JPH09325215A - 偏光ビームスプリッタおよびそのモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は数十層の多層膜を使用することな
く、入射された光をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離する際の
消光比を実用上、十分な程度まで、高くし、これよって
偏光ビームスプリッタの製造コストを下げる。 【解決手段】 複屈折性を持ち、矢印Ａ方向に結晶軸を
持つ三角柱状の材料によって入射側プリズム２を構成す
るとともに、複屈折性を持ち、矢印Ｂ方向に結晶軸を持
つ三角柱状の材料によって出射側プリズム４を構成し、
これら入射側プリズム２、出射側プリズム４が持つ複屈
折性と、スネルの法則とによって偏光分離膜３で分離で
きずに漏れ込んだ余分な偏光成分を点線に示す如く曲げ
て出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射した光をＰ偏
光と、Ｓ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタおよび
この偏光ビームスプリッタを使用した光アイソレータ、
光スイッチなどのモジュールに係わり、特に入射した光
を高消光比でＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離する偏光ビーム
スプリッタおよびそのモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】入射した光をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離
するとき、ほとんどの場合、光学ガラスに偏光分離膜を
施した偏光ビームスプリッタによって分離対象となる光
をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離している。図６はこのよう
な偏光ビームスプリッタの一例を示す概略構成図であ
る。この図に示す偏光ビームスプリッタ１０１は、三角
柱状に形成された光学ガラスなどによって構成される入
射側プリズム１０２と、この入射側プリズム１０２の斜
面１０２ｂ上に形成される偏光分離膜１０３と、三角柱
状に形成された光学ガラスなどによって構成される出射
側プリズム１０４と、この出射側プリズム１０４の斜面
１０４ｂ側を前記入射側プリズム１０２の斜面１０２ｂ
上に形成された偏光分離膜１０３上に密着させる接着剤
層１０５とを備えている。そして、入射側プリズム１０
２の第１入出射面１０２ａ側に分離対象となる光束１０
６が入射したとき、入射側プリズム１０２によってこの
光束１０６を偏光分離膜１０３まで導くとともに、この
偏光分離膜１０３によって前記光束１０６をＰ偏光（紙
面に対して並行な矢印で表わされる光束）１０７と、Ｓ
偏光（紙面に対して垂直な矢印で表わされる光束）１０
８とに分離するとともに、この偏光分離膜１０３によっ
てＳ偏光１０８を９０度、偏向させて、前記入射側プリ
ズム１０２中を通過させ、第２入出射面１０２ｃ側から
出射させ、さらに前記偏光分離膜１０３によってＰ偏光
１０７を直進させ、接着剤層１０５、出射側プリズム１
０４内を通過させて、この出射側プリズム１０４の第２
入出射面１０４ｃ側から出射させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の偏光ビームスプリッタ１０１においては、次に述
べるような問題があった。すなわち、このような偏光ビ
ームスプリッタ１０１を光アイソレータや光スイッチな
どのモジュールに組み込むとき、偏光ビームスプリッタ
１０１の消光比（偏光分離の度合い）を十分に高くしな
ければならない。このため、入射された光束１０６をＰ
偏光１０７と、Ｓ偏光１０８とに分離させる偏光分離膜
１０３を形成する際、入射側プリズム１０２の斜面１０
２ｂ上にＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 などの薄膜を数十層程度、
均一に積層して多層膜を形成するという、技術的に困難
な方法によって、偏光分離膜１０３を形成しなければな
らず、これによって歩留まりが悪くなってしまうととも
に、製作コストが高くなってしまうという問題があっ
た。

