(57)【要約】【課題】矩形断面の電気光学結晶を有する縦電界型の偏光回転素子において、簡素な構造で高電圧を印加した際に電気光学結晶の断面内における電界分布の均一性を向上させることができる偏光回転素子を提供する。【解決手段】大型光学結晶１の光軸方向に垂直な２面を除く側面に、Ａ電極２及びＢ電極３を形成する。Ａ電極２及びＢ電極３は、大型光学結晶１の周囲を巻回するように、各側面においてその面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるように形成する。Ａ電極２及びＢ電極３の縁部の一方は直線状、他方は曲線又は直線により電極幅が滑らかに変化するような山形の形状とし、Ａ電極２とＢ電極３との間には一定の間隔を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対して矩形の断面形状を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の前記入射光の光軸に平行な４面上に前記入射光の光軸を中心として前記電気光学結晶の周囲を巻回するように形成された１対の電極対と、を有し、前記４面のうち少なくとも１対の対向する面上における各電極の形状は、その面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるような形状を有することを特徴とする偏光回転素子。
【請求項２】
前記電気光学結晶は、ＫＤ＊Ｐ結晶であることを特徴とする請求項１に記載の偏光回転素子。
【請求項３】
前記電気光学結晶は、前記入射光の光軸に平行な縦電界が印加されることにより、電気光学効果を示すことを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光回転素子。
【請求項４】
前記電気光学効果は、ポッケルス効果であることを特徴とする請求項３に記載の偏光回転素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光回転素子に関し、特に、矩形断面を有する縦電界型の偏光回転素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビーム断面の形状が矩形のレーザ光を出射するレーザ装置について、その大口径化・高出力化が進められている。このようなレーザ装置は、例えば高出力パルスレーザ装置等として利用される。これらの用途においては、レーザ装置の大口径化に伴い、大口径の矩形ビームに対応した大型の偏光回転素子も必要となってきている。
【０００３】
従来、ポッケルス効果のような電気光学効果を利用した縦電界型の偏光回転素子に対しては、一般にビーム断面が円形であるレーザ光が使用されていた。このため、偏光回転素子には円形断面を有する電気光学結晶が用いられていた。なお、本明細書において縦電界とは、偏光回転素子に印加される電界の方向が素子に入射するレーザ光の光軸と平行であることをいう。
【０００４】
図３は、従来の偏光回転素子を示す斜視図である。図３に示すように、円形断面の電気光学結晶７を有する偏光回転素子を矩形ビーム断面５の入射光に対応させるためには、電気光学結晶７の断面直径を少なくとも矩形ビーム断面５の対角線の長さ以上とする必要がある。また、結晶の切り出し方位の関係から、実際に母材となる結晶は更に大型のものが必要となる。
【０００５】
しかし、大型結晶には、その成長速度及びコスト等による制約のため、製作が困難であるという問題点があった。そこで、電気光学結晶の形状を矩形断面の四角柱とすることが考えられた。これにより、入射光ビームの形状に対して最小限の断面寸法で電気光学結晶を成長させることができるため、電気光学結晶を小型化しその製作期間を短縮することができる。
【０００６】
一方、縦電界型の電気光学結晶を利用する光学装置の例として、例えば特許文献１には光軸方向に電極層が積層されている光学装置が開示されている。また、図３に示すように、電気光学結晶７の周囲を巻回するように電気光学結晶７の側面上に電極対８が形成されている場合もある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１８１５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、矩形断面の電気光学結晶を有する偏光回転素子に対して図３に示すような電極対を設ける場合、以下に示すような問題点があった。図３に示す円形断面の電気光学結晶７においては、１対の電極対８を光軸方向４の方向に並べて形成することにより、偏光回転素子に高電圧を印加した際に電気光学結晶７の内部に縦電界（電界方向６）が発生する。ここで、電極対８の各電極の幅を一定にすることにより、電気光学結晶７の円形断面内の電界分布は良好な均一性が得られる。また、特許文献１等の電極層を積層するタイプに比べて構造が簡素化する等の利点を有している。しかしながら、このような結晶の周囲に巻回するタイプの電極を矩形断面の電気光学結晶に適用した場合、円形断面の場合と同様に一定幅の帯状電極対を形成すると、高電圧を印加した際の矩形断面内の電界分布が均一とならないという問題点があった。このため、電気光学結晶の断面内において矩形ビームの入射光に対する出射光の偏光回転特性が不均一となっていた。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、矩形断面の電気光学結晶を有する縦電界型の偏光回転素子において、簡素な構造で高電圧を印加した際に入射光の光軸に垂直な断面内における電界分布の均一性を向上させることができる偏光回転素子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】
【００１０】
本発明に係る偏光回転素子は、入射光に対して矩形の断面形状を有する電気光学結晶と、前記電気光学結晶の前記入射光の光軸に平行な４面上に前記入射光の光軸を中心として前記電気光学結晶の周囲を巻回するように形成された１対の電極対と、を有し、前記４面のうち少なくとも１対の対向する面上における各電極の形状は、その面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるような形状を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、電気光学結晶の入射光の光軸に平行な４面（側面）に形成される電極が、少なくとも１対の側面においてその面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるように形成されている。これにより、電極に高電圧を印加した際に電気光学結晶断面内の電界分布の均一性を向上させることができる。このため、本発明によれば、矩形ビームの入射光に対する出射光について良好な均一性の偏光回転特性が得られる。
