JPH04113303A - ビームエキスパンダ - 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、ビームエキスパンダに関し、主としてレーザ
光源から出射した光の平行光束の範囲を広げるために用
いられるビームエキスパンダに関する。

［従来の技術］ 第５図は、従来のビームエキスパンダの１例としてのケ
プラー形ビームエキスパンダを示す。ケプラー形ビーム
エキスパンダは、同一光軸上に２組の凸レンズ５１およ
び５２を互いの焦点位置が一致するように配置したもの
である。このような構造により、入射レーザビーム５３
は焦点距離のより短い入射側レンズ５１および焦点距離
のより長い出射側レンズ５２を通りより幅広い平行光束
となって出射される。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のケプラー形ビームエキスパンダは焦点面を有して
いるなめ、スペイシャルフィルタ（ピンホール）を挿入
することによりビームの汚れはある程度除去できるが、
常に完全に同一の波面を取り出すことはできず、特に波
長および偏光状態については何らの制御も行なうことも
てきないという不都合があっな。

本発明の目的は、前述の従来例のビームエキスパンダに
おける問題点に鑑み、出射光の波面を常に完全に同一に
保つ、即ちビームエキスパンダへの入射前の波面の歪み
を完全に除去することを可能とし、かつ同時にビームの
偏光状態および波長等の制御をも可能にしたビームエキ
スパンダ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］ 上記目的を達成するため、本発明に係わるビームエキス
パンダは、同一光軸上に配置された２組の凸レンズと、
前記２組の凸レンズの間に両端面がそれぞれの凸レンズ
の焦点位置に一致するよう挿入されたシングルモードチ
ャネル形光導波路とを備えている。

また、前記シングルモードチャネル形光導波路中には、
例えばＴＥ−ＴＭモードスプリッタ、能動型フェーズシ
フタ、あるいはＴＥ−ＴＭモードコンバータ等を設ける
ことができる。

［作用］ 上述の構成においては、入射側凸レンズを通った入射光
はシングルモードチャネル形光導波路を通り出射側凸レ
ンズを介して出射される。シングルモードチャネル形光
導波路出射時の光強度分布は固有の分布を示し常に一定
の形となる。このため、波面の歪みか完全に除去される
。

また、このシングルモードチャネル形光導波路に前述の
ようにＴＥ−ＴＭモードズブリッタを設け、該ＴＥ−Ｔ
Ｍモードスプリッタにより分離されなＴＥ酸成分たはＴ
Ｍ酸成分内いずれか一方を除去することにより、偏光板
を挿入したのと同じ効果が得られる。

さらに、前記シングルモードチャネル形光導波路中に能
動型フェーズシフタを設けた場合には、このフェーズシ
フタに鋸歯状交流電圧を印加することにより直交する２
つの偏光成分の波長を互いにシフトさせることがてき、
光へテロタイン干渉計測等の光源を作成することがてき
る。

さらに、前記シングルモードチャネル形光導波路中にＴ
Ｂ−ＴＭモードコンバータを設けることにより、入射光
に波長法がりがある場合には偏光解消が行なわれる。

［実施例］ 以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例に係わるビームエキス
パンダの概略の構成を示す。同図のビームエキスパンダ
は、同一光軸上に配置された入射側凸レンズ１および゛
出射側凸レンズ２と、これらの凸レンズ１．２の間に両
端面３および４がそれぞれ凸レンズ１および２の焦点位
置に一致するよう挿入されたシングルモードチャネル形
光導波路５とを備えている。該シングルモードチャネル
形光導波路５はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ０３）等の
基板６上に形成されている。

第１図のビームエキスパンダにおいては、入射レーザビ
ーム７は入射側レンズ１によりほぼレンズ１の焦点位置
、すなわち光導波路５の端面３の近傍にビームウェスト
を形成する。ビームウェストを形成したレーザビームは
ある有限な結合効率で光導波路５中に導波され、他方の
端面４から再び自由空間中に出射する。端面４より出射
する光は光導波路５がシングルモードであることから空
間的にコヒーレントてあり、かつ入射ビームの波面によ
らず常に同一の振幅分布を持つ（固有モト界分布）。端
面４は出射側レンズ２の焦点位置にあるためレンズ２透
過後は、はぼ平面波となって引き続く光学系に供給され
るが、この時の波面ちまた入射ビーム７の波面状況によ
らず常に一定である。即ち理想的なビームクリーニング
が成されたことになる６尚、凸レンズ′２の焦点距離を
凸レンズ１の焦点距離より長くしておくことにより、入
射レーザビーム７の幅より拡大された幅を有する出射ビ
ーム８が得られる。

