(57)【要約】【課題】従来の構成より調整が簡単な生成装置を提供する。【解決手段】生成装置は、入力光ビームを分岐して、進行方向が平行な第１光ビーム及び第２光ビームを出力する分岐手段と、前記第１光ビーム及び前記第２光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力する位相調整手段と、前記位相調整手段が出力する空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームを合波する合波手段と、を備えていることを特徴とする。【選択図】図１
2018036570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光ビームを分岐して、進行方向が平行な第１光ビーム及び第２光ビームを出力する分岐手段と、
前記第１光ビーム及び前記第２光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力する位相調整手段と、
前記位相調整手段が出力する空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームを合波する合波手段と、
を備えていることを特徴とする生成装置。
【請求項２】
前記位相調整手段は、１つの位相板であることを特徴とする請求項１に記載の生成装置。
【請求項３】
前記分岐手段は、光スプリッタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の生成装置。
【請求項４】
前記位相調整手段は、１つの液晶装置であることを特徴とする請求項１に記載の生成装置。
【請求項５】
前記位相調整手段に入射する前記第１光ビーム及び前記第２光ビームの偏波面を一致させる第１偏波調整手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の生成装置。
【請求項６】
前記合波手段が合波する前記空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームの偏波面は同じであることを特徴とする請求項５に記載の生成装置。
【請求項７】
前記空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームの偏波面を互いに直交させる第２偏波調整手段をさらに備えており、
前記合波手段が合波する前記空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームの偏波面は互いに直交することを特徴とする請求項５に記載の生成装置。
【請求項８】
入力光ビームを偏波分離し、第１光ビームと、前記第１光ビームの偏波面と直交する偏波面の第２光ビームを出力する偏波分離手段と、
前記第１光ビームから、進行方向が平行で、同じ偏波面の第３光ビーム及び第４光ビームを生成する第１生成手段と、
前記第２光ビームから、前記第３光ビーム及び前記第４光ビームの進行方向と平行な進行方向であり、かつ、前記第３光ビーム及び前記第４光ビームの偏波面と同じ偏波面の第５光ビーム及び第６光ビームを生成する第２生成手段と、
前記第３光ビーム、前記第４光ビーム、前記第５光ビーム及び前記第６光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力する位相調整手段と、
前記位相調整手段が出力する前記空間位相調整後の前記第３光ビーム及び前記第４光ビームから第７光ビームを生成する第３生成手段と、
前記位相調整手段が出力する前記空間位相調整後の前記第５光ビーム及び前記第６光ビームから前記第７光ビームとは直交する偏波面の第８光ビームを生成する第４生成手段と、
前記第７光ビーム及び前記第８光ビームを合波して出力する合波手段と、
を備えていることを特徴とする生成装置。
【請求項９】
前記位相調整手段は、１つの液晶装置であることを特徴とする請求項８に記載の生成装置。
【請求項１０】
前記第３生成手段は、前記第７光ビームを生成するために、同じ偏波面の前記第３光ビーム及び前記第４光ビームを合波する手段を有し、
前記第４生成手段は、前記第８光ビームを生成するために、同じ偏波面の前記第５光ビーム及び前記第６光ビームを合波する手段を有する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の生成装置。
【請求項１１】
前記第３生成手段は、前記第７光ビームを生成するために、前記第３光ビーム及び前記第４光ビームの少なくとも一方の偏波面を回転させることで２つの光ビームの偏波面を直交させた後に合波する手段を有し、