【００１２】
この場合に、前記電気光学結晶は、ＫＤ＊Ｐ結晶であるように構成することができる。
【００１３】
また、前記電気光学結晶は、前記入射光の光軸に平行な縦電界が印加されることにより、電気光学効果を示すように構成することができる。この場合に、前記電気光学効果は、ポッケルス効果とすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、矩形断面の電気光学結晶を有する縦電界型の偏光回転素子において、簡素な構造で高電圧を印加した際に入射光の光軸に垂直な断面内における電界分布の均一性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本実施形態に係る偏光回転素子を光軸に垂直な方向から見た側面図であり、図２は、本実施形態に係る偏光回転素子を示す斜視図である。なお、以下において特に断りの無い限り、光軸は入射光の光軸をいい、断面は入射光の光軸に垂直な断面をいう。
【００１６】
図１に示すように、大型光学結晶１が設けられている。大型光学結晶１は四角柱の形状を有しており、図示しないレーザ装置の内部でレーザ光が大型光学結晶１に垂直に入射するように配置されている。大型光学結晶１としては、電気光学効果を利用する結晶、例えばポッケルス効果を利用するＫＤ＊Ｐ（ＫＤ２ＰＯ４）結晶が用いられる。
【００１７】
大型光学結晶１の光軸方向４に垂直な２面を除く側面には、Ａ電極２及びＢ電極３が設けられている。Ａ電極２及びＢ電極３の材質は限定されないが、例えばＡｕ等の金属が用いられ、大型光学結晶１上に蒸着及び圧着等の手法により形成されている。Ａ電極２は大型光学結晶１の周囲を巻回するように設けられており、各側面においてその面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるように形成されている。Ａ電極２の縁部の一方は直線状であり、他方は曲線及び直線により電極幅が滑らかに変化するような山形の形状をなしている。電極幅の寸法は、大型光学結晶１の寸法及び印加される電圧等の条件に基づいて定められる。また、Ｂ電極３は、大型光学結晶１内の光軸に垂直なある断面に対してＡ電極２と対称となるように形成されており、Ａ電極２とＢ電極３との間には一定の間隔が設けられている。なお、Ａ電極２及びＢ電極３の膜厚は各部において夫々一定である。
【００１８】
次に、上述の如く構成された本実施形態の偏光回転素子の動作について説明する。図２に示すように、Ａ電極２及びＢ電極３に高電圧を印加すると、大型光学結晶１の断面において光軸に平行（電界方向６）に縦電界が発生する。この状態で、大型光学結晶１に対して光軸方向４の方向に直線偏光のレーザ光を入射させると、大型光学結晶１を通過するレーザ光はポッケルス効果による複屈折性のため楕円偏光に変化する。この性質を利用して、条件により例えば偏光方向を９０度回転させることが可能である。ポッケルス効果は電界の強さに比例して屈折率が変化する性質を有しているため、偏光回転素子に印加する電圧により入射光の偏光回転を制御することができる。
【００１９】
本実施形態の偏光回転素子では、大型光学結晶１の周囲に巻回されるＡ電極２及びＢ電極３が、各側面においてその面の端部側の電極幅が小さくその面の中央部の電極幅が大きくなるように形成されている。これにより、大型光学結晶１の断面内の各部における電界分布について良好な均一性が得られる。そのため、本実施形態では大型光学結晶１の断面の大きさに近い大型の矩形ビーム断面５のレーザ光が入射した場合でも、出射光について良好な均一性の偏光回転特性を得ることができる。また、本実施形態の偏光回転素子では例えば電気光学結晶と透明電極とを光軸方向に複数層積層して形成する必要がなく、電極を電気光学結晶の側面に形成するため簡素な構造とすることができる。
【００２０】
なお、上述した本実施形態について、図１に示すような偏光回転素子を試作した。大型光学結晶１として１２５ｍｍ角の立方体状のＫＤ＊Ｐ結晶を使用した。大型光学結晶１の各側面におけるＡ電極２及びＢ電極３の寸法については、電圧等の条件に基づき電界強度分布のシミュレーションを行うことにより決定した。この試作品に対して大型光学結晶１の断面寸法に略等しい矩形ビームを入射した結果、断面内各部において良好な均一性の電界分布となるため、出射されたビームはビーム断面の縁部まで良好な均一性の偏光回転特性が得られた。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態によれば、矩形断面を有する縦電界型の偏光回転素子において、簡素な構造で高電圧を印加した際に光軸に垂直な断面内の電界分布の均一性を向上させることができる。
【００２２】
なお、上述の本実施形態では、ポッケルス効果を利用した偏光回転素子により入射光の偏光回転を制御することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、電気光学カー効果等電界の強さとの関係による他の電気光学効果を利用した素子に対しても本発明を適用することが可能である。
【００２３】
また、上述の本実施形態では、大型光学結晶１としてＫＤ＊Ｐ結晶を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＢＢＯ結晶等ポッケルス効果又は上述の他の電気光学効果を得られる他の電気光学結晶を使用することとしてもよい。
【００２４】
更に、上述の本実施形態では、Ａ電極２及びＢ電極３は大型光学結晶１のある断面に対して対象であるように形成することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、大型光学結晶１の寸法及び所望の電界分布の均一性等の条件により、必ずしも全ての側面の電極幅を変化させる必要はなく、対向する１対の側面のみについて電極幅を変化させることとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、例えば高出力パルスレーザ装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る偏光回転素子を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る偏光回転素子を示す斜視図である。
【図３】従来の偏光回転素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１；大型光学結晶
２；Ａ電極
３；Ｂ電極
４；光軸方向
５；矩形ビーム断面
６；電界方向
７；電気光学結晶
８；電極対
【図１】
2008242098.tif 000003
【図２】
2008242098.tif 000004
【図３】
2008242098.tif 000005