(57)【要約】【課題】より簡単な構成で、位置精度及び平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができ、分岐された出射光の出射位置を任意に設定できる光波分割プリズム等を提供する。【解決手段】入力された平行光束は、ハーフミラー２２により互いにハーフミラー２２に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。ハーフミラー２２で反射された光束は、全反射ミラー２４3によって反射されることにより、ハーフミラー２２を透過した他方の光束と平行とされ、出射端面１６から出射される。一方、ハーフミラー２２を透過した光束は、全反射ミラー２４1、２４2、２４5、２４6によって順次反射され、出射端面１６から入射光と同軸で出射される。この光波分割プリズム１０では、ハーフミラー２２及び全反射ミラー２４1、２４2、２４5、２４6が、入射端面に対し４５°の角度で精度よく配置されているので、２つのブロックからなる簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な２本の光波に分割し、分割された光波を所望の出射位置から出射させることができる。【選択図】図１
2004212979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面には互いに法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、
前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、
法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、
を備え、
前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に分岐して前記出射端面から出射させることを特徴とする光波分割プリズム。
【請求項２】
法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と同じ接合面に、反射光学素子が更に介在する請求項１記載の光波分割プリズム。
【請求項３】
前記複数の分岐出力光は、前記透明媒質内における光路長が等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の光波分割プリズム。
【請求項４】
前記複数の分岐出力光は、前記透明媒質内においてそれぞれ所定の光路長差を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光波分割プリズム。
【請求項５】
内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が積層されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記光波分岐光学素子が介在する接合面と該接合面と４５°の角度をなす第１の界面とを有する第１のブロックと、
内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が積層されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面と該接合面と４５°の角度をなす第２の界面とを有する第２のブロックと、
を備え、前記第１の界面と前記第２の界面とを接合して構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項６】
前記第１のブロックが、前記第１の界面と平行な面を前記第１の界面と対向する面に備えるとともに、前記第２のブロックが、前記第２の界面と平行な面を前記第２の界面と対向する面に備えることを特徴とする請求項５記載の光波分割プリズム。
【請求項７】
前記第１のブロックと前記第２のブロックとからなる組を複数有し、組同士が接合されていることを特徴とする請求項５又は６記載の光波分割プリズム。
【請求項８】
前記複数の組の各々の組の中では、前記第１のブロックが、前記第１の界面と平行な面を前記第１の界面と対向する面に備えるとともに、前記第２のブロックが、前記第２の界面と平行な面を前記第２の界面と対向する面に備え、
前記複数の組の互いに接合される組の間では、一方の組の前記第１の界面と対向する面と、他方の組の前記第２の界面と対向する面とを接合してなることを特徴とする請求項７記載の光波分割プリズム。
【請求項９】
互いに接合される前記複数の組のうち、直進光の伝播方向下流側に位置する組中の前記接合面の方向が、上流側に位置する組中の前記接合面を、前記上流側の組と下流側の組との接合面に垂直な方向を軸として９０°回転させた面に平行となるように構成されたことを特徴とする請求項８記載の光波分割プリズム。
【請求項１０】
前記入射端面から入射する入射光の光軸と、前記出射端面から出射する複数の分岐出力光のうちの１つの分岐出力光の光軸と、が同軸であることを特徴とする請求項１記載の光波分割プリズム。
【請求項１１】
前記分岐光学素子が、ハーフミラーであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項１２】
前記分岐光学素子が、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乃至１０のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項１３】
前記反射光学素子が、全反射ミラーであることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項１４】
前記反射光学素子が、入射する直進光の一部を透過させることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項１５】
前記透明媒質は、前記透明媒質と空気との界面における全反射を生じる面を有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項記載の光波分割プリズム。
【請求項１６】
相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面に法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光の一方を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、を備え、  前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に変換して前記出射端面から出射させる光波分割プリズムを製造する光波分割プリズムの製造方法であって、
平板状の透明媒質の表面の所定位置に、少なくとも１つの前記光波分岐光学素子を形成する光波分岐光学素子形成工程と、
平板状の透明媒質の表面の所定位置に、少なくとも１つの前記反射光学素子を形成する反射光学素子形成工程と、
少なくとも前記光波分岐光学素子が形成された第１の透明媒質の前記光波分岐光学素子が形成された側の主面と第２の透明媒質の主面とが接合されるように、第１の透明媒質及び第２の透明媒質を含む複数の透明媒質を積層して、前記光波分岐光学素子が介在する接合面を含む第１積層体を形成する第１積層体形成工程と、
少なくとも前記反射光学素子が形成された第３の透明媒質の前記反射光学素子が形成された側の主面と第４の透明媒質の主面とが接合されるように、第３の透明媒質及び第４の透明媒質を含む複数の透明媒質を積層して、前記反射光学素子が介在する接合面を含む第２積層体を形成する第２積層体形成工程と、
前記第１の透明媒質の主面に対し４５度の角度を為す第１の切断面が形成されるように、前記第１積層体から第１ブロックを切り出す第１ブロック切り出し工程と、
前記第２の透明媒質の主面に対し４５度の角度を為す第２の切断面が形成されるように、前記第２積層体から第２ブロックを切り出す第２ブロック切り出し工程と、
前記第１ブロックの第１の切断面と前記第２ブロックの第２の切断面とを接合するブロック接合工程と、
を含む光波分割プリズムの製造方法。
【請求項１７】
前記第１ブロック切り出し工程において、前記第１のブロックは更に前記第１の切断面と平行な切断面が形成されるように切り出されることを特徴とする請求項１６記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項１８】
前記第２ブロック切り出し工程において、前記第２のブロックは更に前記第２の切断面と平行な切断面が形成されるように切り出されることを特徴とする請求項１６記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項１９】
前記第１ブロック切り出し工程において、前記分岐面と平行な前記第１の透明媒質あるいは前記第２の透明媒質の主面の一部を切除しないように切り出すことを特徴とする請求項１７記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項２０】
前記第２ブロック切り出し工程において、前記反射面と平行な前記第３の透明媒質あるいは前記第４の透明媒質の主面の一部を切除しないように切り出すことを特徴とする請求項１７記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項２１】
前記第１ブロック及び前記第２のブロックをそれぞれ複数形成するとともに、前記ブロック接合工程は、複数の前記第１および第２ブロックを、その切断面同士で接合することを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項２２】
前記ブロック接合工程は、前記第２のブロックよりも直進光の進行方向の下流側で接合される第1のブロック中の第１の透明媒質の主面が、前記第２のブロックの第３の透明媒質の主面を該接合面に垂直な方向を軸として９０°回転した面に平行となるよう接合することを特徴とする請求項２１記載の光波分割プリズムの製造方法。
【請求項２３】
制御光パルスの照射時に照射部分にのみオン状態の領域が形成され、入射する信号光パルスを前記オン状態の領域で透過又は反射させて前記信号光パルスの光路を空間的に切替える光スイッチと、
等しい光路長の複数の平行光波を信号光パルスとして前記光スイッチに照射する信号光照射手段と、
所定の光路長差を有する複数の平行光波を制御光パルスとして前記光スイッチに照射する制御光照射手段と、
を含む光−光スイッチ装置であって、
前記信号光照射手段及び前記制御光照射手段の少なくとも一方が、
相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面には互いに法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、を備え、前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に分岐して前記出射端面から出射させる光波分割プリズムを含んで構成された光−光スイッチ装置。
【請求項２４】
制御光パルスの照射時に照射部分にのみオン状態の領域が形成され、入射する信号光パルスを前記オン状態の領域で透過又は反射させて前記信号光パルスの光路を空間的に切替える光スイッチと、
等しい光路長の複数の平行光波を信号光パルスとして前記光スイッチに照射する信号光照射手段と、
所定の光路長差を有する複数の平行光波を制御光パルスとして前記光スイッチに照射する制御光照射手段と、
を含む光−光スイッチ装置であって、
前記信号光照射手段及び前記制御光照射手段の少なくとも一方が、