前記第４生成手段は、前記第８光ビームを生成するために、前記第５光ビーム及び前記第６光ビームの少なくとも一方の偏波面を回転させることで２つの光ビームの偏波面を直交させた後に合波する手段を有する、
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の空間的な位相及び振幅分布を有する光ビームを出力する生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、入力光ビームを光スプリッタで２分岐し、分岐された光ビームそれぞれを対応する空間光位相変調器で変調し、変調後の２つの光を合波することで、目的とする空間的な振幅及び位相分布を有する光ビームを出力する生成装置を開示している。空間的な振幅及び位相分布とは、光ビームの進行方向に直交する断面における、当該光ビームの振幅及び位相の分布との意味であり、以下では、説明の簡略化のため、光ビームの"空間的な振幅及び位相分布"を、単に、光ビームの"複素振幅分布"と呼ぶものとする。この様な、ある複素振幅分布を有する光ビームは、例えば、モード多重通信におけるモード変換器や、光学的な記録装置や、光学部材の測定装置で使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０６８８３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の変換器は、２つの独立した空間光位相変調器を使用するものでありコスト高となる。また、２つの空間光位相変調器及び光スプリッタの位置及び向き等の精密な調整が必要となる。
【０００５】
本発明は、従来の構成より調整が簡単な生成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によると、生成装置は、入力光ビームを分岐して、進行方向が平行な第１光ビーム及び第２光ビームを出力する分岐手段と、前記第１光ビーム及び前記第２光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力する位相調整手段と、前記位相調整手段が出力する空間位相調整後の前記第１光ビーム及び前記第２光ビームを合波する合波手段と、を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、従来の構成より調整が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による生成装置の構成図。
【図２】一実施形態による生成装置の構成図。
【図３】一実施形態による生成装置の構成図。
【図４】一実施形態による生成装置の構成図。
【図５】一実施形態による生成装置の構成図。
【図６】一実施形態による生成装置の構成図。
【図７】一実施形態による生成装置の構成図。
【図８】一実施形態による生成装置の構成図。
【図９】一実施形態による生成装置の構成図。
【図１０】一実施形態による生成装置の構成図。
【図１１】一実施形態による半波長板の構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。
【００１０】
図１は、本発明による生成装置の基本的な構成図である。なお、図１（Ａ）は、透過型の空間位相変調器２を使用する場合の構成であり、図１（Ｂ）は、反射型の空間位相変調器２を使用する場合の構成である。図１（Ａ）の構成において、平行分波器１は、入力光ビームを２分岐し第１光ビームと第２光ビームそれぞれを出力する。なお、平行分波器１が出力する第１光ビームと第２光ビームの進行方向は同じ、つまり、第１光ビームと第２光ビームの進行方向は互いに平行である。空間位相変調器２は、通過する第１光ビーム及び第２光ビームそれぞれの空間位相を調整し、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを平行合波器３に出力する。なお、空間位相を調整するとは、光ビームの進行方向に直交する当該光ビームの断面において、断面内の各位置又は各領域それぞれを通過する光ビームの部分の相対的な位相を調整することを意味する。平行合波器３は、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを合波して出力する。これにより、平行合波器３は、所望の複素振幅分布を有する光ビームを出力する。より詳しくは、空間位相変調器２は、通過する第１光ビーム及び第２光ビームそれぞれに、空間位相変調器２の通過位置に応じた位相遅延を与えるが、この各位置において与える位相遅延は、平行合波器３による合波後の光ビームの複素振幅分布が目的とするものになる様に、空間位相変調器２は構成される。
【００１１】
