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図面 (7)

課題

ビーム径が小さく波長幅が狭い光でも入射光偏光状態によらず、光量をそこなわずに広い波長領域にわたって偏光を解消することのできるコンパクト偏光解消子を提供することを目的とする。

解決手段

本発明では、平板型偏光ビームスプリッターPPBS平面鏡PMを対面させた複合素子を45°傾けてキングプリズムKに接合する。偏光ビームスプリッターPPBSに入射した光は透過P偏光反射S偏光に分かれるが、反射S偏光は平面鏡PMで反射されてP偏光とともにキングプリズムKに入射する。P偏光とS偏光の偏光方向は互いに直交しているが、キングプリズムの進相軸に対してはともに45°の方位振動することになるので、2光線ともキングプリズム内で3回反射し90°の位相差を与えられる。その結果出射光はそれぞれ左円偏光右円偏光に変換されて出てくる。

概要

背景

概要

ビーム径が小さく波長幅が狭い光でも入射光偏光状態によらず、光量をそこなわずに広い波長領域にわたって偏光を解消することのできるコンパクト偏光解消子を提供することを目的とする。

本発明では、平板型偏光ビームスプリッターPPBS平面鏡PMを対面させた複合素子を45°傾けてキングプリズムKに接合する。偏光ビームスプリッターPPBSに入射した光は透過P偏光反射S偏光に分かれるが、反射S偏光は平面鏡PMで反射されてP偏光とともにキングプリズムKに入射する。P偏光とS偏光の偏光方向は互いに直交しているが、キングプリズムの進相軸に対してはともに45°の方位振動することになるので、2光線ともキングプリズム内で3回反射し90°の位相差を与えられる。その結果出射光はそれぞれ左円偏光右円偏光に変換されて出てくる。

目的

本発明は、上記従来の偏光解消子の欠点にかんがみてなされ、ビーム径が小さく波長幅が狭い光でも入射光の偏光状態によらず、光量をそこなわずに広い波長領域にわたって偏光を解消することのできるコンパクトな偏光解消子を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

偏光ビームスプリッター反射偏光が透過P偏光と同一方向に進行するよう反射側出射面に光路変換用光学部品を組み合わせた偏光ビームスプリッターに、キングプリズムフレネルロムに類する全反射タイプの色消し1/4波長板を45°傾けて付加したことを特徴とする偏光解消子。

技術分野

0001

本発明は光電検出器を用いる光学測定装置光学実験等、検出器偏光特性が問題になる測定において入射光等方的な光に変換するために用いられる偏光解消子に関する。

0002

光電検出器には一般に偏光特性がある。すなわち直線偏光楕円偏光のような特定方向に強く偏った光が光電検出器に入射すると同じエネルギーの光でも振動方向によって異なった出力を示す。従って光電検出器で光の強度を測定するときには、入射光を円偏光無偏光のような等法的な光に変換する必要がある。特に分光光度計のように広い波長域にわたってあらゆる偏光状態の光を測定する装置では光電検出器の偏光特性が測定結果に重大な影響を及ぼす。

0003

偏光を解消するには、従来、(i)散乱板(ii)積分球(iii)コルニュータイプデポラライザー、(iv)バビネタイプ偏光解消板(v)リオ型偏光解消子(vi)偏光子に1/4波長板をはりあわせた円偏光子等が用いられてきた。散乱板は、すりガラスのようなもので、表面の細かい凹凸で光を散乱させて簡易に偏光を解消させるものである。

0004

積分球は入射光を金属球の内部に導き、球の別の場所に設けた穴から出力光としてとり出す。球の内部で何回も反射するので偏光については均等な光になる。コルニュータイプデポラライザーは右旋光結晶左旋光結晶のウェッジ板をはりあわせたものである。この解消子に光を入射させると入射した場所ごとに与えられる旋光角は異なるので入射光がある程度広がりを持った光であれば出射光はいろいろな偏光角を持つ光の集まりとなる。局所的には特定の偏光角の光だけが多くなるがビーム径全体でみると無偏光となる。バビネタイプ偏光解消板はウェッジのついた2枚の異方性結晶板を光学軸の方向が直交するようにはりあわせたものである。入射光へ与えられる位相差は場所ごとに異なるのである程度広がりをもった光が入射すると、ビーム径全体では無偏光となる。

