(57)【要約】【課題】レーザ光束合波装置において、自身に回転位置ずれが生じてもレーザ光束の合波精度の低下を少なく抑える。【解決手段】第１のレーザ光束Ｌ２を、λ／４板２０に対して略平行に、かつ、キューブ偏光ビームスプリッタ１０の偏光面１１とλ／４板２０とが接近する側から偏光面１１に入射させて前記偏光面を通過させる。第２のレーザ光束Ｌ２を、λ／４板２０に対して略垂直な方向から入射させて偏光面１１とλ／４板２０とをこの順に通して反射板３０の反射面３１で反射させ、この反射面３１で反射された第２のレーザ光束Ｌ２を再びλ／４板２０を通して偏光面１１で反射させて上記第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とを合波させ偏光ビームスプリッタ１０から射出させる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光面を有する偏光ビームスプリッタと、前記偏光面に対して傾けて配置されたλ／４板と、反射面を有し該反射面が前記λ／４板に対して略平行に配置された反射板とをこの順に備え、
第１のレーザ光束が、前記λ／４板に対して略平行に、かつ、前記偏光面と前記λ／４板とが接近する側から前記偏光面に入射されて該偏光面を通過し、
第２のレーザ光束が、前記λ／４板に対して略垂直な方向から入射され、前記偏光面と前記λ／４板とをこの順に通過して前記反射面で反射され、再び前記λ／４板を通過して前記偏光面で反射されて前記偏光面を通過した第１のレーザ光束と合波され、該合波された第１のレーザ光束と第２のレーザ光束とが前記偏光ビームスプリッタから射出されるように構成したことを特徴とするレーザ光束合波装置。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッタがキューブ偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１記載のレーザ光束合波装置。
【請求項３】
前記λ／４板が前記偏光ビームスプリッタの表面に接合されており、前記反射板が前記λ／４板の表面に形成された反射膜であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ光束合波装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光面を用いてレーザ光束を合波するレーザ光束合波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数のレーザ光束を合波する手法は種々知られている。例えば、偏光ビームスプリッタを用いたレーザ光束合波装置としては、図５に示すように、ＸＹ座標上のＸ軸と平行に伝播されるＰ偏光（図中＜Ｐ＞で示す）の第１のレーザ光束Ｌ５１を、キューブ偏光ビームスプリッタ５０の面Ｃ５１から入射させて偏光面５１を通過させ、他方、Ｙ軸に平行に伝播されるＰ偏光の第２のレーザ光束Ｌ５２を１／２λ板６０に入射させ、この１／２λ板６０を通して偏光面を９０°回転させてＳ偏光（図中＜Ｓ＞で示す）とした後、このＳ偏光となった第２のレーザ光束Ｌ５２をキューブ偏光ビームスプリッタの面Ｃ５２を通して偏光面５１で反射させてこの第２のレーザ光束Ｌ５２と上記第１のレーザ光束Ｌ５１とを合波させ、合波された第１のレーザ光束Ｌ５１と第２のレーザ光束Ｌ５２とをキューブ偏光ビームスプリッタの面Ｃ５３から射出させてＸ軸に平行な光路に導くレーザ光束合波装置等が一般に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭６０−５３８５７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなレーザ光束合波装置においては、振動や経時変化等によってレーザ光束合波装置に回転方向の位置ずれが生じたときに、上記偏光面で反射されたレーザ光束が伝播される方向が、この偏光面を透過するレーザ光束が伝播される方向とずれてしまい合波ができなくなってしまうという問題がある。
【０００５】