図１（Ｂ）の構成において、平行合分波器４は、入力光ビームを２分岐し第１光ビームと、第２光ビームそれぞれを出力する。なお、平行合分波器４が出力する第１光ビームと第２光ビームの進行方向は同じ、つまり、第１光ビームと第２光ビームは、平行な光ビームである。空間位相変調器２は、入射する第１光ビーム及び第２光ビームそれぞれの空間位相を調整し、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを平行合分波器４に向けて反射する。平行合分波器４は、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを合波して出力する。これにより、平行合分波器４は、所望の複素振幅分布を有する光ビームを出力する。なお、平行分波器１、平行合波器３、平行合分波器４は、その機能により異なる名前としているが、同じものを使用できる。
【００１２】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示す様に、透過型と反射型を使用する構成は、空間位相変調器２への光ビームの入力方向に対する、空間位相調整後の光ビームの出力方向の違いのみであり、以下では、反射型の空間位相変調器を使用する場合を例にして具体的な実施形態について説明する。しかしながら、当業者であれば、以下に説明する反射型の空間位相変調器を使用する形態を、透過型の空間位相変調器を使用する形態に修正することができ、本発明は、透過型の空間位相変調器を使用する構成も含むものである。
【００１３】
＜第一実施形態＞
図２は、本実施形態による生成装置の構成図である。なお、図２（Ａ）は、入力光ビームが、空間位相変調器である位相板２０に到達するまでの光ビームを示し、図２（Ｂ）は、位相板２０が出力する空間位相調整後の光ビームが合波されるまでを示している。
【００１４】
光スプリッタ４０は、図１の平行合分波器４に対応し、入力光ビームを２分岐して第１光ビーム及び第２光ビームの２つの光ビームを出力する。図１（Ａ）に示す様に、スプリッタ４０の透過・反射面を入力光ビームの進行方向と平行にすることで、光スプリッタ４０は、互いに平行な第１光ビーム及び第２光ビームを出力する。位相板２０は、図１の空間位相変調器２に対応し、入射する第１光ビーム及び第２光ビームそれぞれを光スプリッタ４０に向けて反射する。その際、位相板２０は、各光ビームに、その反射位置に応じた位相遅延を与える。なお、各位置で与える位相遅延は、目的とする複素振幅分布に基づき決定されている。図１（Ｂ）に示す様に、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームは、光スプリッタ４０で合波され、これにより、目的とする複素振幅分布を有する光ビームが得られる。
【００１５】
本実施形態では、２つの光ビームを平行とすることで、１つの空間位相変調器で目的とする複素振幅分布を有する光ビームを生成する。したがって、コストを抑え、かつ、２つの空間光位相変調器を使用することで必要となる精密な調整は不要となる。
【００１６】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、空間位相変調器として位相板２０を使用していた。位相板２０が与える位相遅延は固定的である。つまり、第一実施形態の構成では、生成装置が出力する光ビームの複素振幅分布も固定的となる。本実施形態では、空間位相変調器として液晶装置を使用する。液晶装置では、画素単位で、通過する光に与える位相遅延を変更でき、よって、任意の複素振幅分布を有する光ビームを出力することができる。しかしながら、液晶装置は、所定の偏波方向の成分のみに位相遅延を与えることができるため、図２の構成と比較して、偏波面を考慮する必要がある。以下に、詳細を説明する。
【００１７】
図３及び４は、本実施形態による生成装置の構成図である。なお、図３は、入力光ビームが、空間位相変調器である液晶装置２１に到達するまでの光ビームを示し、図４は、液晶装置２１が出力する空間位相調整後の光ビームが合波されるまでを示している。さらに、図３（Ａ）は、光ビームの経路を上面からみた上面図であり、図３（Ｂ）は、光ビームの経路を図３（Ａ）の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。同様に、図４（Ａ）は、光ビームの経路を示す上面図であり、図４（Ｂ）は、光ビームの経路を図４（Ａ）の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。
【００１８】
