(57)【要約】【課題】所望の特性を有するよう製造することが容易な位相板、および、このような位相板の製造方法を提供する。【解決手段】位相板１０は、略円柱形状を有していて、その円柱の中心軸に沿った方向に屈折率が一定であり、その中心軸に垂直な断面において中心から順に領域１１〜１８を有する。領域１１〜１８のうち隣接する２つの領域の境界は中心軸を中心とする同心円である。領域１１，１３，１５，１７それぞれの屈折率ｎ１と、領域１２，１４，１６，１８それぞれの屈折率ｎ２とは、互いに異なる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定軸に沿った方向に屈折率が一定であり、前記所定軸に垂直な断面において屈折率が異なる複数の領域を有することを特徴とする位相板。
【請求項２】
前記複数の領域それぞれは各々屈折率が一定である副領域の集合であることを特徴とする請求項１に記載の位相板。
【請求項３】
前記複数の領域それぞれの少なくとも一部が石英ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の位相板。
【請求項４】
前記複数の領域それぞれの間の屈折率差は、石英ガラスの有無、石英ガラスにおける添加物の有無、または、石英ガラスにおける添加物の濃度差により設定されていることを特徴とする請求項３に記載の位相板。
【請求項５】
ロッドまたはパイプの形状を有し長手方向に屈折率が一定である複数本の部材を束ねて集合する集合工程と、
この集合工程において集合された前記複数本の部材を加熱軟化させ長手方向に延伸して延伸体を形成する延伸工程と、
この延伸工程において形成された前記延伸体を長手方向に垂直な面で切断して請求項１〜４の何れか１項に記載の位相板を製造する切断工程と、
を備えることを特徴とする位相板製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相板および位相板製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、多モード光ファイバを伝搬する高次モード光を位相板によりガウス状分布を有する光に変換する発明が開示されている。ここで用いられる位相板は、石英ガラス板の主面において同心円状に深さ１.２μｍの凹部が形成されたものであり、石英ガラスおよび凹部内の空気それぞれの屈折率の差を利用することで位相差を発生させている。特許文献１には位相板の製造方法については記載されていないが、石英ガラス板の一方の面に対してエッチングをして同心円状の凹部を形成することで位相板を製造することができる。
【０００３】
特許文献２には、狭帯域光源から出力される光のコヒーレンスを位相板により低減させて干渉縞の発生を抑制する発明が開示されており、また、その位相板を製造する方法も開示されている。この文献に開示された位相板の製造方法では、結晶材料にレーザ光を集光照射して当該集光位置の屈折率を局所的に変化させ、このような屈折率変化位置を多数設けることで位相板を製造する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２１９６２０号明細書
【特許文献２】特開平１１−２４６２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２それぞれに記載された位相板は、所望の特性を有するよう製造することが容易ではない。すなわち、特許文献１のFig.１０ａやFig.１０ｃに図示されているように、特許文献１に記載された位相板の性能（高次モード光からガウス状分布光へのパワー変換効率）は、石英ガラスに形成される同心円状の凹部の位置精度や深さ精度に大きく依存する。したがって、特許文献１に記載された位相板は、所望の特性を有するよう製造することが容易ではない。また、特許文献２に記載された位相板は、結晶材料仲の多数の位置に対して逐次にレーザ光を集光照射して当該集光位置の屈折率を局所的に変化させる必要があることから、所望の特性を有するよう製造するには長時間を要し容易ではない。