すなわち、図６に示すように、レーザ光束合波装置がＸＹ座標面と直交するＺ軸の回りに角度θ回転すると、Ｘ、Ｙ座標上のＸ軸と平行に伝播される第１のレーザ光束Ｌ５１は、Ｘ軸と平行に伝播されＹ軸に対して角度θ傾くキューブ偏光ビームスプリッタ５０の面Ｃ５１へ入射し、キューブ偏光ビームスプリッタ５０内の偏光面５１を通過して面Ｃ５３から射出される。ここで、第１のレーザ光束Ｌ５１が伝播される方向は、キューブ偏光ビームスプリッタ５０に入射する前と、キューブ偏光ビームスプリッタ５０から射出された後とで変化しない。他方、第２のレーザ光束Ｌ５２は、１／２λ板６０、およびキューブ偏光ビームスプリッタの面Ｃ５２を通って偏光面５１で反射されて上記第１のレーザ光束Ｌ５１とは異なる方向に伝播され、偏光面５１を通過した第１のレーザ光束Ｌ５１と偏光面５１で反射された第２のレーザ光束Ｌ５２とは合波されることなく面Ｃ５３から射出される。ここで、第１のレーザ光束Ｌ５１が伝播され方向と第２のレーザ光束Ｌ５２が伝播され方向とが成す角度は２θとなる。なお、第１のレーザ光束Ｌ５１と第２のレーザ光束Ｌ５２の偏光方向は上記レーザ光束合波装置に回転位置ずれが生じていない場合と同様である。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、自身に回転位置ずれが生じてもレーザ光束の合波精度の低下を少なく抑えることができるレーザ光束合波装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ光束合波装置は、偏光面を有する偏光ビームスプリッタと、偏光面に対して傾けて配置されたλ／４板と、反射面を有しこの反射面が前記λ／４板に対して略平行に配置された反射板とをこの順に備え、第１のレーザ光束が、λ／４板に対して略平行に、かつ、偏光面とλ／４板とが接近する側からこの偏光面に入射されて該偏光面を通過し、第２のレーザ光束が、λ／４板に対して略垂直な方向から入射され、偏光面とλ／４板とをこの順に通過して反射面で反射され、再び前記λ／４板を通過して偏光面で反射されて前記偏光面を通過した第１のレーザ光束と合波され、この合波された第１のレーザ光束と第２のレーザ光束とが偏光ビームスプリッタから射出されるように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
前記偏光ビームスプリッタは、キューブ偏光ビームスプリッタとすることができる。
【０００９】
前記λ／４板は偏光ビームスプリッタの表面に接合されているものとすることができ、反射板はλ／４板の表面に形成された反射膜とすることができる。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のレーザ光束合波装置は、第１のレーザ光束が、λ／４板に対して略平行に、かつ、偏光面とλ／４板とが接近する側からこの偏光面に入射されて該偏光面を通過し、第２のレーザ光束が、λ／４板に対して略垂直な方向から入射され、偏光面とλ／４板とをこの順に通過して反射面で反射され、再びλ／４板を通過して偏光面で反射されて上記偏光面を通過した第１のレーザ光束と合波され、この合波された第１のレーザ光束と第２のレーザ光束とが偏光ビームスプリッタから射出されるように構成したので、第２のレーザ光束を２回反射させて第１のレーザ光束とを合波させることができ、このレーザ光束合波装置に回転位置ずれが生じたときに、第２のレーザ光束の上記反射面における１回目の反射で生じた伝播方向のずれを上記偏光面における２回目の反射で第１のレーザ光束と合波される方向に戻すことができ、これにより、レーザ光束合波装置に回転位置ずれが生じても、レーザ光束の合波精度の低下を少なく抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるレーザ光束合波装置の概略構成を示す図、図２はレーザ光束合波装置に回転位置誤差が生じた場合のレーザ光束の光路を示す図、図３はレーザ光の戻り光を少なくしたレーザ光束合波装置の概略構成を示す図、図４は平板上に偏光面を形成した偏光ビームスプリッタを採用したレーザ光束合波装置の概略構成を示す図である。
【００１２】
本発明の実施の形態によるレーザ光束合波装置１００は、偏光面１１を有する正方形形状のキューブ偏光ビームスプリッタ１０と、偏光面１１に対して傾けて配置されたλ／４板２０と、反射面３１を有しこの反射面３１がλ／４板２０に対して略平行に配置された反射板３０とをこの順に備えている。λ／４板２０はキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ４に接合され、反射面３１はλ／４板２０の表面にコーティングを施すことによって形成されており、このλ／４板２０の表面に形成されたコーティング膜が反射板３０となっている。
【００１３】