【０００４】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、請求項１では、数十層の多層膜を使用すること
なく、入射された光をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離する際
の消光比を実用上、十分な程度まで、高くすることがで
き、これよって偏光ビームスプリッタの製造コストを下
げることができる偏光ビームスプリッタを提供すること
を目的としている。また、請求項２では、請求項１の偏
光ビームスプリッタを使用して光アイソレータを構成す
ることにより、高いアイソレーション性能を確保するこ
とができるモジュールを提供することを目的としてい
る。また、請求項３では、請求項１の偏光ビームスプリ
ッタを使用して光スイッチを構成することにより、光の
漏れ込みを極めて少なくしながら、スイッチング対象と
なる光束をスイッチングすることができるモジュールを
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による偏光ビームスプリッタは、請求項１で
は、入射された光束をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離する偏
光ビームスプリッタにおいて、複屈折性を持ち、入射方
向と平行方向に結晶軸を持つ三角柱状の材料によって構
成される入射側プリズムと、複屈折性を持ち、前記平行
方向と直交する直交方向に結晶軸を持つ三角柱状の材料
によって構成される出射側プリズムと、前記入射側プリ
ズムの斜面と前記出射側プリズムの斜面との接合部分に
配置される偏光分離膜とを備えたことを特徴としてい
る。また、本発明によるモジュールは、請求項２では、
入射された光束をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離して、これ
らＰ偏光、Ｓ偏光のいずれか一方を反射対象デバイスに
導くとともに、この反射対象デバイスから反射された偏
光を指定された方向に出射する光アイソレータとして使
用されるモジュールにおいて、複屈折性を有する材料に
よって構成され、互いの結晶軸が直交し、かつ互いの斜
面が対向するように組み合わされる２つの偏光プリズム
と、これらの各偏光プリズムの前記各斜面の接合部分に
配置される偏光分離膜とを有する偏光ビームスプリッタ
を、入射された前記光束の光路中で、かつ反射対象デバ
イスから反射された前記偏光の光路中となる位置に配置
して、これら光束、偏光を分離する光アイソレータとし
て使用することを特徴としている。また、本発明による
モジュールは、請求項３では、複屈折性を有する材料に
よって構成され、互いの結晶軸が直交し、かつ互いの斜
面が対向するように組み合わされる２つの偏光プリズム
と、これらの各偏光プリズムの前記各斜面の接合部分に
配置される偏光分離膜とを有し、入射された光束をＰ偏
光とＳ偏光とに分離する偏光ビームスプリッタと、この
偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光の振動面を
指定された角度単位でローテーションさせるＰ偏光側ロ
ーテーション素子と、前記偏光ビームスプリッタから出
射されるＳ偏光の振動面を指定された角度単位でローテ
ーションさせるＳ偏光側ローテーション素子と、これら
Ｐ偏光側ローテーション素子から出射されるＰ偏光と前
記Ｓ偏光側ローテーション素子から出射されるＳ偏光と
を組み合わせて、これらＰ偏光とＳ偏光のローテーショ
ン角度に応じた方向に出射させる偏光合成器とを備え、
入射された前記光束の出射方向を切り換える光スイッチ
として使用することを特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示した形態
例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による偏光
ビームスプリッタの一形態例を示す概略構成図である。
この図に示す偏光ビームスプリッタ１は、複屈折性を持
ち、矢印Ａ方向（紙面に並行な方向）に結晶軸を持つ三
角柱状の材料によって構成される入射側プリズム２と、
この入射側プリズム２の斜面２ｂ上に形成される偏光分
離膜３と、複屈折性を持ち、矢印Ｂ方向（紙面と垂直な
方向）に結晶軸を持つ三角柱状の材料によって構成され
る出射側プリズム４と、この出射側プリズム４の斜面４
ｂ側を前記入射側プリズム２の斜面２ｂ上に形成された
偏光分離膜３上に密着させる接着剤層５とを備えてい
る。そして、入射側プリズム２の第１入出射面２ａ側に
分離対象となる光束６が入射したとき、入射側プリズム
２によってこの光束６を偏光分離膜５まで導くととも
に、この偏光分離膜３によって前記光束６をＰ偏光（紙
面に対して並行な矢印で表わされる光束）７と、Ｓ偏光
（紙面に対して垂直な矢印で表わされる光束）８とに分
離するとともに、この偏光分離膜３によってＳ偏光８を
９０度、偏向させてることにより、前記入射側プリズム
２中を通過させ、第２入出射面２ｃ側から出射させる。
さらに、前記偏光分離膜３によってＰ偏光７を直進させ
ることにより、接着剤層５、出射側プリズム４内を通過
させて、この出射側プリズム４の第２入出射面４ｃ側か
ら出射させる。