入力光ビームは、複屈折部材５０に入射される。複屈折部材５０は、図３（Ｂ）に示す様に、偏波方向に応じて入力光ビームを分離し、垂直偏波の光ビームと、水平偏波の光ビームをそれぞれ出力する。図３（Ｂ）に示す様に、水平偏波の光ビームは、直接、光スプリッタ４０に入射されるが、垂直偏波の光ビームは、半波長板６０により、水平偏波に変換されて光スプリッタ４０に入射される。この２つの水平偏波の光ビームは、それぞれ、光スプリッタ４０で２分岐される。よって、光スプリッタ４０は、４つの光ビームを出力する。以下では、光スプリッタ４０が出力する４つの光ビームの内、図３（Ａ）の上側、かつ、図３（Ｂ）の上側を通る光ビームを第１光ビームＡと呼び、図３（Ａ）の上側、かつ、図３（Ｂ）の下側を通る光ビームを第１光ビームＢと呼び、図３（Ａ）の下側、かつ、図３（Ｂ）の上側を通る光ビームを第２光ビームＡと呼び、図３（Ａ）の下側、かつ、図３（Ｂ）の下側を通る光ビームを第１光ビームＢとぶものとする。第１光ビームＡ及び第１光ビームＢは、第一実施形態の第１光ビームに対応し、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢは、第一実施形態の第２光ビームに対応する。
【００１９】
図３に示す様に、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢは総て水平偏波である。したがって、１つの液晶装置２１により、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢそれぞれに、その反射位置に応じた位相遅延を与えることができる。なお、第一実施形態と同様に考えると、第１光ビームＡ及び第１光ビームＢに与える空間位相遅延を同じとし、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢに与える空間位相遅延を同じとすることで、所望の複素振幅分布を有する光ビームを得ることができる。しかしながら、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢに与える空間位相遅延を、それぞれ、個別に設定する構成であっても良い。いずれにしても、液晶装置２１は、図４に示す様に、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢのそれぞれを光スプリッタ４０に向けて反射する。光スプリッタ４０は、第１光ビームＡ及び第２光ビームＡを合波して出力すると同時に、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢを合波して出力する。この内、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢを合波した光ビームは、半波長板６０で垂直偏波に変換されて複屈折部材５０に入射する。したがって、複屈折部材５０は、第１光ビームＡ及び第２光ビームＡを合波した水平偏波の光ビームと、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢを合波した垂直偏波の光ビームを合波して出力する。
【００２０】
以上、本実施形態では、空間位相変調器として液晶装置２１を使用でき、よって、生成装置が生成する光ビームの複素振幅分布を可変とすることができる。
【００２１】
＜第三実施形態＞
第二実施形態において、光スプリッタ４０は、図４に示す様に、液晶装置２１からの第１光ビームＡ及び第２光ビームＡを合波し、かつ、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢを合波して出力していた。ここで、第１光ビームＡ、第２光ビームＡ、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢは、総て水平偏波、つまり、同じ偏波の光ビームであった。本実施形態では、偏光干渉型とする。つまり、第１光ビーム及び第２光ビームを異なる偏波として合波する。なお、偏光干渉型は、偏光と位相を制御できるので、例えば、高分解能顕微分光、物質加工、光トラッピング、微粒子加速、プラズマ制御等に利用できる。
【００２２】
図５及び６は、本実施形態による生成装置の構成図である。なお、図５は、入力光ビームが、空間位相変調器である液晶装置２１に到達するまでを示し、図６は、液晶装置２１が出力する空間位相調整後の光ビームが合波されるまでを示している。さらに、図５（Ａ）は、光ビームの経路を示す上面図であり、図５（Ｂ）は、光ビームの経路を図５（Ａ）の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。同様に、図６（Ａ）は、光ビームの経路を示す上面図であり、図６（Ｂ）は、光ビームの経路を図６（Ａ）の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。
【００２３】
