(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検光子と、
該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、
該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受けて該第一のλ／４板との間で反射を生じさせうる第二のλ／４板と
によって構成する
ことを特徴とするエタロン。
【請求項２】
検光子と、
該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子との間で光学的に整合されて該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、
該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受ける第二のλ／４板と
によって構成し、
該検光子の光学軸に平行な直線偏光を入射光とする
ことを特徴とするエタロン。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載のエタロンにおいて、
上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として、
複屈折結晶、又は、液晶、又は、ファラデー効果を有する物質のいずれかを適用する
ことを特徴とするエタロン。
【請求項４】
請求項３記載のエタロンにおいて、
上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として適用する物質を、電気的又は磁気的に制御する
ことを特徴とするエタロン。
【請求項５】
レーザ媒質の第一のハーフ・ミラーを透過した光を請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のエタロンに入射し、
該エタロンの該光を入射した面から出射される光を該レーザ媒質にフィード・バックし、
該レーザ媒質の第二のハーフ・ミラーを透過した光を出力光とする
ことを特徴とする外部共振型レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エタロン及び外部共振型レーザに係り、特に、多重反射して得られる反射光に波長選択性を持たせて反射鏡を不要にできるエタロン及び該エタロンを波長選択素子として用いて光学系を簡略化することができる外部共振型レーザに関する。
【０００２】
光伝送システムを構成するためには、波長選択特性を有する波長選択素子が必要なことが多く、特に、波長多重光伝送システムにおいては波長選択素子は必須であり、該波長選択素子には種々の原理に基づく素子が使用されている。それらの中に、２つの反射面を構成して、該２つの反射面間で生ずる多重反射を利用するエタロンがある。エタロンは、構成が簡略で且つ広範囲で波長選択特性を設定可能であることが特徴であるが、更に構成が簡略で且つ正確な波長選択特性が得られることが望まれている。
【０００３】
又、波長多重光伝送システムにおける波長多重数の増加傾向とあいまって、発振波長が正確なレーザの必要性が高まり、外部共振型レーザが実用化され、更に構成の簡易化と発振波長の安定化が望まれている。
【０００４】
【従来の技術】
図５は、従来のエタロンの基本的構成である。
エタロンは、図５の如く、或る反射率を持った２つの反射面、即ち、反射面＃１と反射面＃２を対向させ、該２つの反射面の間隙に光透過性を有する固体や気体を存在させる構成を有している。
【０００５】
該２つの反射面の間隙に固体を存在させる最も典型的な場合には、該固体の表面が反射面となり、該固体と外部の空気との対向する２つの境界面によってエタロンが構成される。
又、該２つの反射面の間隙に気体を存在させる最も典型的な場合には、該気体をガラスなど透明板による箱に封入し、該気体と該透明板との対向する２つの境界面によってエタロンが構成される。
【０００６】
そして、従来のエタロンにおいては、反射面＃１側から入射された光が反射面＃１と反射面＃２との間で多重反射を繰り返し、反射面＃２側へ出射される透過光を利用して波長選択性を実現している。
尚、一般的には、エタロンの上記反射面＃１と反射面＃２は必ずしも平行である必要性はなく、エタロンの上記反射面＃１と反射面＃２が対向していればよい。
【０００７】
図６は、従来のエタロンの原理を示す図である。
図６の構成のエタロンにおいて、領域＃１、領域＃２及び領域＃３の３つの領域を反射面＃１と反射面＃２とで区切り、反射面＃１と反射面＃２との間で多重反射させる。尚、図６においては問題を簡単化するために、２つの反射面は平行であり、領域＃１と領域＃３は同一物質であることを想定しているが、必ずしもこのように限定する必要はない。
【０００８】
