JPH0429042B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0429042B2 JPH0429042B2 JP16498979A JP16498979A JPH0429042B2 JP H0429042 B2 JPH0429042 B2 JP H0429042B2 JP 16498979 A JP16498979 A JP 16498979A JP 16498979 A JP16498979 A JP 16498979A JP H0429042 B2 JPH0429042 B2 JP H0429042B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- refractive index
- crystal
- prism
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光の偏光分離を行う偏光プリズムに関
し、従来の１軸性結晶に替えて２軸性結晶を用い
ることにより、歪みによる影響を受けにくくした
偏光プリズムに関する。すなわち１軸性結晶から
なる偏光プリズムでは入射光が複屈折を感じない
で結晶中を進む際に歪みの影響を受けて楕円偏光
化し、分離度が著しく劣化するのに対して２軸性
結晶中に入射された光は複屈折を感じて進行する
ために歪みの存在があつても偏光の乱れは極わず
かであることに基づいている。
し、従来の１軸性結晶に替えて２軸性結晶を用い
ることにより、歪みによる影響を受けにくくした
偏光プリズムに関する。すなわち１軸性結晶から
なる偏光プリズムでは入射光が複屈折を感じない
で結晶中を進む際に歪みの影響を受けて楕円偏光
化し、分離度が著しく劣化するのに対して２軸性
結晶中に入射された光は複屈折を感じて進行する
ために歪みの存在があつても偏光の乱れは極わず
かであることに基づいている。
従来、光回路に用いられるサーキユレータ等に
は光を偏光分離するプリズム等が用いられてい
る。これらの光の分離方法には第１図に示す如く
複屈折を有するプリズム１を用い反射と透過を利
用して、直進方向の光２と反射方向の光３に分離
する方法や、第２図に示す如く複屈折を有するプ
リズム４を透過させることにより、光５及び６に
分離する方法等がある。ところが前者は直進する
光２がプリズムを接合した斜面７，８を通過する
ため光の損失が大きく、又光の分離は不完全であ
る。又後者は分離角度が小さい。
は光を偏光分離するプリズム等が用いられてい
る。これらの光の分離方法には第１図に示す如く
複屈折を有するプリズム１を用い反射と透過を利
用して、直進方向の光２と反射方向の光３に分離
する方法や、第２図に示す如く複屈折を有するプ
リズム４を透過させることにより、光５及び６に
分離する方法等がある。ところが前者は直進する
光２がプリズムを接合した斜面７，８を通過する
ため光の損失が大きく、又光の分離は不完全であ
る。又後者は分離角度が小さい。
そのために、第３図に示すような複屈折を有す
る偏光プリズムを用い、分離角を大きくした方法
が提案されている。これは直角Ａを挟む辺の一
方、例えば辺ｂを結晶の光学軸と平行させ、辺ｂ
の対角θは異常光の屈折率ne、常光の屈折率npと
したとき、θ＝tan-1ne／npにとつている。
る偏光プリズムを用い、分離角を大きくした方法
が提案されている。これは直角Ａを挟む辺の一
方、例えば辺ｂを結晶の光学軸と平行させ、辺ｂ
の対角θは異常光の屈折率ne、常光の屈折率npと
したとき、θ＝tan-1ne／npにとつている。
図の左上から辺ａに垂直に光Ｂが入射すると、
電場が紙面に垂直な偏光は入射角θと等しい入射
角θで底辺Ｃで反射しＤ方向へ出る。また電場が
紙面内にある偏光はθ＋αの角度で反射しＥ方向
に出射する。例えば方解石プリズムで波長1.3μｍ
にて用いる場合はθ＝42.06゜にとり底辺Ｃで全反
射せしめＤ方向に出射する。電場が紙面内にある
偏光はθ＋α＝42.06゜＋5.88゜の角度で反射しＥ方
向に出射する。Ｄ方向に出る光はプリズムにより
出射時に更に3.79゜の屈折してD′方向へ出るので、
プリズムから出射時の光の分離角は9.67゜と大き
い。ところが、この偏光プリズムは１軸性結晶で
あり、光学軸方向だけは、ただ一つの屈折率しか
なく、複屈折がない方向である。従つて辺ａより
の電場が紙面に垂直な偏光と電場が紙面内にある
偏光は同じ屈折率npで底辺Ｃまで進むことにな
る。偏光プリズムの結晶の結晶の質が均一であれ
ばよいが、実際には良い結晶は得られず、僅かに
歪みがある。
電場が紙面に垂直な偏光は入射角θと等しい入射
角θで底辺Ｃで反射しＤ方向へ出る。また電場が
紙面内にある偏光はθ＋αの角度で反射しＥ方向
