JPH0830789B2 - 偏光分離合成プリズム - Google Patents

偏光分離合成プリズム

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JPH0830789B2
JPH0830789B2 JP20545687A JP20545687A JPH0830789B2 JP H0830789 B2 JPH0830789 B2 JP H0830789B2 JP 20545687 A JP20545687 A JP 20545687A JP 20545687 A JP20545687 A JP 20545687A JP H0830789 B2 JPH0830789 B2 JP H0830789B2
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Description

【発明の詳細な説明】 概要 光スイッチ等の光デバイスに用いる偏光分離合成プリ
ズムに関し、 偏光分離膜の厚みにより生じる光軸のずれをなくすこ
と目的とし、 偏光分離膜及び反射膜を有する第1、第2プリズムか
ら構成され、偏光分離膜で分離された互いに直交する偏
光面を有する2つの偏光成分のうち一方の偏光成分を分
離膜で反射させて両偏光成分を平行に第1プリズムから
出射し、該出射光のうち一方の偏光成分を反射膜及び偏
光分離膜で反射させると共に他方の偏光成分を偏光分離
膜に透過させて、両偏光成分を第2プリズムで合成する
ようにした偏光分離合成プリズムにおいて、第2プリズ
ムの当該合成光軸上に新たな偏光分離膜を設け、この偏
光分離膜の内部を透過してその表面で反射した偏光成分
の光軸とこの偏光分離膜の内部を透過しないでその表面
で反射した偏光成分の光軸とが一致するように、偏光分
離膜の厚み及び前記合成光軸に対する角度を設定して構
成される。
産業上の利用分野 本発明は、光スイッチ等の光デバイスに用いる偏光分
離合成プリズムに関する。
例えば適当な制御信号により光路を変更して切換える
光スイッチの一例として、一対のプリズムからなる偏光
分離合成プリズムを用い、両プリズム間で信号光の偏光
状態を制御するようにした構成のものを挙げることがで
きる。偏光分離合成プリズムは、一方のプリズムで入射
光を互いに直交する2つの偏光成分に分離し、他方のプ
リズムで分離された両偏光成分を合成するように構成さ
れ、光スイッチのほかに光アイソレータ及び各種センサ
等に利用されている。このように種々の光デバイスに多
用されている偏光分離合成プリズムに要求される特性
は、 (イ) 偏光分離に際しての消光比が高いこと、 (ロ) 構成された光デバイスの損失特性が良好となる
ことである。
従来の技術 第3図は、従来の偏光分離プリズムの構成及び動作を
説明するためのものである。この偏光分離プリズムは、
第1プリズム1と第2プリズム2とを組合せて構成され
る。第1プリズム1は、三角プリズム11,12間にガラス
ブロック13を介在させ、三角プリズム11とガラスブロッ
ク13間には偏光分離膜14を、三角プリズム12とガラスブ
ロック13間には反射膜15をそれぞれ介在させてなる。第
2プリズム2は、第1プリズムと同様に三角プリズム2
1,22、ガラスブロック23、偏光分離膜24及び反射膜25か
ら構成され、紙面上で第1プリズム1に対して回転対称
となるように配置されている。
第3図(a)において、第1プリズム1に所定の入射
角で光を入射させると、この光は、紙面に平行な偏光面
を有する偏光成分(P波)と紙面に垂直な偏光面を有す
る偏光成分(S波)とに分離され、これらのうちP波
は、反射膜15で全反射されて、P波及びS波は、第1プ
リズム1から平行に出射される。この出射光の偏光面を
変換することなしに第2プリズム2に所定の入射角で入
射させると、P波は偏光分離膜24を透過して入射光と平
行に出射される。また、S波は、反射膜25及び偏光分離
膜24でこの順に反射されて、P波と平行に合成されて出
射される。
例えば光スイッチにおいて、第1プリズム1及び第2
プリズム2間に適当な偏光制御手段3を設け、第3図
(b)に示されるように、P波がS波に、S波がP波に
変換されるようにすると、変換されたS波は、第2プリ
ズム2の偏光分離膜24で反射して出射され、変換された
