JP3299384B2 - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、偏光ビームスプリッタ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば光磁気ディスク等の各種光
学装置にあっては、偏光方向によって回折効率を異なら
しめる偏光ビームスプリッタが備えられている。この偏
光ビームスプリッタに関しては種々の提案がなされてお
り、例えば特開昭６３−２６６０４号公報等に記載され
ている。

【０００３】この特開昭６３−２６６０４号公報記載の
偏光ビームスプリッタは、複屈折媒体に形成した表面凹
凸格子の少なくとも凹部を、複屈折媒体の常光屈折率ま
たは異常光屈折率とほぼ等しい屈折率の物質で充填し、
常光または異常光を回折させるというものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記偏
光ビームスプリッタにあっては、以下の問題がある。す
なわち、充填物質の屈折率を、複屈折媒体の常光屈折率
または異常光屈折率とほぼ等しい屈折率としなければな
らないので、充填物質の選択の幅が狭くなり、設計の自
由度の向上が図れないといった問題がある。

【０００５】そこで本発明は、充填物質を広く選択で
き、設計の自由度の向上が図られる偏光ビームスプリッ
タを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の偏光ビームス
プリッタは、上記目的を達成するために、複屈折材料よ
りなり、その表面に凹凸状の周期格子が形成された複屈
折基板を備え、該凹部に、光学的等方性物質を充填し
て、上記複屈折基板と光学的等方性物質とからなる表面
を平坦状とした偏光ビームスプリッタであって、該光学
的等方性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光
屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下
の式に示す関係があることによって、前記屈折率（ｎ
ｃ）が前記常光屈折率（ｎｏ）または異常光屈折率（ｎ
ｅ）と略等しい物質を除いた光学的等方性物質を選択し
て充填したことを特徴とする。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）

【０００７】請求項２の偏光ビームスプリッタは、上記
目的を達成するために、請求項１に加えて、前記複屈折
基板をニオブ酸リチウムで、前記充填物質をソーダガラ
スで、それぞれ形成してなる。

【０００８】

【作用】このような請求項１、２における偏光ビームス
プリッタによれば、複屈折基板の凹部に充填され上記式
を満足する充填物質及び複屈折基板は、常光または異常
光の何れか一方を回折させず、他方を回折させる。従っ
て、従来より充填物質の選択の幅が広げられる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例を示す偏光ビームスプリ
ッタの縦断面図である。

【００１０】同図において、符号１は、例えばニオブ酸
リチウムよりなる複屈折基板を示しており、この複屈折
基板１表面には、凹凸による周期的な格子が形成されて
いる。複屈折基板１の凹部１ａには、ニオブ酸リチウム
の常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの間に、後述の
７式または８式を満たす屈折率ｎｃを有する充填物質
（但し、常光屈折率ｎｏまたは異常光屈折率ｎｅに略等
しい屈折率を有する物質を除く）として、例えば本実施
例においてはソーダガラス２が充填されている。

【００１１】ここで、複屈折基板１の厚さをｔ、充填物
質２の厚さをｄ２、複屈折基板１の常光に対する屈折率
をｎｏ、複屈折基板１の異常光に対する屈折率をｎｅ、
充填物質２の屈折率をｎｃ、光の波長をλ、ｋ＝２π／
λ、とすると、充填物質２の充填されていない領域（図
におけるＡの領域）を通過する常光の位相は、 ｎｏ・ｔ・ｋ …１式 充填物質２の充填されている領域（図１におけるＢの領
域）を通過する常光の位相は、 ｛ｎｏ（ｔ−ｄ２）＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ …２式 従って、常光のＡ、Ｂに対する位相差ＯＰＤ（ｏ）は、
１式−２式より、 ＯＰＤ（ｏ）＝（ｎｏ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …３式

