(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入射光束を第１の透過光束と第１の反射光束に分岐する第１のスプリット面を有する第１のビームスプリッタと；
前記第１の反射光束を第２の入射光束とし、前記第２の入射光束を第２の透過光束と第２の反射光束に分岐する第２のスプリット面を有する第２のビームスプリッタとを備え；
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタとは、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の入射角と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の入射角とが等しく、かつ、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の第１の入射面と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の第２の入射面とが直交するように配置され、
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタが同じ構造及び光学特性を有し；
前記第１のビームスプリッタは、前記第１の入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を前記第１の透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を前記第１の反射光束として分岐し；
前記第２のビームスプリッタは、前記第２の入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を前記第２の透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を前記第２の反射光束として分岐する；
光分岐装置からなる第１の光分岐装置及び第２の光分岐装置と；
１／４波長板と；
４５°偏光回転素子と；
第３のビームスプリッタと；
第１ないし第４の光量検出手段とを備え；
前記第１の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の反射光束が前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタへの第１の入射光束になるように、前記４５°偏光回転素子を介して光学的に接続され、
前記第２の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の反射光束は、前記１／４波長板を介して前記第３のビームスプリッタへの入射光束になるように光学的に接続され、
前記第１の光量検出手段は前記第１の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の透過光束に光学的に接続され、
前記第２の光量検出手段は前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の透過光束に光学的に接続され、
前記第３の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、
前記第４の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、
前記第１ないし第４の光量検出手段の検出値からストークスパラメータを求める；
偏光解析装置。
【請求項２】
第１の入射光束を第１の透過光束と第１の反射光束に分岐する第１のスプリット面を有する第１のビームスプリッタと；
前記第１の反射光束を第２の入射光束とし、前記第２の入射光束を第２の透過光束と第２の反射光束に分岐する第２のスプリット面を有する第２のビームスプリッタとを備え；
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタとは、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の入射角と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の入射角とが等しく、かつ、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の第１の入射面と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の第２の入射面とが直交するように配置され、
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタが同じ構造及び光学特性を有し；
前記第１のビームスプリッタは、前記第１の入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を前記第１の透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を前記第１の反射光束として分岐し；
前記第２のビームスプリッタは、前記第２の入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を前記第２の透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を前記第２の反射光束として分岐する；
光分岐装置からなる第１の光分岐装置及び第２の光分岐装置と；
１／４波長板と；
第３のビームスプリッタと；
第１ないし第４の光量検出手段とを備え；
前記第１の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の反射光束が前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタへの第１の入射光束になり、かつ、前記第２の光分岐装置の前記第１のスプリット面への第１の入射光束の第１の入射面が、前記第１の光分岐装置の前記第２のスプリット面への第２の入射光束の第２の入射面に対して４５°の角度をなすように光学的に接続され、
前記第２の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の反射光束は、前記１／４波長板を介して前記第３のビームスプリッタへの入射光束になるように光学的に接続され、
前記第１の光量検出手段は前記第１の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の透過光束に光学的に接続され、
前記第２の光量検出手段は前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の透過光束に光学的に接続され、
前記第３の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、
前記第４の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、
前記第１ないし第４の光量検出手段の検出値からストークスパラメータを求める；
偏光解析装置。
【請求項３】
前記第３のビームスプリッタは、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射光束として分岐する、又は、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を透過光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を反射光束として分岐する；
請求項１又は請求項２に記載の偏光解析装置。
【請求項４】
第１の入射光束を第１の透過光束と第１の反射光束に分岐する第１のスプリット面を有する第１のビームスプリッタと；