ここで、領域＃１から反射面＃１へ入射される光の波長をλ、入射光の振幅をａ0 、反射面＃１への光の入射角をθ、領域＃２における屈折角をθ’、領域＃１の媒質の光に対する屈折率をｎ、領域＃２の媒質の光に対する屈折率をｎ’、反射面＃１における強度反射率をＲ1 、領域＃１から領域＃２へ入射する際の振幅反射率をｒ1 、領域＃２から領域＃１へ入射する際の振幅反射率をｒ1 ' 、領域＃１から領域＃２への振幅透過率をｔ1 、領域＃２から領域＃１への振幅透過率をｔ1 ’、反射面＃２における強度反射率をＲ2 、領域＃３から領域＃２へ入射する際の振幅反射率をｒ2 、領域＃２から領域＃３へ入射する際の振幅反射率をｒ2 ' 、領域＃３から領域＃２への振幅透過率をｔ2 、領域＃２から領域＃３への振幅透過率をｔ2 ’とし、２つの反射面間の距離をｈとする。又、多重反射して透過する隣合う光又は反射する隣合う光の位相差をδとする。
【０００９】
図７は、隣合う透過光又は反射光の位相差δを説明する図である。
反射面＃１に入射角θで入射した光の一部は入射点Ｑにおいて反射角θで反射してＬR1となり、一部は屈折角θ’で領域＃２に透過し、反射面＃２上の点Ｒにおいて一部は反射角θ’で反射し、一部は屈折角θで領域＃３に透過してＬT1となる。
【００１０】
又、反射面＃２で反射した光は反射面＃１の点Ｓに到達し、一部は屈折角θで領域＃１に透過してＬR2となり、一部は点Ｓで反射角θ’で反射して反射面＃２の点Ｔに到達し、一部は屈折角θで領域＃３に透過してＬT2となる。
いま、点Ｓから反射光ＬR1に降ろした垂線の足をＵ、点Ｔから透過光ＬT1に降ろした垂線の足をＶとすれば、ＬR1とＬR2の距離差は直線ＱＲと直線ＲＳの長さの和から直線ＱＵの長さを減算したものとなり、ＬT1とＬT2の距離差は直線ＲＳと直線ＳＴの長さの和から直線ＲＶの長さを減算したものとなる。そして、反射面＃１と反射面＃２が平行でるあるという前提によって解析すれば、詳細は省略するが、次のように求めることができる。
【００１１】
δ＝（４πｎ’ｈ・ｃｏｓθ’）／λ                            （１）
さて、反射面＃２からの透過光の振幅をａt とすると、
0003925216.tif 000002
となる。但し、ｉ＝√（−１）である。
【００１２】
上式の如く、ａt は初項ａ0 ｔ1 ｔ2 ’、比（ｒ1 ’ｒ2 ’）ｅｘｐ（ｉδ）の等比級数であるので、級数の和を求めると、
ａt ＝ａ0 ｔ1 ｔ2 ’／｛１−（ｒ1 ’ｒ2 ’）ｅｘｐ（ｉδ）｝  （３）
を得る。
従って、エタロンの強度透過率Ｔは、
0003925216.tif 000003
となる。
【００１３】
ここで、屈折の法則から
ｎｓｉｎθ＝ｎ’ｓｉｎθ’                                    （５）
であり、
0003925216.tif 000004
であるから、領域＃１と領域＃３の媒質が同じであるという前提よりＲ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒとすると
（ｔ1 ｔ2 ’）2 （１−Ｒ）2 、（１−ｒ1'ｒ2') 2 ＝（１−Ｒ）2 、
ｒ1 ’ｒ2 ’＝Ｒ
となる。
【００１４】
従って、エタロンの強度透過率ＴE は、
ＴE ＝１／｛１＋４Ｒｓｉｎ2(δ／２）／（１─Ｒ）2 ｝          （７）
となる。
図８は、ｎ＝１．５、ｈ＝１（ｍｍ）、θ＝０（度）、Ｒ＝０．９とした時の従来のエタロンの強度透過率の例である。即ち、約０．８ｎｍおきに強度透過率が狭い波長域でピークを持っており、エタロンの波長選択特性を確認することができる。
【００１５】
さて、図１１は、従来の外部共振型レーザの構成例である。
図１１において、４はレーザ媒質、５はレーザ媒質４から出射された光を平行光にするコリメート・レンズ、７は反射鏡、６はコリメート・レンズ５から入射される光の入射角及び反射鏡７から反射される光の入射角によって特定の波長の光をレーザ媒質４にフィード・バックする波長選択素子である。そして、ＬO にて示しているのが特定波長の発振光である。
【００１６】
ここで、波長選択素子６として通常用いられるのは回折格子である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図８に示した如く、従来のエタロンの透過光に波長選択特性を確認することができた。しかし、波長選択特性を有する透過光を入射側で取り出す場合には、従来のエタロンに加えて反射鏡が必要になる。
図９は、波長選択光を反射によって得る光学系である。
【００１８】
図９において、１ａはエタロン、２はレンズ、３は反射鏡である。
図９の構成において、エタロン１ａの左側から入射された光のうち、エタロン１ａ中を多重反射してエタロン１ａの右側に透過した光はレンズ２で集光されて反射鏡３で反射され、再びレンズ２で集光されてエタロン１ａの左側に出射される。エタロン１ａの左側から入射された光のうちエタロン１ａ中を多重反射してエタロン１ａの右側に透過した光は上記の如く波長選択光であるので、反射鏡３で反射されて再びレンズ２で集光されてエタロン１ａの左側に出射された光も波長選択光である。従って、図９の構成によって波長選択特性を有する光を入射側で取り出すことができる。
【００１９】
しかし、エタロン１ａの透過光を反射鏡３で反射させてエタロン１ａの左側から出射させる場合、反射鏡３はエタロン１ａに密着させることはできない。何故なら、反射鏡３をエタロン１ａに密着させると波長選択性の或る透過光を得ることができないからである。
