(57)【要約】【課題】信号光の一部を光路から分波しようとするときに、従来用いられている分波素子では、入射光と出射光がそれぞれ入射、出射される位置と、分波光を取り出す位置とを、離すことが難しかったり、小型化が難しかったりする問題点があった。【解決手段】本発明は前述の課題を解決するために、一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子が備えられた回折格子形成面と、透過光出射面と、分波光出射面と、を有する透明基体を備えた分波素子であって、前記分波素子は、前記回折格子形成面に入射した入射光を、直進透過させて透過光出射面から出射させるとともに前記入射光の一部を回折させ、前記回折された回折光を前記透明基体内で前記透過光出射面により全反射させて前記分波光出射面へ導き、前記分波光出射面より分波光として出射させることを特徴とする分波素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子形成面と、透過光出射面と、分波光出射面と、を有する透明基体を備えた分波素子であって、
前記回折格子形成面は、一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子を備えていて、
前記分波素子は、前記回折格子形成面に入射した入射光を直進透過させて透過光出射面から出射させるとともに前記入射光の一部を回折させ、前記回折された回折光を前記透明基体内で前記透過光出射面により全反射させて前記分波光出射面へ導き、前記分波光出射面より分波光として出射させることを特徴とする分波素子。
【請求項２】
前記回折光は１次回折光である請求項１記載の分波素子。
【請求項３】
前記透明基体は平板状基板であって、相対する基板表面の一方が前記回折格子形成面とされ、他方が前記透過光出射面とされていて、端面の１つが平坦で前記回折格子の凹凸構造の周期方向と実質的に垂直に配設され前記分波光出射面とされている請求項１または２に記載の分波素子。
【請求項４】
前記凹凸構造が、前記透明基体の表面を加工して形成されている請求項１、２または３のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項５】
前記凹凸構造が、前記透明基体の回折格子形成面に透明材料層を形成し、かかる層を加工して形成されている請求項１、２または３のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項６】
前記透明材料が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、および酸化亜鉛のいずれかから選ばれる１種を主たる成分とする請求項５に記載の分波素子。
【請求項７】
前記凹凸構造が、矩形の凸部と矩形の凹部の断面形状をもつ請求項１〜６のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項８】
前記凹凸構造が、鋸歯形状の断面形状をもつ請求項１〜６のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項９】
前記格子状の凹凸構造が、所望の鋸歯形状を階段状に近似した断面形状をもつ請求項１〜６のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項１０】
前記回折格子で回折された前記回折光は、前記透過光出射面で１回全反射された後、前記回折格子形成面および前記透過光出射面でさらに反射されることなく前記分波光出射面から出射される請求項１〜９のいずれか１項に記載の分波素子。
【請求項１１】
入射光を分波素子に入射させて直進透過させるとともに入射光の一部を光路を変えて分波光として取り出す分波方法において、
前記分波素子が、
透明材料からなる平板状基板を用いて形成されていて、
前記平板状基板の相対する基板表面の、一方の表面が一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子が備えられた回折格子形成面とされ、他方の表面が透過光出射面とされていて、端面の１つが平坦で前記回折格子の凹凸構造の周期方向と実質的に垂直に配設され前記分波光出射面とされている分波素子であって、