相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面には互いに法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、を備え、前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に分岐して前記出射端面から出射させる光波分割プリズムを含んで構成された光−光スイッチ装置。
【請求項２５】
前記所定の光路長差が、信号光のパルスのパルス間隔に等しい請求項２３又は２４記載の光−光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波分割プリズム、光波分割プリズムの製造方法、及び光−光スイッチ装置に係り、特に、時分割多重信号における特定時間成分を取り出すＤＥＭＵＸ（Demultiplexer）装置に適用可能な光−光スイッチ装置と、この光−光スイッチ装置の光学部品として好適な光波分割プリズムと、該光波分割プリズムの製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット等の情報通信の普及により通信による情報量は増大しており、膨大な情報量を高速伝送できる大容量通信システムが求められている。高速伝送技術として、光通信システムは光の超短パルス性、伝送に用いる光ファイバの広帯域特性、長距離伝送を可能とする点から注目されており、特に時間多重方式の通信においては、光ファイバを伝送してくる多重化された信号光から特定時間間隔成分毎に分離して取り出すＤＥＭＵＸ装置が重要な役割を果たす。
【０００３】
現在実用化されている光通信システムにおいては、時間多重された信号光から特定時間間隔成分を抽出する光スイッチング素子として電気的な制御による光スイッチが用いられているが、将来より一層の大容量化が進展すると、例えば、増大する情報量に対応した単位としてテラビット／秒（Tbit/s）以上の超高速通信実現のためには、光パルスにより光学的に信号光をオン／オフする光スイッチが必要になる。このような光で制御する光スイッチとしては、非線形光学媒質の光照射に伴う吸収変化や屈折率変化を利用するものが主に研究されている。
【０００４】
特に、発明者らは、吸収変化型の二次元光スイッチによりテラビット／秒の超高速時分割多重信号光を一括して各信号に分割（脱多重）する素子を実現している（特許文献１参照）。このような一括変換型光スイッチは光でのみ制御可能な超高速光通信システム（テラビット／秒）と電気で制御可能な中速光通信システム（〜４０ギガビット／秒）を組み合わせた将来のシステムに必須の光スイッチとなる。また、非線形光学媒質の光照射に伴う誘導複屈折性を利用したカー効果型光スイッチを実現し、光スイッチングにおけるオン／オフ比を飛躍的に向上させた（特許文献２参照）。
【０００５】
更に、直交偏光に分けて光スイッチングを行うこと、及び光波分割素子やレンズアレイ等の光学部品を光の進行方向に直交する面で精密に工作して密着させて構成することで、偏光状態に拘らずに安定に動作する光スイッチを実現した（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５０３１号公報
【特許文献２】特願２０００−２４５７０２明細書
【特許文献３】特願２００１−３５０６１４明細書
【特許文献４】特開２００２−３２８００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の密着型光スイッチには、部品として使用される光波分割プリズムの構成が複雑であり、多点集光時に制御光と信号光の集光スポットでの空間的・時間的重なりを確保するのが困難であるという問題があった。
【０００７】
従来の光波分割プリズムの構成を図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示す。図１７（Ａ）に示す光波分割プリズムでは、入射端面７から光学素子４内に入力された平行光束の進行方向に角度調整用の全反射ミラー６Ｃが配置されており、入力された平行光束は、全反射ミラー６Ｃで反射され、ハーフミラー５により互いにハーフミラー５に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。分割された一方の光束の進行方向には、ハーフミラー５と平行に全反射ミラー６Ａが設けられており、該一方の光束はこの全反射ミラー６Ａに反射されることにより、他方の光束と平行にされる。
【０００８】
平行にされた各々の平行光束の進行方向には、ハーフミラー５により分割された後の互いの光路長が等しい位置に、平行にそれぞれ全反射ミラー６Ｂが配置されており、各平行光束は各々対応する全反射ミラー６Ｂにより反射された後、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面８から出射される。即ち、全反射ミラー６Ｂは、ハーフミラー５により分割された各平行光束の光路長を同一にすると共に、出射角度を調整する役目を担っている。出射された各光束は、ハーフミラー５で分かれてからそれぞれ全反射ミラー６Ｂに入射されるまでの光路長が等しいことから、進行方向に対する法線面で同時刻に伝播する。
【０００９】
また、図１７（Ｂ）のように３種類のハーフミラー５を用い、１つ目（１段目）のハーフミラー５Ａで２分割された各光束の進行方向にそれぞれ２段目のハーフミラー５Ｂを配置して、１段目で２分割された光束を２段目で更に２分割することにより４つの光束に分割することができる。
【００１０】
図示した通り、これらの光波分割プリズムは、接着される部品点数が多く、組み立て時に接着する面の数が多い。２分割プリズム及び４分割プリズムのいずれについても、最低３つの接着面がある。
【００１１】
また、接着される部品のほとんどは入射端面と出射端面とが平行又は垂直ではなく、接着する角度がずれると出射方向が変化してしまう。更に、接着時に接着面内での回転ずれがあると出射角度が変化し、接着位置がずれると出射位置がずれてしまう。この結果、分割された光波の平行度や位置精度を維持するのが困難であった。即ち、プリズムなど入射端面と出射端面とが平行又は垂直でない光学部品は、これを高精度で研磨することが容易ではなく、更にこれらの部品を多数接着すると、出射方向の精度を確保することが困難になる。
【００１２】
更に、図１７（Ａ）に示す２分割プリズムでは、分割された光波のいずれもが入射光と同軸ではなく、このプリズムをアライメントされた光学系の中に挿入することは不可能であった。
【００１３】
また、特許文献４のように、一方向に透光媒体を積層し、その接合面間に分岐光学素子や反射面を形成して、入射光を分岐して複数箇所から出射させるプリズムを構成し、このプリズム内部で所望の光路長を伝播する複数の分岐光を得ようとした場合には、出射端面上での各分岐光の出射位置が、出射端面と平行な一方向に、互いの光路長の差と同じ間隔でしか出射させることしかできない、という不具合があった。
【００１４】
こうした場合、分岐光学系として、出射位置を調整するために他の光学素子を別途光路中に挿入した場合には、温度によるプリズムと光学素子間の位置変動による出射位置の変動が発生し、分岐光学系として安定して利用することが困難であった。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、より簡単な構成で、位置精度及び平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができ、分岐された出射光の出射位置を任意に設定できる光波分割プリズムとその製造方法とを提供することにある。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、多点集光時に制御光と信号光の集光スポットでの空間的・時間的重なりを確保することができる光−光スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
（光波分割プリズム）
上記目的を達成するために、本発明の光波分割プリズムは、相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面には互いに法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、を備え、前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に分岐して前記出射端面から出射させることを特徴とする。なお、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と同じ接合面に、反射光学素子が更に介在するように構成してもよい。
【００１８】
本発明の光波分割プリズムは、相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合され、その接合面に光波分岐光学素子と反射光学素子とが介在する簡単な構成である。この簡単な構成により、入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に変換して出射端面から出射させる。
【００１９】
複数の透明媒質を組み合わせて接合し、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面を精度良く形成することは比較的容易であり、本発明の光波分割プリズムによれば、出射位置精度及び平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができる。
【００２０】
また、前記複数の接合面には、法線方向が直交する接合面が含まれている。反射光学素子を、法線方向が光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在させることで、この反射光学素子により、光波分岐光学素子で分岐した後の直進光の進行方向を、光波分岐光学素子が介在する接合面と平行な接合面に介在する反射光学素子の反射方向とは異なる方向に変更することができる。このため、出射端面において、複数の分岐光を、一方向だけではなく複数の方向に出射させることができる。また、光路長とは関係なく、複数の分岐光の出射位置及び出射間隔を設定することができる。
【００２１】
本発明の光波分割プリズムにおいては、前記複数の分岐出力光が、透明媒質内における光路長が等しくなるように構成するができる。また、前記複数の分岐出力光が、前記透明媒質内においてそれぞれ所定の光路長差を有するように構成することもできる。
【００２２】
従来の一方向に透明媒質の接合面を形成した光波分岐プリズムにおいては、分岐光の出射位置を異ならせるためには、その出射位置の間隔に相当する光路差を設ける必要があるため、プリズムの屈折率が温度変動した場合には、それぞれに分岐光に対する位相は、その光路長に応じて影響度合いが異なってしまっていた。しかしながら、本発明においては、プリズム内における各分岐光の光路長あるいは光路長差が一定となっているため、屈折率変化が各分岐光に等しく影響する結果、位相変動も等しくなり、各分岐光間の特性が安定する。なお、光路長差の調整は、透明媒質の厚み又は屈折率を調整することにより簡単に行うことができる。
【００２３】
また、本発明の光波分割プリズムは、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が積層されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記光波分岐光学素子が介在する接合面と該接合面と４５°の角度をなす第１の界面とを有する第１のブロックと、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が積層されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面と該接合面と４５°の角度をなす第２の界面とを有する第２のブロックと、を備え、前記第１の界面と前記第２の界面とを接合して構成されることが好ましい。