前記第１の透過光束を第２の入射光束とし、前記第２の入射光束を第２の透過光束と第２の反射光束に分岐する第２のスプリット面を有する第２のビームスプリッタとを備え；
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタとは、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の入射角と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の入射角とが等しく、かつ、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の第１の入射面と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の第１の入射面とが直交するように配置され、
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタが同じ構造及び光学特性を有し；
前記第１のビームスプリッタは、前記第１の入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を前記第１の反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を前記第１の透過光束として分岐し；
前記第２のビームスプリッタは、前記第２の入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を前記第２の反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を前記第２の透過光束として分岐する；
光分岐装置からなる第１の光分岐装置及び第２の光分岐装置と；
１／４波長板と；
４５°偏光回転素子と；
第３のビームスプリッタと；
第１ないし第４の光量検出手段とを備え；
前記第１の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の透過光束が前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタへの第１の入射光束になるように、前記４５°偏光回転素子を介して光学的に接続され、
前記第２の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の透過光束は、前記１／４波長板を介して前記第３のビームスプリッタへの入射光束になるように光学的に接続され、
前記第１の光量検出手段は前記第１の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の反射光束に光学的に接続され、
前記第２の光量検出手段は前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の反射光束に光学的に接続され、
前記第３の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、
前記第４の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、
前記第１ないし第４の光量検出手段の検出値からストークスパラメータを求める；
偏光解析装置。
【請求項５】
第１の入射光束を第１の透過光束と第１の反射光束に分岐する第１のスプリット面を有する第１のビームスプリッタと；
前記第１の透過光束を第２の入射光束とし、前記第２の入射光束を第２の透過光束と第２の反射光束に分岐する第２のスプリット面を有する第２のビームスプリッタとを備え；
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタとは、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の入射角と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の入射角とが等しく、かつ、前記第１のスプリット面に対する前記第１の入射光束の第１の入射面と前記第２のスプリット面に対する前記第２の入射光束の第１の入射面とが直交するように配置され、
前記第１のビームスプリッタと前記第２のビームスプリッタが同じ構造及び光学特性を有し；
前記第１のビームスプリッタは、前記第１の入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を前記第１の反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を前記第１の透過光束として分岐し；
前記第２のビームスプリッタは、前記第２の入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を前記第２の反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を前記第２の透過光束として分岐する；
光分岐装置からなる第１の光分岐装置及び第２の光分岐装置と；
１／４波長板と；
第３のビームスプリッタと；
第１ないし第４の光量検出手段とを備え；
前記第１の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の透過光束が前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタへの第１の入射光束になり、かつ、前記第２の光分岐装置の前記第１のスプリット面への第１の入射光束の第１の入射面が、前記第１の光分岐装置の前記第２のスプリット面への第２の入射光束の第２の入射面に対して４５°の角度をなすように光学的に接続され、
前記第２の光分岐装置の前記第２のビームスプリッタからの第２の透過光束は、前記１／４波長板を介して前記第３のビームスプリッタへの入射光束になるように光学的に接続され、
前記第１の光量検出手段は前記第１の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の反射光束に光学的に接続され、
前記第２の光量検出手段は前記第２の光分岐装置の前記第１のビームスプリッタからの第１の反射光束に光学的に接続され、
前記第３の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、
前記第４の光量検出手段は前記第３のビームスプリッタの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、
前記第１ないし第４の光量検出手段の検出値からストークスパラメータを求める；
偏光解析装置。
【請求項６】
前記第３のビームスプリッタは、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を透過光束として分岐する、又は、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を反射光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を透過光束として分岐する；
請求項４又は請求項５に記載の偏光解析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ｐ偏光成分とｓ偏光成分に生じる位相差の無い光分岐をするための光分岐装置、及びかかる光分岐装置を用いた偏光状態を解析するための偏光解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