【０００７】この際、偏光分離膜３によって９０度、偏
向させられたＳ偏光８中に含まれるＰ偏光９が入射側プ
リズム２が持っている複屈折性と、スネルの法則とによ
って点線に示す如く曲げられて出射されるとともに、前
記偏光分離膜３によって直進させられたＰ偏光７中に含
まれるＳ偏光１０が出射側プリズム４が持っている複屈
折性と、スネルの法則とによって点線に示す如く曲げら
れて出射される。このように、この形態例においては、
複屈折性を持ち、矢印Ａ方向に結晶軸を持つ三角柱状の
材料によって入射側プリズム２を構成するとともに、複
屈折性を持ち、矢印Ｂ方向に結晶軸を持つ三角柱状の材
料によって出射側プリズム４を構成し、これら入射側プ
リズム２、出射側プリズム４が持つ複屈折性と、スネル
の法則とによって偏光分離膜３で分離できずに漏れ込ん
だ余分な偏光成分を点線に示す如く曲げて出射するよう
にしたので、偏光分離膜３として、透過経路および反射
経路ともに製造が容易な偏光分離膜を使用しても、消光
比を大幅に高くすることができる。

【０００８】図２は上述した偏光ビームスプリッタ１を
使用したモジュール例となる光アイソレータの一例を示
す概略構成図である。なお、この図において、図１の各
部と同じ部分には、同じ符号が付してある。この図に示
す光アイソレータ２０は、上述した偏光ビームスプリッ
タ１と、ファラデー効果を持つ矩形状の材料によって構
成され、前記偏光ビームスプリッタ１を構成する出射側
プリズム４の第２入出射面４ｃと対向するように配置さ
れるファラデー素子２２と、このファラデー素子２２の
一側面側に配置され、このファラデー素子２２に対して
磁界を与えて、前記偏光ビームスプリッタ１から出射さ
れるＰ偏光７の偏光面を４５度、ローテーションさせ
て、４５度偏光２５として出射させる矩形状の磁石２４
と、前記ファラデー素子２２の他側面側に配置され、こ
のファラデー素子２２に対して磁界を与えて、前記ファ
ラデー素子２２から出射され、他の部品との結合部端面
（図示は省略する）などから反射してきた４５度偏光２
６の偏光面を４５度、ローテーションさせてＳ偏光２７
にする矩形状の磁石２８とを備えている。

【０００９】そして、各磁石２４、２８によってファラ
デー素子２２内に磁界を与えて、偏光ビームスプリッタ
１を構成する入射側プリズム２の第１入出射面２ａ側に
アイソレーション対象となる光６が入射されて、この偏
光ビームスプリッタ１の出射側プリズム４からＰ偏光７
が出射され、ファラデー素子２２に入射したとき、この
ファラデー素子２２のファラデー効果によって前記Ｐ偏
光７の偏光面を４５度、ローテーションさせ、これによ
って得られた４５度偏光２５を他の部品との結合部に入
射させる。また、この動作と並行して、前記他の部品と
の結合部端面などで、前記４５度偏光２５が反射され
て、４５度偏光２６として戻り、前記ファラデー素子２
２に入射したとき、このファラデー素子２２のファラデ
ー効果によって前記４５度偏光２６の偏光面をさらに４
５度、ローテーションさせて、Ｓ偏光２７にし、これを
偏光ビームスプリッタ１の出射側プリズム４に入射させ
て、偏光分離膜３で９０度、偏向させ、前記出射側プリ
ズム４の第１入出射面４ａから出射させる。