P波は、反射膜25で反射して、変換されたSと合成され
て出射される。このように、偏光制御手段3がその透過
光の偏光面を変換するか否かにより、第2プリズム2の
出射光の方向を切換えることができるものである。
発明が解決しようとする問題点 第3図(b)に示される動作時にあっては、ガラスブ
ロック13,23の材質及び厚みを同一のものとし、且つ、
これらを平行に配置している限りは、分離された各偏光
成分は、偏光分離膜24で合成される際に、同一の光軸を
共有する。これは、偏光分離膜24で反射されるS波成分
は、そのほとんどのパワーが偏光分離膜24の表面近傍で
反射していることに基づく。一方、第3図(a)に示さ
れる動作時にあっては、同図上下方向の光路長に注目す
ると、P波成分については偏光分離膜14及びガラスブロ
ック13を透過しているのに対し、S波成分については反
射膜25及び偏光分離膜24間でガラスブロック23だけを透
過しているので、偏光分離膜14の厚みに応じた光路長の
差が生じ、その結果、合成された各偏光成分の光軸が完
全に一致しない。合成光の光軸が完全に一致しないと、
第2プリズム2の出射光を例えばレンズを用いて光ファ
イバに結合する場合に、合成光を1点に集光することが
できないので、結合効率が低下するという問題があっ
た。
この問題は、偏光分離膜14の厚みを薄くすることによ
りある程度緩和することが可能であるが、こうすると偏
光分離膜の偏光分離作用が劣るので、消光比の高い光デ
バイスを提供することが困難となる。例えば誘電体多層
膜から形成される偏光分離膜は、通常、数μmの厚みを
有しており、光ビームの径は数10μmに設定されている
ため、上記光軸のずれは実用上無視することのできない
ものである。
本発明はこのような問題点に鑑みて創作されたもの
で、偏光分離膜の厚みにより生じる光軸のずれをなくす
こと目的としている。
問題点を解決するための手段 上述した従来技術の問題点は、その原理構成が第1図
に示されるような偏光分離合成プリズムにより解決され
る。
この偏光分離合成プリズムは、偏光分離膜31及び反射
膜32を有する第1プリズム33と、偏光分離膜31及び反射
膜32の位置関係と同一の位置関係で配置される偏光分離
膜34及び反射膜35を有する第2プリズム36とから構成さ
れる。
そして、偏光分離膜31で反射された互いに直交する偏
光面を有する2つの偏光成分のうち一方の偏光成分を反
射膜32で反射させて両偏光成分を平行に出射し、該出射
光のうち一方の偏光成分を反射膜35及び偏光分離膜34で
反射すると共に他方の偏光成分を偏光分離膜34に透過さ
せて、両偏光成分を合成するようにされている。
37は第2プリズム36の当該合成光軸上に設けられる偏
光分離膜である。
この偏光分離膜37の厚み及び前記合成光軸に対する角
度は偏光分離膜37の内部を透過してその表面で反射した
偏光成分の光軸と偏光分離膜37の内部を透過しないでそ
の表面で反射した偏光成分の光軸とが一致するように設
定されている。
作用 上記構成においては、偏光分離膜31、反射膜35及び偏
光分離膜34をこの順で反射した偏光成分の光軸OASと、
偏光分離膜31を透過して反射膜32で反射し、さらに偏光
分離膜34を透過した偏光成分の光軸OAPとは平行になっ
ているが、偏光分離膜31の厚み及び入射光線に対する角
度に応じてずれを生じている。光軸OASを有する偏光成
分は、偏光分離膜31及び偏光分離膜34で反射しているの
で、偏光成分はS波となり、このため、偏光分離膜37を
透過することなくその表面で主に反射される。光軸OAP
を有する偏光成分は、偏光分離膜31及び偏光分離膜34を
透過しているので、この偏光成分はP波となっており、
このため、偏光分離膜37内に侵入しその外部表面で反射
して出射される。偏光分離膜37の表面で反射した光軸OA
Sに対応する反射光軸は常に一定であるが、偏光分離膜3
7内を透過して外部表面で反射した光軸OAPに対応する反
射光軸は、偏光分離膜37の厚み及び光軸OAP(光軸OAS)
となす角度に応じて第1図左右方向に移動する。このた
め、これらのファクタを適当に設定することにより、光
軸OAS及び光軸OAPの反射光軸を完全に一致させることが
できる。
