(57)【要約】  【課題】  常光線成分と異常光線成分との横ずれ距離の大きく、薄いサバール板を得る。  【解決手段】  結晶板の厚み方向がＺ軸になるようにＸＹＺ座標をとり、結晶の光学軸14はＸ−Ｚ面内にあり、Ｚ軸（法線）となす角をθとする。使用波長λにおける常光線、異常光線の主屈折率をそれぞれｎω、ｎεとすると、２偏光の横ずれ角φを最大にする光軸方向の角度θは、θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)で与えられるので、この方向に光学軸がくるように結晶を切り出す。  このように切り出された２枚の結晶板を、光学軸を互いに直交させて張り合わせてサバール板とする。  【選択図】            図１
2005250144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一軸性光学結晶からなる平行平板でかつ光学軸が平板表面から深さ方向にかけて傾いている結晶板２枚の光学軸を互いに直交させて張り合わせてなるサバール板であって、前記結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角が、使用波長における常光線と異常光線の２偏光の横ずれ角（量）が最大にように設定されて切り出されたものであることを特徴とするサバール板。
【請求項２】
請求項１に記載のサバール板であって、前記結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角が次式を満たしていることを特徴とするサバール板。
θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)±３°
但し、  θ：平板表面の法線方向と光学軸のなす角
ｎω：使用波長λに対する結晶の常光線の主屈折率
ｎε：使用波長λに対する結晶の異常光線の主屈折率
【請求項３】
平板表面から深さ方向にかけて傾いている光学軸の方向が次式を満たすように設定されて切り出された一軸性光学結晶からなる２枚の平行平板の結晶板を、光学軸を互いに直交させて張り合わせたことを特徴とするサバール板。
θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)±３°
但し、  θ：平板表面の法線方向と光学軸のなす角
ｎω：使用波長λに対する結晶の常光線の主屈折率
ｎε：使用波長λに対する結晶の異常光線の主屈折率
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の分野などで欠かせない光スペクトラム・アナライザー等において偏光依存性を解消するために装置の光学系の光路に挿入されるサバール板に関し、特に、薄い結晶板で偏光依存性を解消できるサバール板に関する。
【背景技術】
【０００２】
光スペクトラム・アナライザーには、分光素子として一般に回折格子がよく用いられているが、回折格子には偏光依存性が大きく、出力が変動するという不都合がある。
すなわち、回折格子は、入射光の電界スペクトルが格子溝に平行に振動する光と、垂直に振動する光に対する回折効率が異なるという偏光特性があることから、入射光強度が一定でも偏光状態が変化すると出力強度が変動する。
【０００３】
このような偏光依存性を解消するためにいろいろな方法が提案されているが、そのうちの一つに回折格子に入射する光を全て格子溝に対し45°方向を向いた直線偏光にする方法がある。入射光の振動方向が格子溝に対して45°方向なら、格子溝に平行に振動する光と、垂直に振動する光は常に１：１の割合に分配されるので、２偏光を合わせた回折効率は常に一定になる。光源からの光をこのような偏光状態に変換して偏光依存性を解消する目的で使用されるのがサバール板である。
【０００４】
従来のこの種サバール板は図２に示すように、結晶板Ａと結晶板Ｂの２つの単軸光学結晶から構成される。それぞれの結晶板Ａ、Ｂは、図のように厚さ方向をＺ軸にとったとき、光学軸の方向がＺ軸に対し45°を向くように切り出され、しかも、結晶板Ａと結晶板Ｂの光学軸の方向がそれぞれＹ−Ｚ面内、Ｘ−Ｚ面内にくるような配置で、互いの光学軸を直交させて張り合わせることでサバール板が構成される。
図３に示すように、このような構成のサバール板に任意の偏光状態の光31が入射したとすると、入射光31は必ずＸ方向に振動する光33とＹ方向に振動する光32の２光束に分けられる。
【０００５】
一般に光学軸の方向がＺ軸から傾いた結晶に垂直に光が入射すると常光線成分はそのまま直進するが、異常光線成分については、波面法線方向は常光線成分と同じ方向に直進するが、エネルギーは光学軸に応じて異なる方向に伝播するため、波面法線方向は直進方向のまま横ずれしながら伝播する。結晶板ＡではＹ方向に振動する光は異常光線、Ｘ方向に振動する光は常光線になる。そのため異常光線成分32だけが横ずれし、常光線成分はそのまま移動しない。
それとは逆に、結晶板ＢではＸ方向に振動する光は異常光線、Ｙ方向に振動する光は常光線になるので、異常光線成分33だけが横ずれする。したがって、サバール板に入射した光31は、光32と光33の横ずれした２光束で出射する。
このようにサバール板を通すと任意の入射光を振動方向が互いの直交する２つの直線偏光に分離して出射させることができる（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
サバール板からの出射光のうち一方を回折格子の格子溝に対して45°方向に向けるともう一方の偏光は−45°方向に向く。
【０００６】
サバール板を用いて偏光依存性を解消した光スペクトラム・アナライザー光学系の模式図を図４に示す。