0005

リオ型偏光解消子は厚さ1:2の2枚の異方性結晶板を光学軸が互いに45°をなすように設定したものである。この解消子にある程度波長幅をもった光が入射すると波長ごとに異なる位相差が与えられるので出射光は等方的な光となる。偏光子に1/4波長板を組み合わせた複合素子は特定の直線偏光をとりだして円偏光に変換するので、円偏光子として作用するが、偏光解消子として用いることもできる。普通偏光子には偏光プリズム偏光ビームスプリッターを用い、1/4波長板にはキングプリズムフレネルロム等の色消し位相子を用いるので広い波長範囲使用可能である。

発明が解決しようとする課題

0006

しかし従来の偏光解消子にはそれぞれ問題点も少なくなかった。まず散乱板は簡易ではあるが、多数重ねなければなかなか偏光を解消することはできない。しかも光の散乱を利用しているので光量はかなり落ちてしまう。積分球は入射した光のうち一部しかとり出せないので光量は落ちるし、装置そのものが大きくなってしまう。

0007

コルニュータイプデポラライザーもバビネタイプ偏光解消板もともに光量は原理的に減らないが、ビーム径が小さいと十分な解消効果は期待できない。

0008

リオ型偏光解消子はビーム径が小さくても偏光を解消することができるし、光量の損失も原理的にないが波長幅が狭いと十分な解消効果は期待できず、波長が長くなるほど広い波長幅が必要とされる。偏光子+1/4波長板の円偏光子は偏光子の部分で光量を損失する。偏光子の透過軸に対して45°傾いた方位に振動する直線偏光に対して透過率は50%であるが90°傾いた直線偏光が入射すると光は全く透過しなくなってしまう。一般に楕円偏光入射のときにも同様のことがあてはまり、入射光の偏光状態によって透過光強度はかなり不安定に変動してしまう。

0009

本発明は、上記従来の偏光解消子の欠点にかんがみてなされ、ビーム径が小さく波長幅が狭い光でも入射光の偏光状態によらず、光量をそこなわずに広い波長領域にわたって偏光を解消することのできるコンパクトな偏光解消子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明の偏光解消子は偏光ビームスプリッターの反射S偏光が透過P偏光と同一方向に進行するよう、反射側出射面に光路変換用三角プリズム反射鏡等の光学部品をつけ加えた偏光ビームスプリッターにキングプリズムやフレネルロムのような全反射タイプの色消し1/4波長板(参考文献:「光工学ハンドブック編集:小輝次 1986 年 p. 525)を45°傾けてはりあわせて構成される。

0011

偏光ビームスプリッターはP偏光を透過しS偏光を反射する。図1のように三角プリズムや反射鏡等を偏光ビームスプリッターの反射側の出射面に設置するとS偏光は反射され、透過するP偏光と同じ方向に進む。偏光方向は両光線とも保存されているので互いに直交した方向に振動する。ところでフレネルロムやキングプリズムのような全反射タイプの色消し波長板はプリズムの反射面に入射するP偏光とS偏光の間に位相差を与える。位相差を入/4に設定された全反射プリズムにP偏光、S偏光から45°傾いた方向に振動する直線偏光を入射させれば円偏光に変換されて出射される。

0012

したがって例えば図2のようなフレネルロムに図1複合プリズムから出射した2つの直線偏光を偏光方向を45°傾けて入射させると右円偏光左円偏光に変換されて出射される。円偏光は左右にかかわらず、等方的な光なので光電検出器等の偏光特性をとりのぞくことができる。

0013

入射前の偏光状態がどのような楕円率、方位の楕円偏光でも、あるいはどの方位の直線偏光でも必ず直交する2つの直線偏光に分けることができる。したがって入射する全ての光を左右どちらかの円偏光に変換することになる。楕円率や方位等の偏光状態がいろいろ変化しても右円偏光と左円偏光の強度比が変化するだけで光量は保存されるし、出射光が円偏光からくずれることもない。