【００２４】
上記の第１及び第２のブロックから構成することにより、第１のブロックで分岐光学素子によって分岐された分岐光が、第２のブロックに入射する際、第１の界面と第２の界面との接合面が、分岐光の進行方向に対して垂直方向となるため、接合界面における分岐光の屈折を防止できる。
【００２５】
光波分岐光学素子と反射光学素子とは、分岐面あるいは反射面に入射する直進光に対して４５度傾けて配置されているが、入射端面に対し４５度の反射面を備えたブロックは精度良いものが製造しやすい。また、入射端面に対し４５度の反射面を備えた２つのブロックは、位置ずれや接着面内での回転ずれを生じることなく精度良く接着することができる。特に、ブロック間の接着面を１つとすることで、接着面内での回転ずれを生じ難くなる。これにより、出射位置精度及び平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができる。
【００２６】
また、上記の第１及び第２のブロックから構成された光波分割プリズムにおいては、前記第１のブロックが、前記第１の界面と平行な面を前記第１の界面と対向する面に備えるとともに、前記第２のブロックが、前記第２の界面と平行な面を前記第２の界面と対向する面に備えることがより好ましい。第１の界面とこれに平行な面を対向する側の面として有し、第２の界面とこれに平行な面を対向する側の面として有する光学ブロックは、界面、対向面、および接合面の相対的な面方向の関係が、他の場合に比べて正確な構成されるため、得られる光波分岐プリズムの精度が向上する。
【００２７】
また、本発明の光波分割プリズムは、第１のブロックと第２のブロックとからなる組を複数有し、組同士が接合された構成とすることができる。このように複数の光波分割プリズムを直列に組み合わせることにより、伝播方向上流側に位置する光波分割プリズムの出射端面から出射された複数の光波の各々が、伝播方向下流側に位置する次の光波分割プリズムの光波分岐光学素子によって分割される。このように非常に簡単な構成で、高い平行度で且つ時間遅延が正確に制御された複数の分岐光を得ることができる。
【００２８】
光波分割プリズムが複数の組からなる場合には、前記複数の組の各々の組の中では、前記第１のブロックが、前記第１の界面と平行な面を前記第１の界面と対向する面に備えるとともに、前記第２のブロックが、前記第２の界面と平行な面を前記第２の界面と対向する面に備え、前記複数の組の互いに接合される組の間では、一方の組の前記第１の界面と対向する面と、他方の組の前記第２の界面と対向する面とを接合してなることが好ましい。このように構成することにより、各組間を伝播する分岐光が、他の組に入射する際、その進行方向に対して垂直方向となるため、接合界面における分岐光の屈折を防止できる。
【００２９】
この場合、互いに接合される前記複数の組のうち、直進光の伝播方向下流側に位置する組中の前記接合面の方向が、上流側に位置する組中の前記接合面を、前記上流側の組と下流側の組との接合面に垂直な方向を軸として９０°回転させた面に平行となるように構成することがより好ましい。このように構成することで簡単に各組の分岐比の乗算分の分岐光を、２次元格子状に容易に出力させることができる。なお、用途に応じて、２次元格子の全ての桝目に分岐させる必要はなく、２次元桝目中の所望の位置から分岐光を出力させるようにすることも可能である。具体的には、簡単な手法としては出射端面上に適宜遮光体を配置する方法がある。
【００３０】
また、本発明では、入射端面から入射する入射光の光軸と、出射端面から出射する複数の分岐出力光のうちの１つの分岐出力光の光軸と、が同軸であることが好ましい。入射光と少なくとも１つの分岐出力光の光軸を同軸とすることで、アライメントされた光学系の中に少なくとも１つの光波をずらすことなく挿入することが可能となる。
【００３１】
本発明に用いる分岐光学素子としては、ハーフミラーあるいは偏光ビームスプリッタが好ましい。より具体的には、ガラス板等の基板に金属薄膜や誘電体多層膜を設け、入射された光波の一部を透過させると共に他の一部を反射させるようにしたミラー型のビームスプリッタを用いることができる。このようなミラー型のビームスプリッタとしては、透過光強度と反射光強度とが所定比となるようにしたハーフミラーや、磁気ベクトルの振動方向が互いに直交する光波を取り出す偏光ビームスプリッタが好適に使用される。また、上記の光波分岐機能を発揮する限り、回折格子やホログラフィック光学素子も用いることができる。
【００３２】
また、本発明の反射光学素子は、少なくとも入射光を９０°方向に反射させる作用が必要である。単に反射作用だけが必要とされる場合には全反射ミラーとすることが好ましい。あるいは、入射光の一部を反射し、一部を透過させる構成とすることも可能である。あるいは所定の偏向光は９０°に反射し、これと直交する偏向光を透過することも可能である。より具体的には、ハーフミラーや偏光ビームスプリッタを用いることができる。これらの多機能な反射光学素子は、例えば、金属薄膜や誘電体多層膜を用いることで形成できる。
【００３３】
また、本発明においては、前記透明媒質は、前記透明媒質と空気との界面における全反射を生じる面を有することが好ましい。光路を制御する上で必要な反射光学素子材料のコーティングは光学損失が大きく、偏光依存性があるが、例えばガラスと空気の界面にガラス側から臨界角を超えて入射することにより得られる全反射は、偏光依存性が無く損失も少ない。以上のことから、ガラスなどの透明媒質における空気との界面での全反射を利用して損失と偏光特性を抑制することができる。
【００３４】
（製造方法）
また、上記目的を達成するために、本発明の光波分割プリズムの製造方法は、相互に平行又は垂直な入射端面と出射端面とを備え、内部を進行する直進光の進行方向に対して４５°傾いた複数の接合面が形成されるように複数の透明媒質が組み合わされて接合されると共に、前記複数の接合面に法線方向が直交する接合面が含まれるように構成された光波分割プリズムであって、前記接合面に介在し、入射する直進光を透過及び９０°反射させて分岐する分岐面を有する光波分岐光学素子と、法線方向が前記光波分岐光学素子が介在する接合面の法線方向と直交する接合面に介在し、前記光波分岐光学素子により分岐された直進光の一方を９０°反射させる反射面を有する反射光学素子と、を備え、  前記入射端面から入射した直進光を複数の分岐出力光に変換して前記出射端面から出射させる光波分割プリズムを製造する光波分割プリズムの製造方法であって、
平板状の透明媒質の表面の所定位置に、少なくとも１つの前記光波分岐光学素子を形成する光波分岐光学素子形成工程と、平板状の透明媒質の表面の所定位置に、少なくとも１つの前記反射光学素子を形成する反射光学素子形成工程と、少なくとも前記光波分岐光学素子が形成された第１の透明媒質の前記光波分岐光学素子が形成された側の主面と第２の透明媒質の主面とが接合されるように、第１の透明媒質及び第２の透明媒質を含む複数の透明媒質を積層して、前記光波分岐光学素子が介在する接合面を含む第１積層体を形成する第１積層体形成工程と、少なくとも前記反射光学素子が形成された第３の透明媒質の前記反射光学素子が形成された側の主面と第４の透明媒質の主面とが接合されるように、第３の透明媒質及び第４の透明媒質を含む複数の透明媒質を積層して、前記反射光学素子が介在する接合面を含む第２積層体を形成する第２積層体形成工程と、前記第１の透明媒質の主面に対し４５度の角度を為す第１の切断面が形成されるように、前記第１積層体から第１ブロックを切り出す第１ブロック切り出し工程と、前記第２の透明媒質の主面に対し４５度の角度を為す第２の切断面が形成されるように、前記第２積層体から第２ブロックを切り出す第２ブロック切り出し工程と、前記第１ブロックの第１の切断面と前記第２ブロックの第２の切断面とを接合するブロック接合工程と、を含んで構成したことを特徴とする。
【００３５】
本発明の光波分割プリズムの製造方法では、積層体形成工程において、複数の平板状の透明媒質を積層して接合し積層体を形成するが、平板状の透明媒質は接着時に平行度を確認することが容易であり、その厚みも比較的容易に制御することができる。なお、光波分岐光学素子又は反射光学素子の位置を工夫し、積層する透明媒質の個数（部品点数）を減らすのが好ましい。
【００３６】
また、ブロック切り出し工程において、積層体から透明媒質の主面に対し４５度の角度でブロックを切り出すので、ブロックを精度良く切り出すことができる。なお、第１のブロックは更に第１の切断面と平行な切断面を有するように切り出されることが好ましく、第２のブロックは更に第２の切断面と平行な切断面を有するように切り出されることが好ましい。また、直方体ブロックを切り出すようにするのが更に好ましい。ブロック接合工程では、このように精度良く切り出した複数のブロックの切断面同士を接合するので、位置ずれや接着面内での回転ずれを生じることなく精度良く接着することができる。
【００３７】
以上の利点により、本発明の製造方法によれば、出射端面からの出射位置が任意に設定できる上に、平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができる光波分割プリズムを容易に製造することができる。
【００３８】
なお、第１ブロックあるいは第２のブロックの切り出し工程において、分岐面と平行な第１の透明媒質あるいは第２の透明媒質の主面の一部、または、反射面と平行な第３の透明媒質あるいは第４の透明媒質の主面の一部を、切除しないように切り出すことが好ましい。切除されなかった面は、平板の主面でありもともと平面度が高く、この部分を反射面として用いることで反射面を形成する工程を省略することができる。
【００３９】
また、前記第１ブロックおよび前記第２のブロックをそれぞれ複数形成するとともに、ブロック接合工程は、複数の前記第１および第２ブロックを、その切断面同士で接合することが好ましい。このようにすることで、高い精度を有する分岐数の多い光波分割プリズムを容易に製造することができる。
【００４０】
また、ブロック接合工程で、第２のブロックよりも直進光の進行方向の下流側で接合される第1のブロック中の第１の透明媒質の主面が、第２のブロックの第３の透明媒質の主面を該接合面に垂直な方向を軸として９０°回転した面に平行となるよう接合することで、２次元格子状の分岐出力光を出力する光波分割プリズムを容易に製造することができる。
【００４１】
（光−光スイッチ）
上記目的を達成するために本発明の第１の光−光スイッチ装置は、制御光パルスの照射時に照射部分にのみオン状態の領域が形成され、入射する信号光パルスを前記オン状態の領域で透過又は反射させて前記信号光パルスの光路を空間的に切替える光スイッチと、等しい光路長の複数の平行光波を信号光パルスとして前記光スイッチに照射する信号光照射手段と、所定の光路長差を有する複数の平行光波を制御光パルスとして前記光スイッチに照射する制御光照射手段と、を含む光−光スイッチ装置であって、前記信号光照射手段及び前記制御光照射手段の少なくとも一方が、本発明の光波分割プリズムを含んで構成されたことを特徴とする。
【００４２】