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の特性を有するよう製造することが容易な位相板、および、このような位相板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る位相板は、所定軸に沿った方向に屈折率が一定であり、所定軸に垂直な断面において屈折率が異なる複数の領域を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る位相板では、複数の領域それぞれは各々屈折率が一定である副領域の集合であるのが好適である。複数の領域それぞれの少なくとも一部が石英ガラスからなるのが好適である。また、複数の領域それぞれの間の屈折率差は、石英ガラスの有無、石英ガラスにおける添加物の有無、または、石英ガラスにおける添加物の濃度差により設定されているのが好適である。
【０００８】
本発明に係る位相板製造方法は、(1) ロッドまたはパイプの形状を有し長手方向に屈折率が一定である複数本の部材を束ねて集合する集合工程と、(2) この集合工程において集合された複数本の部材を加熱軟化させ長手方向に延伸して延伸体を形成する延伸工程と、(3) この延伸工程において形成された延伸体を長手方向に垂直な面で切断して上記の本発明に係る位相板を製造する切断工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、所望の特性を有するよう製造することが容易な位相板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１１】
先ず、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る位相板１０の構成を示す斜視図である。この図に示される位相板１０は、略円柱形状を有していて、その円柱の中心軸に沿った方向に屈折率が一定であり、その中心軸に垂直な断面において中心から順に領域１１〜１８を有する。領域１１〜１８のうち隣接する２つの領域の境界は中心軸を中心とする同心円である。領域１１，１３，１５，１７それぞれの屈折率ｎ１と、領域１２，１４，１６，１８それぞれの屈折率ｎ２とは、互いに異なる。
【００１２】
領域１１〜１８それぞれの少なくとも一部は石英ガラスからなるのが好適である。また、領域１１〜１８それぞれの間の屈折率差は、石英ガラスの有無、石英ガラスにおける添加物の有無、または、石英ガラスにおける添加物の濃度差により設定されているのが好適である。
【００１３】
領域１１〜１８それぞれは、各々屈折率が一定である副領域の集合であってもよく、例えば、石英ガラスからなる副領域と、この副領域の隙間の空気等の気体からなる副領域との集合であってもよい。また、領域１１〜１８それぞれは、パイプを用いて製造する場合には、そのパイプの材料からなる副領域と、そのパイプの内部の空気等の気体からなる副領域との集合であってもよい。
【００１４】
図２は、第１実施形態に係る位相板１０の製造方法を説明するフローチャートである。本実施形態に係る位相板製造方法は、集合工程Ｓ１，延伸工程Ｓ２，切断工程Ｓ３および研磨工程Ｓ４を備え、これらの工程Ｓ１〜Ｓ４を順に経て位相板１０を製造する。図３は、第１実施形態に係る位相板１０の製造方法における集合工程Ｓ１を説明する図であり、集合工程Ｓ１により形成される集合体１１０の長手方向に垂直な断面の図を示す。
【００１５】
集合工程Ｓ１では、長手方向に一様な屈折率ｎ１を有する複数本のロッド１１１と、長手方向に一様な屈折率ｎ２を有する複数本のロッド１１２とを束ね、その束ねた状態で長手方向に垂直な断面における屈折率分布が位相板１０の断面における屈折率分布の略相似となるよう複数本のロッド１１１，１１２を集合して集合体１１０を形成する。すなわち、領域１１に対応して複数本のロッド１１１を束ね、その周囲に領域１２に対応して複数本のロッド１１２を束ね、更に周囲に領域１３に対応して複数本のロッド１１１を束ね、・・・という操作を交互に繰り返す。なお、複数本のロッドを束ねていく順序は、任意であり、例えば中心から外周に向って順にロッドを束ねていってもよいし、下から上に向って順にロッドを束ねていってもよい。このとき、ロッド１１１が束ねられる領域と、ロッド１１２が束ねられる領域とは、図１に示されるように同心円状になるように配置されるのが好ましい。
【００１６】