偏光状態は４つのストークスパラメータで表される。ストークスパラメータは、レーザの偏光状態を完全偏光（直線偏光、円偏光、楕円偏光等）、部分偏光を含めて統一的に取り扱うことができ、また、ポアンカレ球表示で表すと見通しが良いので、光ファイバの伝送特性の評価等に広く使用されている。４つのストークスパラメータを求めるために、複数のビームスプリッタを縦列に接続し、各ビームスプリッタの分岐路を用いて測定すべき入射光束を４分割したり、ウェッジ等の光学素子を用いて入射光束の波面を４分割して、各分割された光束の所定の偏光成分の光量を測定する構成が知られている。（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）
【特許文献１】特開２００４−１８４２２３公報（段落００１４〜００９９、図１〜１４）
【非特許文献１】「高精度ＤＯＰ測定器の開発」古川電工時報、第１１１号（平成１５年１月）、第３７〜４０ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
入射光束の波面を４分割する方法は、ビームの位置ズレを生じるおそれがある。また、ビームスプリッタを縦列に接続する方法はこれに比較してビームの位置ズレに強い利点があるが、従来のビームスプリッタを用いる限り、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分との間に位相差が生じ、位相差に応じて偏光状態が変化してしまうという問題があった。また、このため、従来の偏光解析装置では、各光量検出手段において、同じ偏光状態に基づく偏光成分の光量を検出することが困難であり、ストークスパラメータを高精度に計測できず、偏光状態を正確に解析できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の無い光分岐をすることができる光分岐装置を提供することを目的とする。また、かかる光分岐装置を用いることにより、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様に係る光分岐装置は、例えば、図３に示すように、第１の入射光束１Ａを第１の透過光束８Ａと第１の反射光束９Ａに分岐する第１のスプリット面２４Ａを有する第１のビームスプリッタ２１Ａと、第１の反射光束９Ａを第２の入射光束１Ｂとし、第２の入射光束１Ｂを第２の透過光束８Ｂと第２の反射光束９Ｂに分岐する第２のスプリット面２４Ｂを有する第２のビームスプリッタ２１Ｂとを備え、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しく、かつ、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂ面とが直交するように配置され、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂが同じ構造及び光学特性を有する。
【０００６】
ここにおいて、第１及び第２のスプリット面は、例えばプリズムと誘電体積層膜の境界に形成される。また、入射面とは入射光束及び反射光束を含む面をいい、光線の場合には厚さの無い１平面となるが、光束の場合には複数の平面が集まったものとなる。また、第１の入射光束の入射角と第２の入射光束の入射角とが等しくの「等しい」とは、光学系組み立てのばらつき、測定誤差を含め実質的に等しいことを意味する。また、同じ構造、光学特性の「同じ」とは、製造ばらつき、測定誤差を含め実質的に同じであることを意味する。
【０００７】
このように構成すると、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の反射光束９Ａのｐ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分となり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の反射光束９Ａのｓ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分となるので、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂの両者を通過することにより、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間に生じる位相差は相殺され、これにより、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の無い光分岐をすることができる光分岐装置を提供できる。なお、位相差の無いとは、相殺の結果、位相差が完全に０になるものだけでなく、０の近傍に減少されたもの（例えば±３度以内）を含むものとする。
【０００８】
また、第２の態様に係る光分岐装置は、第１の態様において、例えば、図３に示すように、第１のビームスプリッタ２１Ａは、第１の入射光束１Ａのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を第１の透過光束８Ａとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を第１の反射光束９Ａとして分岐し、第２のビームスプリッタ２１Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を第２の透過光束８Ｂとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を第２の反射光束９Ｂとして分岐する。
【０００９】
ここにおいて、所定の割合とは、例えば次段の光分岐装置に出力する反射光束の光量が、入射光束の光量を測定できるようにあまり低下せず、かつ透過光束で光量の検出が充分に行なえる割合であり、０．５〜１０％が望ましく、１〜５％がより望ましく、例えば１．５％である。また、入射光束は、理想的には「所定の割合のｐ偏光成分」と「ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分」とに分岐されるが、現実には光吸収や結晶欠陥による光散乱が生じ得るので、これらによる損失を除いて分岐されても良いことを意味する。なお、所定の割合は例えば第１及び第２のスプリット面を形成する誘電体積層膜の構成を変化することにより調整できる。
【００１０】
このように構成すると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との間の位相差がない反射光束を出力すると共に、分岐されたｐ偏光成分のみの透過光束を光量検出等に使用できる。なお、「ｐ偏光成分のみ」は理想的な状態を表したものであり、現実的には光分岐装置の製造上のばらつきによりｓ偏光成分が僅かに混じる場合があり、実質的には「殆どがｐ偏光成分（例えば９８％以上）」であっても良い。
【００１１】
また、第３の態様に係る光分岐装置は、第１の態様において、第１のビームスプリッタ２１Ａは、第１の入射光束１Ａのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を第１の透過光束８Ａとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を第１の反射光束９Ａとして分岐し、第２のビームスプリッタ２１Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を第２の透過光束８Ｂとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を第２の反射光束９Ｂとして分岐する。
【００１２】
このように構成すると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との間の位相差がない反射光束を出力すると共に、分岐されたｓ偏光成分のみの透過光束を光量検出等に使用できる。なお、「ｓ偏光成分のみ」は理想的な状態を表したものであり、現実的には光分岐装置の製造上のばらつきによりｐ偏光成分が僅かに混じる場合があり、実質的には「殆どがｓ偏光成分（例えば９８％以上）」であっても良い。