前記分波素子の前記回折格子形成面に入射させた前記入射光を、前記透明基体の全反射角より大きい回折角で回折させて前記透明基体内を前記分波光出射面へ導き、前記分波光出射面から分波光として出射させることを特徴とする分波方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分波素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信などで、信号光の一部を光路から取り出して、その強度や波長分布を測定するときには、プリズムや回折格子を用いて入射光の一部を分波し、出射光とは異なる方向に取り出していた。しかしながら、プリズムは小型化が難しく、また、回折格子は、入射光と出射光がそれぞれ入射、出射される位置と、分波光を取り出す位置とを、離すことが難しいという問題点があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前述の事情を鑑みてなされたもので、透過光、出射光と分波光とを十分離した位置から取り出すことができる小型の分波素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前述の課題を解決するために、回折格子形成面と、透過光出射面と、分波光出射面と、を有する透明基体を備えた分波素子であって、前記回折格子形成面は、一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子を備えていて、前記分波素子は、前記回折格子形成面に入射した入射光を直進透過させて透過光出射面から出射させるとともに前記入射光の一部を回折させ、前記回折された回折光を前記透明基体内で前記透過光出射面により全反射させて前記分波光出射面へ導き、前記分波光出射面より分波光として出射させることを特徴とする分波素子を提供する。
このとき、前記回折光は１次回折光であることが好ましい。
また、前記透明基体は平板状基板であって、相対する基板表面の一方が前記回折格子形成面とされ、他方が前記透過光出射面とされていて、端面の１つが平坦で前記回折格子の凹凸構造の周期方向と実質的に垂直に配設され前記分波光出射面とされていることが好ましい。
【０００６】
前記凹凸構造は、前記透明基体の回折格子形成面に透明材料層を形成し、かかる層を加工して形成されていることが好ましく、前記透明材料は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、および酸化亜鉛のいずれかから選ばれる１種を主たる成分とすることが好ましい。
前記凹凸構造は、矩形の凸部と矩形の凹部の断面形状、あるいは、鋸歯形状の断面形状をもつことが好ましい。あるいはまた、前記凹凸構造は、所望の鋸歯形状を階段状に近似した断面形状をもつことが好ましい。
【０００７】
また本発明の分波素子において、前記回折格子で回折された前記回折光は、前記透過光出射面で１回全反射された後、前記回折格子形成面および前記透過光出射面でさらに反射されることなく前記分波光出射面から出射されることが好ましい。
【０００８】
さらに、本発明は、入射光を分波素子に入射させて直進透過させるとともに入射光の一部を光路を変えて分波光として取り出す分波方法において、前記分波素子が、透明材料からなる平板状基板を用いて形成されていて、前記平板状基板の相対する基板表面の、一方の表面が一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子が備えられた回折格子形成面とされ、他方の表面が透過光出射面とされていて、端面の１つが平坦で前記回折格子の凹凸構造の周期方向と実質的に垂直に配設され前記分波光出射面とされている分波素子であって、前記分波素子の前記回折格子形成面に入射させた前記入射光を、前記透明基体の全反射角より大きい回折角で回折させて前記透明基体内を前記分波光出射面へ導き、前記分波光出射面から分波光として出射させることを特徴とする分波方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の分波素子は小型であるが、入射光の一部を分波させた分波光を、入射光および入射光が直進透過させた透過光の出射位置から十分離れた位置から、出射させることができる。また、入射光の波長により異なる出射角度で分波光を出射させることができる。本発明の分波素子を用いると、入射光の強度などの特性を検出する装置をコンパクトな構成で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の分波素子の詳細を図面を用いて説明するが、本発明は以下の説明に何ら限定されない。