上記目的を達成するために本発明の第２の光−光スイッチ装置は、制御光パルスの照射時に照射部分にのみオン状態の領域が形成され、入射する信号光パルスを前記オン状態の領域で透過又は反射させて前記信号光パルスの光路を空間的に切替える光スイッチと、所定の光路長差を有する複数の平行光波を信号光パルスとして前記光スイッチに照射する信号光照射手段と、等しい光路長の複数の平行光波を制御光パルスとして前記光スイッチに照射する制御光照射手段と、を含む光−光スイッチ装置であって、前記信号光照射手段及び前記制御光照射手段の少なくとも一方が、本発明の光波分割プリズムを含んで構成されたことを特徴とする。
【００４３】
本発明の第１及び第２の光−光スイッチ装置では、光スイッチに信号光パルスを照射する信号光照射手段及び光スイッチに制御光パルスを照射する制御光照射手段の少なくとも一方に、本発明の光波分割プリズムを用いているので、高い平行度で且つ時間遅延が正確に制御された複数の光束を非常に簡単な構成で得ることができる。また、分割された光の強度もほとんど均質である。従って、多点集光時に制御光と信号光の集光スポットでの空間的・時間的重なりを確保することができ、光−光スイッチを高精度に駆動することが可能となる。
【００４４】
また、所定の光路長差を信号光パルスのパルス間隔に等しくすることで、本発明の光−光スイッチを、時分割多重信号における特定時間成分を取り出すＤＥＭＵＸ装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の光波分割プリズムによれば、より簡単な構成で、位置精度及び平行度が高く且つ光路長が正確に制御された状態で光波を分割することができ、分岐された出射光の出射位置を任意に設定できる、という効果を奏する。また、本発明の光波分割プリズムの製造方法によれば、本発明の光波分割プリズムを、容易に製造することができる、という効果を奏する。
【００４６】
本発明の光−光スイッチによれば、多点集光時に制御光と信号光の集光スポットでの空間的・時間的重なりを確保することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態に係る光波分割プリズムの構成を説明する。この光波分割プリズム１０は、図１に示すように、入射端面１２を備えた第１のブロック１４と、出射端面１６を備え且つこの出射端面１６が入射端面１２と平行になるように第１のブロック１４と接合された第２のブロック１８と、から構成されている。また、第１のブロック１４と第２のブロック１８の各々は、平板状の透明媒質２０が複数積層されて直方体状に構成されている。
【００４８】
積層された透明媒質２０間には、ハーフミラー２２と全反射ミラー２４とが、光波分割プリズム１０の入射端面１２に対し４５°の角度を成すように適宜配設されている。この例では、第１のブロック１４の透明媒質２０間にハーフミラー２２と３枚の全反射ミラー２４1〜２４3とが配設されると共に、第２のブロック１８の透明媒質２０間に２枚の全反射ミラー２４4、２４5が配設されている。全反射ミラー２４1と２４5、全反射ミラー２４2と２４4とは、第１のブロック１４と第２のブロック１８の接合面に対して各々対称に設けられている。
【００４９】
なお、光波分割プリズム１０の製造方法については後述するが、ハーフミラー及び全反射ミラーは、平板状の透明媒質２０の表面に部分的にハーフミラーや全反射ミラーの材料をコーティングすることにより形成されている。
【００５０】
この光波分割プリズム１０では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束の進行方向にハーフミラー２２が配置されており、入力された平行光束は、まずハーフミラー２２により互いにハーフミラー２２に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。ハーフミラー２２で反射された光束の進行方向には、ハーフミラー２２と平行に全反射ミラー２４3が設けられている。ハーフミラー２２で反射された光束は、全反射ミラー２４3によって反射されることにより、ハーフミラー２２を透過した他方の光束と平行とされ、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から出射される。
【００５１】
一方、ハーフミラー２２を透過した光束の進行方向には、ハーフミラー２２と平行に全反射ミラー２４1、２４2が設けられると共に、ハーフミラー２２と９０°を成すように全反射ミラー２４4、２４5が設けられており、ハーフミラー２２を透過した光束は、全反射ミラー２４1、２４2、２４4、２４5によって順次反射され、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から、入射光と同軸で出射される。
【００５２】
また、全反射ミラー２４1〜２４5は、ハーフミラー２２により分割された各平行光束の光路長を同一にすると共に、出射角度を調整する役目を担っている。出射端面１６から出射される各光束は、ハーフミラー２２で分割されてから出射されるまでの光路長が等しいことから、進行方向に対する法線面で同時刻に伝播する。即ち、第１のブロック１４は光波を分割する光波分割部として機能し、第２のブロック１８は出射位置及び遅延時間を調整する光路調整部として機能する。
【００５３】
以上の通り、本実施の形態に係る光波分割プリズムによれば、２つのブロックからなる簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な２本の光波に分割することができる。
【００５４】
また、ハーフミラー及び全反射ミラー（空気界面を含む）は、総て入射端面に対して４５度の角度をなすように配設されるので、各ブロックを精度良く作製することができると共に、各ブロック同士を位置ずれや接着面内での回転ずれを生じることなく精度良く接着することができる。特に、ブロック間の接着面が１つであるため、接着面内での回転ずれを生じ難い。
【００５５】
また、少なくとも１つの光波は入射光と同軸で出射するので、アライメントが容易になり、光路中に光波分割プリズムを精度良く配置することができる。即ち、予め光路を調整した１本の光束の光路中にこの光波分割プリズムを挿入した場合に、少なくとも１本の光束は位置ずれ無しに出射することが確保される。多点でのアライメント調整においても、光波分割プリズムの固定軸（光軸）方向での回転ずれを調整するだけでよい、というメリットがある。
【００５６】
更に、プリズム内にハーフミラーや全反射ミラーを設けたことにより、環境変化や振動・衝撃に対する耐久性が向上する。即ち、この光波分割プリズムはこれまで同様な機能を有していた平面導波路型の素子や光ファイバーの束を利用するような方法に比べて、結合ロスが少なく、外乱に強く、調整が容易であり、基本的に光路長が短いので超短パルスの透明媒質中での分散によるチャープも少ない。また、密着構造により、全体の素子サイズを小さくすることができる。
【００５７】
なお、２つの出射光の間で同時刻性が確保されるためには、入射端面１２に平行な方向（水平方向）において、ハーフミラー２２と全反射ミラー２４3との間の光路長ｂと、全反射ミラー２４1と全反射ミラー２４2との間の光路長ａ及び全反射ミラー２４4と全反射ミラー２４5との間の光路長ｃの和ａ＋ｃとが等しいという条件が具備されればよい。
【００５８】
より詳細に説明すると、２つの分割された光波の垂直方向の光路長はそれぞれ等しいので、水平方向の光路長だけを比較することで２つの光波のプリズム内での光路長（透過距離）を比較することができる。入射光と同軸側の光路長はａ＋ｃ、他方の光路長はｂであるから、２つの光路長が等しくなるためには下記の関係式が成立すればよい。
【００５９】
ａ＋ｃ＝ｂ
更に、１つの光波が入射光と同軸であり、他方の光波が同軸で出射する光波からＸだけずれた位置から出射するとすると、下記の関係が導かれる。なお、入射端面及び出射端面に対し垂直に光を入射させるので、多少の光路の平行位置での位置ずれは光路長のずれをもたらさない。
【００６０】
ａ＝ｃ，Ｘ＝ｂ
ａ，ｂ，ｃの各々をＸを用いて以下のように表すことができる。
【００６１】
ａ＝ｃ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ
なお、出射位置を維持したままで２つの光波に光路長差Ｄを与えたい場合には、例えば、以下の関係を満たすことが必要になる。この場合は、光路長ａ及び光路長ｃの和が光路長ｂよりも光路長差Ｄだけ長くなり、同軸で出射する光波が遅延される。
【００６２】
ａ＋ｃ＝ｂ＋Ｄ，ａ＝ｃ，ｂ＝Ｘ
ａ，ｂ，ｃの各々を、Ｘ、Ｄで以下のように表すことができる。
【００６３】
ａ＝ｃ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｂ＝Ｘ
これらの式から分かるように、光路長ａ及び光路長ｃを与える部品（透明媒質）の厚みを変更するだけで、出射位置を維持したまま光路長を等しくすることも、光路長差を任意に付加することも可能である。光路長差Ｄは正負いずれでも構わない。但し、付加できる光路長差は出射光の間隔Ｘ又はプリズム全体の大きさにより限定される。
【００６４】
次に、図２（Ａ）乃至（Ｄ）を参照して、上記の光波分割プリズムを製造する製造方法について説明する。図１に係る光波分割プリズムは、平行平板を張り合わせたものを切り出すことにより簡単に作製することができる。
【００６５】
まず、図２（Ａ）に示すように、ガラス等の透明媒質からなる４枚の平行平板２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｅを用意する。上記と同様に、全反射ミラー２４1と全反射ミラー２４2との間の光路長をａ、ハーフミラー２２と全反射ミラー２４3との間の光路長をｂとすると、光路が各平行平板の主面に対して４５度であることから、平行平板２０ａの厚みはａ／√２であり、平行平板２０ｂの厚みはｂ／√２である。
【００６６】
これら平行平板２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｅの各々には、予め全反射ミラー及びハーフミラーをコーティングにより形成しておく。この例では、平行平板２０ｅの平行平板２０ｂと対向する面に全反射ミラー２４3を形成し、平行平板２０ｂの平行平板２０ａと対向する面にハーフミラー２２と全反射ミラー２４2を形成し、平行平板２０ａの平行平板２０ｄと対向する面に全反射ミラー２４1を形成する。
【００６７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、４枚の平行平板を２０ｄ→２０ａ→２０ｂ→２０ｅの順に積層して接着し、積層体２６を得る。平行平板は接着時に平行度を確認することが容易であり、その厚みも比較的容易に制御することができる。この積層体２６から各平行平板の主面に対し４５度の角度で第１のブロック１４を切り出す。４５度の角度は計測が容易であり、ブロックを精度良く切り出すことができる。
【００６８】
次に、図２（Ｃ）に示すように、３枚の平行平板２０ｃ、２０ｆ、２０ｇを用意する。平行平板２０ｃの厚みをｃ／√２とし、全反射ミラー２４4と２４5を形成する。図２（Ｄ）に示すように、３枚の平行平板を２０ｆ→２０ｃ→２０ｇの順に積層して接着し、得られた積層体２８から各平行平板の主面に対し４５度の角度で第２のブロック１８を切り出す。
【００６９】
最後に、切り出された第１のブロック１４と第２のブロック１８とを、位置合わせして貼り合わせることにより、図１に示す光波分割プリズムが形成される。精度良く切り出した複数のブロックを貼り合わせるので、精度良く接着することができる。
【００７０】
この光波分割プリズムの製造工程において、接着の平行度以外に面方向での回転ずれに関する配慮が必要なのは、最終段の第１のブロック１４と第２のブロック１８の接着時だけであり、以上の方法により光波分割プリズムを極めて高精度に製造することができる。
【００７１】
例えば、光路長差Ｄを与えて２光波を時間差Δｔ（遅延時間）で出射させる場合、透明媒質の屈折率をｎ、真空中の光速をｃとすると、時間差Δｔは下記式で表すことができる。