【００１０】この際、偏光ビームスプリッタ１に入射さ
れた光束６が偏光分離膜３によってＰ偏光７と、Ｓ偏光
８とに分離されるとき、出射側プリズム４が持っている
複屈折性と、スネルの法則とによってＰ偏光７中に含ま
れるＳ偏光１０を曲げて出射させ、さらに前記他の部品
との結合部端面などから戻ってきて、ファラデー素子２
２により９０度、ローテーションされて生成されたＳ偏
向２７が偏光分離膜３によって９０度、偏向させられる
とき、Ｓ偏光２７中に含まれるＰ偏光を屈折させて、前
記光束６の入射方向と異なる方向に出射させるととも
に、９０度、偏向させられたＳ偏光２９中に含まれるＰ
偏光を出射側プリズム４が持っている複屈折性と、スネ
ルの法則とによって曲げて、出射させる。このように、
この形態例においては、図１に示す偏光ビームスプリッ
タ１を使用して光アイソレータ２０を構成しているの
で、偏光ビームスプリッタ１に入射された光束６を十分
な消光比で、Ｐ偏光７と、Ｓ偏光８とに分離し、ファラ
デー素子２２によって前記Ｐ偏光７のみを４５度、ロー
テーションさせて出射させることができるとともに、他
の部品との結合部端面などから戻ってきた、４５度偏光
２６をさらに４５度、ローテーションさせて得られたＳ
偏光２７を出射側プリズム４に入射させて、この出射側
プリズム４の第２入出射面４ａから出射させ、前記光束
６の入射方向側にＰ偏光、Ｓ偏光が戻らないようにする
ことができ、これによってアイソレーション性能を大幅
に高くすることができる。

【００１１】図３は上述した偏光ビームスプリッタ１を
使用したモジュール例となる光スイッチの一例を示す概
略構成図である。なお、この図において、図１の各部と
同じ部分には、同じ符号が付してある。この図に示す光
スイッチ３０は、上述した偏光ビームスプリッタ１と、
ファラデー効果を持つ矩形状の材料によって構成され、
前記偏光ビームスプリッタ１を構成する出射側プリズム
４の第２入出射面４ｃと対向するように配置されるファ
ラデー素子３１と、このファラデー素子３１の一側面側
に、矢印Ｃ方向に移動自在に配置され、このファラデー
素子３１に対して磁界を与えて、前記偏光ビームスプリ
ッタ１から出射されるＰ偏光７の偏光面を９０度、また
は０度、ローテーションさせる矩形状の磁石３２と、前
記偏光ビームスプリッタ１を構成する入射側プリズム２
の第２入出射面２ｃと対向するように配置され、前記入
射側プリズム２から出射されるＳ偏光８を反射して、９
０度偏向させるミラー３３と、このミラー３３の光出射
側に配置されるファラデー素子３４とを備えている。

【００１２】さらに、この光スイッチ３０は、前記ファ
ラデー素子３４の一側面側に、矢印Ｄ方向に移動自在に
配置され、このファラデー素子３４に対して磁界を与え
て、前記ミラー３３から出射されるＳ偏光８の偏光面を
９０度、または０度、ローテーションさせる矩形状の磁
石３５と、前記ファラデー素子３４の光出射側に配置さ
れ、前記ファラデー素子３４から出射される、９０度、
または０度、ローテーションされた偏光を反射して、９
０度偏向させるミラー３７と、前記ミラー３７の光出射
方向と前記ファラデー素子３１の光出射方向との交点上
に配置され、前記ミラー３７から出射される９０度、ま
たは０度、ローテーションされた偏光、前記ファラデー
素子３１から出射される９０度、または０度、ローテー
ションされた偏光を受光して、Ｐ偏光とＳ偏光とに分離
する通常の偏光ビームスプリッタ３９とを備えている。
そして、偏光ビームスプリッタ１を構成する入射側プリ
ズム２の第１入出射面２ａ側にスイッチング対象となる
光束６が入射されたとき、偏光ビームスプリッタ１によ
って前記光束６を高消光比で、Ｐ偏光７と、Ｓ偏光８と
に分離し、これによって得られたＰ偏光７を直進させ
て、ファラデー素子３１に入射させるとともに、前記偏
光ビームスプリッタ１の分離処理で得られたＳ偏光８を
ミラー３３で反射させ、ファラデー素子３４に入射させ
る。