【００１１】
図１に示す本発明の実施形態の分波素子１は透明な平板状基板１ａを用いて形成されている。相対する基板表面の一方には、一方向に伸長する凹凸構造が周期的に形成された回折格子１ｂが備えられて回折格子形成面１ｃとされていて、他方の基板表面は透過光出射面１ｄとされている。また、透明基板１ａの端面のひとつが分波光出射面１ｅとされている。分波光出射面１ｅは、出射角の変動や散乱によるロスを防ぐために、研磨を施す等により平滑とすることが好ましい。さらに、入射光の波長の光に対する低反射コーティングを形成すると、分波光の出射光量を増すことができて好ましい
回折格子形成面１ｃに入射された入射光２のうち、回折格子１ｂにより回折されずに直進透過された光は透過光出射面１ｄから透過光３として出射され、回折格子１ｂにより回折された回折光は、透過光出射面１ｄおよび回折格子形成面１ｃにより全反射されて分波光出射面１ｅに導かれ分波光６として出射される。出射された分波光６に対して、光検出器１３を用いて強度などの特性の測定をおこなうことができる。
【００１２】
前記平板状基板は、本発明の分波素子を用いる波長に対して実質的に透明な材料で構成されていればよく、石英ガラス、光学ガラスなどのガラス材料、シリコン、および、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの樹脂材料が例示されるが、耐久性などの観点から石英ガラス、および光学ガラスで攻勢されていることが好ましい。
【００１３】
前記凹凸構造は、透明基板自体の表面を加工して作製してもよく、また、透明基板の表面に透明材料からなる層を形成し、かかる層を加工して作製してもよい。かかる加工方法としては、切削、プレス、モールド、フォトリソグラフィグラフィおよびエッチングなどが例示される。
【００１４】
前記凹凸構造を透明材料からなる層を形成、加工して作製する場合、透明材料としては、前述の加工のための加工性に優れたものが好ましく、前述の加工をフォトリソグラフィグラフィおよびエッチングによりおこなうときには、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化亜鉛、およびシリコンのいずれかから選ばれる１種を主たる成分とする材料が好ましい。
【００１５】
また、透明材料として高屈折率材料を用いると、回折効率が高い回折格子が得られ、さらに凹凸部の深さを浅くできるため加工が容易になり好ましい。このような高屈折率の透明材料としては、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化亜鉛、およびシリコンのいずれかから選ばれる１種を主たる成分とする材料が例示される。
【００１６】
本発明の分波素子に入射した光の挙動について、図２を用いて説明する。本発明の分波素子１の回折格子形成面１ｃに対して波長λの入射光２を、回折格子形成面１ｃの法線を含み回折格子１ｂの凹凸構造の伸長方向と直交する面内で入射角α（すなわち、回折格子形成面１ｃの法線方向となす角度で図２の符号７）で入射させる。回折格子１ｂの格子周期をＰとすると、入射光２は屈折率ｎの基板内で（１）式：
ｓｉｎφ＋ｓｉｎα＝ｍ・λ／（ｎ・Ｐ）  ・・・・・（１）
なる関係を満たす内部回折角φ（図２中の符号８）の方向にｍ次の回折光４を生じる。ここでｍは自然数であり、内部回折角φとは、回折格子１ｂにより回折され透明基板１ａ内へ出射される光が、回折格子形成面１ｃの法線方向となす角である。
【００１７】
この実施態様の分波素子では、回折格子形成面１ｃと透過光出射面１ｄとは平行なので、回折格子形成面１ｃを内部回折角φで回折された回折光４は、透明基板内を進行して内部回折角φと等しい入射角で透過光出射面１ｄに入射する。透過光出射面１ｄに入射した回折光４が、透明基板−空気界面で屈折されて出射されるときの出射角すなわち透過光出射面の法線方向に対する角度θは、内部回折角φと（２）式：
ｓｉｎθ＝ｎ・ｓｉｎφ                    ・・・・・（２）