に出射する。例えば方解石プリズムで波長1.3μｍ
にて用いる場合はθ＝42.06゜にとり底辺Ｃで全反
射せしめＤ方向に出射する。電場が紙面内にある
偏光はθ＋α＝42.06゜＋5.88゜の角度で反射しＥ方
向に出射する。Ｄ方向に出る光はプリズムにより
出射時に更に3.79゜の屈折してD′方向へ出るので、
プリズムから出射時の光の分離角は9.67゜と大き
い。ところが、この偏光プリズムは１軸性結晶で
あり、光学軸方向だけは、ただ一つの屈折率しか
なく、複屈折がない方向である。従つて辺ａより
の電場が紙面に垂直な偏光と電場が紙面内にある
偏光は同じ屈折率npで底辺Ｃまで進むことにな
る。偏光プリズムの結晶の結晶の質が均一であれ
ばよいが、実際には良い結晶は得られず、僅かに
歪みがある。
そのため辺ａに垂直に光が入射し、この光が底
辺Ｃに進む途中で結晶の歪み部を通過すると、光
が歪みにより生じた複屈折の影響を受け、この複
屈折に対応した２つの偏光に入射光が分離され、
それぞれnpとは異なる屈折率の影響を受け、異な
る位相をもつて進行し、その合成は入射光とは異
なる偏光、例えば楕円偏光となつてしまう。
辺Ｃに進む途中で結晶の歪み部を通過すると、光
が歪みにより生じた複屈折の影響を受け、この複
屈折に対応した２つの偏光に入射光が分離され、
それぞれnpとは異なる屈折率の影響を受け、異な
る位相をもつて進行し、その合成は入射光とは異
なる偏光、例えば楕円偏光となつてしまう。
そのため、本プリズムを光スイツチ素子として
使用する場合、辺ａに、電場が紙面内にある偏光
を入射した場合、もし結晶歪みがなければ辺Ｃで
反射して全てＥ方向へ出射するはずであるが、前
述の如く歪みがあると楕円偏光となつて紙面と垂
直方向に振動する成分が現れて、この成分が
D′方向へと分離して出射してしまう。このこと
は光スイツチにおいてクロストークが生じること
となり偏光子としての性能を低下させるという欠
点があつた。
使用する場合、辺ａに、電場が紙面内にある偏光
を入射した場合、もし結晶歪みがなければ辺Ｃで
反射して全てＥ方向へ出射するはずであるが、前
述の如く歪みがあると楕円偏光となつて紙面と垂
直方向に振動する成分が現れて、この成分が
D′方向へと分離して出射してしまう。このこと
は光スイツチにおいてクロストークが生じること
となり偏光子としての性能を低下させるという欠
点があつた。
本発明の目的は光学的２軸性結晶のプリズムを
用い、結晶の歪み等の影響を受けない偏光プリズ
ムを提供するにある。
用い、結晶の歪み等の影響を受けない偏光プリズ
ムを提供するにある。
本発明の特徴は光学的２軸性結晶の物質で、断
面が直角三角形をなす三角形状のプリズムを形成
し、その断面三角形の直角を挟む辺のそれぞれを
前記結晶の屈折率主軸に平行させ、かつ直角を挟
む一辺の対角を、その一辺と平行な偏波面をもつ
光の屈折率と、直角を挟む他の一辺と平行な偏波
面をもつ光の屈折率の比の逆正接にとり、かつ前
記物質の直角を挟む辺より垂直に光を入射したと
き、斜辺で全反射を行い偏光の分離を行うように
して、上述の目的を達成している。
面が直角三角形をなす三角形状のプリズムを形成
し、その断面三角形の直角を挟む辺のそれぞれを
前記結晶の屈折率主軸に平行させ、かつ直角を挟
む一辺の対角を、その一辺と平行な偏波面をもつ
光の屈折率と、直角を挟む他の一辺と平行な偏波
面をもつ光の屈折率の比の逆正接にとり、かつ前
記物質の直角を挟む辺より垂直に光を入射したと
き、斜辺で全反射を行い偏光の分離を行うように
して、上述の目的を達成している。
第４図は本発明による偏光プリズムの１実施例
を説明するための図である。
を説明するための図である。
本発明は光学的２軸性結晶の直角三角形プリズ
ム（角A′は直角）の一面C′において全反射する
場合に、電場が紙面内にある偏光に対しての屈折
率が反射後も不変になるようにし、電場が紙面に
垂直な偏光に対しての屈折率が反射前と反射後で
変化するようにしたものである。
ム（角A′は直角）の一面C′において全反射する
場合に、電場が紙面内にある偏光に対しての屈折
率が反射後も不変になるようにし、電場が紙面に
垂直な偏光に対しての屈折率が反射前と反射後で
変化するようにしたものである。
光学的２軸性結晶は互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ
の三直線の方向に夫々異なる屈折率をもつた光学
的弾性軸（主軸）がある。
の三直線の方向に夫々異なる屈折率をもつた光学
的弾性軸（主軸）がある。
上記屈折率の主軸のうちの１つは紙面に垂直な
方向にあるので、図の左方から辺a′に垂直に光Ｂ
が入射した場合、電場が紙面に垂直な偏光は屈折
率が反射後も変わらない。
方向にあるので、図の左方から辺a′に垂直に光Ｂ