光源41からの光はサバール板42を通り、回折格子の格子溝に対し＋45°と−45°方向の２つの直線偏光に変換される。入射光の偏光状態は任意であるが、必ず＋45°方向か−45°方向のどちらかの光に分離できる。偏光状態が任意に変化しても、＋45°方向の光と−45°方向の光の分配比率が変わるだけで、いずれにせよ格子溝に対して45°の方向に振動する光であることには変わりはない。分離された２直線偏光の光はコリメータレンズ43を経てグレーティング（回折格子）44に入射し、グレーティング44からの回折光はコンデンサレンズ45を経て検出器46に到達する。検出器46上では、２偏光の光が異なる場所に当たる。
【非特許文献１】O plus E、1987年9月、第114頁
【非特許文献２】マックス・ボルン＆エミル・ウォルフ著「光学の原理III  第XIV章  結晶光学」（早川徹＆横田英嗣訳）、東海大学出版会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
サバール板を構成する結晶板の切り出し角度（光学軸の方向のＺ軸に対する角度）、すなわち、光学軸が最適な角度に設定されていなければ、サバール板で分離されて出射する直交する偏光成分の２光束の横ずれ距離は短くなる。サバール板に入射する光は一般的にある広がりをもった光束と考えられる。入射光の直交する２つの偏光成分は異なる位置に横ずれして出射するが、横ずれする距離が十分離れていなければ、２つの光束は中心に重なる部分がでてくる。
もし、２つの直線偏光が重なれば、重なった部分では偏光の再合成が起こり入射前の任意の偏光状態に逆戻りしてしまう。そのため偏光解消の効果は全く消え去る。また、最適でない角度設定により、不十分な横ずれ距離を補償（確保）しようとすると、結晶板の板厚を厚くとる必要がでてくる。
【０００８】
しかし、結晶板の板厚を厚くすると、1)結晶内の不純物や脈理などの光を散乱、擾乱する要因が増える、2)光路中の結晶による光路長が長くなり、光学系の距離が長くなり、引いては光学特性の劣化を招きかねない、などの不都合が生じていた。
また、偏光解消子としてのサバール板では、厚みができる限り薄いこと、理想的には厚みがないことが求められる要件である。
【０００９】
そこで、従来のサバール板では、光学軸の方向がＺ軸に対し45°と設定されていた切り出し角度について鋭意研究の結果、サバール板で分離されて出射する直交する２つの偏光成分２光束の横ずれ距離が最大となるＺ軸に対する光学軸の角度（光学軸方向の角度）が、使用波長と、結晶板の材質による使用波長における常光線／異常光線の主屈折率で異なり、それらに応じて、光学軸方向の角度の最適値があることを見出した。
【００１０】
よって、本願発明は、上記の事情に鑑み、従来における結晶板の切り出し角度が必ずしも最適でなかった光学軸方向の角度設定を最適化することで、より薄い結晶で十分大きな横ずれ距離を確保でき、偏光解消効果の高いサバール板を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のサバール板を図１に従って説明する。
サバール板の基本構成は、２枚の結晶板を互いの光学軸を直交配置して張り合わせた従来のサバール板と同様であるが、本発明におけるサバール板を構成する結晶板として切り出し角度が従来と異なるものを用いる。
図１に示すように結晶板の厚み方向がＺ軸になるようにＸＹＺ座標をとる。結晶板の光学軸14はＸ−Ｚ面内にあり、Ｚ軸（法線）となす角をθとする。使用波長λにおける常光線、異常光線の主屈折率をそれぞれｎω、ｎεとすると、２偏光光の横ずれ角φを最大にする光軸方向の角度（法線と光学軸とのなす角度）θは、θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)で与えられるので、この方向に光学軸がくるように結晶を切り出す。
【００１２】
したがって、上記の課題を解決するために本発明のサバール板は、それを構成する結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角を、使用波長における常光線と異常光線の２偏光光の横ずれ角が最大にように設定されて切り出し、この切り出された２枚の結晶板を光学軸を互いに直交させて張り合わせてサバール板としたことを特徴としている。
【００１３】
具体的には、結晶板の平板表面の法線（方向）と光学軸とのなす角θは、使用波長λに対する結晶の常光線、異常光線の主屈折率をそれぞれｎω、ｎεとするとθ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)±３°とされる。
なお、種々の実験の結果、上式の±３°の範囲で２偏光光の十分大きな横ずれ距離を確保できた。
【００１４】
〔作用〕
図１に示すように、入射光11は結晶に入射すると常光線成分12、異常光線成分13に分かれ、２光束は横ずれする。２偏光の横ずれ角φは次の式で与えられる。
【数１】
2005250144.tif 000003
ここで、φを最大にするにはθは、?Tanφ／?θ＝０から求められ、θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω) となる。
このとき、
【数２】
2005250144.tif 000004
となる。
また、結晶板の板厚をｄとすると、常光線成分12、異常光線成分13の横ずれ距離Δｘは、
【数３】
2005250144.tif 000005
となる。
【００１５】
したがって、使用波長λにおける使用一軸性光学結晶の常光線ｎωと異常光線の主屈折率ｎεとの関係で、２偏光の光束の横ずれ角φを最大にする結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角（光軸方向の角度）θ（＝Arc Tan(ｎε/ｎω)で切り出した２枚の結晶板を互いの光学軸を直交させてサバール板とすることで、使用波長における常光線成分と異常光線成分の２偏光光の横ずれ距離を大きくでき、結晶板の厚みも薄くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のサバール板によれば、従来の切り出し角度45°に設定されて切り出された結晶板２枚を互いの光学軸を直交させて張り合わせてなるサバール板に比べて、使用波長において常光線成分と異常光線成分の２偏光光束の横ずれ距離を長く取れるので、偏光解消効果の高いサバール板が得られる。