このレーザ光束合波装置１００は、第１のレーザ光束Ｌ１を、λ／４板２０に対して略平行に、かつ、偏光面１１とλ／４板２０とが接近する側から偏光面１１に入射させて偏光面１１を通過させ、これとともに、第２のレーザ光束Ｌ２を、λ／４板２０に対して略垂直な方向から入射させ偏光面１１とλ／４板２０とをこの順に通して反射面３１で反射させ、この反射面３１で反射された第２のレーザ光束を再びλ／４板２０を通して偏光面１１で反射させ、第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とを合波させてキューブ偏光ビームスプリッタ１０から射出させるように構成されている。
【００１４】
次に上記実施の形態における作用について説明する。
【００１５】
レーザ光源Ｗ１から射出されＸ軸（図中矢印Ｘで示す）と平行に伝播されるＰ偏光（図中＜Ｐ＞で示す）の第１のレーザ光束Ｌ１は、λ／４板２０に対して略平行に、かつ、偏光面１１とλ／４板２０とが接近する側であるキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ１に垂直入射し、偏光面１１を通過してＰ偏光のままキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ３からこの面Ｃ３に対して垂直に射出される。
【００１６】
レーザ光源Ｗ２から射出され上記Ｘ軸と直交するＹ軸と平行に伝播されるＰ偏光の第２のレーザ光束Ｌ２は、λ／４板２０に対して略垂直な方向からキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ２に入射し、偏光面１１、キューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ４、およびλ／４板２０を通って反射面３１で反射され、再びλ／４板２０を通ってＳ偏光（図中＜Ｓ＞で示す）となり（すなわち、λ／４板２０を２回通ってＳ偏光となり）、偏光面１１で反射されてキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ３からこの面Ｃ３に対して垂直に射出される。
【００１７】
上記のことにより、第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とが合波されてキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ３から射出される。
【００１８】
次に、レーザ光束合波装置１００が、紙面に垂直な上記Ｘ軸およびＹ軸と直交するＺ軸の回りに角度θ傾いた場合について説明する。図２はレーザ光束合波装置１００がＺ軸の回りに角度θ傾いた場合のレーザ光束の光路を示す図である。
【００１９】
レーザ光源Ｗ１から射出されＸ軸と平行に伝播される第１のレーザ光束Ｌ１は、Ｙ軸に対して角度θ傾いた面Ｃ１からキューブ偏光ビームスプリッタ１０に入射し偏光面１１を通過して光路Ｒ１を伝播する。
【００２０】
レーザ光源Ｗ２から射出されＹ軸と平行に伝播される第２のレーザ光束Ｌ２は、Ｘ軸に対して角度θ傾いた面Ｃ２からキューブ偏光ビームスプリッタ１０に入射し、偏光面１１を通過し、面Ｃ４およびλ／４板２０を通って、Ｘ軸に対して角度θ傾いた反射面３１で反射され、この反射面３１で反射された第２のレーザ光束Ｌ２は、再びλ／４板２０、および面Ｃ４を通ってキューブ偏光ビームスプリッタ１０に入射し、偏光面１１で反射されて光路Ｒ２を伝播する。
【００２１】
ここで、上記第１のレーザ光束Ｌ１の光路Ｒ２と第２のレーザ光束Ｌ２の光路Ｒ２とは平行になるので、第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とが合波されてキューブ偏光ビームスプリッタ１０の面Ｃ３から射出され、第１のレーザ光束Ｌ１の光路Ｒ１と第２のレーザ光束Ｌ２の光路Ｒ２とは間隔Ｄをおいた平行な光路となる。なお、偏光の方向については上記レーザ光束合波装置１００がＺ軸の回りに回転していない場合と同様なので説明は省略する。
【００２２】
また、上記合波は、従来より知られている光の屈折と反射の法則にしたがって成されるものであり、第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とが合波されることは容易に導くことができるので詳しい説明は省略する。
【００２３】