【００７２】
Δｔ＝（Ｄ×ｎ）／ｃ
透明媒質がＢＫ−７等のガラスである場合、屈折率ｎは約１．５１である。
【００７３】
Δｔ＝Ｄ×５．０３３×１０-9ｓ
時間差Δｔとして、１Ｔｂｐｓの信号の繰返し周期に相当する１ピコ秒を想定した場合には、光路長差Ｄは約０．１９９ｍｍになる。これを平行平板の厚みの差で表現すると、その差はＤ／２√２であり、約０．０７０ｍｍ（７０μｍ）程度になる。平行平板の厚みの精度を、この程度のレベルで調整するのは比較的容易である。
【００７４】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、直方体状に形成された２つのブロックを組み合わせて、光波分割プリズムを構成する例について説明したが、第２の実施の形態に係る光波分割プリズムは、図１に示す光波分割プリズムから光波が通過しない光学部品を削除した構造を備えている。この構成では、透明媒質と空気との界面における全反射を利用できるので、全反射ミラー２４1、２４3、２４5も省略することができる。
【００７５】
即ち、この光波分割プリズム３０は、図３（Ａ）に示すように、入射端面１２、斜面３６及び斜面３８を備えると共にハーフミラー２２と全反射ミラー２４2が配設された第１のブロック３２と、出射端面１６及び斜面４０を備えると共に全反射ミラー２４4が配設された第２のブロック３４と、が接合されて構成されている。
【００７６】
この光波分割プリズム３０では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束は、ハーフミラー２２により互いにハーフミラー２２に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。ハーフミラー２２で反射された光束は、斜面３６によって反射されることにより、ハーフミラー２２を透過した他方の光束と平行とされ、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から出射される。一方、ハーフミラー２２を透過した光束は、斜面３８、斜面４０、全反射ミラー２４2、２４4によって順次反射され、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から、入射光と同軸で出射される。
【００７７】
以上の通り、本実施の形態に係る光波分割プリズムによれば、２つのブロックからなる簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な２本の光波に分割することができる。また、精度良く作製することができ、アライメントが容易になる点は、第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
また、光路を制御する上で必要な全反射ミラーコーティングは、光学的な損失が大きく、偏光依存性があるが、例えばガラスと空気の界面にガラス側から臨界角を超えて入射することにより得られる全反射は、偏光依存性が無く損失も少ない。以上のことから、本実施の形態では、ガラスなどの透明媒質における空気との界面での全反射を利用して、光学的な損失を抑制し且つ偏光特性を改善することができる。
【００７９】
なお、図３（Ａ）に示す光波分割プリズム３０は、第１の実施の形態と同様の方法で製造することができる。第１のブロック３２と第２のブロック３４とを接着する際には、図３（Ｂ）に示すように、９０度をなす斜面３８と斜面４０とを利用して、ここでの反射光を観察することにより、位置合わせの精度を高めることができる。
【００８０】
また、図４に示すように、さらに積極的に空気界面での全反射を利用した構成としてもよい。この構成では、全反射ミラー２４2も省略することができる。  即ち、この光波分割プリズム４８は、入射端面１２、斜面３８及び斜面４２を備えると共にハーフミラー２２が配設された第１のブロック４４と、出射端面１６及び斜面４０を備え且つ全反射ミラー２４4が配設された第２のブロック４６と、が接合されて構成されている。
【００８１】
光波分割プリズム４８において２つの出射光の間で同時刻性が確保されるためには、１つの光波が入射光と同軸であり、他の光波が同軸で出射する光波からＸだけずれた位置から出射するとすると、水平方向において、ハーフミラー２２とこれに対向する斜面４２との間の光路長ｂ、ハーフミラー２２が形成された面とこれに対向する斜面３８との間の光路長ａ、及び全反射ミラー２４4とこれに対向する斜面４０との間の光路長ｃが、下記の関係を満たせばよい。
【００８２】
ａ＋ｂ＝ｂ＋ｃ，ａ＋ｂ＝Ｘ，ｂ＝ｃ
ａ，ｂ，ｃの各々をＸを用いて以下のように表すことができる。
【００８３】
ａ＝ｂ＝ｃ＝Ｘ／２
なお、出射位置を維持したままで２つの光波に光路長差Ｄを与えたい場合には、例えば、以下の関係を満たすことが必要になる。この場合は、光路長ｂ及び光路長ｃの和が、光路長ａ及び光路長ｂの和よりも光路長差Ｄだけ長くなり、同軸で出射する光波が遅延される。
【００８４】
ｂ＋ｃ＝ａ＋ｂ＋Ｄ，ａ＋ｂ＝Ｘ，ｂ＝ｃ
ａ，ｂ，ｃの各々を、Ｘ、Ｄで以下のように表すことができる。
【００８５】
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝ｃ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
【００８６】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る光波分割プリズムは、図３（Ａ）に示す光波分割プリズム２個を直列に組み合わせたものである。
【００８７】
第１の実施の形態では、複数の光波が所定方向に互いに位置をずらして出射される、即ち、入射された光波が１次元状に２分割されて出射される光波分割プリズムについて説明したが、このような光波分割プリズムを２つ組み合わせることにより、入射された光波が２次元状に４分割されて出射される光波分割プリズムを、簡単に構成することができる。
【００８８】
図５（Ａ）に示すように、入射端面１２1及び出射端面１６1を備えた光波分割プリズム３０1と、入射端面１２2及び出射端面１６2を備えた光波分割プリズム３０2と、を用意する。光波分割プリズム３０1と３０2は、２つの光波が矢印Ｘ方向に互いに位置をずらして出射される光波分割プリズムであるが、図３（Ａ）に示す光波分割プリズムと同じ構造であるため詳細な説明は省略する。図５（Ｂ）に示すように、光波分割プリズム３０2を光波分割プリズム３０1に対し９０度回転させて配置し、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、光波分割プリズム３０1の出射端面１６1と光波分割プリズム３０2の入射面１２2とを密着させて、組み合わせ光波分割プリズム５０とする。なお、光波分割プリズム３０1の出射端面１６1と光波分割プリズム３０2の入射面１２2とがちょうど重なるように、光波分割プリズム３０1と光波分割プリズム３０2の厚みが調整されている。
【００８９】
光波分割プリズム３０1に入射した光波は、１段目の光波分割プリズム３０1でＸ方向に２分割され、分割された各光束が２段目の光波分割プリズム３０2でＸ方向と直交するＹ方向に２分割される。この構成により入射光を２×２の合わせて４本の光束に分割すると共に、４本の光束を２次元状に配列することができる。
【００９０】
以上の通り、本実施の形態に係る組み合わせ光波分割プリズムによれば、簡単な構成で、入射した１本の光波を平行で且つ２次元状に配列された４本の光波に分割することができる。このプリズムでは、角度ずれを注意する必要のある接着面は３つと少なく、組み合わせ光波分割プリズムを高精度に組み立てることができる。また、少なくとも１つの光波は入射光と同軸で出射するので、アライメントが容易になり、光路中に光波分割プリズムを精度良く配置することができる。
【００９１】
更に、多くの光波分割プリズムを直列に組み合わせることにより、より分割数の大きな組み合わせ光波分割プリズムを得ることができる。例えば、２分割の光波分割プリズムを用いる場合には、光波分割プリズムが３個で８本、４個で１６本、５個で３２本の光波が得られる。
【００９２】
なお、組み合わせ光波分割プリズム５０から出射される４つの光波の光路長を総て等しくする場合は、光路長の等しい２つ光波を出射する光波分割プリズム３０1と３０2を組み合わせればよい。一方、４つの光波に各々光路長差Ｄを与えたい場合には、光波分割プリズム３０1で与える光路長差をＤとし、他方の光波分割プリズム３０2には光路長差をＤに個々のプリズムの分割数ｎ（この場合は２）を乗じた光路長差、即ち２Ｄを与えることで、４つの分割された光波は、同軸で出射される光束に対しそれぞれ光路長差０、Ｄ、２Ｄ、３Ｄで出射される。
【００９３】
また、光波分割プリズムを組み合わせる場合の注意点として、ミラーコーティングの偏光特性がある。一般的に金属膜では偏光依存性が小さいが、光学損失を極力小さくするために誘電体多層膜で全反射ミラー又はハーフミラーをコーティングする場合には、ミラーコーティングの偏光特性により、少なからず反射率や透過率が変化する。従って、組み合わせ光波分割プリズムを構成する各プリズムでは、それぞれ直交する偏光に適合したコーティングを施し、組み合わせた状態で全てのコーティングが入射した光波の偏光に適した状態になるように配慮する必要がある。なお、分割後の光波が光波分割プリズムの反射面に対してｐ偏光でもｓ偏光でもない偏光となることが要求される場合には、組み合わせ光波分割プリズムの光出射側に波長板を配置して最適な偏光にすることが望ましい。
【００９４】
また、他の例として、図４に示す光波分割プリズム２個を直列に組み合わせた組み合わせ光波分割プリズムの例を示す。図６（Ａ）に示すように、入射端面１２1及び出射端面１６1を備えた光波分割プリズム４８1と、入射端面１２2及び出射端面１６2を備えた光波分割プリズム４８2と、を用意する。光波分割プリズム４８1と４８2とは、２つの光波が矢印Ｘ方向に互いに位置をずらして出射される光波分割プリズムである。図６（Ｂ）に示すように、光波分割プリズム４８2を光波分割プリズム４８1に対し９０度回転させて配置し、図６（Ｃ）に示すように、光波分割プリズム４８1の出射端面１６1と光波分割プリズム４８2の入射面１２2とを密着させて、組み合わせ光波分割プリズム５２とすることができる。
【００９５】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施形態に係る光波分割プリズムは、入射された光波が１次元状に４分割されて出射される光波分割プリズムである。第１の実施の形態では、１つのハーフミラーを用いて２つの光束に分割したが、ハーフミラーの個数を増やすことで、所望の分割数とすることができる。本実施の形態では、３つのハーフミラーを用いて、入射された光波を４分割している。
【００９６】
この光波分割プリズム５４は、図７に示すように、入射端面１２を備えた第１のブロック５６と、出射端面１６を備え且つこの出射端面１６が入射端面１２と平行になるように第１のブロック５６と接合された第２のブロック５８と、から構成されている。また、第１のブロック５６と第２のブロック５８の各々は、平板状の透明媒質２０が複数積層されて直方体状に構成されている。
【００９７】
積層された透明媒質２０間には、ハーフミラー２２と全反射ミラー２４とが、光波分割プリズム１０の入射端面１２に対し４５°の角度を成すように適宜配設されている。この例では、第１のブロック５６の透明媒質２０間に３枚のハーフミラー２２1〜２２3と５枚の全反射ミラー２４6〜２４10とが配設されると共に、第２のブロック５８の透明媒質２０間に５枚の全反射ミラー２４11〜２４15が配設されている。