が入射した場合、電場が紙面に垂直な偏光は屈折
率が反射後も変わらない。
次に電場が紙面内にある偏光の入射、反射光の
電場が共に屈折率の主軸方向になつている場合を
考える。
電場が共に屈折率の主軸方向になつている場合を
考える。
入射角θ1、反射角θ1′＝θ1＋α1とすると、上記の
条件から入射、反射光の電場が共に屈折率の主軸
方向になつているから、θ1＋θ1′＝90゜である。ま
た入射光の屈折率n1、反射光の屈折率n2とする
と、 n1sinθ1＝n2sinθ1′ である。従つてn1sinθ1＝n2cosθ1 となりtanθ1＝n2／n1になる。故に θ1＝tan-1n2／n1になる。
条件から入射、反射光の電場が共に屈折率の主軸
方向になつているから、θ1＋θ1′＝90゜である。ま
た入射光の屈折率n1、反射光の屈折率n2とする
と、 n1sinθ1＝n2sinθ1′ である。従つてn1sinθ1＝n2cosθ1 となりtanθ1＝n2／n1になる。故に θ1＝tan-1n2／n1になる。
具体例として、KNbO3単結晶の場合を考えて
みる。この結晶のＸ，Ｙ，Ｚの主軸方向の屈折率
は夫々2.20，2.31，2.37であり、本実施例では光
の分離角度を大きくするために、屈折率の最大値
2.37と最小値2.20を夫々用いn1，n2とする。
みる。この結晶のＸ，Ｙ，Ｚの主軸方向の屈折率
は夫々2.20，2.31，2.37であり、本実施例では光
の分離角度を大きくするために、屈折率の最大値
2.37と最小値2.20を夫々用いn1，n2とする。
θ1＝tan-1n2／n1よりθ1＝42.9゜となる。
このように形成された光学的２軸性結晶のプリ
ズムに、図の左方から辺a′に垂直に光Ｂが入射す
ると、電場が紙面に垂直な偏光（屈折率2.31）は
θ1と等しい反射角θ1で底辺C′で反射しＧ方向へ出
る。又電場が紙面内にある偏光（屈折率2.37）は
θ1＋α1の角度で反射しＦ方向に出射する。この時
の屈折率は2.20である。角αは 2.20sin42.9゜＝2.37sin（42.9゜＋α1） …… よりα1＝4.20゜となる。
ズムに、図の左方から辺a′に垂直に光Ｂが入射す
ると、電場が紙面に垂直な偏光（屈折率2.31）は
θ1と等しい反射角θ1で底辺C′で反射しＧ方向へ出
る。又電場が紙面内にある偏光（屈折率2.37）は
θ1＋α1の角度で反射しＦ方向に出射する。この時
の屈折率は2.20である。角αは 2.20sin42.9゜＝2.37sin（42.9゜＋α1） …… よりα1＝4.20゜となる。
従つて入射角θ1と反射角θ1＋α1との和42.9゜×２
＋4.20゜＝90゜となりＦ方向に出る光は辺b′に垂直
となる。又式の1.39となり、全反射の条件を満
たす値１より大きいので、Ｇ及びＦ方向に出る光
は底辺C′において全反射する。
＋4.20゜＝90゜となりＦ方向に出る光は辺b′に垂直
となる。又式の1.39となり、全反射の条件を満
たす値１より大きいので、Ｇ及びＦ方向に出る光
は底辺C′において全反射する。
又第５図のように右上方から辺b′に垂直に入る
時も、電場が紙面内にあるような偏光であれば、
前述の逆の光路をとり辺a′に垂直なＨ方向に出射
する。又電場が紙面に垂直な偏光のときは入射角
θ1′と等しい反射角θ1′で反射しＱ方向に出射する。
このように逆に光を入射すると電場が紙面に垂直
な偏光の反射角は電場が紙面内にある偏光の反射
角よりα1だけ大きくなり、左上から光を入射させ
るときの機能とは逆になる。
時も、電場が紙面内にあるような偏光であれば、
前述の逆の光路をとり辺a′に垂直なＨ方向に出射
する。又電場が紙面に垂直な偏光のときは入射角
θ1′と等しい反射角θ1′で反射しＱ方向に出射する。
このように逆に光を入射すると電場が紙面に垂直
な偏光の反射角は電場が紙面内にある偏光の反射
角よりα1だけ大きくなり、左上から光を入射させ
るときの機能とは逆になる。
また第４図のＧ及び第５図のＱ方向に出る光は
プリズムより出射時に屈折するため分離角は共に
9.7゜となつて、G′，Q′方向へ出射する。
プリズムより出射時に屈折するため分離角は共に
9.7゜となつて、G′，Q′方向へ出射する。
以上のように辺a′に垂直に入射される光Ｂが紙
面に垂直なＧ偏光の屈折率n3＝2.31と紙面内にあ
るＰ偏光の屈折率n1＝2.37とを入射時に持つてい
るので、それらには差n1−n3＝0.06の複屈折があ
り、その差をもつて結晶内を進む。
面に垂直なＧ偏光の屈折率n3＝2.31と紙面内にあ
るＰ偏光の屈折率n1＝2.37とを入射時に持つてい
るので、それらには差n1−n3＝0.06の複屈折があ
り、その差をもつて結晶内を進む。
結晶の歪みの大きさをδとし、複屈折の大きさ
をΔとすると偏光の乱れはδ／Δのオーダで表さ
れる。従つて結晶歪みの大きさδが同じであつて