上記のことにより、レーザ光束合波装置１００がＺ軸の回りに回転しても、このレーザ光束合波装置１００から射出される第１のレーザ光束Ｌ１と第２のレーザ光束Ｌ２とは合波され、Ｘ軸に対して平行な光路、すなわち、レーザ光束合波装置１００がＺ軸の回りに回転していない場合に合波されたレーザ光束の光路と平行な光路を伝播する。ここで、第１のレーザ光束Ｌ１の光路Ｒ１と第２のレーザ光束Ｌ２の光路Ｒ２とは、上記レーザ光束合波装置１００がＺ軸の回りに回転していない場合に合波されたレーザ光束の光路が平行移動されたところに位置するが、この光路のずれは、多くの場合実質的に問題がない。したがって、レーザ光束合波装置１００に回転位置ずれが生じた場合のレーザ光束の合波精度の低下が少なく抑えられる。
【００２４】
また、偏光面は必ずしも上記のように正方形のビームスプリッタ内に配置する場合に限らず、入射されるレーザ光の戻り光がレーザ光源に戻らないように、レーザ光束の入射面をレーザ光束の伝播方向に対して傾くように偏光ビームスプリッタを構成するようにしてもよい。上記のように構成した偏光ビームスプリッタを採用したレーザ光束合波装置の例を以下に示す。
【００２５】
図３に示すように上記のように構成した偏光ビームスプリッタを採用したレーザ光束合波装置１０１は、偏光ビームスプリッタ１５が、この偏光ビームスプリッタ１５の偏光面１６に対して３２°傾いた面Ｃ１１、偏光面１６に対して３２°傾いた面Ｃ１２、偏光面１６に対して４３°傾いた面Ｃ１３、偏光面１６に対して４５°傾いた面Ｃ１４を有し、面Ｃ１４にλ／４板２５が接合され、λ／４板２０の表面には反射面３１を有するコーティング膜３５が形成されて構成されたものである。ここで、偏光ビームスプリッタ１５を構成するプリズム部分はガラス製であり、材質：ＢＳＣ７、屈折率：波長６５６．３ｎｍにおいてｎ＝１．５１４３２である。
【００２６】
第２のレーザ光束Ｌ１２は、偏光ビームスプリッタ１５の面Ｃ１２に対して入射角１９．９２°で入射され偏光面１６、面Ｃ１４、およびλ／４板２５を通って反射面３１で反射され、再びλ／４板２０、面Ｃ１４を通って偏光面１６で反射される。
【００２７】
第１のレーザ光束Ｌ１１は、偏光ビームスプリッタ１５の面Ｃ１１に対して斜めに入射し、偏光面１６を通って、上記偏光面１６で反射された第２のレーザ光束Ｌ１２と合波されて面Ｃ１３から射出角３．０３°で射出される。なお、図中ｈ１は面Ｃ１１の法線を、ｈ２は面Ｃ１２の法線を、ｈ３は面Ｃ１３の法線をそれぞれ示している。
【００２８】
ここで、第１のレーザ光束Ｌ１１が面Ｃ１１に入射したときに面Ｃ１１で反射された光の光路がＲ３１となり、第２のレーザ光束Ｌ１２が面Ｃ１２に入射したときに面Ｃ１２で反射された光の光路はＲ３２となり、第１のレーザ光束Ｌ１１を射出するレーザ光源Ｗ１１への戻り光、および第２のレーザ光束Ｌ１２を射出するレーザ光源Ｗ１２への戻り光の光量が低減される。
【００２９】
さらに、例えば、面Ｃ１１、および面Ｃ１２にコーティングを施さないようにして、レーザ光束Ｌ１１、Ｌ１２で反射した光をそれぞれフォトダイオードＰ１１、Ｐ１２で受光してレーザ光源Ｗ１１、１２のパワーコントロールを行なうようにすることもできる。
【００３０】
また、偏光面は必ずしも上記のようにプリズム中に配置する場合に限らず、図４に示すレーザ光束合波装置１０２のように、透明平板４１上に偏光面４２を形成したビームスプリッタ４３を採用するようにし、さらに、このビームスプリッタ４３、λ／４板４４、および反射板４５をそれぞれ分離して配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるレーザ光束合波装置の概略構成を示す図
【図２】レーザ光束合波装置に回転位置誤差が生じた場合のレーザ光束の光路を示す図
【図３】レーザ光の戻り光を少なくしたレーザ光束合波装置を示す図
【図４】平板上に偏光面を形成した偏光ビームスプリッタを採用したレーザ光束合波装置を示す図
【図５】従来のレーザ光束合波装置を示す図
【図６】従来のレーザ光束合波装置に回転位置誤差が生じた場合のレーザ光束の光路を示す図
【符号の説明】
１０    キューブ偏光ビームスプリッタ
１１    偏光面
２０    λ／４板
３１    反射面
３０    反射板
１００    レーザ光束合波装置
【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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