上記理由によって反射鏡３とエタロン１ａとは分離して配置しなければならないために、新たな問題が生ずる。
【００２０】
第一の問題は、エタロン１ａの透過側の反射面と反射鏡３の反射面を平行に配置すると、エタロン１ａの透過側の反射面と反射鏡３の反射面との間でエタロン１ａとは異なる第二のエタロンが構成されて、エタロン１ａと該第二のエタロンとの複合エタロンが構成されることになり、総合の波長選択特性はエタロン１ａだけによる波長選択特性とは異なるものになるということである。
【００２１】
上記第一の問題を解決するためには、エタロン１ａの透過側の反射面と反射鏡３の反射面とがなす角度を０ではないαにする必要がある。しかも、エタロン１ａを透過した光の波長選択特性に変化がないようにエタロン１ａの左側で取り出すには、レンズ２で集光された光を反射鏡３に垂直に入射させなければならない。これは、エタロン１ａへの入射角θが０ではないということと、エタロン１ａ内の屈折角θ’が０ではないということを意味する。
【００２２】
式（１）に示したδがエタロンの波長選択特性を決めるファクタである。そこで、式（１）をθ’で微分すると
∂δ／∂θ’＝−４πｎ’ｈｓｉｎθ’／λ                      （８）
を得る。
θ’は通常０度から９０度の範囲であるから、式（８）は、θ’が大きいほどθ’の変化に対応するδの変化が大きいことを意味している。従って、θ’が大きいほどエタロン１ａの透過光における波長選択特性の安定性が損なわれることになる。
【００２３】
つまり、図９の構成は、
▲１▼  複合エタロンとしないために角度αを０度にはできず、光学系の構成を複雑化する原因になる。
▲２▼  エタロン１ａの波長選択特性を保存するためにエタロン１ａへの入射角を０にできず、波長選択特性の安定性を劣化させる原因になる。
【００２４】
上記▲１▼及び▲２▼の問題はエタロンと反射鏡を組み合わせることに起因しているので、反射鏡を使用しない構成にすればよい。このために、エタロン自体の反射光を使用する可能性があるか考えると第二の問題に突き当たる。
上記と同様にしてエタロン自体の反射光の強度反射率ＲE はＴE と
ＲE ＝１−ＴE                                                 （９）
の関係にある。
【００２５】
図１０は、ｎ＝１．５、ｈ＝１（ｍｍ）、θ＝０（度）、Ｒ＝０．９とした時の従来のエタロンの強度反射率の例である。即ち、約０．８ｎｍおきに強度反射率が狭い波長域でボトムを持つが、殆どの波長域で高い反射率で反射光が出射されて、波長選択性がないことが判る。
即ち、反射鏡を使用しないことのために、単にエタロン自体の反射光を使用することによって波長選択特性を有する光を得ることができない。
【００２６】
さて、図１１に示した、最もポピュラーな構成の外部共振型レーザは、波長選択素子６として回折格子を適用し、回折格子６で反射した光を反射鏡７で反射させて回折格子６に戻し、特定の波長の光をレーザ媒質４にフィード・バックして特定の波長で発振させる。従って、回折格子を波長選択素子６として用いる外部共振型レーザの光学系を直線的に形成することはできず、光学系が複雑になるという問題がある。
【００２７】
又、図９に示した、反射鏡を適用するエタロンを波長選択素子として使用すれば、光学系は上記より若干直線化されるが、光学系を大幅に簡略化することはできない。
本発明は、かかる問題点に鑑み多重反射して得られる反射光が波長選択性を有するが故に反射鏡が不要なエタロン、及び、該エタロンを波長選択素子として用いるが故に光学系を簡略化できる外部共振型レーザを提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、検光子と、該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受けて該第一のλ／４板との間で反射を生じさせうる第二のλ／４板とによって構成することを特徴とするエタロンである。
【００２９】
第一の発明によれば、エタロンを、検光子と、該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受けて該第一のλ／４板との間で反射を生じさせうる第二のλ／４板とによって構成するので、該検光子を介して該第一のλ／４板に入射されて該第一のλ／４板と該第二のλ／４板との境界面で反射されて該検光子と該第一のλ／４板との境界面に到達した光は該検光子の光学軸と直交する直線偏光となって該検光子で吸収され、該検光子を介して該第一のλ／４板に入射されて該第一のλ／４板と該第二のλ／４板との境界面を透過して該第二のλ／４板のもう一方の面で反射されて該検光子と該第一のλ／４板との境界面に到達した光は該検光子の光学軸と平行な直線偏光となって該検光子を透過することができ、以降、該第二のλ／４板のもう一方の面で奇数回反射された光が該検光子を透過することができ、該第二のλ／４板のもう一方の面で偶数回反射された光が該検光子で吸収される。そして、該検光子を透過した光即ち該エタロンで反射された光は波長選択性を有する光となるので、反射鏡を必要としないエタロンを実現することができる。
【００３０】
