JPH0379689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一対の電気光学結晶素子を選択的に駆
動させ光路切換を行うようにした光路切換機構に
係る。

殊に本発明は上記電気光学結晶素子と経させた
各直線偏光ビームを第１、第２切換光路上へ重畳
し出射し得るようにして入射光ビームの略全光量
を活用可としつつ、光散乱の可及的抑制も図つた
光路切換機構を提供する。

従来知られているメカニカルな切換方式による
光路切換機構は製作が比較的容易で入射光量の略
全量を切換光路上へ出射させることができる利点
を有する反面、可動部を有するため切換速度に限
界があり、可動部品の摩耗、疲労等による信頼性
低下の問題がある。これに対し、電気光学効果形
光路切換機構は可動部を全く持たず、電気光学結
晶体への電圧印加による偏光方向変換作用を利用
するものであるため、高速切換が自在で、メカニ
カルな切換方式と異なつて可動部の摩耗等による
信頼性欠如の問題を生じない。

例えば上記電気光学結晶素子を使用した光路切
換機構を第１図Ａ，Ｂ図に例示する。

図に模視的に示すように、入射光ビーム１は円
偏光ビームであり偏光方向が直交する二つの直線
偏光ビーム１ａ，１ｂを成分としている。この入
射光ビーム１の光路上に一方の偏光方向の直線偏
光ビーム１ａのみの通過を許容する光選択用の偏
光素子２が配置され、該偏光素子２を通過した直
線偏光ビーム１ａの光路上に電気光学結晶素子３
を配置し、該素子３を通過した偏光ビームの光路
上に前述した光ビームの偏光方向に応じこれを直
角方向又は直進方向に出射する偏光分離用のビー
ムスプリツター５が配置されている。

上記によつて入射光ビーム１は偏光素子２に入
射され、一方の偏光方向の直線偏光ビーム１ａの
みが通過を許容されて電気光学結晶素子３に入射
する。

電気光学結晶素子３には光路に平行で相対する
二つの面に電極が設けてあり、電源４に接続され
ている。電極面は通過する光ビームの偏光方向に
対して45゜傾斜している。

第１図Ａ図に示すように上記電気光学結晶素子
３に電圧が印加されていない場合には上記光ビー
ム１ａはその偏光方向が変換されることなくこれ
を通過し、偏光ビームスプリツター５に入射す
る。偏光ビームスプリツター５は光ビームをその
偏光方向に応じこれを直進方向又は直角方向に出
射する作用を有する。よつて同Ａ図に示す如く偏
光素子２により選択され、電気光学結晶素子３を
通過した直線偏光ビーム１ａはその偏光方向によ
つて偏光ビームスプリツター５から直角方向へ反
射し出射する。

他方、第１図Ｂ図に示すように電気光学結晶素
子３に所定の半波長電圧を印加した場合はこれに
入射する直線偏光ビーム１ａはその通過の際、偏
光方向が90゜回転されて直線偏光ビーム１ｂに変
換され、偏光ビームスプリツター５に入射する。

従つてこの直線偏光ビーム１ｂは同ビームスプ
リツター５で反射されることなく直進方向に出射
されることとなる。

上記対比例より理解されるように偏光ビームス
プリツター５と電気光学結晶素子３の組合せにて
入射光ビームの光路を二方向に的確に切換えるこ
とができる光路切換機構を提供できるが、反面利
用される光ビーム成分が必ず縦方向又は横方向の
偏光方向を有する直線偏光ビーム１ａ又は１ｂの
何れか一方でなければ所期の光路切換えを得るこ
とができず、他方の直線偏光ビームは入射光から
カツトし用いねばならない。

即ち上記光路切換スイツチにおいては常に入射
全光量の二分の一の光量しか活用できず、50％の
光損失を余儀無くされるという課題を有してい
る。

而して、本発明は上記対比例と同様、光路切換
素子として偏光分離用のビームスプリツターと、
電気光学効果を有する結晶素子を用いる電気光学
効果形光路切換機構であつて、上記対比例の課題
である光損失の問題は極めて簡素な光回路構成で
的確に解消すべく開発されたものであり、同時に
光散乱の原因を可及的に取り除き、各切換光路上
へ安定な光切換信号出力が出射されるようにした
ものである。