【００９８】
この光波分割プリズム１０では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束の進行方向にハーフミラー２２2が配置されており、入力された平行光束は、まずハーフミラー２２2により互いにハーフミラー２２2に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【００９９】
ハーフミラー２２2で反射された光束の進行方向にはハーフミラー２２3が配置されており、入力された平行光束はハーフミラー２２3により互いにハーフミラー２２3に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【０１００】
ハーフミラー２２3を透過した光束の進行方向には、全反射ミラー２４10が配置されており、ハーフミラー２２3を透過した光束は、全反射ミラー２４10によって反射されることにより、ハーフミラー２２3で反射された光束と平行とされ、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から出射される。
【０１０１】
ハーフミラー２２3で反射された光束の進行方向には、ハーフミラー２２3と平行に全反射ミラー２４8、２４9が設けらると共に、ハーフミラー２２3と９０°を成すように全反射ミラー２４13、２４14が設けられており、ハーフミラー２２3で反射された光束は、全反射ミラー２４8、２４9、２４14、２４13によって順次反射され、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から出射される。
【０１０２】
一方、ハーフミラー２２2を透過した光束の進行方向にはハーフミラー２２1が配置されており、入力された平行光束はハーフミラー２２1により互いにハーフミラー２２1に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【０１０３】
ハーフミラー２２1で反射された光束の進行方向には、ハーフミラー２２1と平行に全反射ミラー２４8が設けらると共に、ハーフミラー２２1と９０°を成すように全反射ミラー２４13、２４11が設けられており、ハーフミラー２２1で反射された光束は、全反射ミラー２４8、２４13、２４11によって順次反射され、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から出射される。
【０１０４】
ハーフミラー２２1を透過した光束の進行方向には、ハーフミラー２２1と平行に全反射ミラー２４6、２４8が設けられると共に、ハーフミラー２２1と９０°を成すように全反射ミラー２４15、２４12が設けられており、ハーフミラー２２1を透過した光束は、全反射ミラー２４6、２４8、２４15、２４12によって順次反射され、反射後の平行光束の光軸と直交するように形成された出射端面１６から、入射光と同軸で出射される。
【０１０５】
以上の通り、本実施の形態に係る光波分割プリズムによれば、簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な４本の光波に分割することができる。複数の光波分割プリズムを直列に組み合わせた場合には接着面の数が逐次増加し、平行度や光路長の精度の確保が困難になるが、個々の光波分割プリズムの分割数を増加することで、性能を犠牲にすることなく分割数を増加させることができる。
【０１０６】
また、精度良く作製することができ、アライメントが容易になる点は、第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態に係る光波分割プリズムは、第１の実施の形態に係る光波分割プリズムと同様の方法で製造することができる。
【０１０７】
図７に示すように、各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆを定義すると、１つの光波が入射光と同軸であり、隣の光波が同軸で出射する光波からＸだけずれた位置から出射するとすると、同時刻性が確保されるためには、以下の関係式が満たされればよい。
【０１０８】
ｃ＋ｄ＋ｅ＝３Ｘ，ｃ＋２ｄ＋ｇ＝３Ｘ，
ｂ＋ｃ＋ｆ＝３Ｘ，ａ＋ｂ＋ｆ＋ｇ＝３Ｘ
更に、以下の関係式が成立する必要がある。
【０１０９】
ｃ＋２ｄ−ｇ＝２Ｘ，ｃ＋ｃ−ｆ＝Ｘ，ａ＋ｂ−ｆ−ｇ＝０
上記の関係式が成立する例としては、以下の場合が挙げられる。
【０１１０】
ａ＝Ｘ，ｂ＝Ｘ／２，ｃ＝３Ｘ／２，ｄ＝Ｘ／２，
ｅ＝Ｘ，ｆ＝Ｘ，ｇ＝Ｘ／２
あるいは
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ，ｃ＝Ｘ，ｄ＝３Ｘ／４，
ｅ＝５Ｘ／４，ｆ＝Ｘ，ｇ＝Ｘ／２
なお、出射位置を維持したままで隣接する光波に光路長差Ｄをそれぞれ与えたい場合には、例えば、光路長ａ〜ｆは以下のいずれかの値をとる必要がある。
【０１１１】
ａ＝Ｘ，ｂ＝（Ｘ＋３Ｄ）／２，ｃ＝（３Ｘ−Ｄ）／２，
ｄ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｅ＝Ｘ，ｆ＝Ｘ＋Ｄ，ｇ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
または
ａ＝Ｘ−２Ｙ，ｂ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｃ＝３（Ｘ＋Ｄ）／２，
ｄ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｅ＝Ｘ−Ｄ， ｆ＝Ｘ＋Ｄ，ｇ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
または
ａ＝Ｘ＋Ｄ，ｂ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｃ＝（３Ｘ＋Ｄ）／２，ｄ＝Ｘ／２，
ｅ＝Ｘ−Ｄ／２，ｆ＝Ｘ＋Ｄ，ｇ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
【０１１２】
［第５の実施の形態］
第４の実施の形態では、直方体状に形成された２つのブロックを組み合わせて、光波分割プリズムを構成する例について説明したが、第５の実施の形態に係る光波分割プリズムは、図７に示す光波分割プリズムから光波が通過しない光学部品を削除した構造を備えている。この構成では、透明媒質と空気との界面における全反射を利用できるので、全反射ミラー２４6、２４10、２４11、２４12を省略することができる。
【０１１３】
即ち、この光波分割プリズム６０は、図８に示すように、入射端面１２、斜面６２、斜面６４及び水平面６６を備えると共にハーフミラー２２1〜２２3と全反射ミラー２４7〜２４9とが配設された第１のブロック７０と、出射端面１６及び斜面６８を備えると共に全反射ミラー２４13〜２４15が配設された第２のブロック７２と、が接合されて構成されている。
【０１１４】
分割された４本の光束の光路は、第４の実施の形態と同一であるため説明を省略するが、この構成によれば、２つのブロックからなる簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な４本の光波に分割することができる。また、精度良く作製することができ、アライメントが容易になる点は、第１の実施の形態と同様である。更に、透明媒質における空気と界面での全反射を利用して、光学的な損失を抑制し且つ偏光特性を改善することができる。
【０１１５】
また、図９〜図１１に示すように、さらに積極的に空気界面での全反射を利用する構成としてもよい。これらの構成では、更に全反射ミラーを省略することができる。また、部品点数（積層される平板状の透明媒質２０の個数）が減少し、より簡単な構成となる。
【０１１６】
図９に示す光波分割プリズム７４は、入射端面１２、斜面７６、及び斜面７８を備えると共にハーフミラー２２4及び２２5と全反射ミラー２４16とが配設された第１のブロック８０と、出射端面１６及び斜面７９を備えると共に全反射ミラー２４13〜２４15が配設された第２のブロック８２と、が接合されて構成されている。
【０１１７】
この光波分割プリズム７４では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束は、ハーフミラー２２4により互いにハーフミラー２２4に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【０１１８】
ハーフミラー２２4で反射された光束は、斜面７６で反射されてハーフミラー２２5に入射する。ハーフミラー２２5で反射された光束は、斜面７６で再度反射され、出射端面１６から出射される。ハーフミラー２２5を透過した光束は、全反射ミラー２４13及び斜面６８で順次反射され、出射端面１６から出射される。
【０１１９】
ハーフミラー２２4を透過した光束は、斜面７８で反射されて再度ハーフミラー２２4に入射する。ハーフミラー２２4で反射された光束は、斜面７８、全反射ミラー２４16、全反射ミラー２４15及び斜面７９で順次反射され、出射端面１６から入射光と同軸で出射される。ハーフミラー２２4を透過した光束は、斜面７６、全反射ミラー２４14及び斜面７９で順次反射され、出射端面１６から出射される。
【０１２０】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき４つの光波の光路長は等しくなる。
【０１２１】
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ／２，ｃ＝Ｘ／２，ｄ＝Ｘ，ｅ＝Ｘ，ｆ＝Ｘ／２
また、出射位置を維持したままで隣接する２つの光波に光路長差Ｄを与えたい場合には、光路長ａ〜ｆは以下の値をとる必要がある。
【０１２２】
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝（Ｘ＋５Ｄ）／２，ｃ＝（Ｘ−Ｄ）／２，
ｄ＝Ｘ−Ｄ，ｅ＝Ｘ＋Ｄ，ｆ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
図１０に示す光波分割プリズム８４は、入射端面１２、斜面８６、及び斜面８８を備えると共にハーフミラー２２1、２２2、及び２２6が配設された第１のブロック９２と、出射端面１６及び斜面９０を備えると共に全反射ミラー２４13〜２４15が配設された第２のブロック９４と、が接合されて構成されている。
【０１２３】
この光波分割プリズム８４では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束は、ハーフミラー２２2により互いにハーフミラー２２2に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【０１２４】
ハーフミラー２２2で反射された光束は、ハーフミラー２２6に入射する。ハーフミラー２２6で反射された光束は、斜面８８及び斜面８６で順次反射され、出射端面１６から出射される。ハーフミラー２２6を透過した光束は、斜面８６、全反射ミラー２４15、斜面９０で順次反射され、出射端面１６から入射光と同軸で出射される。
【０１２５】
ハーフミラー２２2を透過した光束は、ハーフミラー２２1に入射する。ハーフミラー２２1で反射された光束は、斜面８６、全反射ミラー２４13、及び斜面９０で順次反射され、出射端面１６から出射される。ハーフミラー２２1を透過した光束は、斜面８８、斜面８６、全反射ミラー２４14及び全反射ミラー２４13で順次反射され、出射端面１６から出射される。
【０１２６】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき４つの光波の光路長は等しくなる。