【００１３】
また、本発明の第４の態様に係る偏光解析装置１００は、例えば、図５及び図７に示すように（光分岐装置の構成については図３を参照、なお、符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第１の光分岐装置２００Ａと、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第２の光分岐装置２００Ｂと、１／４波長板３と、４５°偏光回転素子７と、第３のビームスプリッタ２１Ｃと、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４とを備え、第１の光分岐装置２００Ａの第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の反射光束９Ｂ１が第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２への第１の入射光束１Ａ２になるように、４５°偏光回転素子７を介して光学的に接続され、第２の光分岐装置２００Ｂの第２のビームスプリッタ２１Ｂ２からの第２の反射光束９Ｂ２は、１／４波長板３を介して第３のビームスプリッタ２１Ｃへの入射光束になるように光学的に接続され、第１の光量検出手段５１は第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の透過光束８Ａ１に光学的に接続され、第２の光量検出手段５２は第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の透過光束８Ａ２に光学的に接続され、第３の光量検出手段５３は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、第４の光量検出手段５４は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４の検出値からストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。
【００１４】
ここにおいて、１／４波長板は、互いに直交する偏光成分の位相差を９０°変化させるもの、４５°偏光回転素子は、偏光面を光軸の回りに４５°回転するもので、ファラディ回転子等を使用できる。尚、４５°偏光回転素子は、基準となる偏光（０°）に対して、±４５°のいずれの方向かは問わない。また、第１ないし第４の光量検出手段は、例えば光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉ０として検出する構成でも良い。また、第１の光分岐装置と第２の光分岐装置の態様は同じでも良く、異なっていても良い。
【００１５】
このように構成すると、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置を利用することにより、これらの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差を無くせるので、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置を提供できる。
【００１６】
また、第５の態様に係る偏光解析装置は、例えば、図５及び図６に示すように（光分岐装置の構成については図３を参照、なお、符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第１の光分岐装置２００Ａと、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第２の光分岐装置２００Ｂと、１／４波長板３と、第３のビームスプリッタ２１Ｃと、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４とを備え、第１の光分岐装置２００Ａの第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の反射光束９Ｂ１が第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２への第１の入射光束１Ａ２になり、かつ、第２の光分岐装置２００Ｂの第１のスプリット面２４Ａ２への第１の入射光束１Ａ２の第１の入射面２５Ａ２が、第１の光分岐装置２００Ａの第２のスプリット面２４Ｂ１への第２の入射光束１Ｂ１の第２の入射面２５Ｂ１に対して４５°の角度をなすように光学的に接続され、第２の光分岐装置２００Ｂの第２のビームスプリッタ２１Ｂ２からの第２の反射光束９Ｂ２は、１／４波長板３を介して第３のビームスプリッタ２１Ｃへの入射光束になるように光学的に接続され、第１の光量検出手段５１は第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の透過光束８Ａ１に光学的に接続され、第２の光量検出手段５２は第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の透過光束８Ａ２に光学的に接続され、第３の光量検出手段５３は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、第４の光量検出手段５４は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４の検出値からストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。
【００１７】
このように構成すると、第１ないし第３のいずれかの態様に係る光分岐装置を利用することにより、これらの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差を無くせるので、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置を提供できる。また、４５°偏光回転素子を省略でき、装置の小型化に寄与できる。
【００１８】
また、第６の態様に係る偏光解析装置は、第４又は第５の態様において、例えば図６に示すように、第３のビームスプリッタ２１Ｃは、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射光束として分岐する、又は、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を透過光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を反射光束として分岐する。
【００１９】
このように構成すると、第３のビームスプリッタは入射光束の一部を純粋なｐ偏光成分又はｓ偏光成分に分岐できるので、当該分岐の後段でいずれかの偏光成分を除去して純粋なｐ偏光成分又は純粋なｓ偏光成分を得るための偏光子を省略できる。
【００２０】
また、本発明の第７の態様に係る光分岐装置は、例えば、図４に示すように、第１の入射光束１Ａを第１の透過光束８Ａと第１の反射光束９Ａに分岐する第１のスプリット２４Ａ面を有する第１のビームスプリッタ２１Ａと、第１の透過光束８Ａを第２の入射光束１Ｂとし、第２の入射光束１Ｂを第２の透過光束８Ｂと第２の反射光束９Ｂに分岐する第２のスプリット面２４Ｂを有する第２のビームスプリッタ２１Ｂとを備え、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しく、かつ、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂとが直交するように配置され、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂが同じ構造及び光学特性を有する。