の関係にあり、ｓｉｎθ≧１のとき、回折光４は、透過光出射面１ｄを透過することができず、全反射される。透過光出射面１ｄで全反射された回折光４は、内部屈折角φと等しい角度で回折格子形成面１ｃに入射するが、一部回折され透過する以外は同様に全反射される。このようにして回折光４は、回折格子形成面１ｃおよび透過光出射面１ｄのいずれをも透過することができず、全反射されて基板内を進行し、前記分波光出射面１ｅに到達する。
【００１８】
基板内部で偶数回反射されて前記分波折光出射面に到達した光は（３）式、奇数回反射されて前記分波光出射面１ｅに到達した光は、分波光出射面１ｅの法線に対して（４）式、
ｓｉｎψ＝ｎ・ｓｉｎ（β−φ）            ・・・・・（３）
ｓｉｎψ＝ｎ・ｓｉｎ（β＋φ）            ・・・・・（４）
をそれぞれ満たす角度すなわち出射角ψ（図２の符号１１で表される）の方向に出射される。両式中のβは、前記分波光出射面１ｅと、回折格子１ｂが形成された前記回折格子形成面とのなす角である。このときｓｉｎψ≧１となると分波光６が分波光出射面１ｅで全反射されるため、分波光出射面１ｅから分波光６を取り出すためにはｓｉｎψ＜１となる必要がある。
角度βを９０度とすると、透明基板１ａを平行基板面と垂直に切断して分波光出射面１ｅを形成できるので製造が容易で好ましいが、ｓｉｎψ＜１が満足される範囲で斜めに傾けてもよく、その場合、前記入射光２あるいは前記透過光３の方向に対する前記分波光６の取り出し角を調整することができて好ましい。
【００１９】
前記回折格子の凹凸構造の周期方向が分波光出射面１ｅと実質的に垂直でないと、分波光出射面１ｅへの分波光５の入射角が、前記入射角であるβ−φまたはβ＋φと、凹凸構造の伸長方向と分波光出射面１ｅがなす角度とが合成された角度となり、凹凸構造の周期方向が分波光出射面１ｅと実質的に垂直である場合と比べて入射角が大きくなり、前記分波光出射面１ｅで全反射させずに出射させるための制約がきつくなる。すなわち凹凸構造の周期方向が分波光出射面１ｅと実質的に垂直とすると、回折格子１ｂや前記角βの選択の幅が広がって好ましい。
【００２０】
本発明の分波素子においては、下記のａ）、ｂ）、ｃ）が満たされるように前述の回折格子の凸部と凹部との幅の比、回折格子１ｂの繰返し周期、および凹凸部の深さ、図２の符号１２で表される回折格子形成面１ｃと前記回折格子形成面１ｃとのなす角β、および回折格子１ｂへの入射角などの各パラメータの値が決められ、この構成により、回折格子形成面１ａに備えられた回折格子１ｂにより回折格子形成面１ｃに入射された入射光２を直進透過させて透過光出射面１ｄから透過光３として出射させるとともに、入射光２の一部を回折格子１ｂにより回折させ、回折された回折光４を透過光出射面１ｄにより全反射させて分波光出射面１ｅに導いて分波光６として出射される。必要に応じて、回折格子１ｂにより回折された回折光４は透過光出射面１ｄとおよび回折格子形成面１ｃとにより全反射させて分波光出射面１ｅに導かれる。
【００２１】
ａ）分波素子１に入射された入射光が回折されて透明基板内に出射されるために、（１）式においてｓｉｎφ＜１である。
ｂ）透過光出射面１ｄにより回折光４が全反射されるために、（２）式においてｓｉｎθ≧１である。
ｃ）分波光出射面１ｅにより分波光５が全反射されず出射されるように、（３）式または（４）式においてｓｉｎψ＜１である。
【００２２】
（１）式におけるｍは＋１または−１とすることが好ましい。すなわち本発明の分波素子１において、前記回折格子１ｂにより回折された光のうち＋２次以上または−２次以下の高次回折光を用いることもできるが、分波光６として＋１次または−１次回折光を用いると、より高次の回折光と比べて大きい回折強度が得られるので、入射光２に対して透過光３および分波光６の強度を高くすることができて好ましい。
【００２３】
例えば、透明基板１ａとして石英ガラスからなる透明基板を用い、前記入射光２として１５８０〜１６２０ｎｍの波長帯の光を回折格子形成面１ｃに垂直入射させる場合には、前記回折格子１ｂの平行かつ周期的に形成された凹凸構造の周期は１１２２ｎｍから１５８０ｎｍとされる。すなわち回折光が透明基板内に回折されるように内部屈折角φを９０度未満とするために、凹凸構造の周期は１１２２ｎｍ以上とされる。また、回折光が透明基板内で全反射されるように、内部回折角φを石英ガラスの全反射角度４４度より大きくするために、１５８０ｎｍ以下とされる。この構成により、垂直入射された入射光を、透過光出射面１ｄおよび回折格子形成面１ａにより全反射させ、分波光出射面１ｅへと導くことができる。