第２図は、本発明の第２の実施例に係わるビムエキスパ
ンダを示す。第２図においては、第１図における基板６
上に形成された導波路デバイス部分に相当する部分のみ
が示されている。第２図に示される導波路デバイス部分
は、複屈折性のある結晶等で構成する基板２１上に形成
されたシングルモードチャネル形光導波路２２および該
光導波路２２の途中に形成されＴＢモードとＴＭモトと
を分離するモードスプリッタ２３とを有している。光導
波路２２の入射端２４は第１図における入射側凸レンズ
１の焦点位置と一致しており、出射端２５は第１図にお
ける出射側凸レンズ２の焦点位置と一致している。モー
ドスプリッタとしては種々の構成のものが利用できるが
、第２図においては、有限なダブルモード領域を有し、
０次モードと１次モードとの完全結合長がＴＥモードと
７Ｍモードで互いに異なることを利用したダブルモード
タイプの公知のモードスプリッタが使用されている。ま
たモードスプリッタ２３の一方の出射端２６には例えは
斜線で示すように吸収材が設けられている。

第２図の構成においては、入射側レンズ１を介して端面
２４に入射される入射光はモードスプリッタ２３におい
てＴＢモードと７Ｍモードに分離されそれぞれ出射端２
５および２６から、あるいは出射端２６および２５から
、出射される。従って、出射端２５から出射する光は入
射光の偏光状態に関係なくＴＥモードあるいは７Ｍモー
ドのみとなり、事実上偏光板を挿入したのと同じ効果が
得られる。尚、出射端２６から出射される光は吸収材に
よって吸収される。

第３図は、本発明の第３の実施例に係わるビームエキス
パジダにおける導波路デバイス部分を示す。この導波路
デバイス部分は、電気光学効果を有する基板３１上に形
成されたシングルモードチャネル形光導波路３２および
該光導波路３２の途中に装荷された電極３３を備えてい
る。尚、光導波路３２の入射端３４は第１図における入
射側凸レンズ１の焦点位置と一致し、出射端３５は第１
図の出射側凸レンズ２の焦点位置と一致するよう構成さ
れている。

第３図の構成において、光導波路３２の途中に装荷され
た電極３３に電界をかけると電気光学効果を有する基板
に屈折率変化が生じ、いわゆるフェーズシフタとして動
作する。従って、電極３３の間に印加する電圧を鋸歯状
波にすると連続的な位相遅れ（または進み）を発生させ
ることが可能である。また、フェーズシフタは波長シフ
タとして働くことは良く知られている。

従って、第３図における光導波路３２中のＴＥおよび７
Ｍ両モードの光に対する位相遅れ量が異なるような電界
方向と基板の結晶軸方位を選択することにより、ＴＥお
よび７Ｍ両モードの光の波長に差をつけることかでき、
これが光へテロタイン干渉計測に応用できることは明ら
かである。これを実現するためには、例えばニオブ酸リ
チウム結晶においてはＺ軸（光学軸方向）伝搬を避けれ
ばよい、Ｘ軸伝搬、Ｙ軸伝搬においては、ＴＥおよびＴ
Ｍのいずれかのモードの位相遅れは電気光学定数γ　に
比例し、他方はγ１３に比例する。γ３３はγ１３より
かなり大きく、ＴＥ−ＴＭモード光に波長差をつけるこ
とか可能である６尚、この場合は適当な方法で入射ビー
ムがＴＥおよびＴＭ両両光光成分含むようにする必要が
あるが、入射ビムがＴＥ（またはＴＭ）のみの場合であ
ってもＴＥ−７Ｍモードコンバータによって両光光成分
を作り出すことは可能である。