実 施 例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図は、本発明の偏光分離合成プリズムを用いて構
成される光スイッチの構成及び動作を説明するためのも
のであって、第2図(a)にはスイッチオフの状態が、
第2図(b)にはスイッチオンの状態が示されている。
41は本実施例では入射光を入射させる第1プリズムであ
り、この第1プリズム41は、ガラスブロック44の両面に
三角プリズム42,44の斜面を貼着し、三角プリズム42と
ガラスブロック44間に偏光分離膜45を概略中央部まで介
在させると共に、三角プリズム43とガラスブロック44間
の偏光分離膜45と反対側に反射膜46を概略中央部まで介
在させて構成される。
51は本実施例では出射光が出射する第2プリズムであ
り、この第2プリズム51は、ガラスブロック54の一方の
面に三角プリズム52の1つの面を貼着し、ガラスブロッ
ク54の他方の面に三角プリズム53の斜面を貼着して構成
される。三角プリズム53とガラスブロック54間及び三角
プリズム52とガラスブロック54間には、第1プリズム41
と同様に、それぞれ偏光分離膜55及び反射膜56が介在し
ている。57は三角プリズム52のガラスブロック54に貼着
された面と異なる面上に形成された偏光分離膜である。
偏光制御手段58は、YIG等の磁気光学結晶とこの磁気
光学結晶に飽和磁界を印加するための電磁石を有して構
成され、この磁界の印加はスイッチ59により反転するこ
とができるようになっている。なお、磁気光学結晶の光
軸方向の長さは、飽和磁界を反転させたときに、透過光
の偏光面を90゜回転するように設定されている。反射膜
46,56としては、金属膜及び誘電体膜等の全反射に適し
たものを用いることができる。偏光分離膜45,55,57とし
ては、例えばSiO2及びTiO2を積層してなる誘電体多層膜
を用いることができる。偏光分離膜45,57として同一の
ものを用い、これらに入射する光線の入射角を同一角度
に設定している場合には、偏光分離膜45,57の厚みを同
一のものとすることができる。
第1プリズム41の図中下方向から光を入射させると、
この光は、偏光分離膜45により紙面と平行な偏光面を有
するP波と紙面に垂直な偏光面を有するS波とに分離さ
れ、これらのうちP波は偏光分離膜45を透過し、S波は
偏光分離膜45の表面で主に反射する。偏光分離膜44を透
過したP波は反射膜46で反射するので、P波及びS波
は、第1プリズム41から平行に出射される。第2図
(a)に示されるように、スイッチ59により磁界方向が
矢印Cの場合には、偏光制御手段58を透過する際に、こ
れらの偏光面は保存され、この状態で第2プリズム51に
入射される。第2プリズム51に入射されたP波は、偏光
分離膜45に対してと同様の位置関係で偏光分離膜55に入
射され、これを透過して偏光分離膜57に導かれる(光軸
OAP)。一方、第2プリズム51に入射されたS波は、反
射膜56及び偏光分離膜55で反射されて、偏光分離膜57に
導かれる(光軸OAS)。光軸OAP及び光軸OASが一致して
いないのは前述した通りであるが、光軸OASについて
は、偏光分離膜57内に導かれることなくその表面で反射
され、光軸OAPについては、偏光分離膜57内に導かれそ
の外部表面で反射するので、これ両反射光軸は一致す
る。このため、例えばレンズを用いてこの光を光ファイ
バに結合する場合に、結合効率の低下が防止される。
次に第2図(b)に示されるように、スイッチ59によ
り磁界方向が矢印Dの場合には、偏光制御手段58によ
り、P波はS波に、S波はP波に偏光状態を変換される
ので、第2プリズム51の偏光分離膜55に直接入射させる
光はS波となる。このため、S波は偏光分離膜55により
反射されて図中B方向に出射される(光軸OAS′)。ま
た、P波は反射膜56で反射されて偏光分離膜55を透過し
てB方向に出射される(光軸OAP′)。この場合には、
光路長差が生じないので、光軸OAS′及び光軸OAP′は完
全に一致する。
この実施例では、偏光分離膜57内に導かれた光が偏光
分離膜57の外側表面(空気との境界面)で全反射するよ
うに、入射角を設定する必要があるので、偏光分離膜4
5,57が同一のものである場合には、当該全反射条件を満