第二の発明は検光子と、該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子との間で光学的に整合されて該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受ける該第一のλ／４板とは屈折率が異なる第二のλ／４板とによって構成し、該検光子の光学軸に平行な直線偏光を入射光とすることを特徴とするエタロンである。
【００３１】
第二の発明のエタロンは、基本的に第一の発明のエタロンと同じ構成であるので、第二の発明によれば、該エタロンで反射された光は波長選択性を有する光となって反射鏡を必要としないエタロンを実現することができる。
しかも、該検光子と該第一のλ／４板との間が光学的に整合されているために、該第一のλ／４板中で光が多重反射せず、該第二のλ／４板中のみで光が多重反射するので複合エタロンにならず、所要の波長選択特性を有するエタロンを容易に実現することができる。
【００３２】
第三の発明は、第一の発明又は第二の発明のいずれかのエタロンにおいて、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として、複屈折結晶、又は、液晶、又は、ファラデー効果を有する物質のいずれかを適用することを特徴とするエタロンである。
第三の発明によれば、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として、複屈折結晶、又は、液晶、又は、ファラデー効果を有する物質のいずれかを適用するので、反射鏡を必要としないエタロンを実現することができる。
【００３３】
第四の発明は、第三の発明のエタロンにおいて、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として適用する物質を、電気的又は磁気的に制御することを特徴とするエタロンである。
第四の発明によれば、第三の発明のエタロンにおいて、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として適用する物質を、電気的又は磁気的に制御するので、エタロンの反射特性を可変に制御することができる。
【００３４】
第五の発明は、レーザ媒質の第一のハーフ・ミラーを透過した光を第一の発明乃至第三の発明のいずれかのエタロンに入射し、該エタロンの該光を入射した面から出射される光を該レーザ媒質にフィード・バックし、該レーザ媒質の第二のハーフ・ミラーを透過した光を出力光とすることを特徴とする外部共振型レーザである。
【００３５】
第五の発明によれば、第一の発明乃至第三の発明のいずれかのエタロンは波長選択素子として機能するので、レーザ媒質の第一のハーフ・ミラーを透過した光を該エタロンに入射し、該エタロンの該光を入射した面から出射される光を該レーザ媒質にフィード・バックし、該レーザ媒質の第二のハーフ・ミラーを透過した光を出力光とすることによって外部共振型レーザを構成することができる。
【００３６】
特に、第二の発明のエタロンを用いた場合には、該エタロンの波長選択特性が正確であるので、該外部共振型レーザの発振波長を正確に制御することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以降、図面を併用して本発明の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明のエタロンの構成で、図１（イ）は、本発明のエタロンの一構成例の斜視図、図１（ロ）は、本発明のエタロンの一構成例の上面図、図１（ハ）は、λ／４板と検光子の光学軸を示す図である。
【００３８】
図１において、１はエタロンで、検光子１−１、第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３によって構成される。
ここで、エタロン１は、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面である反射面＃１と、第二のλ／４板１−３のもう一方の面である反射面＃２との間、即ち、第二のλ／４板１−３中で多重反射させて、検光子１−１と第一のλ／４板１−２において不要な反射光を吸収して、波長選択特性を有する反射光を生じさせるのが特徴である。
【００３９】
さて、検光子１−１、第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３の光学軸の関係は図１（ハ）に示す通りである。図１（ハ）のように、検光子１−１の光学軸が紙面上の水平線（図示せず。）に直角で紙面上で水平の方向であるとすれば、第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３の光学軸の方向は、検光子１−１の光学軸と±４５度の方向である。
【００４０】
言い換えれば、検光子１−１と第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３の光学軸の関係は、検光子１−１の光学軸を基準にして、第一のλ／４板１−２の光学軸は検光子１−１の光学軸と４５度の角度をなし、第二のλ／４板１−３の光学軸は第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの角度をなしている。