【００２１】
このように構成すると、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の透過光束８Ａのｐ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分となり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の透過光束８Ａのｓ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分となるので、第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂの両者を通過することにより、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間に生じる位相差は相殺され、これにより、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の無い光分岐ができる光分岐装置を提供できる。
【００２２】
また、第８の態様に係る光分岐装置は、第７の態様において、例えば、図４に示すように、第１のビームスプリッタ２１Ａは、第１の入射光束１Ａのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を第１の反射光束９Ａとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を第１の透過光束８Ａとして分岐し、第２のビームスプリッタ２１Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を第２の反射光束９Ｂとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を第２の透過光束８Ｂとして分岐する。
【００２３】
ここにおいて、所定の割合とは、例えば次段の光分岐装置に出力する透過光束の光量、入射光束の光量が測定できるようにあまり低下せず、かつ反射光束で光量の検出が充分に行なえる割合であり、０．５〜１０％が望ましく、１〜５％がより望ましく、例えば１．５％である。また、入射光束は、理想的には「所定の割合のｓ偏光成分」と「ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分」とに分岐されるが、現実には光吸収や結晶欠陥による光散乱が生じ得るので、これらによる損失を除いて分岐されても良いことを意味する。なお、所定の割合は例えば第１及び第２のスプリット面を形成する誘電体積層膜の構成を変化することにより調整できる。
【００２４】
このように構成すると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との間の位相差がない透過光束を出力すると共に、分岐されたｓ偏光成分のみの反射光束を光量検出等に使用できる。
【００２５】
また、第９の態様に係る光分岐装置は、第７の態様において、第１のビームスプリッタ２１Ａは、第１の入射光束１Ａのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を第１の反射光束９Ａとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を第１の透過光束８Ａとして分岐し、第２のビームスプリッタ２１Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を第２の反射光束９Ｂとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を第２の透過光束８Ｂとして分岐する。
【００２６】
このように構成すると、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との間の位相差がない透過光束を出力すると共に、分岐されたｐ偏光成分のみの反射光束を光量検出等に使用できる。
【００２７】
また、本発明の第１０に係る偏光解析装置は、例えば図５に示すように（光分岐装置の構成については図４を参照、なお、符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第１の光分岐装置２００Ａと、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第２の光分岐装置２００Ｂと、１／４波長板３と、４５°偏光回転素子７と、第３のビームスプリッタ２１Ｃと、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４とを備え、第１の光分岐装置２００Ａの第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の透過光束８Ｂ１が第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２への第１の入射光束１Ａ２になるように、４５°偏光回転素子７を介して光学的に接続され、第２の光分岐装置２００Ｂの第２のビームスプリッタ２１Ｂ２からの第２の透過光束８Ｂ２は、１／４波長板３を介して第３のビームスプリッタ２１Ｃへの入射光束になるように光学的に接続され、第１の光量検出手段５１は第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の反射光束９Ａ１に光学的に接続され、第２の光量検出手段５２は第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の反射光束９Ａ２に光学的に接続され、第３の光量検出手段５３は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、第４の光量検出手段５４は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４の検出値からストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。
【００２８】
このように構成すると、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置を利用することにより、これらの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差を無くせるので、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置を提供できる。また、主光束を真っ直ぐとし、反射した光を測定光として一方向に取り出す形に光学系を配置できる。
【００２９】