【０１２７】
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ／２，ｃ＝Ｘ／２，ｄ＝Ｘ，ｅ＝Ｘ，ｆ＝Ｘ／２
出射位置を維持したままで隣接する２つの光波に光路長差Ｄをそれぞれ与えたい場合には、光路長ａ〜ｆは以下の値をとる必要がある。
【０１２８】
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｃ＝（Ｘ−Ｄ）／２，
ｄ＝Ｘ＋２Ｄ，ｅ＝Ｘ＋Ｄ，ｆ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
図１１に示す光波分割プリズム１００は、入射端面１２、斜面８６、及び斜面８８を備えると共にハーフミラー２２2及び２２7、全反射ミラー２４17配設された第１のブロック９６と、出射端面１６及び斜面９０を備えると共に全反射ミラー２４13〜２４15が配設された第２のブロック９８と、が接合されて構成されている。
【０１２９】
この光波分割プリズム１００では、入射端面１２からプリズム内に入力された平行光束は、ハーフミラー２２2により互いにハーフミラー２２2に対して同一角度をなす２つの光束に分割される。
【０１３０】
ハーフミラー２２2で反射された光束は、斜面８６で反射されてハーフミラー２２7に入射する。ハーフミラー２２7で反射された光束は、斜面８６で再度反射され、出射端面１６から出射される。ハーフミラー２２7を透過した光束は、全反射ミラー２４15及び斜面９０で順次反射され、出射端面１６から入射光と同軸で出射される。
【０１３１】
ハーフミラー２２2を透過した光束は、斜面８８で反射されてハーフミラー２２7に入射する。ハーフミラー２２7で反射された光束は、斜面８８、全反射ミラー２４17、全反射ミラー２４13、及び斜面９０で順次反射され、出射端面１６から出射される。ハーフミラー２２7を透過した光束は、斜面８６、全反射ミラー２４14及び斜面９０で順次反射され、出射端面１６から出射される。
【０１３２】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき４つの光波の光路長は等しくなる。
【０１３３】
ａ＝Ｘ，ｂ＝３Ｘ／２，ｃ＝Ｘ，ｄ＝Ｘ／２
但し、図１１に示す構成では、部品点数が少ないために、隣接する総ての２光波に光路長差Ｄを付加することはできない。
【０１３４】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態に係る光波分割プリズムは、図１０に示す光波分割プリズム２個を直列に組み合わせたものである。
【０１３５】
第４及び第５の実施の形態では、複数の光波が所定方向に互いに位置をずらして出射される、即ち入射された光波が１次元状に４分割されて出射される光波分割プリズムについて説明したが、このような光波分割プリズムを２つ組み合わせることにより、入射された光波が２次元状に１６分割されて出射される光波分割プリズムを、簡単に構成することができる。
【０１３６】
図１２（Ａ）に示すように、入射端面１２1及び出射端面１６1を備えた光波分割プリズム８４1と、入射端面１２2及び出射端面１６2を備えた光波分割プリズム８４2と、を用意する。光波分割プリズム８４1と８４2は、４つの光波が矢印Ｘ方向に互いに位置をずらして出射される光波分割プリズムであるが、図１０に示す光波分割プリズムと同じ構造であるため説明を省略する。図１２（Ｂ）に示すように、光波分割プリズム８４2を光波分割プリズム８４1に対し９０度回転させて配置し、図１２（Ｃ）に示すように、光波分割プリズム８４1の出射端面１６1と光波分割プリズム８４2の入射面１２2とを密着させて、組み合わせ光波分割プリズム１０２とする。なお、光波分割プリズム８４1の出射端面１６1と光波分割プリズム８４2の入射面１２2とが調度重なるように、光波分割プリズム８４1と光波分割プリズム８４2の厚みが調整されている。
【０１３７】
光波分割プリズム８４1に入射した光波は、１段目の光波分割プリズム８４1でＸ方向に４分割され、分割された各光束が２段目の光波分割プリズム８４2でＸ方向と直交するＹ方向に４分割される。この構成により入射光を４×４の合わせて１６本の光束に分割すると共に、１６本の光束を２次元状に配列することができる。
【０１３８】
以上の通り、本実施の形態に係る組み合わせ光波分割プリズムによれば、簡単な構成で、入射した１本の光波を平行で且つ２次元状に配列された１６本の光波に分割することができる。このプリズムでは、角度ずれを注意する必要のある接着面は３つと少なく、組み合わせ光波分割プリズムを高精度に組み立てることができる。また、少なくとも１つの光波は入射光と同軸で出射するので、アライメントが容易になり、光路中に光波分割プリズムを精度良く配置することができる。
【０１３９】
なお、組み合わせ光波分割プリズム１０２から出射される１６本の光波の光路長を総て等しくする場合は、光路長の等しい２つ光波を出射する光波分割プリズム８４1と８４2を組み合わせればよい。一方、１６本の光波に各々光路長差Ｄを与えたい場合には、光波分割プリズム８４1で与える光路長差をＤとし、他方の光波分割プリズム８４2には光路長差をＤに個々のプリズムの分割数ｎ（この場合は４）を乗じた光路長差、即ち４Ｄを与えることで、１６本に分割された光波は、同軸で出射される光束に対しそれぞれ光路長差０、Ｄ、２Ｄ、３Ｄ、．．．、１５Ｄで出射される。
【０１４０】
また、入射光を２分割する光波分割プリズムと入射光を４分割する光波分割プリズムとを組み合わせることもできる。この場合、入射した１本の光波を平行な８本の光波に分割する組み合わせ光波分割プリズムを得ることができる。
【０１４１】
［第７の実施の形態］
第７の実施の形態に係る光波分割プリズムは、入射された光波が１次元状に８分割されて出射される光波分割プリズムである。本実施の形態では、５つのハーフミラーを用いて、入射された光波を８分割している。
【０１４２】
図１３に示すように、この光波分割プリズム１１０は、入射端面１２、斜面１０４及び斜面１０６を備えると共にハーフミラー２２2及び２２8〜２２11が配設された第１のブロック１１２と、出射端面１６及び斜面１０８を備えると共に全反射ミラー２４16〜２４23が配設された第２のブロック１１４と、が接合されて構成されている。詳細な説明は省略するが、入射端面１２から入射された１本の光波は、ハーフミラー２２2及び２２8〜２２11により８分割され、分割された各光波は全反射ミラー２４16〜２４23及び透明媒質と空気との界面となる斜面により反射されることにより光路長が同一にされると共に出射角度が調整されて、出射端面１６から出射される。
【０１４３】
以上の通り、本実施の形態に係る組み合わせ光波分割プリズムによれば、２つのブロックからなる簡単な構成で、入射した１本の光波を平行な８本の光波に分割することができる。また、精度良く作製することができ、アライメントが容易になる点は、第１の実施の形態と同様である。更に、透明媒質における空気と界面での全反射を利用して、光学的な損失を抑制し且つ偏光特性を改善することができる。
【０１４４】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき８つの光波の光路長は等しくなる。
【０１４５】
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ，ｃ＝Ｘ／２，ｄ＝Ｘ／２，
ｅ＝Ｘ，ｆ＝２Ｘ，ｇ＝２Ｘ，ｈ＝Ｘ／２，Ｉ＝Ｘ／２，ｊ＝Ｘ／２
出射位置を維持したままで隣接する２つの光波に光路長差Ｄをそれぞれ与えたい場合には、光路長ａ〜ｆは以下の値をとる必要がある。
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝Ｘ−Ｄ，ｃ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｄ＝（Ｘ−Ｄ）／２,
ｅ＝Ｘ−Ｄ，ｆ＝２Ｘ＋５Ｄ，ｇ＝２Ｘ＋２Ｄ，ｈ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，
Ｉ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｊ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
なお、部品点数は増加するが、図１４に示すように、図１３の第２のブロック１１４の全反射ミラー２４20及び２４21の代わりに、全反射ミラー２４24を設けた構成の第２のブロック１１８を備えた光波分割プリズム１１６としてもよい。この構成では、各光波の全反射回数が同じになる。
【０１４６】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき８つの光波の光路長は等しくなる。
【０１４７】
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝Ｘ，ｃ＝Ｘ／２，ｄ＝Ｘ／２，ｅ＝Ｘ，ｆ＝２Ｘ，
ｇ＝２Ｘ，ｈ＝Ｘ／２，Ｉ＝Ｘ／２，ｊ＝Ｘ／２，ｋ＝Ｘ
出射位置を維持したままで隣接する２つの光波に光路長差Ｄをそれぞれ与えたい場合には、光路長ａ〜ｆは以下の値をとる必要がある。
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝Ｘ−Ｄ，ｃ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｄ＝（Ｘ−Ｄ）／２，      ｅ＝Ｘ−Ｄ，ｆ＝２Ｘ＋５Ｄ，ｇ＝２Ｘ＋２Ｄ，ｈ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，
Ｉ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｊ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｋ＝Ｘ＋Ｄ
また、図１５に示すように、図１３の第１のブロック１１２の部品点数を大幅に減らし、ハーフミラーも２２12〜２２15の４枚に減らした構成の第１のブロック１２４を備えた光波分割プリズム１２０としてもよい。
【０１４８】
各ミラー間の水平方向の光路長ａ〜ｆの定義は、図示した通りであるが、下記関係式が満たされるとき８つの光波の光路長は等しくなる。
【０１４９】
ａ＝Ｘ／２，ｂ＝２Ｘ，ｃ＝Ｘ／，ｄ＝Ｘ／２，
ｅ＝２Ｘ，ｆ＝Ｘ／２，ｇ＝Ｘ／２，ｈ＝Ｘ／２
出射位置を維持したままで隣接する２つの光波に光路長差Ｄをそれぞれ与えたい場合には、光路長ａ〜ｆは以下の値をとる必要がある。
【０１５０】
ａ＝（Ｘ−Ｄ）／２，ｂ＝２Ｘ−２Ｄ，ｃ＝Ｘ−Ｄ，
ｄ＝（Ｘ＋１３Ｄ）／２，ｅ＝２Ｘ＋２Ｄ，ｆ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，
ｇ＝（Ｘ＋Ｄ）／２，ｈ＝（Ｘ＋Ｄ）／２
なお、第３及び第６の実施の形態と同様にして、上記の入射された光波が１次元状に８分割されて出射される光波分割プリズムを２つ組み合わせることにより、入射された光波が２次元状に６４分割されて出射される光波分割プリズムを簡単に構成することができる。このプリズムは、角度ずれを注意する必要のある接着面は３つと少なく、高精度に組み立てることができる。
【０１５１】
また、６４本の光波に各々光路長差Ｄを与えたい場合には、一方の光波分割プリズムで与える光路長差をＤとし、他方の光波分割プリズムには光路長差をＤに個々のプリズムの分割数ｎ（この場合は４）を乗じた光路長差、即ち８Ｄを与えることで、６４本に分割された光波は、同軸で出射される光束に対しそれぞれ光路長差０、Ｄ、２Ｄ、３Ｄ、．．．、６３Ｄで出射される。また、入射光を８分割する光波分割プリズムと、入射光を２分割する光波分割プリズム又は入射光を４分割する光波分割プリズムとを適宜組み合わせてもよい。
