JPH0526163B2 - - Google Patents
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- JPH0526163B2 JPH0526163B2 JP2537284A JP2537284A JPH0526163B2 JP H0526163 B2 JPH0526163 B2 JP H0526163B2 JP 2537284 A JP2537284 A JP 2537284A JP 2537284 A JP2537284 A JP 2537284A JP H0526163 B2 JPH0526163 B2 JP H0526163B2
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- Japan
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- layer
- thickness
- film
- wavelength
- layers
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
- G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
- G02B5/3033—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state in the form of a thin sheet or foil, e.g. Polaroid
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、誘電体多層膜からなる偏光分離膜に
関し、特に、広帯域で、偏光成分の分離度の高い
偏光分離膜に関する。
関し、特に、広帯域で、偏光成分の分離度の高い
偏光分離膜に関する。
偏光分離膜は、光の２つの偏光成分（垂直偏
波・水平偏波）を分離する光学デバイスであり、
例えば垂直偏波成分（Ｐ液）は反射し、水平偏波
成分（Ｓ波）は透過することによつて、２つの偏
光成分を分離するものである。このような偏光分
離膜は、光スイツチ、光アイソレータ等の光学部
品に用いられている。
波・水平偏波）を分離する光学デバイスであり、
例えば垂直偏波成分（Ｐ液）は反射し、水平偏波
成分（Ｓ波）は透過することによつて、２つの偏
光成分を分離するものである。このような偏光分
離膜は、光スイツチ、光アイソレータ等の光学部
品に用いられている。
従来から、偏光分離を行なうために偏光分離膜
が用いられているが、その例を第１図に示す。
が用いられているが、その例を第１図に示す。
第１図は、23層の例であり、基板１に対し、誘
電体膜のTiO2膜とSiO2膜を交互に積層していき、
第23層の外側に基板２を設けている。
電体膜のTiO2膜とSiO2膜を交互に積層していき、
第23層の外側に基板２を設けている。
そして、第１層はλ／４（λは使用光波長）の
0.55倍の厚さであり、第２層から第10層、第12層
から第19層及び第21層はそれぞれλ／４に等しい
厚さとなつている。また、第11層はλ／４の1.3
倍、第20層は0.98倍、第22層は0.8倍、第23層は
0.42倍の厚さとなつている。これらの数値は各誘
電体膜の光学的膜厚と呼ばれ、第１図に示した数
値の小数点第２位以下は測定誤差を含む。
0.55倍の厚さであり、第２層から第10層、第12層
から第19層及び第21層はそれぞれλ／４に等しい
厚さとなつている。また、第11層はλ／４の1.3
倍、第20層は0.98倍、第22層は0.8倍、第23層は
0.42倍の厚さとなつている。これらの数値は各誘
電体膜の光学的膜厚と呼ばれ、第１図に示した数
値の小数点第２位以下は測定誤差を含む。
さらに、基板１，２の屈折率は、1.51である。
以上の構成による偏光分離膜の偏光特性を第７
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
第７図において、横軸は波長（μｍ）、縦軸は
偏光分離度（dB）を示す。曲線Ｃ１は、レーザ
光入射面におけるＰ波の反射量を、曲線Ｃ２は出
射面におけるＳ波の漏れ量を示す。この特性から
分かる様に、28dB以上の分離度を得たい時の帯