【００４１】
これを上からみれば、図１（ロ）に示す如く、検光子１−１の光学軸が紙面に垂直であるならば、第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３の光学軸は紙面と±４５度のいずれかの方向を向くことになる。
図２は、本発明のエタロンの原理を説明する図である。
図２において、１はエタロン、１−１はエタロン１を構成する検光子、１−２はエタロン１を構成する第一のλ／４板、１−３はエタロン１を構成する第二のλ／４板である。そして、波長選択特性を生じさせる多重反射は第二のλ／４板１−３中で起こさせる。即ち、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の対向する面を密着させて反射面＃１とし、第二のλ／４板のもう一方の面を反射面＃２とする。
【００４２】
従って、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の光に対する屈折率が異なり、第二のλ／４板１−３の屈折率と周囲の媒体の屈折率が異なることが必要である。λ／４板としては、水晶、ルチル、液晶などを使用することができるので、上記関係は容易に満たすことができる。
或いは、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の光に対する屈折率が等しい場合には、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面にハーフ・ミラーを形成して、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面で反射が起きるようにしてもよい。
【００４３】
これは、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の光に対する屈折率を等価的に異ならせたものであり、いずれにしても、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との間の境界面で反射が生じ得ることには変わりがない。つまり、第二のλ／４板１−３は、第一のλ／４板１−２との間で反射を生じさせうるものといえる。
【００４４】
ここで、検光子１−１の光学軸は紙面に垂直であるものとし、簡単のために、入射光の光軸も紙面に垂直であるものとして本発明のエタロンの原理を説明する。
入射光は検光子１−１の光学軸と同じ方向の光軸を有するので、該入射光は検光子を透過して検光子１−１と第一のλ／４板１−２との境界面から第一のλ／４板１−２に入射される。
【００４５】
第一のλ／４板１−２に入射された光の一部は第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面で反射されて第一のλ／４板１−２と検光子１−１の境界面に戻ってくる。入射光は直線偏光であると仮定しているので、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面では円偏光となり、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面で反射されて第一のλ／４板１−２と検光子１−１の境界面に戻った時には入射光とは直角な方向に直線偏光となる。従って、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面で反射されて第一のλ／４板１−２と検光子１−１の境界面に戻った光の偏光方向は検光子１−１の光学軸と直角な方向であるので、検光子１−１中で吸収されて入射側には戻ることができない。
【００４６】
一方、第一のλ／４板１−２に入射された光の一部は第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面から第二のλ／４板１−３中に透過し、第二のλ／４板のもう一方の面において一部が１回目の反射を受けて第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面に戻り、一部が第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達する。この間、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で１回目の反射をする時には入射光と直角な方向の直線偏光になり、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面に戻った時には円偏光になり、第一のλ／４板１の２と検光子１−１との境界面に戻った時には入射光と平行な直線偏光になる。従って、第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に戻った光は検光子１−１を透過してエタロンの反射光として入射側に出射される。
【００４７】