【０１５２】
［第８の実施の形態］
第１〜第７の実施の形態では、１つの光波を複数の光波に分割して出射する光波分割プリズムについて説明した。これらの光波分割プリズムでは、更に各光波の光路長を等しくして同時に出射させることも、光路長差を加えることにより一定時間ずつ時間差をつけて出射させることも可能である。
【０１５３】
第８の実施の形態では、この光波分割プリズムを、特願２００１−３５０６１４明細書記載の光スイッチの分割・遅延手段に組み込んだ光−光スイッチ装置の例について説明する。光−光スイッチ装置は、スイッチング機構として光スイッチ膜の透過率（反射率）変化を用い、光スイッチ膜を透過する信号光出力をオンオフ制御する光スイッチ（透過率変化利用・透過型）である。
【０１５４】
第８の実施の形態に係る光−光スイッチ装置は、図１６（Ａ）に示すように、読出しタイミング制御に用いる制御光１２６を制御光１２６1、１２６2に分割する分割手段としての光波分割プリズム１３０、信号光１２８を信号光１２８1、１２８2に分割すると共に分割された信号光に対して異なる遅延時間を与える分割・遅延手段としての光波分割プリズム１３２、制御光１２６1、１２６2と信号光１２８1、１２８2とを合波するハーフミラー１３４、及び面型の光スイッチ１３６を備えている。
【０１５５】
ハーフミラー１３４は、光波分割プリズム１３０からの制御光１２６1、１２６2を光スイッチ１３６側に反射すると共に、光波分割プリズム１３２からの信号光１２８1、１２８2を透過して光スイッチ１３６に入射するように、制御光と信号光の進行方向に配置されている。制御光と信号光とを合波した状態で光スイッチ１３６入射することで、制御光１２６1と信号光１２８2とを同一スポットに照射すると共に、制御光１２６2と信号光１２８1とを同一スポットに照射することができる。
【０１５６】
光波分割プリズム１３０、１３２には、図３（Ａ）に示した構成の光波分割プリズムを使用する。この光波分割プリズム１３０によれば、入射した制御光１２６は２分割され、等しい光路長を備えた制御光１２６1、１２６2として出射される。また、光波分割プリズム１３２によれば、入射した信号光１２８は２分割され、所定の遅延時間が与えられた信号光１２８1、１２８2として出射される。なお、この遅延時間は、信号光１２８の信号伝送速度（bit/s）に応じて設定され、各分割信号光に与えられる遅延時間はそれぞれ１bit分に相当する時間だけ異なる。
【０１５７】
光波分割プリズム１３０、１３２によれば、高い平行度で且つ時間遅延が正確に制御された複数の光束を非常に簡単な構成で得ることができる。また、少なくとも１つの光波は入射光と同軸で出射するので、アライメントが容易になり、光路中に光波分割プリズムを精度良く配置することができる。従って、多点集光時に制御光と信号光の集光スポットでの空間的・時間的重なりを確保することができ、光−光スイッチを高精度に駆動することが可能となる。
【０１５８】
図１６（Ａ）に示す例では、制御光１２６1が光波分割プリズム１３０に入射した制御光１２６と同軸で出射され、信号光１２８2が光波分割プリズム１３２に入射した信号光１２８と同軸で出射されるので、ハーフミラー１３４で反射された制御光１２６1とハーフミラー１３４を透過した信号光１２８2とが光スイッチ１３６の同じ位置に入射するように、光路中に光波分割プリズムを精度良く配置することができる。
【０１５９】
光スイッチ１３６は、制御光１２６1、１２６2により誘起される非線形透過率変化により、各分割信号光から制御信号と同期した時間分割成分のみを選択して、選択された信号光のみを透過させる。即ち光スイッチ１３６に入射された信号光１２８1の１と２、１２８2の１と２のうち、制御光１２６1、１２６2と同一タイミングで入射した信号光１２８1の２、信号光１２８2の１（以下、「制御光と同期した信号光」と称す）のみが選択されて透過される。
【０１６０】
ここで、光スイッチ１３６として利用できるものは、例えば、半導体量子井戸や色素薄膜の吸収飽和等が使用できる。制御光照射に伴う吸光度変化により所望の光パルスのみを透過させることができる。さらに、スイッチング薄膜の表面と裏面での反射光の干渉を利用することにより、透過率の変化を強調したり、透明波長領域における屈折率変化によりスイッチングしたりする構成でも良い（特開平１１−１５０３１号公報参照）。なお、光スイッチ１３６は、例えば、透明基板に非線型光学材料を薄膜形成することにより形成されている。
【０１６１】
ハーフミラー１３４としては、例えば、誘電体多層膜などによるダイクロイックミラーを使用することができる。但し、ダイクロイックミラーを使用するためには、制御光波長λ１と信号光波長λ２が異なり、且つその関係が既知である必要がある。例えば、制御光波長λ１を８５０ｎｍ、信号光波長λ２を９００ｎｍとすることができる。
【０１６２】
上記の光−光スイッチ装置では、信号光に付加する時間差を信号光のビットレート（信号周期）に一致させることで、光スイッチの各点でそれぞれ異なる時刻のビット信号を連続的に読み出すことができる。このように本発明の光波分割プリズムを用いることで、連続する２〜６４のビット列の信号を連続的に面型光スイッチでスイッチングすることができる。もちろん、組み合わせプリズムを用いる等して分割数を増加することで、更に長いビット長の信号を１つの制御光で連続的に読み出すことも可能である。
【０１６３】
なお、図１６（Ａ）では、信号光の方に遅延時間を与える場合を示したが、図１６（Ｂ）のように、制御光の方に遅延時間を与えて光スイッチに入力してもよい。また、図示は省略するが、信号光と制御光との両方に遅延時間を与えて、例えば、１／２ｂｉｔ分ずつずらすようにしてもよい。信号光・制御光のいずれに遅延時間付加型のプリズムを用いるかは、原理的に実用上ほぼ等価である。但し、信号光側に利用したときには、読み出される信号は同時に出力され、制御光側に利用したときには連続的に出力される。
【０１６４】
上記では、光波分割プリズムの偏光特性については説明を省略したが、偏光特性を有する光波分割プリズムの場合は、正確にその偏光特性に適合した条件で光波分割プリズムを組み立てる必要がある。例えば、２つの光波分割プリズムを直列に組み合わせる場合には、光波分割プリズムのハーフミラー及び全反射ミラーのコーティングにおける偏光特性を直交させ、両者を組み合わせた場合に両方のプリズムにおいて入射光の偏光方向に適した偏光特性のコーティングとする。または、組み合わせ光波分割プリズムの出射側に、適切に角度を調整した波長板を配置し、所望の偏光を出射するようにする。
【０１６５】
以上、本発明の光波分割プリズム及び光−光スイッチ装置の実施の形態について説明したが、実施の形態に係る構成はその代表的なものであり、基本的に同様な設計指針で構成される光波分割プリズム及び光−光スイッチ装置は、本発明に含まれる。また、本発明の光波分割プリズムは、単に光−光スイッチ装置だけでなく、あらゆる空間的な光並列演算処理に利用できる可能性がある。
【０１６６】
また、上記の実施の形態では、光波分岐光学素子としてハーフミラーを用いる例について説明したが、光波分岐光学素子としては、ガラス板等の基板に金属薄膜や誘電体多層膜を設け、入射された光波の一部を透過させると共に他の一部を反射させるようにしたミラー型のビームスプリッタを用いることができる。このようなミラー型のビームスプリッタとしては、透過光強度と反射光強度とが略等しくなるようにしたハーフミラーの外、磁気ベクトルの振動方向が互いに直交する光波を取り出す偏光ビームスプリッタが好適に使用される。また、上記の光波分岐機能を発揮する限り、回折格子やホログラフィック光学素子や、液晶型の光変調素子等も用いることができる。
【０１６７】
また、上記の実施の形態では、反射光学素子として全反射ミラーを用いる例について説明したが、反射光学素子としては、全反射ミラーに限らず、ガラス板等の基板に金属薄膜や誘電体多層膜を設け、入射された光波を反射させるようにした他の反射ミラーを用いることもできる。また、全反射プリズム等を反射光学素子として用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】第１の実施の形態に係る光波分割プリズムの構成を示す側面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態に係る光波分割プリズムの製造工程を説明する図である。
【図３】（Ａ）は、第２の実施の形態に係る光波分割プリズムの側面図であり、（Ｂ）は、接着面内での回転ずれを防止するための計測方法を説明する図である。
【図４】図３に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は、第３の実施の形態に係る組み合わせ光波分割プリズムの製造工程を説明する図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、図５に示すプリズムの変形例に係る組み合わせ光波分割プリズムの製造工程を説明する図である。
【図７】第４の実施の形態に係る光波分割プリズムの構成を示す側面図である。
【図８】第５の実施の形態に係る光波分割プリズムの構成を示す側面図である。
【図９】図８に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図１０】図８に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図１１】図８に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第６の実施の形態に係る組み合わせ光波分割プリズムの製造工程を説明する図である。
【図１３】第７の実施の形態に係る光波分割プリズムの構成を示す側面図である。
【図１４】図１３に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図１５】図１３に示す光波分割プリズムの変形例の構成を示す側面図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の光波分割プリズムを用いた光−光スイッチの構成を示す概念図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の光波分割プリズムの構成を示す側面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１０  光波分割プリズム
１２  入射端面
１４  第１のブロック
１６  出射端面
１８  第２のブロック
２０  透明媒質
２２  ハーフミラー
２４  全反射ミラー
【図１】
2004212979.tif 000003
【図２】
2004212979.tif 000004
【図３】
2004212979.tif 000005
【図４】
2004212979.tif 000006
【図５】
2004212979.tif 000007
【図６】
2004212979.tif 000008
【図７】
2004212979.tif 000009
【図８】
2004212979.tif 000010
【図９】
2004212979.tif 000011
【図１０】
2004212979.tif 000012
【図１１】
2004212979.tif 000013
【図１２】
2004212979.tif 000014
【図１３】
2004212979.tif 000015
【図１４】
2004212979.tif 000016
【図１５】
2004212979.tif 000017
【図１６】
2004212979.tif 000018
【図１７】
2004212979.tif 000019