また、第１１の態様に係る偏光解析装置は、例えば図５に示すように（光分岐装置の構成については図４を参照、なお、符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第１の光分岐装置２００Ａと、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置からなる第２の光分岐装置２００Ｂと、１／４波長板３と、第３のビームスプリッタ２１Ｃと、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４とを備え、第１の光分岐装置２００Ａの第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の透過光束８Ｂ１が第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２への第１の入射光束１Ａ２になり、かつ、第２の光分岐装置２００Ｂの第１のスプリット面２４Ａ２への第１の入射光束１Ａ２の第１の入射面２５Ａ２が、第１の光分岐装置２００Ａの第２のスプリット面２４Ｂ１への第２の入射光束１Ｂ１の第２の入射面２５Ｂ１に対して４５°の角度をなすように光学的に接続され、第２の光分岐装置２００Ｂの第２のビームスプリッタ２１Ｂ２からの第２の透過光束８Ｂ２は、１／４波長板３を介して第３のビームスプリッタ２１Ｃへの入射光束になるように光学的に接続され、第１の光量検出手段５１は第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の反射光束９Ａ１に光学的に接続され、第２の光量検出手段５２は第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の反射光束９Ａ２に光学的に接続され、第３の光量検出手段５３は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の一方に光学的に接続され、第４の光量検出手段５４は第３のビームスプリッタ２１Ｃの透過光束又は反射光束の他方に光学的に接続され、第１ないし第４の光量検出手段５１〜５４の検出値からストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。
【００３０】
このように構成すると、第７ないし第９のいずれかの態様に係る光分岐装置を利用することにより、これらの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差を無くせるので、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置を提供できる。また、４５°偏光回転素子を省略でき、装置の小型化に寄与できる。
【００３１】
また、第１２の態様に係る偏光解析装置は、第１０又は第１１の態様において、第３のビームスプリッタ２１Ｃは、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を透過光束として分岐する、又は、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を反射光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を透過光束として分岐する。
【００３２】
このように構成すると、第３のビームスプリッタは入射光束の一部を純粋なｐ偏光成分又はｓ偏光成分に分岐できるので、当該分岐の後段でいずれかの偏光成分を除去して純粋なｐ偏光成分又は純粋なｓ偏光成分を得るための偏光子を省略できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の無い光分岐ができる光分岐装置を提供できる。また、かかる光分岐装置を用いることにより、高精度に偏光状態を解析できる偏光解析装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３５】
［ストークスパラメータの測定原理］
まず、ストークスパラメータの測定原理について簡単に説明する。
図１は、４分岐によるストークスパラメータの測定原理を示す図である。図１は入力光束全体の光量Ｉｔ、基準偏光角度に対して０°、４５°傾いた偏光成分の光量Ｉ０、Ｉ４５、基準偏光角度に対して４５°方向に光学軸を持つ１／４波長板を作用させた状態における、４５°傾いた方向の偏光成分Ｉｑ４５を検出する例を示す。なお、ここでは、Ｉｑ４５の検出の際、偏光面を４５°回転させた後に基準偏光角度の方向に光学軸を持つ１／４波長板を配置している。測定される入射光束１を分岐手段２１〜２３で順次４つの分岐光路（＃１〜＃４）に分岐し、分岐手段２１と２２の間に基準偏光角度に対して４５°傾いた偏光成分だけを通過させる４５°偏光子７１を用い、分岐手段２２と２３の間に１／４波長板７２を用いて、光量検出手段６１〜６４に基準偏光角度に対して所定の角度傾いた成分の光束を分岐する。例えば、分岐光路＃１の光束（分岐量は少量とする）には基準偏光（基準角度：０°）成分を分岐し、光量検出手段６１では光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉ０として検出する。分岐光路＃２の光束（分岐量は少量とする）には基準偏光角度に対して４５°傾いた偏光成分を分岐し、光量検出手段６２では光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉ４５として検出する。分岐光路＃３の光束（分岐量は少量とする）には１／４波長板を作用させた状態における４５°方向の偏光成分を分岐し、光量検出手段６３では光電変換手段で電圧（又は電流）Ｉｑ４５として検出する。＃４の分岐光路の光束には大部分の光量を分岐し、光量検出手段６４では光電変換手段でトータル光量を電圧（又は電流）Ｉｔとして検出する。これら、Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔはそれぞれの分岐の分岐比率を補正して求められる。（得られた４つの電圧（又は電流）検出結果Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔを用い、演算手段１９を用い次式によりストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。なお、トータル光量は、Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔを加えて求めても良い。また、Ｉ４５，Ｉｑ４５の和から分岐手段の分岐比率を用いて求めることも可能である。
Ｓ０＝Ｉｔ                  （１−１）
Ｓ１＝２・Ｉ０―Ｉｔ        （１−２）
Ｓ２＝２・Ｉ４５―Ｉｔ      （１−３）
Ｓ３＝２・Ｉｑ４５―Ｉｔ    （１−４）
【００３６】
なお、入力光束の基準偏光角度に対して０°、４５°、９０°傾いた偏光成分の光量Ｉ０、Ｉ４５、Ｉ９０、及び１／４波長板を作用させた状態における４５°方向の偏光成分の光量Ｉｑ４５を検出し、次式によりストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求めることもできる。
Ｓ０＝Ｉ０＋Ｉ９０                      （２−１）
Ｓ１＝Ｉ０−Ｉ９０                      （２−２）
Ｓ２＝２・Ｉ４５―（Ｉ０＋Ｉ９０）      （２−３）
Ｓ３＝２・Ｉｑ４５―（Ｉ０＋Ｉ９０）    （２−４）
【００３７】
このようにして、ストークスのパラメータＳ０〜Ｓ３を求めることができる。ストークスパラメータを用いると、直線偏光・円偏光・楕円偏光等の完全偏光や、部分偏光を含めて偏光状態を統一的に評価することができる。本測定方法で、重要なことは、高精度な測定データを得るために、被測定光の偏光状態を出来るだけ測定系で乱さないことである。特に、分岐手段２で偏光状態の変動を受けやすい。
【００３８】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、２個のビームスプリッタを組合わせた光分岐装置の形態で、各ビームスプリッタの反射光束がｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、透過光束がｐ偏光成分である例を説明する。
【００３９】