第２図に示すように仮想方形の対角線上に前記
直角分光形の一対の第１、第２偏光ビームスプリ
ツター５Ａ，５Ｂを配する。第１偏光ビームスプ
リツター５Ａは入射光ビーム１をその成分たる直
線偏光ビーム１ａ，１ｂの偏光方向に応じ直進方
向（第１光路８Ａ上）と直角方向（第２光路８Ｂ
上）に分離し出射する機能を有する。即ち第１偏
光ビームスプリツター５Ａは上記仮想方形の直角
をなす隣接する二辺に沿う光路上に偏光方向の異
なる直線偏光ビーム１ａ，１ｂを出射する。

又第２偏光ビームスプリツター５Ｂは直角方向
から夫々入射した直線偏光ビーム１ａ，１ｂを重
畳し第１切換光路９Ａ又は第２切換光路９Ｂ上へ
出射する機能を有する。即ち、第２偏光ビームス
プリツター５Ｂは上記仮想方形の他の直角をなす
隣接する二辺に沿う光路から入射する直線偏光ビ
ームを該二辺の延長上の各切換光路上へ出射す
る。

更に上記仮想方形の他の対角線上に第１光反射
素子（例えばプリズム）６Ａと第２光反射素子
（例えばプリズム）６Ｂを配する。第１光反射素
子６Ａは第１偏光ビームスプリツター５Ａから第
１光路８Ａ上へ出射せる一方の光ビームを上記第
２偏光ビームスプリツター５Ｂへ向け直角方向へ
転向する機能を有し（この直角転向光路を８
A′と称する）、第２光反射素子６Ｂは第１偏光ビ
ームスプリツター５Ａから上記第２光路８Ｂ上へ
出射せる他方の光ビームを上記第２偏光ビームス
プリツター５Ｂへ向け直角方向に転向する機能を
有する（この直角転向光路を８B′と称する）。

説明上光路８Ａと８A′を第１光路、光路８Ｂ
と８B′を第２光路と称する。第１偏光ビームス
プリツター５Ａから第２偏光ビームスプリツター
５Ｂへ至る第１光路８Ａ，８A′と第２光路８Ｂ，
８B′とは上記説明から理解されるように図示の
如き方形軌跡を呈する。

更に上記第１偏光ビームスプリツター５Ａと第
１光反射素子６Ａ間の光路８Ａ上に第１電気光学
結晶素子３Ａを配すると共に、第２光反射素子６
Ｂと第２偏光ビームスプリツター５Ｂ間の上記光
路８Ａと平行な光路８B′上に第２電気光学結晶
素子３Ｂを配する。

第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３Ｂは第１
図に基き説明した如く光路に平行で相対する二つ
の面に電極が設けてあり、該電極を45゜に傾け電
源（図示せず）に接続されており、電圧が印加さ
れていない場合には入射する直線偏光ビームの偏
光方向を変換させることなく直進させ、電圧が印
加されている場合にはこれを通過する直線偏光ビ
ームの偏光方向を90゜回転し出射させる機能を有
する。

上記の如き電気光学効果を有する結晶素子とし
ては単結晶のニオブ酸リチユウム及び多結晶の透
明セラミツク（PLZT）がある。殊に二次電気光
学効果を有する透明セラミツクは電気光学効果が
大きく低電圧駆動できる点で、光路切換用の素子
として適している。

更に上記第１偏光ビームスプリツター５Ａと第
２光反射素子６Ｂ間の光路８Ｂ上に２分の１波長
板７を配する。この２分の１波長板７は入射する
直線偏光ビームの偏光方向を常に変換し出射する
機能を有し、上記第２光路上に配することによつ
て第１偏光ビームスプリツター５Ａから出射する
直線偏光ビーム１ｂの偏光方向を変換し上記第２
電気光学結晶素子３Ｂへ供する。