なお、この集合体１１０において、束ねられた複数本のロッド１１１，１１２が集合用パイプの内部に収納されているのが好ましい。複数本のロッド１１１，１１２それぞれの外径が同一であるのが好適であり、また、複数本のロッド１１１，１１２を最密配列するのが好適である。これら複数本のロッド１１１，１１２は、透明材料からなり、例えば石英ガラスからなる。
【００１７】
また、複数本のロッド１１１，１１２それぞれの外径が小さいほど、すなわち、集合工程Ｓ１で束ねるロッド１１１，１１２の本数が多いほど、集合体１１０の断面における屈折率分布は、位相板１０の断面における屈折率分布に対して、より相似に近くなる。
【００１８】
延伸工程Ｓ２では、集合工程Ｓ１において複数本のロッド１１１，１１２が集合されて形成された集合体１１０を加熱軟化させ長手方向に延伸して延伸体を形成する。切断工程Ｓ３では、延伸工程Ｓ２において形成された延伸体を長手方向に垂直な面で切断して位相板１０を製造する。このとき、後の研磨工程Ｓ４の際の厚さ減少分を考慮して、研磨後に所望の厚さとなるように切断して位相板１０を製造する。研磨工程Ｓ４では、切断工程Ｓ３において切断されたときの当該切断面を光学研磨する。
【００１９】
例えば、特許文献１に記載された位相板と同等の機能を有するものを第１実施形態に係る位相板１０で実現する場合を考えると以下のとおりである。領域１１，１３，１５，１７およびロッド１１１それぞれをＧｅＯ２添加石英ガラスとして、波長１.０８μｍにおいて屈折率ｎ１を１.４７８５とする。また、領域１２，１４，１６，１８およびロッド１１２それぞれを純石英ガラスとして、波長１.０８μｍにおいて屈折率ｎ２を１.４４９５とする。このとき、領域１１，１３，１５，１７それぞれを軸方向に透過する光の位相と、領域１２，１４，１６，１８それぞれを軸方向に透過する光の位相と、の差が半波長相当となるようにするには、位相板１０の厚み（中心軸方向の長さ）を１８.６μｍ（＝1.08／2／(1.4785−1.4495)）とすればよい。
【００２０】
このようにして製造される位相板１０は、特許文献１に記載された位相板と同等の機能を有する一方で、特許文献１に記載された位相板と異なり、所望の特性を有するよう製造することが容易である。本実施形態に係る位相板１０は、石英ガラス板の主面に凹部を有する必要がなく、その主面を平坦面とすることができるので、製造が容易であり、また、取り扱いも容易である。また、本実施形態に係る位相板１０は、特許文献１に記載された位相板と比較して１０倍以上の厚みを有することになるが、実用上では充分な薄さであり、また、位相精度に対して直接関係する厚さの管理精度が１０倍以上緩和可能となる。
【００２１】
なお、屈折率ｎ１が１.４５２４であるＧｅＯ２添加ガラスからなる石英ロッド１１１と、屈折率ｎ２が１.４４９５である純石英ガラスからなるロッド１１２とを使用すると、位相板１０の厚み（中心軸方向の長さ）は、１８６.２（＝1.08／2／(1.4524−1.4495)）μｍとなり、上記の例と比べると１０倍厚くなるが、厚さの管理精度が更に１０倍緩和可能となり、逆に厚さの管理精度が同等であれば位相精度が１０倍向上する。
【００２２】
また、本実施形態に係る位相板１０において、特許文献１に記載された位相板と同等な厚さを実現したい場合は、純石英ガラスのロッドの代わりに中空石英ガラスパイプを用い、ＧｅＯ２添加石英ガラスのロッドの代わりに純石英ガラスのロッドを使用すればよい。
【００２３】
次に、第２実施形態について説明する。図４は、第２実施形態に係る位相板２０の構成を示す斜視図である。この図に示される位相板２０は、略円柱形状を有していて、その円柱の中心軸に沿った方向に屈折率が一定であり、その中心軸に垂直な断面において複数の領域２１が領域２２に囲まれてランダムに存在する。領域２１の屈折率ｎ１と領域２２の屈折率ｎ２とは互いに異なる。
【００２４】
領域２１，２２それぞれの少なくとも一部は石英ガラスからなるのが好適である。また、領域２１，２２それぞれの間の屈折率差は、石英ガラスの有無、石英ガラスにおける添加物の有無、または、石英ガラスにおける添加物の濃度差により設定されているのが好適である。
【００２５】
領域２１，２２それぞれは、各々屈折率が一定である副領域の集合であってもよく、例えば、石英ガラスからなる副領域と、この副領域の隙間の空気等の気体からなる副領域との集合であってもよい。また、領域２１，２２それぞれは、パイプを用いて製造する場合には、そのパイプの材料からなる副領域と、そのパイプの内部の空気等の気体からなる副領域との集合であってもよい。