図２に、本発明の第１の実施の形態におけるビームスプリッタ２１の構成例を示す。図において、２２は入射側プリズム、２３は出射側プリズム、２４はスプリット面である。２５は入射光束１と反射光束９を含む入射面であり、スプリット面２４に直交する。入射側プリズム２２に入射された入射光束１はスプリット面２４で透過光束８と反射光束９に分岐される。入射光束１はｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、スプリット面２４は、入射光束１のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過させて透過光束８とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射させて反射光束９とする。所定の割合とは、例えば次段の光分岐装置に出力する反射光束の光量が入射光束の光量に対して少ししか低下せず、かつ透過光束で光量の検出が充分に行なえる割合であり、０．５〜１０％が望ましく、１〜５％がより望ましく、例えば１．５％である。このような所定の割合のｐ偏光成分のみを透過させ、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射させるスプリット面２４は誘電体の多層積層膜により実現される。積層膜を構成する各半透明誘電体膜の膜厚は波長のオーダーであり、その屈折率、膜厚、積層数を変化させることにより、各波長に対する透過光と反射光の割合が調整される。図２では、スプリット面２４に対する入射光束１の入射角θｉ及び反射角θｒ（＝θｉ）が共に４５°の例を示す。４５°に限定されず、それ以外の角度を用いても良いが、４５°とすると光分岐装置の組み立て、偏光解析装置の光学系の設計がし易くなるので好ましい。また、入射側プリズム２２の入射端面と出射側プリズム２３の出射端面が平行であれば、透過光束９は入射光束１に対して出射側プリズム２３から入射光束１と同じ進行方向に出力される。なお、図２において、説明の便宜のため、光束を線で示しているが、スプリット面２４の広い範囲に亘って入射される光について、同様に透過、反射される。
【００４０】
図３に、本発明の第１の実施の形態における光分岐装置２００の構成例を示す。図３において、光分岐装置２００は基本的には第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとで構成され、これらを光学的に接続、配置するための部品等を含む。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは同じ構造及び光学特性を有すること、特に、使用される各材料の寸法と屈折率が同じであることが好ましい。同じ構造及び光学特性を得るには、例えば、同じ設計で同時に同一の生産設備によって生産したビームスプリッタから２つを選択する。第１のビームスプリッタ２１Ａにおいて、２２Ａは第１の入射側プリズム、２３Ａは第１の出射側プリズム、２４Ａは第１のスプリット面、２５Ａは第１の入射面、１Ａは第１の入射光束、８Ａは第１の透過光束、９Ａは第１の反射光束である。また、第２のビームスプリッタ２１Ｂにおいて、２２Ｂは第２の入射側プリズム、２３Ｂは第２の出射側プリズム、２４Ｂは第２のスプリット面、２５Ｂは第２の入射面、１Ｂは第２の入射光束、８Ｂは第２の透過光束、９Ｂは第２の反射光束である。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１の反射光束９Ａが第２の入射光束１Ｂになるように配置され、光学的に接続される。
【００４１】
この際に、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂとが直交するように配置される。また、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しくなるように配置される。本実施の形態では、これらの入射角は４５°とする。かかる配置により、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の反射光束９Ａのｐ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分となり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の反射光束９Ａのｓ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分となる。また、第１のスプリット面２４Ａは、第１の入射光束１Ａのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過させて第１の透過光束８Ａとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射させて第１の反射光束９Ａとする。第２のスプリット面２４Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過させて第２の透過光束８Ｂとし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射させて第２の反射光束９Ｂとする。これらの所定の割合は例えば１．５％とする。また、本実施の形態では、第１の入射側プリズム２２Ａ、第１の出射側プリズム２３Ａは共に直角二等辺三角形プリズムとし、第２の入射側プリズム２２Ｂ、第２の出射側プリズム２３Ｂは共に直角二等辺三角形プリズムとする。
【００４２】
次に、光分岐装置２００における光の経路について説明する。図３において、説明の便宜のために、三次元直交座標系を考え、光分岐装置２００への入射光束１の進行方向を水平面内のｘ方向、水平面内のｘ方向に直交する方向をｙ方向、鉛直方向をｚ方向とする。また、光束について、ｐはｐ偏光成分を、ｓはｓ偏光成分を示す。光分岐装置２００への入射光束１は第１のビームスプリッタ２１Ａに、第１の入射光束１Ａとして第１の入射側プリズム２３Ａの入射側端面上の入射点Ｐ１に当該端面（説明の便宜のため、結晶の面に用いられる表現を使用すると、（１，０，０）面に平行）に垂直に入射され、第１のスプリット面２４Ａ（（１，−１，０）面に平行とする）の光分岐点Ｐ２に到る。第１の入射光束１Ａの第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射面２５Ａは（０，０，１）面に平行になる。第１の入射光束１Ａの第１のスプリット面２４Ａへの入射角は４５°である。第１の入射光束１Ａは第１の入射面２５Ａ（入射光と反射光を含む面、ここでは（０，０，１）面に平行）に平行なｐ偏光成分（電界ベクトルがｙ方向）と第１の入射面２５Ａに垂直なｓ偏光成分（電界ベクトルがｚ方向）とに分解できる。
【００４３】
光分岐点Ｐ２において、第１のスプリット面２４Ａの作用により、第１の入射光束１Ａのｐ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｐ偏光成分が第１の透過光束８Ａとなり、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分が第１の反射光束９Ａとなる。第１の透過光束８Ａは第１の出射側プリズム２３Ａの端面（（１，０，０）面に平行）上の透過光束出射点Ｐ３から当該端面に垂直（ｘ方向）に出射される。第１の透過光束８Ａの進行方向は第１の入射光束１Ａの進行方向（ｘ方向）と一致する。また、第１の反射光束９Ａは第１の入射側プリズム２２Ａの反射側端面（（０，１，０）面に平行）上の反射光束出射点Ｐ４から当該端面に垂直（ｙ方向）に出射される。第１のスプリット面２４Ａ（（１，−１，０）面に平行）での反射により、第１の反射光束９Ａのｐ偏光成分の電界ベクトルはｙ方向からｘ方向となり、ｓ偏光成分の電界ベクトルはｚ方向に保たれる。第１のスプリット面２４Ａでの反射により、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に第１の位相差δ１（図示しない）が生じる。また、第１の透過光束８Ａ及び第１の反射光束９Ａが第１のビームスプリッタ２１Ａからの出射光束となり、第１の透過光束８Ａが光分岐装置２００からの第１の出射光束１０Ａとして使用される。