【００２４】
また、本発明の分波素子１は、回折格子形成面１ｃに備えられた回折格子１ｂにより回折された回折光４が、透過光出射面１ｄ、あるいは、回折格子形成面１ｃと透過光出射面１ｄとにより全反射されて分波光出射面１ｅに導かれ出射されるように構成されていれば、前述の透明基体として、透明平板状基板を用いる代わりに、回折格子形成面１ｃと透過光出射面１ｄとが平行でない基体を用いることも可能である。
【００２５】
また、前記回折格子で回折された前記回折光４が、前記透過光出射面１ｄで１回全反射された後、前記回折格子形成面１ｃおよび前記透過光出射面１ｄでさらに反射されることなく、前記分波光出射面１ｅから出射されるようにすると、分波素子１内でのロスを減らすことができて好ましい。回折光３は、透明基板１ａ内を回折格子形成面１ｃから透過光出射面１ｄまで進む間に、凹凸構造の周期方向に、回折角と基板厚さに応じた距離だけ変位するので、回折角、基板厚さ、および分波素子に対して入射光を入射させる位置と分波光出射面との距離を調整することにより、この構成とすることができる。例えば、格子周期が１５００ｎｍの回折格子が形成された厚さ２ｍｍの石英ガラス基板からなる分波素子に、波長１５８０〜１６２０ｎｍでビーム径１ｍｍの入射光を垂直入射させると、この波長帯の光に対する１次回折角は４７〜４８度であって石英ガラスの全反射角度４４度より大きいので、垂直入射された入射光に対する１次回折光は、前記透過光出射面により全反射される。さらに入射光を入射させる位置を、分波光出射面となる平行基板面と端面から２．８ｍｍから３．８ｍｍの距離の点とすると、前記回折格子で回折された回折光は、前記透過光出射面で１回全反射された後、前記および透過光出射面でさらに反射されることなく前記分波光出射面から出射される。
【００２６】
また、入射光２を、回折格子形成面の法線方向から凹凸構造の周期方向に傾けるとともに、さらに凹凸構造の伸長方向に対しても傾ける構成とすると、入射光２を回折格子形成面に対して垂直入射させる場合と比べて、回折光４が透過光出射面１ｄに入射するときの入射角が大きくすることができる。これにより透明基板−空気界面で全反射させる条件を緩和することができるので、回折格子の格子周期を大きくすることができて好ましい。
【００２７】
例として波長が１６００ｎｍの光を入射する場合を記す。入射光２を回折格子形成面１ｃに対して垂直に入射させる場合には、透過光出射面１ｄにより回折光４を全反射させるために回折格子１ｂの格子周期を１６００ｎｍ以下としなければならないが、入射光を回折格子形成面１ｃの法線方向から凹凸構造の伸長方向すなわち図１の紙面と垂直な方向ヘ１０度傾けて入射させた場合には１６２７ｎｍ以下とすることができる。すなわち、格子周期を大きくすることができるので、回折格子の作製が容易になり好ましい。入射光２を、回折格子１ｂの凹凸構造の伸長方向と直交する面内で格子面の法線方向から傾けるとともに、格子の周期方向と直交する面内で格子面の法線方向から傾けて入射させると、回折光が透明基板と空気との界面で全反射される条件をさらに緩和することができ、回折格子の格子周期をさらに大きくすることができるのでさらに好ましい。
【００２８】
回折格子１ｂの前記凹凸構造の断面形状は、矩形または台形とすることが好ましく、このいずれであっても本発明における効果を有するが、矩形に近いものが作製が容易なため好ましい。この断面構造における凹部と凸部との幅の比、凹凸構造の繰返し周期、および凹凸部の深さは、種々の組合せを用いることができる。屈折率１．４４４の石英ガラス基板の表面を加工して凸部と凹部との幅の比が２：１、格子周期が１５００ｎｍの断面形状をもつ回折格子形成するときには、凹凸部の深さを１０００ｎｍあるいは３４００ｎｍとした構成とすると入射光の偏光方向によらず高い回折効率が得られて好ましいが、適用可能な凹凸部の深さおよび格子周期はこの例に限定されない。また、高屈折率透明材料であるＴａ２Ｏ５膜を石英ガラス基板上に形成し、これを加工して凸部と凹部との幅の比が２：１、凹凸構造の繰返し周期が１５００ｎｍの断面形状をもつ回折格子を形成するときには、凹凸部の深さを８００ｎｍとする構成が例示される。この構成によれば、格子の周期方向と平行な偏光方向および直交する偏光方向のいずれの偏光方向の直線偏光に対しても、浅い凹凸部深さで高い回折効率を得ることができて好ましいが、これに限定されない。