第４図は、本発明の第４の実施例に係わるビームエキス
パン゛ダの導波路デバイス部分を示す。第４図の導波路
デバイス部分は、基板４１上に形成されたシングルモー
ドチャネル形光導波路４２の中間に平板電極４３からな
るモードコンバータが形成されている。尚、このモード
コンバータは平板電極に限らす周期電極等によって形成
することもできる。但し、平板電極４３を用いた場合に
は、Ｚ軸伝搬である必要がある。尚、第４図の実施例に
おいては、モードコンバータ４３に先立って電極４４か
らなるフェーズシフタが設けられている。

また、シングルモードチャネル形光導波路４２の入射端
４５は第１図の入射側凸レンズ１の焦点位置と一致して
おり、かつ出射端４６は第１図の出射側凸レンズ２の焦
点位置と一致している。

第４図の構成においては、電極４４を有するフェーズシ
フタによってＴＥおよびＴＭ両モードの光の間に９０°
の位相差をもなせておくと、電極４３からなるモードコ
ンバータは旋光子の役割を果たす。この場合、旋光角は
波長に依存するから、極めて長い旋光子（例えば旋光角
≧１０πｒａｄ等）とれは旋光角の波長分散により偏光
面が一定でなくなる。即ち、入射光の波長に幅かあると
、各波長に応じて異なる旋光結果か得られる。従って、
出射ビームは偏光解消（デポラライス）されたものとな
る。即ち、第４図の構成によりデボラライザが実現でき
る。但し、入射ヒームにある程度の波長帯域幅が存在す
ることが必要である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、ビームエキスパンダと
してビーム径を拡大するのみならず入射波面の歪み、強
度分布等に左右されず常に一定の振幅分布をもった光を
出射させることができ、完全なビームクリーニングを達
成てきる。さらに、導波路デバイス部分に種々の機能を
有する素子を付加することにより、偏光特性、波長特性
等をも制御することが可能になる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の第１の実施例に係わるピムエキスパ
ンクの概略の構成を示す説明図、第２図は、本発明の第
２の実施例に係わるビームエキスパンダにおける導波路
デバイス部分を示す説明図、 第３図は、本発明の第３の実施例に係わるヒムエキスパ
ンダの導波路デバイス部分を示す説明図、 第４図は、本発明の第４の実施例に１系わるビムエキス
パンクの導波路デバイス部分を示す説明図、そして 第５図は、従来のビームエキスパンダを示す説明図であ
る。 １、入射側レンズ、　　　　２：出射側レンズ、３．２
４，３４．４５　　入射端、 ４．２５，３５，４６：出射端、 シングルモードチャネル形光導波路、 ６．２１．３１，４１　：基板、 ７：入射レーザビーム、 ８：出射レーザビーム、 ２３・モードスプリッタ、　２６：出射端、３３、フェ
ーズシフタ用電極、 ４３：モードコンバータ用電極、 ４４：フェーズシフタ用電極。 出願人　　株式会社　ニ　コ　ン 代理人　　渡　　辺　　隆　　男 第３ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、同一光軸上に配置された２組の凸レンズと、前記２
   組の凸レンズの間に両端面がそれぞれの凸レンズの焦点
   位置に一致するよう挿入されたシングルモードチャネル
   形光導波路と、 を具備することを特徴とするビームエキスパンダ。 ２、さらに、前記シングルモードチャネル形光導波路中
   に形成されたＴＥ−ＴＭモードスプリッタと、該ＴＥ−
   ＴＭモードスプリッタにより分離されたＴＥ成分または
   ＴＭ成分の内いずれか一方を除去する手段とを備えた請
   求項１に記載のビームエキスパンダ。 ３、さらに、前記シングルモードチャネル形光導波路中
   に形成された能動形フェーズシフタを備え、このフェー
   ズシフタに鋸歯状交流電源を印加することにより直交す
   る２つの偏光成分の波長を互いにシフトさせる請求項１
   に記載のビームエキスパンダ。 ４、さらに、前記シングルモードチャネル形光導波路中
   に形成されたＴＥ−ＴＭモードコンバータを備え、入射
   光の波長ひろがりを利用して偏光解消を行なう請求項１
   に記載のビームエキスパンダ。