【００１３】このとき、各ファラデー素子３２、３４か
ら各磁石３２、３５を離していれば、図４に示す如く偏
光ビームスプリッタ１から出射されたＰ偏光７がファラ
デー素子３１によってローテーションされないまま、偏
光ビームスプリッタ３９を構成する入射側プリズム４０
の第１入出射面４０ａに入射されるとともに、前記ミラ
ー３３から出射されたＳ偏光８がファラデー素子３４に
よってローテーションされないまま、偏光ビームスプリ
ッタ３９を構成する出射側プリズム４１の第１入出射面
４１ａに入射される。そして、この偏光ビームスプリッ
タ３９によってこれらが組み合わされて合成光（光束）
４２にされ、出射側プリズム４１の第２入出射面４１ｃ
から出射される。

【００１４】また、上述した動作で、各ファラデー素子
３２、３４に各磁石３２、３５を近づけていれば、偏光
ビームスプリッタ１から出射されたＰ偏光７がファラデ
ー素子３１によって９０度、ローテーションされて、Ｓ
偏光３８にされた後、偏光ビームスプリッタ３９を構成
する入射側プリズム４０の第１入出射面４０ａに入射さ
れるとともに、前記ミラー３３から出射されたＳ偏光８
がファラデー素子３４によって９０度、ローテーション
されて、Ｐ偏光３６にされた後、ミラー３７で９０度偏
向されて、偏光ビームスプリッタ３９を構成する出射側
プリズム４１の第１入出射面４１ａに入射される。そし
て、この偏光ビームスプリッタ３９によってこれらが組
み合わされて合成光（光束）４３にされ、入射側プリズ
ム４０の第２入出射面４０ｃから出射される。

【００１５】このように、この形態例では、偏光ビーム
スプリッタ１によって、スイッチング対象となる光束６
を高消光比でＰ偏光７と、Ｓ偏光８とに分離して、ファ
ラデー素子３１に入射されるＰ偏光７にＳ偏光１０が含
まれないようにするとともに、ファラデー素子３４に入
射されるＳ偏光８中にＰ偏光９が含まれないようにした
ので、光の漏れ込みを極めて少なくしながら、スイッチ
ング対象となる光束６をスイッチングすることができ
る。また、この形態例では、２つの磁石３２、３５を矢
印Ｃ、Ｄ方向に移動自在にして、各ファラデー素子３
１、３４によるＰ偏光７、Ｓ偏光８のローテーション角
度を９０度、０度に切り換えるようにしているが、この
ような移動自在な磁石３２、３５に代えて、各ファラデ
ー素子３２、３４の一側面側に電磁石を固定するように
しても良い。このようにすることにより、電磁石をオン
／オフさせるだけで、各ファラデー素子３１、３４によ
るＰ偏光７、Ｓ偏光８のローテーション角度を９０度、
０度に切り換えることができる。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１では、数十層の多層膜を使用することなく、入射
された光をＰ偏光と、Ｓ偏光とに分離する際の消光比を
実用上、十分な程度まで、高くすることができ、これよ
って偏光ビームスプリッタの製造コストを下げることが
できる。また、請求項２では、請求項１の偏光ビームス
プリッタを使用して光アイソレータを構成することによ
り、高いアイソレーション性能を確保することができ
る。また、請求項３では、請求項１の偏光ビームスプリ
ッタを使用して光スイッチを構成することにより、光の
漏れ込みを極めて少なくしながら、スイッチング対象と
なる光束をスイッチングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による偏光ビームスプリッタの一形態例
を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す偏光ビームスプリッタを使用したモ
ジュール例となる光アイソレータの一例を示す概略構成
図である。