前述の如く２分の１波長板７は第１光路８Ａ，
８A′又は第２光路８Ｂ，８B′上に配置せられ、
同光路上を通過する何れか一方の直線偏光ビーム
の偏光方向を常に変換する作用を果し、同光路上
であればその設置位置を電気光学結晶素子の前又
は後に配置することによつて同作用が得られる。

第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３Ｂは何れ
か一方が選択的に駆動され偏光方向が変換され
る。従つて第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３
Ｂから第２偏光ビームスプリツター５Ｂへ供され
る直線偏光ビームは一方が縦方向の偏光方向を有
する直線偏光ビームである時は他方は横方向の偏
光方向を有する直線偏光ビームであり、他方が縦
方向の偏光方向を有する直線偏光ビームである時
は一方は横方向の偏光方向を有する直線偏光ビー
ムである。

斯くして第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３
Ｂの何れか一方を選択的に作動（電圧印加）させ
ることにより何れを作動させたかに応じ入射光ビ
ーム１の略全量を出射光ビーム１′として第２偏
光ビームスプリツター５Ｂの第１切換光路９Ａ上
又は第２切換光路９Ｂ上へ出射させることができ
る。これを第１電気光学結晶素子３Ａに電圧印加
した場合（第３図）と、第２電気光学結晶素子３
Ｂに電圧印加した場合に区別して説明すれば以下
の通りである。先ず第３図に付き説明する。

入射光ビーム１は第１偏光ビームスプリツター
５Ａから直線偏光ビーム１ａと同１ｂに分離され
出射される。第２光路８Ｂ上へ出射される横方向
の偏光方向を有する直線偏光ビーム１ｂは２分の
１波長板７を通過することによつて偏光方向が
90゜回転され、縦方向の偏光方向を有する直線偏
光ビーム１ａに変換され第２電気光学結晶素子３
Ｂに入射される。従つて第１、第２電気光学結晶
素子３Ａ，３Ｂへ入射される光ビームは共に偏光
方向が同一の直線偏光ビーム１ａ，１ａである。

２分の１波長板７を通過した直線偏光ビーム１
ａは第２電気光学結晶素子３Ｂに電圧が印加され
ていないため偏光方向が変換されることなくこれ
を通過し、第２偏光ビームスプリツター５Ｂに入
射され、直進方向（第１切換光路９Ａ上）へ出射
される。

他方第１偏光ビームスプリツター５Ａから光路
８Ａ上へ出射する直線偏光ビーム１ａは第１電気
光学結晶素子３Ａに電圧が印加されているため、
偏光方向が90゜回転され直線偏光ビーム１ｂに変
換されてこれを出射し第２偏光ビームスプリツタ
ー５Ｂに入射され、直角方向（第１切換光路９Ａ
上）へ出射される。この結果、第１偏光ビームス
プリツター５Ａで分離された直線偏光ビーム１
ａ，１ｂは重畳され第１切換光路９Ａ上へ出射さ
れることとなる。即ち、入射光ビーム１の略全量
が入射光ビーム１′として第１切換光路９Ａ上へ
出射され、光損失のない光路切換が可能である。

又第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３Ｂは一
方３ＡのみをONにすれば良いから、双方ONに
比べ光散乱の原因が二分の一となる。