【００１２】一方、Ａの領域を通過する異常光の位相
は、 ｎｅ・ｔ・ｋ …４式 Ｂの領域を通過する異常光の位相は、 ｛ｎｅ（ｔ−ｄ２）＋ｎｃ・ｄ２｝・ｋ …５式 従って、異常光のＡ、Ｂに対する位相差ＯＰＤ（ｅ）
は、４式−５式より、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｅ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ …６式

【００１３】ここで、常光または異常光の何れか一方の
みを回折させるためには、３式または６式の何れか一方
のみがπの偶数倍となれば良い。すなわち、常光のみを
回折させるには、 ＯＰＤ（ｅ）＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…） また、異常光のみを回折させるには、 ＯＰＤ（ｏ）＝２ｐπ、（ｐ＝０，±１，±２…）

【００１４】ところが、上記条件のみでは、ｄ２の設定
によっては、常光・異常光のうち回折させる光の中に
も、回折しない光量が存在する場合がある。本発明の偏
光ビームスプリッタは、例えば光ディスク装置のピック
アップの中に用いることができるが、このような用途に
あっては、常光・異常光のうち一方は全て回折させ、他
方は全く回折しないようにすることが望ましい。すなわ
ち、 ＯＰＤ（ｏ）＝２ｐπ、 （ｐ＝０，±１，±２
…）、且つ ＯＰＤ（ｅ）＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２
…） 或は、 ＯＰＤ（ｏ）＝（２ｑ＋１）π、（ｑ＝０，±１，±２
…）、且つ ＯＰＤ（ｅ）＝２ｐπ、 （ｐ＝０，±１，±２
…）、であることが必要である。 すなわち、ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ）＝（２ｉ＋１）
π（ｉ＝０，±１，±２…）という条件である。

【００１５】ＯＰＤ（ｏ）−ＯＰＤ（ｅ） ＝｛（ｎｏ−ｎｅ）−（ｎｅ−ｎｃ）｝・ｄ２・ｋ ＝（ｎｏ−ｎｅ）・ｄ２・ｋ ＝（２ｉ＋１）π、（ｉ＝０，±１，±２…） この式から判るように、ｄ２はｉのとり方によって無数
の値をとり得るが、最小のｄ２は、ｉ＝０或はｉ＝−１
の時得られ、 ｄ２＝π／｛ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝ ＝λ／｛２・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝となる。

【００１６】さらに、このｄ２において、前述のよう
に、ＯＰＤ（ｏ）或はＯＰＤ（ｅ）の一方がπの偶数
倍、他方がπの奇数倍とならなくてはいけないが、ここ
で、本実施例の充填物質には、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｍ＝±１，±２…） …７式 並びに、 ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）、（但しｌ＝±１，±２…） …８式 なる材料が選択されている。

【００１７】従って、 ＯＰＤ（ｅ）＝（ｎｅ−ｎｃ）・ｄ２・ｋ ＝｛（ｎｅ−ｎｃ）／（ｎｏ−ｎｅ）｝・π ＝｛−ｌ（ｎｏ−ｎｅ）・π｝／（ｎｏ−ｎｅ） ＝−ｌπ よって、充填物質のｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）にお
けるｌが偶数の時、異常光は全て回折せず、常光は全て
回折し、ｌが奇数の時、異常光は全て回折し、常光は全
て回折しないようにすることができる。

【００１８】従って、本実施例においては、λ＝０．６
３３μｍにおいて、ニオブ酸リチウムのｎｏ＝２．２８
６、ｎｅ＝２．２であり、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ） ＝２．２８６−９×０．０８６ ＝１．５１２ ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ） ＝２．２−８×０．０８６ ＝１．５１２ となり、ソーダガラスが利用されている。

【００１９】このように、本実施例においては、複屈折
材料としてのニオブ酸リチウムよりなり、その表面に凹
凸状の周期格子が形成された複屈折基板１と、この複屈
折基板１の凹部１ａに充填され、該複屈折基板１の複屈
折材料の常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの間に上
記７式または８式を満たす屈折率ｎｃを有する充填物質
（但し、常光屈折率または異常光屈折率に略等しい屈折
率を有する物質を除く）としてのソーダガラス２と、を
具備するようにしたので、上述のように、偏光ビームス
プリッタとして機能させることができるようになってい
る。