入力光ビームは、複屈折部材５０に入射される。複屈折部材５０は、図５（Ｂ）に示す様に、偏波方向に応じて入力光ビームを分離し、垂直偏波の光ビームと、水平偏波の光ビームをそれぞれ出力する。本実施形態の半波長板６０は、図１１に示す様に構成される。なお、図１１の白抜きの矢印は、図５及び図６の白抜きの矢印と同じ方向を示している。本実施形態の半波長板６０は、４つの領域６０１〜６０４に分割され、領域６０１及び６０４は通過する光ビームの偏波面を９０度だけ回転させる様に、つまり、半波長板として動作する様に構成される。一方、領域６０２及び６０３は、位相遅延を与えず、通過する光ビームの偏波方向は保存される。図５に示す様に、複屈折部材５０が出力する垂直偏波の光ビームは領域６０２を通過し、よって、垂直偏波のままとなる。一方、複屈折部材５０が出力する水平偏波の光ビームは、領域６０１を通過し、よって、垂直偏波に変換される。この２つの垂直偏波の光ビームは、それぞれ、偏光スプリッタ４１に入射する。偏光スプリッタ４１は垂直偏波の光ビームを透過・反射面で反射し、よって、２つの垂直偏波の光ビームは、図５（Ａ）に示す様に反射されて１／４波長板に入射する。１／４波長板は、この２つの光ビームそれぞれを円偏波に変換して偏光スプリッタ４２に出力する。
【００２４】
偏光スプリッタ４２の透過・反射面も、偏光スプリッタ４１の透過・反射面と同様に垂直偏波の光ビームを反射し、水平偏波の光を透過させる。したがって、２つの円偏波の光ビームそれぞれは、偏光スプリッタ４２で垂直偏波と水平偏波に分離される。つまり、偏光スプリッタ４２は、４つの光ビームを出力する。第二実施形態と同様に、偏光スプリッタ４２が出力する４つの光ビームの内、図５（Ａ）の上側、かつ、図５（Ｂ）の上側を通る光ビームを第１光ビームＡと呼び、図５（Ａ）の上側、かつ、図５（Ｂ）の下側を通る光ビームを第１光ビームＢと呼び、図５（Ａ）の下側、かつ、図５（Ｂ）の上側を通る光ビームを第２光ビームＡと呼び、図５（Ａ）の下側、かつ、図５（Ｂ）の下側を通る光ビームを第２光ビームＢと呼ぶものとする。なお、第１光ビームＡ及びＢは垂直偏波の光ビームであり、第２光ビームＡ及びＢは水平偏波の光ビームである。図５に示す様に、第１光ビームＡ及びＢは、半波長板６１でそれぞれ水平偏波に変換されて液晶装置２１に入射する。一方、第２光ビームＡ及びＢは、直接、液晶装置２１に入射する。
【００２５】
液晶装置２１は、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢそれぞれに、その反射位置に応じた位相遅延を与え、図６に示す様に、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢのそれぞれを偏光スプリッタ４２に向けて反射する。但し、第１光ビームＡ及びＢは、半波長板６１でそれぞれ垂直偏波に変換され、その後、偏光スプリッタ４２に入射する。偏光スプリッタ４２の透過・反射面は、垂直偏波の光ビームを反射し、水平偏波の光ビームを透過させるので、第１光ビームＡ及び第２光ビームＡは合波され、よって、円偏波の光ビームとして出力される。同様に、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢは合波され円偏波の光ビームとして出力される。この様に、第二実施形態とは異なり、本実施形態では、互いに直交する偏波の光ビームが合波される。合波後、この２つの光ビームは、それぞれ、１／４波長板７０で水平偏波に変換され、偏光スプリッタ４１に入射する。
【００２６】
偏光スプリッタ４１の透過・反射面は、水平偏波の光ビームを透過させるので、この２つの光ビームは、そのまま、半波長板６０に入射する。図１１に示す様に、２つの光ビームの内、領域６０４を通過する光ビームは、垂直偏波に変換され、領域６０３を通過する光ビームは水平偏波のままである。したがって、図６（Ｂ）に示す様に、複屈折部材５０は、２つの光ビームを合波して出力する。
【００２７】
＜第四実施形態＞
第四実施形態は、偏光干渉型の生成装置の他の形態である。図７〜１０は、本実施形態による生成装置の構成図である。なお、図７及び８は、入力光ビームが、空間位相変調器である液晶装置２１に到達するまでを示し、図９及び１０は、液晶装置２１が出力する空間位相調整後の光ビームが合波されるまでを示している。さらに、図７は、光ビームの経路を示す上面図であり、図８は、光ビームの経路を図７の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。同様に、図９は、光ビームの経路を示す上面図であり、図１０は、光ビームの経路を図９の白抜きの矢印の方向から見た側面図である。なお、図７に示す様に、複屈折部材５０及び半波長板６０を通過する光ビームの方向は、偏光スプリッタ４１で反射後の光ビームの方向とは直交しているが、図８では、表示の簡略化のため、複屈折部材５０及び半波長板６０が、あたかも、複屈折部材５２及び６２の位置に有るように表示している。