【００２９】
また、前記凹凸構造の断面形状を矩形断面に代えて、凹凸構造の伸長方向に垂直な面内において左右非対称とすると、＋１次回折光または−１次回折光をいずれか一方の回折効率を大きくすることができる。このとき前記分波光出射面側への回折効率を大きくすると、分波光出射面１ｅから出射される分波光強度を高めることができて好ましい。左右非対称の断面形状は、鋸歯状、あるいは、所望の鋸歯形状を階段状に近似した断面形状とすることが好ましい。鋸歯形状の断面構造をもつ凹凸構造は、グレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィ加工により形成することができる。所望の鋸歯形状を階段状に近似した断面形状は、３〜８ステップのフォトリソグラフィ加工を繰り返すことにより形成することができて、鋸歯形状の断面形状より製造が容易なため好ましい。
【００３０】
また、前記分波光出射面１ｅとは反対側の端面に入射光の波長の光を反射するミラーを形成すると、分波光出射面１ｅへの出射光量を増すことができて好ましい。
【実施例】
【００３１】
以下本発明の実施例である例１、２について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００３２】
［例１］
例１の分波素子１は石英ガラス製平板状基板からなる透明基板１ａを用いて形成されていて、図３に概略断面図で示した構成をもつ。まず直径１２５ｍｍで厚さ２．０ｍｍ、屈折率１．４４４の石英ガラスからなる透明基板１ａの一方の表面に、フォトリソグラフィグラフィおよびエッチングにより、矩形断面の直線状の溝を周期的に形成して回折格子１ｂを形成する。前記矩形断面の溝は幅が５００ｎｍで深さが３４００ｎｍであり、互いに平行に１５００ｎｍのピッチで、凸部と凹部との幅の比が２：１とする。回折格子１ｂを形成した面を回折格子形成面１ｃとし、この面と対向する表面を透過光出射面１ｄとする。
次に、ダイシングソーにより、端面が表面に対して直角となるように、前記透明基板を１０ｍｍ×６ｍｍの長方形に切断する。このとき、回折素子１０の短辺を前記回折格子の周期方向と直交するようにし、短辺の端面を平滑に研磨し、前記光の波長に対する低反射コーティングを施し、分波光出射面１ｅとする。以上の工程により本例の分波素子１を得る。
【００３３】
このようにして得られた本例の分波素子１０の回折格子形成面１ｃの中央に、波長１５８０ｎｍ、１６００ｎｍおよび１６２０ｎｍの３波長の光が合波された直線偏光の入射光２を垂直入射させる。ここで、前記直線偏光の偏光方向は、回折格子１ｂの周期方向と平行または直交する方向とする。前記入射光は、前記回折格子を直進透過して透過光出射面から透過光として出射されるとともに、一部は前記回折格子により波長１５８０ｎｍ、１６００ｎｍおよび１６２０ｎｍの波長に応じてそれぞれ内部回折角４７度、４８度および４８度で回折される。それぞれの波長の回折光４は、対向する透過光出射面１ｄに対してそれぞれの波長の内部回折角と同角度の入射角で入射するが、これらの入射角はいずれも石英ガラスの全反射角度４４度より大きいため、全反射される。透過光出射面１ｄにより全反射された光は、次いで内部回折角と同角度の入射角で回折格子形成面に入射し、同様に全反射される。このように分波された回折光は透過光出射面および回折格子形成面により順次全反射されて、分波光出射面１ｅから分波光として出射される。
【００３４】
入射光束の偏光方向を、回折格子の周期方向に対して平行および直交としたときの、それぞれの波長に対する、透明基板の左右の側面から出射される分波光の強度と出射角度、および透過光の強度の測定結果を、表１および２にまとめた。ここで分波光の強度とは、分波光の入射光に対する強度比、分波光の出射角度とは、分波光の出射方向が入射光の入射方向となす角度をいう。
【００３５】
【表１】
2006259439.tif 000003
【００３６】
【表２】
2006259439.tif 000004
【００３７】