域幅は約78nｍとなつている。
偏光分離度（dB）を示す。曲線Ｃ１は、レーザ
光入射面におけるＰ波の反射量を、曲線Ｃ２は出
射面におけるＳ波の漏れ量を示す。この特性から
分かる様に、28dB以上の分離度を得たい時の帯
域幅は約78nｍとなつている。
しかし、偏光を利用するデバイス等の関係か
ら、以上の帯域幅では、光源のレーザダイオード
（LD）の波長変動、入射角精度等を含めた要求帯
域幅を十分に満足することはできなかつた。
ら、以上の帯域幅では、光源のレーザダイオード
（LD）の波長変動、入射角精度等を含めた要求帯
域幅を十分に満足することはできなかつた。
本発明は、この様な点に鑑みてなされたもので
あり、帯域幅が広い偏光分離膜を提供することを
目的とする。
あり、帯域幅が広い偏光分離膜を提供することを
目的とする。
この目的は、基板上に、TiO2層とSiO2層を交
互に23層積層した偏光分離膜において、 前記基盤の屈折率を1.54〜1.60とし、 最外層のSiO2層の膜厚を使用光波長の1/4のほ
ぼ0.5倍とし、 中央の第12層目とSiO2層の膜厚を使用光波長
の1/4のほぼ1.3倍とし、 最外層より２番目のSiO2層の膜厚を使用光波
長の1/4のほぼ0.9倍とし、 他の層を使用光波長の1/4の膜厚とした偏光分
離膜によつて達成される。
互に23層積層した偏光分離膜において、 前記基盤の屈折率を1.54〜1.60とし、 最外層のSiO2層の膜厚を使用光波長の1/4のほ
ぼ0.5倍とし、 中央の第12層目とSiO2層の膜厚を使用光波長
の1/4のほぼ1.3倍とし、 最外層より２番目のSiO2層の膜厚を使用光波
長の1/4のほぼ0.9倍とし、 他の層を使用光波長の1/4の膜厚とした偏光分
離膜によつて達成される。
以下、本発明を実施例により説明する。
広帯域に渡つて偏光分離を行うためには、偏光
分離膜に入射する光の波長に対し、Ｐ波とＳ波の
分離している光波長の領域（帯域）を大きくする
必要がある。そして、Ｐ波とＳ波の分離している
光波長領域を大きくするためには、スネルの法則
に従い、ブリユースター角に近い角度で、偏光分
離膜に光を入射すればよい。
分離膜に入射する光の波長に対し、Ｐ波とＳ波の
分離している光波長の領域（帯域）を大きくする
必要がある。そして、Ｐ波とＳ波の分離している
光波長領域を大きくするためには、スネルの法則
に従い、ブリユースター角に近い角度で、偏光分
離膜に光を入射すればよい。
しかし、単に基板への入射角を変更すると、偏
光分離膜の入射／出射角度が変化し、デバイス組
み立てが難しくなる。
光分離膜の入射／出射角度が変化し、デバイス組
み立てが難しくなる。
このため、基板への入射角は45度に固定する。
その代わりに、基板屈折率を基板上に形成される
誘電体膜の屈折率よりも大きな屈折率にする。こ
うすると、スネルの法則により誘電体膜への入射
角が大きくなり、実質的に角度を大きくしたこと
に相当するようになる。
その代わりに、基板屈折率を基板上に形成される
誘電体膜の屈折率よりも大きな屈折率にする。こ
うすると、スネルの法則により誘電体膜への入射
角が大きくなり、実質的に角度を大きくしたこと
に相当するようになる。
第２図は基板屈折率とＰ波損失が0.05dB以下
となる帯域幅の関係をグラフ化したもので、屈折
率が高くなるにつれて帯域幅が大きくなること示
している。
となる帯域幅の関係をグラフ化したもので、屈折
率が高くなるにつれて帯域幅が大きくなること示
している。
ただし、膜厚の最適化及びプリズムとして構成
するときに使用する接着剤の屈折率との制限があ
り、ここでは、横軸の屈折率を1.54〜1.60とし
た。
するときに使用する接着剤の屈折率との制限があ
り、ここでは、横軸の屈折率を1.54〜1.60とし
た。
この様に、基板を高屈折率にすると、偏光成分
が分離している波長領域は大きくなるが、入射す
る光の波長に対するＰ波の損失特性は第４図の如
く、リツプルを生ずる。Ｐ波の損失が大きいとい
うことは、Ｐ波がＳ波側に漏れていることにな
り、偏光分離度が悪くなることを示している。即
ち、このリツプルのレベルが高いと、偏光成分を
完全分離できず、漏れが生ずる。
が分離している波長領域は大きくなるが、入射す
る光の波長に対するＰ波の損失特性は第４図の如
く、リツプルを生ずる。Ｐ波の損失が大きいとい