【００２８】
入力光ビームは、複屈折部材５０に入射される。複屈折部材５０は、図８に示す様に、偏波方向に応じて入力光ビームを分離し、垂直偏波の光ビームと、水平偏波の光ビームをそれぞれ出力する。図８に示す様に、水平偏波の光ビームは、半波長板６０で垂直偏波に変換されて偏光スプリッタ４１に入射する、一方、垂直偏波の光ビームは、そのまま偏光スプリッタ４１に入射する。偏光スプリッタ４１は、図７に示す様に、２つの垂直偏波の光ビームを９０度の角度で反射する。図８に示す様に、偏光スプリッタ４１で反射した２つの垂直偏波の光ビームは、それぞれ、１／４波長板で円偏波に変換される。複屈折部材５１は、この２つの円偏波の光ビームを、水平偏波の光ビームと垂直偏波の光ビームに分解する。よって、複屈折部材５１は、４つの光ビームを出力する。具体的には、図７の上側の経路の２つの光ビームは垂直偏波であり、下側の経路の２つの光ビームは水平偏波となる。第二実施形態と同様に、複屈折部材５１が出力する４つの光ビームの内、図７の上側、かつ、図８の上側を通る光ビームを第１光ビームＡと呼び、図７の上側、かつ、図８の下側を通る光ビームを第１光ビームＢと呼び、図７の下側、かつ、図８の上側を通る光ビームを第２光ビームＡと呼び、図７の下側、かつ、図８の下側を通る光ビームを第２光ビームＢと呼ぶものとする。ここで、第１光ビームＡ及びＢは垂直偏波の光ビームであり、第２光ビームＡ及びＢは水平偏波の光ビームである。図８に示す様に、第１光ビームＡ及びＢは、半波長板６１でそれぞれ水平偏波に変換されて液晶装置２１に入射する。一方、第２光ビームＡ及びＢは、直接、液晶装置２１に入射する。
【００２９】
液晶装置２１は、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢそれぞれに、その反射位置に応じた位相遅延を与え、図９及び１０に示す様に、第１光ビームＡ、第１光ビームＢ、第２光ビームＡ及び第２光ビームＢそれぞれを複屈折部材５１に向けて反射する。但し、第１光ビームＡ及びＢは、半波長板６１でそれぞれ垂直偏波に変換され、その後、複屈折部材５１に入射する。複屈折部材５１は、第１光ビームＡ及び第２光ビームＡを合波し、かつ、第１光ビームＢ及び第２光ビームＢを合波して出力する。各合波後の光ビームは円偏波であるが、１／４波長板７０で水平偏波にそれぞれ変換され、偏光スプリッタ４１に入射する。水平偏波であるので、２つの光ビームそれぞれは、偏光スプリッタ４１の透過・反射面を透過する。偏光スプリッタ４１を通過後、図１０に示す様に、一方の光ビームは、直接、複屈折部材５２に入射するが、他方の光ビームは、波長板６０で垂直偏波に変換された後、複屈折部材５２に入射する。したがって、複屈折部材５２は、２つの異なる偏波の光ビームを合波して出力する。
【００３０】
＜まとめ＞
以上、分岐部として機能する平行分波器１又は平行合分波器４は、入力光ビームを分岐して、進行方向が平行な第１光ビーム及び第２光ビームを出力する。そして、空間位相調整器２は、第１光ビーム及び第２光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力し、合波部として機能する平行合波器３又は平行合分波器４は、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを合波する。これにより、空間位相調整器２として１つの位相板や１つの液晶装置を使用でき、２つの独立した空間位相調整器を使用することと比較して調整が簡単になる。なお、分岐部としては、光スプリッタや、偏光ビームスプリッタや、複屈折部材を使用することができる。
【００３１】
なお、空間位相調整器２として液晶装置２１を使用する場合、入射する第１光ビーム及び第２光ビームの偏波面を一致させる第１偏波調整部を設ける。例えば、第二実施形態において、第１偏波調整部は複屈折部材５０及び半波長板６０に対応する。また、第三実施形態において、第１偏波調整部は、複屈折部材５０、半波長板６０、１／４波長板７０、偏光スプリッタ４２及び半波長板６１に対応する。さらに、第四実施形態において、第１偏波調整部は、複屈折部材５０、半波長板６０、１／４波長板７０、複屈折部材５１及び半波長板６１に対応する。なお、第二実施形態から第四実施形態においては、最初に入力光ビームを複屈折部材５０により互いに直交する２つの光ビームに分け、その両方をそれぞれ第１光ビーム及び第２光ビームに分岐していたが、いずれか１方のみを第１光ビーム及び第２光ビームに分岐し、他方の光ビームを使用しない構成とすることもできる。
【００３２】