次に第２電気光学結晶素子３Ｂに電圧印加した
場合に付き、第４図に基き説明する。

前記と同様、第１、第２電気光学結晶素子３
Ａ，３Ｂへ入射される光ビームは共に偏光方向が
同一の直線偏光ビーム１ａ，１ａである。

２分の１波長板７を通過した縦方向の偏光方向
を有する直線偏光ビーム１ａは第２電気光学結晶
素子３Ｂに電圧が印加されているため偏光方向が
90゜回転され、横方向の偏光方向を有する直線偏
光ビーム１ｂに変換されこれを出射し、第２偏光
ビームスプリツター５Ｂに入射され、直角方向
（第２切換光路９Ｂ上）へ出射される。他方第１
偏光ビームスプリツター５Ａから光路８Ａ上へ出
射する直線偏光ビーム１ａは第１電気光学結晶素
子３Ａに電圧が印加されていないため、偏光方向
が変換されずにこれを通過し第２偏光ビームスプ
リツター５Ｂに入射され、直進方向（第２切換光
路９Ｂ上）へ出射される。この結果、第１偏光ビ
ームスプリツター５Ａで分離された直線偏光ビー
ム１ａ，１ｂは終局的に重畳され第２切換光路９
Ｂ上へ出射されることとなる。即ち、入射光ビー
ム１の略全量が入射光ビーム１′として第１切換
光路９Ｂ上へ出射される。即光損失のない光路切
換が可能である。又第１、第２電気光学結晶素子
３Ａ，３Ｂは一方３ＢのみONすれば良いから、
双方ONに比べ光散乱の原因が二分の一となる。

例えば第２図において、２分の１波長板７を用
いず、第１、第２電気光学結晶素子３Ａ，３Ｂを
同時にON又はOFFさせても入射光ビームの光量
の略全量の活用が可能であるが、双方ONの場合
ノイズ（光散乱）の原因は二倍に増加する。又結
晶素子３Ａ，３Ｂが双方OFFの場合はノイズの
原因は解消されるが、双方ONの場合と双方OFF
の場合の光出力のバランスが著しくくずれること
となる。

本発明においては、前記の如き配置で２分の１
波長板７を併用することにより、第１、第２電気
光学結晶素子３Ａ，３Ｂの何れか一方を選択的に
ONすれば良いからノイズを二分の一に軽減し、
しかも第１、第２切換光路９Ａ，９Ｂ上へ光出力
は全くバランスのとれたものとなる。

本発明は上記効果を果しつつ、入射光量の略全
量を出射光量（光切換信号）として活用可能な光
路切換機構を提供できる。

以上説明した実施例は切換機構における光入射
素子及び光出射素子として偏光方向に応じ直進と
直角方向へ分離出射する直角分光形の偏光ビーム
スプリツターを用いたが、本発明の実施には同光
入射素子、光反射素子が光成分の偏光方向に応じ
て二方向へ分離し出射する偏光分離機能を有する
ものであれば、上記直角分光形に拘束されるもの
ではない。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ図は本発明と対比される電気光学
効果形光路切換機構を素子配列を以つて示す切換
動作を説明する斜視図、第２図は本発明に係る光
路切換機構の一実施例を素子配列を以つて示す平
面図、第３図は光路の一方向切換動作を説明する
同光路切換機構斜視図、第４図は光路の他方向切
換動作を説明する同光路切換機構斜視図である。 １……入射光ビーム、１ａ，１ｂ……直線偏光
ビーム、３Ａ……第１電気光学結晶素子、３Ｂ…
…第２電気光学結晶素子、５Ａ……第１偏光ビー
ムスプリツター、５Ｂ……第２偏光ビームスプリ
ツター、６Ａ……第１光反射素子、６Ｂ……第２
光反射素子、７……２分の１波長板、８Ａ，８
A′……第１光路、８Ｂ，８B′……第２光路、９
Ａ……第１切換光路、９Ｂ……第２切換光路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入射光ビームを光成分の偏光方向に応じて第
   １光路と第２光路へ分離し出射する第１偏光ビー
   ムスプリツターと、第１光路又は第２光路の何れ
   か一方に配置せられ直線偏光ビームの一方を他方
   の直線偏光ビームと偏光方向を同一にする２分の
   １波長板と、第１光路及び第２光路の夫々に設け
   られ一方に電圧印加した時他方には電圧印加され
   ない選択的関係に配置され電圧印加された時のみ
   通過する直線偏光ビームの偏光方向を転換する第
   １、第２電気光学結晶素子と、該第１、第２電気
   光学結晶素子から第１光路と第２光路上へ出射さ
   れる両直線偏光ビームを上記電圧印加の選択によ
   り定められた光成分の偏光方向に応じて第１切換
   光路又は第２切換光路上へ重畳し出射する第２偏
   光ビームスプリツターとから成ることを特徴とす
   る光路切換装置。