又、第二のλ／４板のもう一方の面において一部が１回目の反射を受けて第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面に戻った光の一部は第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面で反射され、更に、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で２回目の反射をされて第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の境界面に戻り、一部が第一のλ／４板１−２を透過して第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達する。この間、第二のλ／４板１−３のもう一方の面では入射光と平行な直線偏光となり、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面では円偏光となり、第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面では入射光と直角な直線偏光となる。従って、第二のλ／４板のもう一方の面において一部が１回目の反射を受けて第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に戻った光は検光子１−１で吸収されて入射側には戻ることができない。
【００４８】
更に、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で２回目の反射を受けた光の一部は第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面で一部反射されて第二のλ／４板１−３のもう一方の面に戻り、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で３回目の反射を受けて第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面に達し、一部が第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達する。この間、第二のλ／４板のもう一方の面で３回目の反射をする時には入射光と直角な方向の直線偏光となり、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との境界面では円偏光となり、第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面では入射光に平行な直線偏光となる。従って、この光は検光子１−１を透過して入射側にエタロン１の反射光として出射される。
【００４９】
以降、エタロン１の中で光が反射する度に上記と同様な偏光の変換が行なわれ、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で奇数回目の反射をして第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達した光はエタロン１の反射光として入射側に出射され、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で偶数回目の反射をして第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達した光は検光子１−１中で吸収されて入射側には戻ることができないことが判る。
【００５０】
尚、図２では、図を見やすいように入射光がエタロン１に垂直に入射するように、反射光は入射光とは違う位置に図示しているが、入射光がエタロン１に垂直に入射する場合には反射光も同一経路を逆進する。又、入射光がエタロン１に垂直に入射される必要性はなく、０度ではない入射角で入射されてもよい。いずれにしても、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３中において光がλ／４の長さを進むように第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の厚さと屈折率を設定すればよい。
【００５１】
ここで、上の説明で検光子１−１と第一のλ／４板１−２との境界面では反射が起こらないことを前提に説明したが、これは、検光子１−１と第一のλ／４板１−２の材質の組み合わせが多数あるので、検光子１−１と第一のλ／４板１−２の屈折率をほぼ等しく設定することが可能なためである。
しかし、検光子１−１と第一のλ／４板１−２の屈折率をほぼ等しく設定することが不可能な場合には、検光子１−１と第一のλ／４板１−２との境界面で光学的な整合をとる必要が生ずる。このためには、図示を省略するが、検光子１−１と第一のλ／４板１−２との間に屈折率が検光子１−１の屈折率と第一のλ／４板１−２の屈折率の積の平方根に等しい物質によるλ／４整合層を挿入すればよい。これによって、検光子１−１と第一のλ／４板１−２との境界において無用な反射が生ずることがなくなり、所要の波長選択特性を正確に得ることができる。
【００５２】
さて、図２の第二のλ／４板１−３の下側の面で奇数回目の反射をして第一のλ／４板１−２と検光子１−１との境界面に達した光はエタロン１の反射光として入射側に出射される光の強度反射率を解析的に求めてみる。