たすように各部材を配置することが望ましい。なお、こ
のような全反射をさせるためには、偏光分離膜57の最外
側層の屈折率と空気の屈折率との差に応じて入射角を設
定することにより行なうことができる。また、偏光分離
膜57の外側表面に反射膜を形成するようにしても良い。
こうすることにより、第2図(a)に矢印Aで示される
出射光の方向を自由に変化させることができ便利であ
る。なお、この場合には、各偏光成分の反射光軸が完全
に一致するように偏光分離膜57の厚みを最設定する必要
がある。
以上のように光スイッチを構成すると、偏光分離膜の
厚みによらず出射光軸を完全に一致させることができる
ので、例えば5〜10μm程度の偏光分離膜を用いて高い
消光比の光スイッチを提供することが可能となる。また
このような光デバイスにおいては、偏光制御手段の消費
電力を低減させるために、透過光ビームをできるだけ細
く(例えば50μm以下)としているので、従来のように
数μmの光軸ずれを生じていた場合と比較して、光軸ず
れに伴う光パワーの損失を最小とすることが可能とな
る。
発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、偏光分離膜の
厚みにより生じる光軸のずれを補正するための新たな偏
光分離膜を第2プリズムに設けているので、消光比の高
い(厚みの大きい)偏光分離膜を用いて損失の小さな光
デバイスを提供することが可能になるという効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理構成図、 第2図は本発明の実施例を示す偏光分離合成プリズムの
構成図、 第3図は従来の偏光分離合成プリズムの構成図である。 1,33,41……第1プリズム、 2,36,51……第2プリズム、 3,58……偏光制御手段、 14,24,31,34,37,45,55,57……偏光分離膜、 15,25,32,35,46,56……反射膜。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】偏光分離膜(31)及び反射膜(32)を有す
    る第1プリズム(33)と、偏光分離膜(31)及び反射膜
    (32)の位置関係と同一の位置関係で配置される偏光分
    離膜(34)及び反射膜(35)を有する第2プリズム(3
    6)とから構成され、偏光分離膜(31)で分離された互
    いに直交する偏光面を有する2つの偏光成分のうち一方
    の偏光成分を反射膜(32)で反射させて両偏光成分を平
    行に出射し、該出射光のうち一方の偏光成分を反射膜
    (35)及び偏光分離膜(34)で反射させると共に他方の
    偏光成分を偏光分離膜(34)に透過させて、両偏光成分
    を合成するようにした偏光分離合成プリズムにおいて、 第2プリズム(36)の当該合成光軸上に偏光分離膜(3
    7)を設け、 偏光分離膜(37)の内部を透過してその表面で反射した
    偏光成分の光軸と偏光分離膜(37)の内部を透過しない
    でその表面で反射した偏光成分の光軸とが一致するよう
    に、偏光分離膜(37)の厚み及び前記合成光軸に対する
    角度を設定したことを特徴とする偏光分離合成プリズ
    ム。
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WO1989008278A1 (fr) * 1988-02-26 1989-09-08 Fujitsu Limited Dispositif isolant polarisant et isolateur optique l'utilisant
JP2893599B2 (ja) * 1989-10-05 1999-05-24 セイコーエプソン株式会社 偏光光源及び投写型表示装置
JPH09269641A (ja) 1996-03-29 1997-10-14 Fujitsu Ltd 現像装置およびこの装置を有する画像形成装置
CN100437215C (zh) * 2007-06-18 2008-11-26 厦门大学 反射型磁光开关

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