うことは、Ｐ波がＳ波側に漏れていることにな
り、偏光分離度が悪くなることを示している。即
ち、このリツプルのレベルが高いと、偏光成分を
完全分離できず、漏れが生ずる。
従つて、この偏光成分の漏れを防止しなければ
基板屈折率を高くして偏光分離膜への入射角を大
きくしても、所望の偏光分離度（28dB）が得ら
れる帯域幅は狭いままである。
基板屈折率を高くして偏光分離膜への入射角を大
きくしても、所望の偏光分離度（28dB）が得ら
れる帯域幅は狭いままである。
この偏光成分の漏れを防止するために、入射光
のλ／４の厚さの誘電体膜が複数層で形成される
誘電体多層膜において、特定の層を厚く、又は特
定の層を薄くすることにより、光波長に対する損
失のフイルタ的な補正を行うことで、リツプルの
レベルの補正を行なう。この様なフイルタ的な補
正を行なう場合、膜厚を変化させる層を特定する
には、基板屈折率を固定にし、多層膜中の各層の
膜厚を１層づつ変化させた場合のＰ波の損失特性
を調べることでわかる。
のλ／４の厚さの誘電体膜が複数層で形成される
誘電体多層膜において、特定の層を厚く、又は特
定の層を薄くすることにより、光波長に対する損
失のフイルタ的な補正を行うことで、リツプルの
レベルの補正を行なう。この様なフイルタ的な補
正を行なう場合、膜厚を変化させる層を特定する
には、基板屈折率を固定にし、多層膜中の各層の
膜厚を１層づつ変化させた場合のＰ波の損失特性
を調べることでわかる。
そこで、第１図の構成の多層膜に対し、基板屈
折率を1.55に固定し、各層の膜厚を変化させた場
合のＰ波の損失を調べてみると、第３図の如くに
なる。この場合に、第１層、第23層の膜厚は第１
図と同じ値にし、その他の膜厚を変化させる層以
外の膜厚は、使用光波長λの1/4とほぼ等しく設
定してある。
折率を1.55に固定し、各層の膜厚を変化させた場
合のＰ波の損失を調べてみると、第３図の如くに
なる。この場合に、第１層、第23層の膜厚は第１
図と同じ値にし、その他の膜厚を変化させる層以
外の膜厚は、使用光波長λの1/4とほぼ等しく設
定してある。
第３図において、横軸は層の番号を、縦軸は第
４図に示すＰ波損失特性の第１リツプルの大きさ
（dB）を示している。また、曲線Ｃ３は、膜厚を
第１図に図示する値に対し＋20％厚くした場合、
曲線Ｃ４は＋30％厚くした場合、曲線Ｃ５は−20
％した場合（薄くした場合）、曲線Ｃ６は−30％
した場合である。使用光波長λ0＝1400nｍ、基板
への入射角は45度である。
４図に示すＰ波損失特性の第１リツプルの大きさ
（dB）を示している。また、曲線Ｃ３は、膜厚を
第１図に図示する値に対し＋20％厚くした場合、
曲線Ｃ４は＋30％厚くした場合、曲線Ｃ５は−20
％した場合（薄くした場合）、曲線Ｃ６は−30％
した場合である。使用光波長λ0＝1400nｍ、基板
への入射角は45度である。
第３図は、ある１層、例えば第１図に示す第２
層の膜厚（λ／４と等しい厚さ）を、λ／４に対
して、−30％〜＋30％の間で変化させ、他の層に
ついては変化させなかつた場合（つまり、他の層
の膜厚はλ／４に等しい）の偏光分離膜のＰ波の
損失を示すものである。特に、第11層について曲
線Ｃ４で示すように、＋30％膜厚を増加させた場
合が第１図に示す従来例において、基板の屈折率
を1.55とした場合に相当する。
層の膜厚（λ／４と等しい厚さ）を、λ／４に対
して、−30％〜＋30％の間で変化させ、他の層に
ついては変化させなかつた場合（つまり、他の層
の膜厚はλ／４に等しい）の偏光分離膜のＰ波の
損失を示すものである。特に、第11層について曲
線Ｃ４で示すように、＋30％膜厚を増加させた場
合が第１図に示す従来例において、基板の屈折率
を1.55とした場合に相当する。
第３図から明らかな如く、各層に膜厚を変化さ
せるとＰ波の損失が変化するが、第12層の厚さを
変化させた場合、特に膜厚を厚くした時にＰ波の
損失も小さくなつた。
せるとＰ波の損失が変化するが、第12層の厚さを
変化させた場合、特に膜厚を厚くした時にＰ波の
損失も小さくなつた。
そこで、第１図に示すような23層の多層膜の構
成において、第12層の膜厚を30％増加させること
にした。
成において、第12層の膜厚を30％増加させること
にした。