【図３】図１に示す偏光ビームスプリッタを使用したモ
ジュール例となる光スイッチの一例を示す概略構成図で
ある。

【図４】図３に示す光スイッチの動作例のうち、スイッ
チをオフ状態にしたときの動作例を示す模式図である。

【図５】図３に示す光スイッチの動作例のうち、スイッ
チをオン状態にしたときの動作例を示す模式図である。

【図６】従来から知られている一般的な偏光ビームスプ
リッタの一例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…偏光ビームスプリッタ、２…入射側プリズム（偏光
プリズム）、２ａ…第１入出射面、２ｂ…斜面、２ｃ…
第２入出射面、３…偏光分離膜、４…出射側プリズム
（偏光プリズム）、４ａ…第１入出射面、４ｂ…斜面、
４ｃ…第２入出射面、５…接着剤層、６…光束、７…Ｐ
偏光、８…Ｓ偏光、９…Ｐ偏光、１０…Ｓ偏光、２０…
光アイソレータ、２２…ファラデー素子、２４…磁石、
２５…４５度偏光、２６…４５度偏光、２７…Ｓ偏光 、２８…磁石、２９…Ｓ偏光、３０…光スイッチ、３１
…ファラデー素子（Ｐ偏光側ローテーション素子）、３
２…磁石、３３…ミラー、３４…ファラデー素子（Ｓ偏
光側ローテーション素子）、３５…磁石、３６…Ｐ偏
光、３７…ミラー、３８…Ｓ偏光、３９…偏光ビームス
プリッタ（偏光合成器）、４０…入射側プリズム、４１
…出射側プリズム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射された光束をＰ偏光と、Ｓ偏光とに
   分離する偏光ビームスプリッタにおいて、 複屈折性を持ち、入射方向と平行方向に結晶軸を持つ三
   角柱状の材料によって構成される入射側プリズムと、 複屈折性を持ち、前記平行方向と直交する直交方向に結
   晶軸を持つ三角柱状の材料によって構成される出射側プ
   リズムと、 前記入射側プリズムの斜面と前記出射側プリズムの斜面
   との接合部分に配置される偏光分離膜と、を備えたこと
   を特徴とする偏光ビームスプリッタ。
2. 【請求項２】 入射された光束をＰ偏光と、Ｓ偏光とに
   分離して、これらＰ偏光、Ｓ偏光のいずれか一方を反射
   対象デバイスに導くとともに、この反射対象デバイスか
   ら反射された偏光を指定された方向に出射する光アイソ
   レータとして使用されるモジュールにおいて、 複屈折性を有する材料によって構成され、互いの結晶軸
   が直交し、かつ互いの斜面が対向するように組み合わさ
   れる２つの偏光プリズムと、これらの各偏光プリズムの
   前記各斜面の接合部分に配置される偏光分離膜とを有す
   る偏光ビームスプリッタを、 入射された前記光束の光路中で、かつ反射対象デバイス
   から反射された前記偏光の光路中となる位置に配置し
   て、 これら光束、偏光を分離する光アイソレータとして使用
   することを特徴とするモジュール。
3. 【請求項３】 複屈折性を有する材料によって構成さ
   れ、互いの結晶軸が直交し、かつ互いの斜面が対向する
   ように組み合わされる２つの偏光プリズムと、これらの
   各偏光プリズムの前記各斜面の接合部分に配置される偏
   光分離膜とを有し、入射された光束をＰ偏光とＳ偏光と
   に分離する偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光の振動
   面を指定された角度単位でローテーションさせるＰ偏光
   側ローテーション素子と、 前記偏光ビームスプリッタから出射されるＳ偏光の振動
   面を指定された角度単位でローテーションさせるＳ偏光
   側ローテーション素子と、 これらＰ偏光側ローテーション素子から出射されるＰ偏
   光と前記Ｓ偏光側ローテーション素子から出射されるＳ
   偏光とを組み合わせて、これらＰ偏光とＳ偏光のローテ
   ーション角度に応じた方向に出射させる偏光合成器と、 を備え、入射された前記光束の出射方向を切り換える光
   スイッチとして使用することを特徴とするモジュール。