発明を実施するための最良の形態

0014

図3に本発明の偏光解消子の実施例1を示す。図4にはその三面図を示す。図4(a)は左側面図、(b) は正面図、(c) は図4(a)のA視図である。平板型偏光ビームスプリッターPPBS平面鏡PMを対面させた複合素子を45°傾けてキングプリズムKに接合する。偏光ビームスプリッターPPBSに入射した光は透過P偏光と反射S偏光に分かれるが、反射S偏光は平面鏡PMで反射されてP偏光とともにキングプリズムKに入射する。P偏光とS偏光の偏光方向は互いに直交しているが、キングプリズムの進相軸に対してはともに45°の方位に振動することになるので、2光線ともキングプリズム内で3回反射し90°の位相差を与えられる。その結果出射光はそれぞれ左円偏光、右円偏光に変換されて出てくる。

0015

一方図5には本発明の偏光解消子の実施例2を示す。図6はその三面図である。図6(a)は左側面図、(b) は正面図、(c) は図6(a)のB視図である。これも原理的には実施例1と同じだが平板型偏光ビームスプリッターPPBSのかわりにキューブ型の偏光ビームスプリッターCPBSを用い、平面鏡PMのかわりに三角プリズムPRを用い、キングプリズムKのかわりにフレネルロムFを用いる。 キングプリズムは3回の全反射で位相差を与えるが、フレネルロムは4回または8回の全反射で位相差を与える。全反射タイプの色消し位相子は広い波長範囲で一定の位相差を与えることができるが一般的にいって同じ位相差を与えるにしても全反射の回数が多いほど波長に対する位相差のずれは小さくなる。

0016

したがってフレネルロムの方がキングプリズムより広い波長範囲で安定して一定の位相差を与えることができる。

0017

実施例2では4回反射のフレネルロムを用いたが反射回数は4回に限定するものではなく、8回でもあるいはそれ以上多くてもかまわない。また実施例2で用いる光路変換用の三角プリズムPRは全反射を用いるので特別な反射コートは必要なく、広い波長範囲で100%に近い反射率が得られる。

発明の効果

0018

本発明の偏光解消子を構成する偏光ビームスプリッター、三角プリズム(あるいは反射鏡)フレネルロム(あるいはキングプリズム)はいずれも広い波長領域で安定した光学特性を有している。そのため光電検出器を用いて広い波長範囲にわたって光学特性を測定する光学測定装置に適している。

0019

本発明の偏光解消子は原理的に入射光の光量をそこなうことがないので、光源からの光を狭い半値幅の弱い強度の光に分光して検出する分光光度計等では特に有用である。光電検出器の偏光特性による測定データの不正確さをとりのぞくことができるので測定精度を大きく向上させることができる。

0020

本発明の偏光解消子は、従来の偏光解消子の問題点をほとんど全て克服している。すなわちビーム径や入射光の波長幅に関係なく、偏光を解消することができるし、光量をそこなうこともない。その上コンパクトでもある。したがって使いやすく、光学測定装置だけにとどまらず、光学実験等にも広く応用することができる。

図面の簡単な説明

0021

図1入射光を同一方向に進むP偏光とS偏光とに分ける複合プリズムを表した図。
図2図1の複合プリズムから出射した2光線をフレネルロムへ入射させ、円偏光に変換する様子を表した図。
図3本発明の偏光解消子でキングプリズムを用いた実施例1を表した図。
図4実施例1の偏光解消子の三面図。
図5本発明の偏光解消子でフレネルロムを用いた実施例2を表した図。
図6実施例2の偏光解消子の三面図。

--

0022

PPBS…………平板型偏光ビームスプリッター
CPBS…………キューブ型偏光ビームスプリッター
PM………………平面鏡
PR………………三角プリズム
K…………………キングプリズム
F…………………フレネルロム
P…………………P偏光
S…………………S偏光

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