なお、空間位相調整器２である液晶装置２１からの出力時点において、第１光ビームと第２光ビームの偏波面は一致しているが、この空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームを合波する際には、そのまま合波しても良いし、第１光ビーム及び／又は第２光ビームの偏波面を回転させて、互いに直交する偏波とした後に合波しても良い。後者の構成は、偏光干渉型として参照され、高分解能顕微分光、物質加工、光トラッピング、微粒子加速、プラズマ制御等に利用できる。後者の場合、空間位相調整後の第１光ビーム及び第２光ビームの偏波面を互いに直交させる第２偏波調整部が設けられる。第三実施形態及び第四実施形態においては、半波長板６１が第２偏波調整部に対応する。
【００３３】
また、複屈折部材５０により入力光ビームを互いに直交する２つの光ビームに分け、その両方をそれぞれ第１光ビーム及び第２光ビームに分岐し、計４つの光ビームの総てを使用する構成では、前記第１光ビームから、進行方向が平行で、同じ偏波面の第３光ビーム及び第４光ビームを生成する第１生成部と、第２光ビームから、第３光ビーム及び第４光ビームの進行方向と平行な進行方向であり、かつ、第３光ビーム及び第４光ビームの偏波面と同じ偏波面の第５光ビーム及び第６光ビームを生成する第２生成部とが設けられ、空間位相調整器２は、第３光ビーム、第４光ビーム、第５光ビーム及び第６光ビームそれぞれの空間位相を調整して出力する。
【００３４】
第二実施形態において第１生成部は、光スプリッタ４０に対応し、第三実施形態において第１生成部は、半波長板６０、１／４波長板７０、偏光スプリッタ４２、半波長板６１に対応し、第四実施形態において第１生成部は、半波長板６０、１／４波長板７０、複屈折部材５１、半波長板６１に対応する。また、第二実施形態において第２生成部は、半波長板６０、光スプリッタ４０に対応し、第三実施形態において第２生成部は、半波長板６０、１／４波長板７０、偏光スプリッタ４２、半波長板６１に対応し、第四実施形態において第２生成部は、１／４波長板７０、複屈折部材５１、半波長板６１に対応する。
【００３５】
さらに、この構成において、空間位相調整後の第３光ビーム及び第４光ビームから第７光ビームを生成する第３生成部と、空間位相調整後の第５光ビーム及び第６光ビームから第７光ビームとは直交する偏波面の第８光ビームを生成する第４生成部と、第７光ビーム及び第８光ビームを合波して出力する合波部と、が設けられる。
【００３６】
第二実施形態において第３生成部は、光スプリッタ４０に対応し、第三実施形態において第３生成部は、半波長板６０、１／４波長板７０、偏光スプリッタ４２、半波長板６１に対応し、第四実施形態において第３生成部は、１／４波長板７０、複屈折部材５１、半波長板６１に対応する。また、第二実施形態において第４生成部は、半波長板６０、光スプリッタ４０に対応し、第三実施形態において第４生成部は、半波長板６０、１／４波長板７０、偏光スプリッタ４２、半波長板６１に対応し、第四実施形態において第４生成部は、半波長板６２、１／４波長板７０、複屈折部材５１、半波長板６１に対応する。さらに、第二実施形態及び第三実施形態において合波部は複屈折部材５０に対応し、第四実施形態において合波部は複屈折部材５２に対応する。
【００３７】
また、偏光干渉型の場合、第３生成部は、第７光ビームを生成するために、第３光ビーム及び第４光ビームの少なくとも一方の偏波面を回転させることで２つの光ビームの偏波面を直交させた後に合波し、第４生成部は、第８光ビームを生成するために、第５光ビーム及び第６光ビームの少なくとも一方の偏波面を回転させることで２つの光ビームの偏波面を直交させた後に合波する。これは、第三実施形態においては、半波長板６１及び偏光スプリッタ４２による処理に相当し、第四実施形態においては、半波長板６１及び複屈折部材５１による処理に相当する。なお、偏光スプリッタと複屈折部材は、共に、直交する２つの偏波への分離と、直交する２つの偏波の合波に使用でき、よって、上記実施形態における偏光スプリッタと複屈折部材は互いに置換可能である。さらに、上記実施形態は偏光を変調できるため、第１生成部と第２生成部はそれぞれ光ビームを２等分できればよく、よって、直線偏波と円偏波を互いに変換する１／４波長板７０は、垂直偏波または水平偏波と斜め４５度偏波を互いに変換する半波長板に置換可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１：平行分波器、２：空間位相調整器、３：平行合波器、４：平行合分波器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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