表１および２からわかるように、本例の分波素子１を用いて、入射光を透過させるとともにその一部を分波し、平板状基板の端面のひとつである分波光出射面１ｅから取り出すことができる。また分波された光は、波長毎に分離して取り出すことができる。
【００３８】
［例２］
本例の分波素子は図４に概略断面図を示すように、厚さ２．０ｍｍの石英ガラス製平板状基板からなる透明基板１ａを用い、その一方の面にスパッタリング法により成膜された屈折率が２．１０７で厚さ８００ｎｍのＴａ２Ｏ５膜を、フォトリソグラフィおよびドライエッチングにより格子状の溝が周期的に配列された回折格子１ｂに加工して、形成される。すなわち、本例の回折格子１ｂは、屈折率が２．１０７で幅１０００ｎｍ、高さ８００ｎｍの凸部が、１５００ｎｍの周期で配列された構造をもつ。
次に、ダイシングソーにより、端面が平行基板面に対して直角となるように、前記透明基板を６ｍｍ×６ｍｍの正方形に切り出す。このとき、回折素子１の一辺を、前記回折格子の長手方向と平行となるようにし、この辺の端面を平滑に研磨し、前記光の波長に対する低反射コーティングを施し、分波光出射面１ｅとする。以上の工程により本例の分波素子１を得る。
【００３９】
前記３つの波長の光が合波された直線偏光の入射光２を垂直入射させると、例１と同様に、入射光２は透過光３として直進透過されるとともに、一部は前記回折格子により波長１５８０ｎｍ、１６００ｎｍおよび１６２０ｎｍの波長に応じてそれぞれ内部回折角４７度、４８度および４８度で回折される。回折光は対向する透過光出射面に対して同角度で入射するが、いずれも石英ガラスの全反射角度４４度より大きいため全反射され、分波光出射面１ｅから分波光として出射される。
【００４０】
入射光束の偏光方向を、回折格子の周期方向に対して平行および直交としたときの、分波光の強度と出射角度、および透過光の強度の測定結果を、表３および４にまとめた。ここで分波光の強度とは、分波光の入射光に対する強度比、分波光の出射角度とは、分波光の出射方向が入射光の入射方向となす角度をいう。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
【表４】
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【００４３】
表３および４からわかるように、本例の分波素子１を用いて、入射光を透過させるとともにその一部を分波し、平板状基板の端面のひとつである分波光出射面１ｅから取り出すことができる。また分波された光は、波長毎に分離して取り出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の分波素子は小型で、入射光の入射位置、透過光の出射位置から離れた位置から分波光を出射させることができるので、分波光の強度や波長などの特性を測定する光検出器やその配置に対する制約が小さい。このため、入射光の特性を透過させつつモニターする測定系をコンパクトな構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の分波素子を用いた、入射光を分波させ入射光の特性を測定する測定装置の概略構成図。
【図２】本発明の分波素子により分波される光の経路図。
【図３】透明基板表面を加工して形成された本発明の分波素子の概略断面図。
【図４】透明材料層を加工して形成された本発明の分波素子の概略断面図。
【図５】従来技術の回折格子を用いた分波素子を用いた、入射光を分波させ入射光の特性を測定する測定装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４６】
１：分波素子
１ａ：透明平板状基板
１ｂ：回折格子
１ｃ：回折格子形成面
１ｄ：透過光出射面
１ｅ：分波光出射面
２：入射光
３：透過光
４：回折光
５：透過光出射面により全反射された回折光
６：光検出器
７：入射光の回折格子形成面への入射角
８：内部回折角
９：回折光の透過光出射面への入射角
１０：回折光の分波光出射面への入射角
１１：分波光の分波光出射面からの出射角
１２：入射光の方向に対する分波光の取出し角
１３：光検出器
２３：低反射コーティング
【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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