この光は、式（２）における偶数項の光だけを集めたものになるので、強度反射率Ｒe は
0003925216.tif 000005
となる。
【００５３】
図３は、本発明のエタロンの強度反射率の例で、ｎ＝１．５、ｈ＝１（ｍｍ）、θ＝０（度）、Ｒ1 ＝０．９、Ｒ2 ＝０．９９の場合の強度反射率である。図３に示す如く、エタロンの強度反射率に波長選択特性が生じ、しかも、図８に示した従来のエタロンの強度透過率に比べてＦＳＲ（Free Spectrum Range)が１／２になっていることが判る。
【００５４】
図３の例の場合、強度反射率のピークは０．８強であるが、Ｒ1 ＜Ｒ2 とすることで強度反射率のピークを大きくすることができる。
さて、上において、λ／４板が水晶、ルチルなどの複屈折結晶や液晶によって実現できることを記載したが、ファラデー効果を有する物質によって実現することも可能である。
【００５５】
又、グラフの図示は省略するが、複屈折結晶、液晶、ファラデー効果を有する物質の屈折率を電気的又は磁気的に制御することによって、本発明のエタロンの反射特性を変化させることも可能である。
更に、検光子の代わりに偏光分離膜又は偏光分離プリズムを適用しても、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で奇数回目の反射をして偏光分離膜又は偏光分離プリズムに達した光はエタロン１の反射光として入射側に出射し、第二のλ／４板１−３のもう一方の面で偶数回目の反射をして偏光分離膜又は偏光分離プリズムに達した光は入射側には戻さないという、本発明のエタロンを構成することができる。
【００５６】
以上で本発明のエタロンに関する説明を終了する。
以降は、本発明のエタロンを適用する外部共振型レーザについて説明する。
図４は、本発明の外部共振型レーザの構成である。
図４において、４はレーザ媒質、５はコリメート・レンズ、１はエタロン、１−１はエタロン１を構成する検光子、１−２はエタロン１を構成する第一のλ／４板、１−３はエタロン１を構成する第二のλ／４板である。ここでは、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３の屈折率が異なることを想定して、第一のλ／４板１−２と第二のλ／４板１−３との間にハーフ・ミラーを形成しない例を図示している。
【００５７】
図４の構成において、エタロン１は上述の如き波長選択特性を有するので、レーザ４のエタロン１側に構成されている第一のハーフ・ミラーから出射した光のうち特定の波長の光だけがレーザ４にフィード・バックされて、特定の波長の発振光をレーザ媒質４のエタロン１とは反対側に構成されている第二のハーフ・ミラーから得ることができる。
【００５８】
ここで、第一のλ／４板１−２及び第二のλ／４板１−３を構成する物質の屈折率を、電気的又は磁気的に制御することによって図４の外部共振型レーザの発振波長を可変に制御することができる。
（付記１）  検光子と、
該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、
該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受けて該第一のλ／４板との間で反射を生じさせうる第二のλ／４板と
によって構成する
ことを特徴とするエタロン。
【００５９】
（付記２）  検光子と、
該検光子の光学軸と４５度の角度をなす光学軸を有し、該検光子との間で光学的に整合されて該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、
該第一のλ／４板の光学軸と平行又は９０度のいずれかの光学軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受ける第二のλ／４板と
によって構成し、
該検光子の光学軸に平行な直線偏光を入射光とする
ことを特徴とするエタロン。
【００６０】
（付記３）  付記１又は付記２のいずれかに記載のエタロンにおいて、
上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として、
複屈折結晶、又は、液晶、又は、ファラデー効果を有する物質のいずれかを適用する
ことを特徴とするエタロン。
【００６１】
（付記４）  付記３記載のエタロンにおいて、
上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として適用する物質を、電気的又は磁気的に制御する
ことを特徴とするエタロン。
（付記５）  レーザ媒質の第一のハーフ・ミラーを透過した光を付記１乃至付記４のいずれかに記載のエタロンに入射し、
該エタロンの該光を入射した面から出射される光を該レーザ媒質にフィード・バックし、
該レーザ媒質の第二のハーフ・ミラーを透過した光を出力光とする
ことを特徴とする外部共振型レーザ。
【００６２】
（付記６）  付記１乃至付記４のいずれかに記載のエタロンにおいて、
上記検光子を偏光分離膜又は偏光分離プリズムのいずれかに置換する
ことを特徴とするエタロン。
（付記７）  付記５に記載の外部共振型レーザにおいて、
付記３に記載のエタロンを適用する
ことを特徴とする外部共振型レーザ。