も１軸性結晶の如く、元々複屈折の大きさΔが略
０である場合は、固有の複屈折の大きさn1−n3＝
0.06を有する２軸性結晶の場合に比べ偏光の乱れ
δ／Δの値は極めて大きくなる。このため２軸性
結晶の場合は１軸性結晶の場合に比べ偏光の乱れ
は極めて小さく、その値は10-3〜10-4程度であ
る。
をΔとすると偏光の乱れはδ／Δのオーダで表さ
れる。従つて結晶歪みの大きさδが同じであつて
も１軸性結晶の如く、元々複屈折の大きさΔが略
０である場合は、固有の複屈折の大きさn1−n3＝
0.06を有する２軸性結晶の場合に比べ偏光の乱れ
δ／Δの値は極めて大きくなる。このため２軸性
結晶の場合は１軸性結晶の場合に比べ偏光の乱れ
は極めて小さく、その値は10-3〜10-4程度であ
る。
以上説明した如く、本実施例は入射した光を全
反射するため損失がない効率の良い光の分離を行
うことができる偏光プリズムであり、さらに結晶
歪みの影響をなくすことができる。
反射するため損失がない効率の良い光の分離を行
うことができる偏光プリズムであり、さらに結晶
歪みの影響をなくすことができる。
なお、本発明の偏光プリズムは光回路に用いる
アイソレータ、サーキユレータ、スイツチ、分波
器等に応用することが可能である。
アイソレータ、サーキユレータ、スイツチ、分波
器等に応用することが可能である。
以上実施例により本発明を説明したが、本発明
によれば光学的２軸性結晶の屈折率主軸に垂直な
入射及び出射端面を持ち、光の全反射によつて偏
光の分離行うプリズムにすることにより、結晶歪
みによる僅かな屈折率の歪みなどによつて起こる
楕円偏光化の心配もなく、偏光子としての性能の
よいものが得られる効果は大きい。
によれば光学的２軸性結晶の屈折率主軸に垂直な
入射及び出射端面を持ち、光の全反射によつて偏
光の分離行うプリズムにすることにより、結晶歪
みによる僅かな屈折率の歪みなどによつて起こる
楕円偏光化の心配もなく、偏光子としての性能の
よいものが得られる効果は大きい。
第１図及び第２図は従来の光分離方法の説明
図、第３図は従来の偏光プリズムの動作説明図、
第４図及び第５図は本発明に係る偏光プリズムの
１実施例の動作図である。
図、第３図は従来の偏光プリズムの動作説明図、
第４図及び第５図は本発明に係る偏光プリズムの
１実施例の動作図である。
Claims (1)
- １ 光学的２軸性結晶物質で断面が直角三角形を
成す三角柱状のプリズムを形成し、その断面三角
形の直角を挟む辺の夫々を前記結晶の屈折率主軸
に平行させ、且つ直角を挟む一辺の対角を、その
一辺と平行な偏波面をもつ光の屈折率と、直角を
挟む他の一辺と平行な偏波面をもつ光の屈折率の
比の逆正接にとり、且つ前記物質の直角を挟む辺
より垂直に光を入射したとき、斜辺で全反射を行
い偏光の分離を行うことを特徴とする偏光プリズ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16498979A JPS5687008A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Polarizing prism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16498979A JPS5687008A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Polarizing prism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5687008A JPS5687008A (en) | 1981-07-15 |
| JPH0429042B2 true JPH0429042B2 (ja) | 1992-05-15 |
Family
ID=15803715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16498979A Granted JPS5687008A (en) | 1979-12-19 | 1979-12-19 | Polarizing prism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5687008A (ja) |
-
1979
- 1979-12-19 JP JP16498979A patent/JPS5687008A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5687008A (en) | 1981-07-15 |
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