次に、第12層の膜厚を、＋30％、即ちλ／４の
1.3倍として、残りの各層の厚さを順次変化させ
た時の第１リツプルの大きさと帯域幅の変化を調
べた。この場合も、第１層、第23層、第12層及び
膜厚を変化させる層を除く各層の膜厚はλ／４に
等しくしてある。その結果を第５図に示す。
1.3倍として、残りの各層の厚さを順次変化させ
た時の第１リツプルの大きさと帯域幅の変化を調
べた。この場合も、第１層、第23層、第12層及び
膜厚を変化させる層を除く各層の膜厚はλ／４に
等しくしてある。その結果を第５図に示す。
第５図において、使用光波長λ＝1400nｍ、基
板への入射角45度、基板の屈折率は1.55である。
また、横軸は層番号、左の縦軸はＰ波の損失が
0.05dBのときの帯域幅Ｗ、右の縦軸は第１リツ
プルの大きさである。また、曲線Ｃ７は膜厚を＋
10％した時の帯域幅、曲線Ｃ８は−10％した時の
帯域幅、曲線Ｃ９は膜厚を＋10％した時の第１リ
ツプルの大きさ、曲線Ｃ１０は−10％した時の第
１リツプルの大きさを示すものである。
板への入射角45度、基板の屈折率は1.55である。
また、横軸は層番号、左の縦軸はＰ波の損失が
0.05dBのときの帯域幅Ｗ、右の縦軸は第１リツ
プルの大きさである。また、曲線Ｃ７は膜厚を＋
10％した時の帯域幅、曲線Ｃ８は−10％した時の
帯域幅、曲線Ｃ９は膜厚を＋10％した時の第１リ
ツプルの大きさ、曲線Ｃ１０は−10％した時の第
１リツプルの大きさを示すものである。
偏光分離膜としては、帯域幅が広く、第１リツ
プルのレベルが小さい方が好ましい。この鑑点か
ら見ると、第２層、第４層、第20層、第22層の膜
厚を−10％した時が最も第１リツプルが小さくな
るが、この場合の帯域幅を見ると、第４層、第20
層については帯域幅が狭くなつている。従つて、
第２層、第22層（最外層から２番目の層）の膜厚
のみ−10％、即ち、λ／４の0.9倍程度とし、第
４層、第20層については、第１図と同様の膜厚と
すると、上記のことが達成される。
プルのレベルが小さい方が好ましい。この鑑点か
ら見ると、第２層、第４層、第20層、第22層の膜
厚を−10％した時が最も第１リツプルが小さくな
るが、この場合の帯域幅を見ると、第４層、第20
層については帯域幅が狭くなつている。従つて、
第２層、第22層（最外層から２番目の層）の膜厚
のみ−10％、即ち、λ／４の0.9倍程度とし、第
４層、第20層については、第１図と同様の膜厚と
すると、上記のことが達成される。
第７図の下表は、上段が層番号、下段が膜厚を
示すものであり、本実施例における第１層〜第23
層のそれぞれの膜厚を示している。この表から分
かるように、本実施例においては、使用波長λの
１／４の膜厚に対して、第12層の膜厚を30％厚くし、
第２層、第22層の膜厚を10％薄くしている。その
他の層については、第１図の多層膜とほぼ等しい
膜厚としている。なお、第１図と同じく、第７図
下表の膜厚の数値は小数点第２位以下は、測定誤
差を含んでいる。
示すものであり、本実施例における第１層〜第23
層のそれぞれの膜厚を示している。この表から分
かるように、本実施例においては、使用波長λの
１／４の膜厚に対して、第12層の膜厚を30％厚くし、
第２層、第22層の膜厚を10％薄くしている。その
他の層については、第１図の多層膜とほぼ等しい
膜厚としている。なお、第１図と同じく、第７図
下表の膜厚の数値は小数点第２位以下は、測定誤
差を含んでいる。
第６図は、このような構成の偏光分離膜につい
て、光波長とＰ波の関係を示す図である。この図
からも分かるように、Ｐ波損失の第１リツプルの
レベルは、0.05dB以下であり、無視できる程度
となつている。
て、光波長とＰ波の関係を示す図である。この図
からも分かるように、Ｐ波損失の第１リツプルの
レベルは、0.05dB以下であり、無視できる程度
となつている。
また、第７図のグラフは、第７図下表に示した
構成の偏光分離膜の偏光分離度及びその帯域を示
すグラフである。
構成の偏光分離膜の偏光分離度及びその帯域を示
すグラフである。
第７図中、曲線Ｃ１１は、入射面におけるＰ波
の反射量、曲線Ｃ１２は出射面におけるＳ波の漏
れ量を示している。この図から明らかなように、
本実施例による偏光分離膜は、28dB以上の偏光
