波長λ２（λ２〜
λ、　）における光学的厚みがλ２／４の高屈折率ｎＨ
と低屈折率ｎＬ　　の薄膜を表す。

次に中心波長λ２　の決め方を説明する。

（Ｈ／２　　Ｌ　Ｈ／２　）構成のＰ偏光波に対する等
側屈折率Ｅと等価位相角ｒは以下のように与えられる： δ＝π／２／（λ／λ、）　　　　　　　　・・・・・
・　（５）θ。＝４５°　　　　　　　　　　　　・・
・・・・　（６）・＝バー”ｓ／ｎＨ）’　５ｉｒｌ’
τ　　・・・・・・（ηβ＝　　ｉ　−（ｎ、／ｎ、　
）’　ｓｉｎ’ξ　　・・・・・・（８）ηに＝ｎ−・
・・・・・　（９） ηＬ：ｎＬβ　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
・　（１０）ρ＝ηＨ／九　　　　　　　　　　　　・
・・・・（１１）Ｍ＝ｃｏｓａδｃｏｓβδ−Ｖ２（ρ
＋１／ρ）Ｓｉｎαδｓｉｎβδ、、−（１２）’＋　
＝　（’／７Ｈ）（’工ｎａδａｏｓβδ＋ｈ　＜ｐ＋
　＋／ｐ　）ｃｏｓａδｓｉｎβδ＋ｈ　（ｐ−＋／ｐ
　）ｓｉｎβδ）　　　　　　　−−−−・−（１３）
’２　”　ηＨＣ８λｎａδｃｏｓβδ＋　ｈ　（ρ＋
１／ｐ）ｃｏｓａδｓｉｎβδ’Ａ　Ｃｐ−！／ＩＩ’
）ｓｉｎβδ）　　　　　　　−・、−（１４）として ｇ＝５フ［・・・・・・（１５） ｒ　＝　ｃｏｓ　’Ｍ　　　　　　　　　　　　＝−＝
−（１ｓ）である。

（Ｈ／２　　Ｌ　　Ｈ／２　）ｍの第１リツプルの生ず
るδは Ｃ０５ｒ　＝　−ＣＯｓ　（３π／２　ｍ　）　　　　
　　　−・−・・（１７）を満たすδで与えられる。こ
れをδ１　で表す。

（Ｈ７２Ｌ’Ｈ７２）構成の等側屈折率Ｅ′と等価位相
角ｒ′はδを δｌ：δ（λ２／λ、）　　　　　　　・・・・・・（
１８）で置きかえればＥとγと同様な式で与えられる。

δｒでのＥとＥ、とし、Σ′が Ｔ！、２：＋Ａｒｖｒ−・・・・−（１９）となるとき
のδ′をδ１′とすれば λ２／λ１＝δ、１／δｒ−・−・−Ｇ２０）となる。

これがλ１　を与えたときのλ２　を与える。

次に、λ２　を上記の工うに選んだ場合にリップルが低
減される理由を説明する。

従来例のような主要層のみから成る偏光ビームスプリッ
タ−では、上記のδ１での主要層の等側屈折率２．とプ
リズムの屈折率ｎｓ　の不整合からリップルが生ずる。

従って、δ１において等側屈折率がＩＣ２＝ｆ［町で、
位相角が９０’の奇数倍となるような等測的な整合層を
挿入すれば主要層とプリズムの屈折率の整合がとれるこ
とになり、この結果リップルは低減される０ （Ｈ’　／２　Ｌ’　Ｈ’／２　）　’の位相角は上記
のようにしてＣ２を決めると正確に９０’の奇数倍にす
ることはできないが、通常偏光ビームスプリッタ−に用
いられている高屈折率物質ＴｉＯ□（ｎＨ＝　２．３　
）と低屈折率物質５ｉｎ２（ｎＬ：１．４６　）Ｋ対し
ては、４６００近くになる。

第５図に、ｎ、　＝２．３、ｎＬ、＝１．４６、ｎ５＝
１．６２、ｍ＝９とした場合の本発明の構成によってリ
ップルを低減した例を示す。膜の総数は第２図と同じ３
１層である。この場合λ２＝Ｑ、９７λ１である。第２
図と第゛６図を比べれば、本発明の構成により大幅にリ
ップルが低減されていることがわかる。

発明の効果 以上のように本発明は、多層膜の膜厚を個々に調整して
複雑な計算をすることなく、簡単な計算によってＰ偏光
波のりノズルを低減できるという特長をもった偏光ビー
ムス゛プリッタ−の構成を与えるものである。また、本
発明はプリズムに近い膜の光学的膜厚をすべて一定の割
合でＶｈｅ長またはＶｓｅ長からずらすようにしている
ので、製造時の膜厚の制御が容易であるという特長も有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の偏光ビームスプリンターの構成図、第２
図は従来の偏光ビームスプリッタ−）規格化波長対透過
率特性の一例を示す線図、第３図は本発明の一実施例に
よる偏光ビームスプリッタ−の基本的構成を示す図、第
４図は整合層の具体的構成を示す図、第６図は本発明の
偏光ビームスプリッタ−の規格化波長対透過率特性の一
例を示す線図である。 ６．７・・・・・・４５°プリズム、８・・・・・・光
学的厚みがλ、／８の高屈折率物質、９・・・・・・光
学的厚みがλ、／４の低屈折率物質、１０・・・・・・
光学的厚みがλ１／４の高屈折率物質、１１・・・・・
・整合層、１２・・・・・・光学的厚みがλ２／８の高
屈折率物質、１３・・・・・・光学的厚みがλ２／４の
低屈折率物質、１４・・・・・・光学的厚みがλ２／４
の高屈折率物質・ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ８　　　９　　　１　　　　Ｌ１ ７ｔＪＯＲＭＡＬｒＺＥＤ　ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ第３
図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中心波長λ＿１において光学的厚みがλ＿１／８である
   高屈折率（屈折率ｎ＿Ｈ）の薄膜と光学的厚みがλ＿１
   ／４である低屈折率（屈折率ｎ＿Ｌ）の薄膜と光学的厚
   みがλ＿１／８である高屈折率（屈折率ｎ＿Ｈ）の薄膜
   からなる３層薄膜を基本周期として、これをｍ周期（ｍ
   は任意の整数）くり返して構成した多層薄膜（主要層と
   呼ぶ）の両側に、中心波長をλ＿２（λ＿２≠λ＿１）
   とした上記３層薄膜と同様な構成を基本周期としてこれ
   を３周期くり返して構成した多層薄膜（整合層と呼ぶ）
   を積層して成る多層薄膜を２個４５°プリズム（屈折率
   ｎ＿Ｓ）の間に蒸着して貼合せて構成し、上記中心波長
   λ＿２をＰ偏光波の透過率の低下する第１リップル波長
   における上記主要層のＰ偏光波に対する等価屈折率Ｅ＿
   １と上記整合層のＰ偏光波に対する等価屈折率Ｅ＿２と
   が、Ｅ＿２＝√（Ｅ＿１ｎ＿Ｓ）なる関係を満たすよう
   に選び前記Ｐ偏光波のリップルを低減したことを特徴と
   する偏光ビームスプリッター。