【００２６】
この第２実施形態に係る位相板２０は、図２に示されたフローチャートに従って製造され得る。図５は、第２実施形態に係る位相板２０の製造方法における集合工程Ｓ１を説明する図であり、集合工程Ｓ１により形成される集合体１２０の長手方向に垂直な断面の図を示す。
【００２７】
集合工程Ｓ１では、長手方向に一様な屈折率ｎ１を有する複数本のロッド１２１と、長手方向に一様な屈折率ｎ２を有する複数本のロッド１２２とを束ね、その束ねた状態で長手方向に垂直な断面における屈折率分布が位相板２０の断面における屈折率分布の略相似となるよう複数本のロッド１２１，１２２を集合して集合体１２０を形成する。
【００２８】
なお、この集合体１２０において、束ねられた複数本のロッド１２１，１２２が集合用パイプの内部に収納されているのが好ましい。複数本のロッド１２１，１２２それぞれの外径が同一であるのが好適であり、また、複数本のロッド１２１，１２２を最密配列するのが好適である。これら複数本のロッド１２１，１２２は、透明材料からなり、例えば石英ガラスからなる。
【００２９】
延伸工程Ｓ２では、集合工程Ｓ１において複数本のロッド１２１，１２２が集合されて形成された集合体１２０を加熱軟化させ長手方向に延伸して延伸体を形成する。切断工程Ｓ３では、延伸工程Ｓ２において形成された延伸体を長手方向に垂直な面で切断して位相板１０を製造する。このとき、後の研磨工程Ｓ４の際の厚さ減少分を考慮して、研磨後に所望の厚さとなるように切断して位相板２０を製造する。研磨工程Ｓ４では、切断工程Ｓ３において切断されたときの当該切断面を光学研磨する。
【００３０】
例えば、特許文献２に記載された位相板と同等の機能を有するものを第２実施形態に係る位相板２０で実現する場合を考えると以下のとおりである。領域２１およびロッド１２１それぞれをフッ素添加石英ガラスとして、波長２００ｎｍにおいて屈折率ｎ１を１.４３５０とする。また、領域２２およびロッド１２２それぞれをフッ素添加石英ガラスとして、波長２００ｎｍにおいて屈折率ｎ２を１.４４５２とする。このとき、領域２１，２２それぞれを軸方向に透過する際の光の光路長の差が光源のコヒーレント長より長くなるような厚さとする。
【００３１】
このようにして製造される位相板２０は、特許文献２に記載された位相板と同等の機能を有する一方で、特許文献２に記載された位相板と異なり、所望の特性を有するよう製造することが容易である。本実施形態に係る位相板２０は、レーザ光照射による屈折率変化誘起により製造されるのではなく、一つの延伸体から適切な厚さにスライスされることで複数のものが一度に製造され得るので、製造性に優れる。
【００３２】
なお、位相板１０，２０それぞれを製造するに際して、集合工程Ｓ１および延伸工程Ｓ２を経て形成された延伸体（ロッドまたはパイプ）を用いて再び集合工程Ｓ１および延伸工程Ｓ２を行い、更に切断工程Ｓ３（および、必要に応じて研磨工程Ｓ４）を行うことも好ましい。このように集合工程Ｓ１および延伸工程Ｓ２を２回以上繰り返すことにより、複雑な断面内屈折率分布を有する位相板を高精度に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る位相板１０の構成を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る位相板１０の製造方法を説明するフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る位相板１０の製造方法における集合工程Ｓ１を説明する図である。
【図４】第２実施形態に係る位相板２０の構成を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態に係る位相板２０の製造方法における集合工程Ｓ１を説明する図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０，２０…位相板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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