分離度が得られる帯域幅は、111nｍとなつてお
り、33nｍ帯域が広くなつている。
の反射量、曲線Ｃ１２は出射面におけるＳ波の漏
れ量を示している。この図から明らかなように、
本実施例による偏光分離膜は、28dB以上の偏光
分離度が得られる帯域幅は、111nｍとなつてお
り、33nｍ帯域が広くなつている。
第１図の構成の多層膜で、基板の屈折率を1.55
としたばあい、実験によると、帯域幅は約85nｍ
であり、これに比べても、本実施例では、帯域幅
は約26dB広がつている。
としたばあい、実験によると、帯域幅は約85nｍ
であり、これに比べても、本実施例では、帯域幅
は約26dB広がつている。
第１図は従来の偏光分離膜の構成を示す図、第
２図は、基板の屈折率の変化と帯域幅の関係を示
す図、第３図は各層の厚さを変化させた場合の第
１リツプルの大きさの変化を示す図、第４図、第
６図は波長とＰ波の損失の関係を示す図、第５図
は、第12層の膜厚を固定し、他の層を順次変化さ
せた場合の第１リツプルの大きさの変化及び帯域
幅の変化を示す図、第７図は、偏光分離度を示す
図である。
２図は、基板の屈折率の変化と帯域幅の関係を示
す図、第３図は各層の厚さを変化させた場合の第
１リツプルの大きさの変化を示す図、第４図、第
６図は波長とＰ波の損失の関係を示す図、第５図
は、第12層の膜厚を固定し、他の層を順次変化さ
せた場合の第１リツプルの大きさの変化及び帯域
幅の変化を示す図、第７図は、偏光分離度を示す
図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に、TiO2層とSiO2層を交互に23層積
層した偏光分離膜において、 前記基板の屈折率を1.54〜1.60とし、 中央の第12層目のSiO2層の膜厚を使用光波長
の1/4のほぼ1.3倍とし、 最外層のSiO2層の膜厚を使用光波長の1/4のほ
ぼ0.5倍とし、 最外層より２番目の第２層目及び第22層目の
SiO2層の膜厚を使用光波長の1/4のほぼ0.9倍と
し、 他の層を使用光波長の1/4の膜厚としたことを
特徴とする偏光分離膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2537284A JPS60169804A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 偏光分離膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2537284A JPS60169804A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 偏光分離膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169804A JPS60169804A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0526163B2 true JPH0526163B2 (ja) | 1993-04-15 |
Family
ID=12164004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2537284A Granted JPS60169804A (ja) | 1984-02-14 | 1984-02-14 | 偏光分離膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169804A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB8621510D0 (en) * | 1986-09-06 | 1986-10-15 | British Aerospace | Ring laser gyroscopes |
-
1984
- 1984-02-14 JP JP2537284A patent/JPS60169804A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60169804A (ja) | 1985-09-03 |
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