また、サバール板を構成する結晶板の厚みを薄くできるので光路長を短くできる。
【００１７】
このように、２偏光光束の横ずれ距離を長く取れることは、入射光がある程度広がりをもった光束のときに懸念されていた、中心部分の重なりによる偏光解消効果の無効化も避けられる。
【００１８】
また、結晶板の厚みを薄くできることから、結晶の板厚が厚いときには起こりえた、結晶内の不純物や脈理などの光を散乱、擾乱する要因も減らすことができるる。
【００１９】
さらに、使用する波長領域がある程度広いとき、平均的な波長（普通は中間付近波長）を選ぶことによって切り出し角度が45°に固定されていた従来の角度設定より柔軟性が増し、使用可能な波長域も広がる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
サバール板を構成する一軸性光学結晶と使用波長λにおけるその結晶の常光線、異常光線の主屈折率をそれぞれｎω、ｎεより、法線と光学軸とのなす角度θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω) ±３°に設定して、結晶板を切り出し、この切り出された２枚の結晶板を光学軸を互いに直交させて張り合わせることでサバール板を実現した。
【実施例１】
【００２１】
一軸性光学結晶を方解石とし、使用波長を600nmとすると、ｎω＝1.657397、ｎε＝1.485776となる。θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)より最適な光軸角（結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角）はθ＝41.8747°となり、常光線成分と異常光線成分の２光束の横ずれの角度φはTanφ＝0.10953となる。ちなみに、この横ずれ角は、結晶の板厚がｄ＝１のときの横ずれ距離Δｘに等しい。
したがって、サバール板を構成するには、θ＝41.8747°で切り出した２枚の結晶板を互いの光学軸を直交させて張り合わせする。
なお、従来の設定角度θ＝45°にしたときは、同じ条件で計算すると横ずれの角度φはTanφ＝0.10888となる。
【００２２】
このことから、使用波長と使用波長における常光線／異常光線の主屈折率より、θ＝Arc Tan(ｎε/ｎω)で規定される光軸角（結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角）θに光学軸がくるようにした結晶板でサバール板を構成することで、従来の設定角度θ＝45°の結晶板で構成したサバール板よりも薄い結晶板で２光束の横ずれ距離を大きくでき、偏光解消効果の高いサバール板が得られることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
一軸性光学結晶板をルチル(TiO2)とし、実施例１と同様に使用波長を600nmとすると、ｎω＝2.60494、ｎε＝2.898609となる。この場合には最適な光軸角（結晶板の平板表面の法線と光学軸とのなす角）はθ＝48.0544°となり、常光線成分と異常光線成分の２光束の横ずれの角度φはTanφ＝0.10702となる。
したがって、サバール板を構成するには、θ＝48.0544°で切り出した２枚の結晶板を互いの光学軸を直交させて張り合わせする。
なお、従来の設定角度θ＝45°にしたときは、同じ条件で計算すると横ずれの角度φはTanφ＝0.106417となり、実施例１と同様に、本願発明の効果が認められる。
したがって、実施例１と同様に従来の設定角度θ＝45°の結晶板で構成したサバール板よりも薄い結晶板で２光束の横ずれ距離を大きくでき、偏光解消効果の高いサバール板が得られることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のサバール板は、回折格子の他にも光電検出器を用いる装置や光学実験等で光学素子の偏光特性が問題となり、偏光解消が不可欠な用途に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のサバール板における光学結晶板の法線と光学軸のなす角θと異常光線の横ずれ角φ、横ずれ距離Δｘを説明する図である。
【図２】従来のサバール板の構成を示す図である。
【図３】図２のサバール板に光が入射したときの作用を説明する模式図である。
【図４】サバール板を用いた偏光依存性を解消した光スペクトラム・アナライザー光学系の模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
11：入射光
12：常光線成分
13：異常光線成分
14：光学軸
θ：平板表面の法線方向と光学軸のなす角
Δｘ：常光線成分12と異常光線成分13の横ずれ距離
ｎω：使用波長λに対する結晶の常光線の主屈折率  
ｎε：使用波長λに対する結晶の異常光線の主屈折率
31：入射光
32：Y軸方向に横ずれした偏光成分
33：X軸方向に横ずれした偏光成分
41：光源
42：サバール板
43：コリメータ
44：グレーティング
45：コンデンサ
46：検出器
【図１】
2005250144.tif 000006
【図２】
2005250144.tif 000007
【図３】
2005250144.tif 000008
【図４】
2005250144.tif 000009