【００６３】
（付記８）  付記５に記載の外部共振型レーザにおいて、
付記４に記載のエタロンを適用する
ことを特徴とする外部共振型レーザ。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、エタロン及び外部共振型レーザに関し、多重反射して得られる反射光が波長選択性を有するが故に反射鏡が不要なエタロン及び該エタロンを波長選択素子として用いるが故に光学系を簡略化できる外部共振型レーザを実現することができる。
【００６５】
即ち、第一の発明によれば、エタロンを、検光子と、該検光子の光軸と４５度の角度をなす光軸を有し、該検光子の透過光を受ける第一のλ／４板と、該第一のλ／４板の光軸と平行又は９０度のいずれかの光軸を有し、該第一のλ／４板の透過光を受けて該第一のλ／４板との間で反射を生じさせうる第二のλ／４板とによって構成するので、該検光子を介して該第一のλ／４板に入射されて該第一のλ／４板と該第二のλ／４板との境界面で反射されて該検光子と該第一のλ／４板との境界面に到達した光は該検光子の光学軸と直交する直線偏光となって該検光子で吸収され、該検光子を介して該第一のλ／４板に入射されて該第一のλ／４板と該第二のλ／４板との境界面を透過して該第二のλ／４板のもう一方の面で反射されて該検光子と該第一のλ／４板との境界明に到達した光は該検光子の光学軸と平行な直線偏光となって該検光子を透過することができ、以降、該第二のλ／４板のもう一方の面で奇数回反射された光が該検光子を透過することができ、該第二のλ／４板のもう一方の面で偶数回反射された光が該検光子で吸収される。そして、該検光子を透過した光は波長選択性を有する光となるので、反射鏡を必要としないエタロンを実現することができ、エタロンの構造の簡略化と、波長選択性の安定化を図ることができる。
【００６６】
又、第二の発明のエタロンは、基本的に第一の発明のエタロンと同じ構成であるので、第二の発明によれば、該エタロンで反射された光は波長選択性を有する光となって反射鏡を必要としないエタロンを実現することができる。
しかも、該検光子と該第一のλ／４板との間が光学的に整合されているために、該第一のλ／４板中で光が多重反射せず、該第二のλ／４板中のみで光が多重反射するので複合エタロンにならず、所要の波長選択特性を有するエタロンを容易に実現することができる。
【００６７】
又、第三の発明によれば、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として、複屈折結晶、又は、液晶、又は、ファラデー効果を有する物質のいずれかを適用するので、反射鏡を必要としないエタロンを実現することができる。
又、第四の発明によれば、第三の発明のエタロンにおいて、上記第一のλ／４板及び第二のλ／４板として適用する物質を、電気的又は磁気的に制御するので、エタロンの反射特性を可変に制御することができる。
【００６８】
更に、第五の発明によれば、第一の発明乃至第四の発明のいずれかのエタロンは波長選択素子として機能するので、レーザ媒質の第一のハーフ・ミラーを透過した光を該エタロンに入射し、該エタロンの該光を入射した面から出射される光を該レーザ媒質にフィード・バックし、該レーザ媒質の第二のハーフ・ミラーを透過した光を出力光とすることによって外部共振型レーザを構成することができる。
【００６９】
特に、第二の発明のエタロンを用いた場合には、該エタロンの波長選択特性が正確であるので、該外部共振型レーザの発振波長を正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のエタロンの構成。
【図２】  本発明のエタロンの原理。
【図３】  本発明のエタロンの強度反射率。
【図４】  本発明の外部共振型レーザの構成。
【図５】  従来のエタロンの基本的構成。
【図６】  従来のエタロンの原理。
【図７】  隣合う透過光又は反射光の位相差δ。
【図８】  従来のエタロンの強度透過率。
【図９】  波長選択光を反射によって得る光学系。
【図１０】  従来のエタロンの強度反射率。
【図１１】  従来の外部共振型レーザの構成例。
【符号の説明】
１  エタロン
１−１  検光子
１−２  第一のλ／４板
１−３  第二のλ／４板
１ａ  エタロン
２  レンズ
３  反射鏡
４  レーザ媒質
５  コリメート・レンズ
６  波長選択素子
７  反射鏡
【図１】
0003925216.tif 000006
【図２】
0003925216.tif 000007
【図３】
0003925216.tif 000008
【図４】
0003925216.tif 000009
【図５】
0003925216.tif 000010
【図６】
0003925216.tif 000011
【図７】
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【図８】
0003925216.tif 000013
【図９】
0003925216.tif 000014
【図１０】
0003925216.tif 000015
【図１１】
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