【００２０】該充填物質２の屈折率ｎｃは、上記７式ま
たは８式を満たせば良いことから、従来より充填物質の
選択の幅を広げることができるようになっており、設計
の自由度の向上を図ることが可能となっている。

【００２１】本発明の第２実施例として、複屈折基板材
料に水晶を用いた例を述べる。水晶はｎｏ＝１．５２、
ｎｅ＝１．４８であり、前記ｍ、ｌとして、ｍ＝−１
３、ｌ＝−１２とすると、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ） ＝１．５２−１３×０．０４ ＝１．０ ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ） ＝１．４８−１２×０．０４ ＝１．０ すなわち、 ｄ２＝π／｛ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝ ＝λ／｛２・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝の条件下で、充填物質を
空気とすることができる。

【００２２】本発明の第３実施例として、複屈折基板材
料に方解石を用いた例を述べる。方解石はｎｏ＝１．６
４、ｎｅ＝１．４８であり、前記ｍ、ｌとして、ｍ＝−
４、ｌ＝−３とすると、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ） ＝１．６４−４×０．１６ ＝１．０ ｎｃ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ） ＝１．４８−３×０．１６ ＝１．０ すなわち、 ｄ２＝π／｛ｋ・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝ ＝λ／｛２・｜ｎｏ−ｎｅ｜｝の条件下で、充填物質を
空気とすることができる。

【００２３】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変形可能であるというのはいうまでもなく、例え
ば、上記実施例においては、複屈折基板１をニオブ酸リ
チウム、水晶、方解石により、充填物質２をソーダガラ
スより、それぞれ構成しているが、上記材料に限定され
るものではない。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１、２の偏光
ビームスプリッタによれば、複屈折材料よりなり、その
平坦状の表面に凹凸状の周期格子が形成された複屈折基
板を備え、該凹部に、光学的等方性物質を充填してなる
偏光ビームスプリッタであって、該光学的等方性物質の
屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料の常光屈折率（ｎ
ｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間に、以下の式に示す
関係があることによって、前記屈折率（ｎｃ）が前記常
光屈折率（ｎｏ）または異常光屈折率（ｎｅ）と略等し
い物質を除いた光学的等方性物質を選択して充填したこ
とを特徴としたので、 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…） 該充填物質の屈折率ｎｃは上記式を満たせば良く、従っ
て、従来より充填物質の選択の幅を広げることができ、
設計の自由度の向上を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す偏光ビームスプリッタ
の縦断面図である。

【符号の説明】

１ 複屈折基板 １ａ 複屈折基板の凹部 ２ 充填物質

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複屈折材料よりなり、その表面に凹凸状
   の周期格子が形成された複屈折基板を備え、 該凹部に、光学的等方性物質を充填して、上記複屈折基
   板と光学的等方性物質とからなる表面を平坦状とした偏
   光ビームスプリッタであって、 該光学的等方性物質の屈折率（ｎｃ）と、該複屈折材料
   の常光屈折率（ｎｏ）、異常光屈折率（ｎｅ）との間
   に、以下の式に示す関係があることによって、前記屈折
   率（ｎｃ）が前記常光屈折率（ｎｏ）または異常光屈折
   率（ｎｅ）と略等しい物質を除いた光学的等方性物質を
   選択して充填したことを特徴とする偏光ビームスプリッ
   タ。 ｎｃ＝ｎｏ＋ｍ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｍ＝±１，±２，±３…） ＝ｎｅ＋ｌ（ｎｏ−ｎｅ）；（ｌ＝±１，±２，±３…）
2. 【請求項２】 請求項１記載の偏光ビームスプリッタに
   おいて、 前記複屈折基板をニオブ酸リチウムで、前記充填物質を
   ソーダガラスで、それぞれ形成してなる偏光ビームスプ
   リッタ。