【００４４】
次に、第１のビームスプリッタ２１Ａからの第１の反射光束９Ａは第２のビームスプリッタ２１Ｂへの第２の入射光束１Ｂとなる。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂとが直交するように配置される。また、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しくなるように配置される。かかる配置は、第２のスプリット面２４Ｂを例えば（０，−１，１）面又は（０，１，１）面に平行に設定することにより実現される。ここでは、（０，−１，１）面に平行に設定する。第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂは（１，０，０）面に平行）になり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａ（（０，０，１）に平行）に直交する。第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角は４５°で第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角に等しい。
【００４５】
このような配置にすると、第１の反射光束９Ａのｐ偏光成分はｘ方向に電界ベクトルを有し、第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２の入射光束２Ａとなる。ｘ方向は第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２のスプリット面２４Ｂ（（０，−１，１）面に平行）に対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に垂直なので、第２のスプリット面２４Ｂに対してｓ偏光成分となる。また、第１の反射光束９Ａのｓ偏光成分はｚ方向に電界ベクトルを有し、第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２の入射光束２Ａとなる。ｚ方向は第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２のスプリット面２４Ｂ（（０，−１，１）面に平行）に対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に平行なので、第２のスプリット面２４Ｂに対してｐ偏光成分となる。このように、第１のスプリット面２４Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分とが入れ替わる。なお、第２のスプリット面２４Ｂを（０，１，１）面に平行に設定した場合も同様に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とが入れ替わる。
【００４６】
第１の反射光束９Ａは第２のビームスプリッタ２１Ｂに、第２の入射光束１Ｂとして第２の入射側プリズム２３Ｂの入射側端面（（０，１，０）面に平行）上の入射点Ｐ５に当該端面に垂直（ｙ方向）に入射され、第２のスプリット面２４Ｂ（（０，−１，１）面に平行）の光分岐点Ｐ６に到る。第２の入射光束１Ｂの第２のスプリット面２４Ｂへの入射角は４５°である。第２の入射光束１Ｂは第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に平行なｐ偏光成分（電界ベクトルがｚ方向）と第２の入射面２５Ｂに垂直なｓ偏光成分（電界ベクトルがｘ方向）とに分解できる。第１の反射光束９Ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分が入れ替わっている。光分岐点Ｐ６において、第２のスプリット面２４Ｂの作用により、第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｐ偏光成分が第２の透過光束８Ｂとなり、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分が第２の反射光束９Ｂとなる。第２の透過光束８Ｂは第２の出射側プリズム２３Ｂの端面上の透過光束出射点Ｐ７から当該端面に垂直に出射される。第２の入射光束２Ａの第２のスプリット面２４Ｂへの入射角は４５°であり、第２の透過光束８Ｂの進行方向は第２の入射光束２Ａの進行方向（ｙ方向）と一致する。第２の透過光束８Ｂは第２の出射側プリズム２３Ｂの端面（（１，０，０）面に平行）上の透過光束出射点Ｐ７から当該端面に垂直（ｙ方向）に出射される。また、第２の反射光束９Ｂは第２の入射側プリズム２３Ｂの反射側端面（（０，０，１）面に平行）上の反射光束出射点Ｐ８から当該端面に垂直（ｚ方向）に出射される。第２のスプリット面２４Ｂでの反射により、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に第２の位相差δ２（図示しない）が生じる。また、第２の透過光束８Ｂ及び第２の反射光束９Ｂが第２のビームスプリッタ２１Ｂからの出射光束となり、第２の反射光束９Ｂが光分岐装置２００からの第２の出射光束１０Ｂとなる。
【００４７】
第１の位相差δ１と第２の位相差δ２はスプリット面の構成や入射角が等しいので同じ値になる。そして、第１のビームスプリッタ２１Ａでｐ偏光成分として係った光成分は第２のビームスプリッタ２１Ｂでｓ偏光成分として係り、第１のビームスプリッタ２１Ａでｓ偏光成分として係った光成分は第２のビームスプリッタ２１Ｂでｐ偏光成分として係るので、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間に生じる位相差は相殺され、これにより、光分岐装置２００からの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差が相殺され、この位相差を無くすことができる。なお、図３では、第１のビームスプリッタ２１Ａの第１の入射側プリズム２２Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２の入射側プリズム２２Ｂとの間に隙間が存在するが、第１の入射側プリズム２２Ａと第２の入射側プリズム２２Ｂとを密着させても良い。
【００４８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、２個のビームスプリッタを組合わせた光分岐装置の形態で、各ビームスプリッタの透過光束がｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、反射光束がｓ偏光成分である例を説明する。
【００４９】
図４に、本発明の第２の実施の形態における光分岐装置２０１の構成例を示す。第１の実施の形態における光分岐装置２００では、各ビームスプリッタの反射光束がｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、透過光束がｐ偏光成分であるという条件が、第２の実施の形態における光分岐装置２０１では、各ビームスプリッタの透過光束がｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、反射光束がｓ偏光成分であるという条件になる。すなわち、各ビームスプリッタは、図２に示すものから、透過光束８がｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有し、反射光束がｓ偏光成分を有するように変わる。また、図３の光分岐装置２００に比して第１のビームスプリッタ２１Ａの第１の入射側プリズム２２Ａと第１の出射側プリズム２３Ａの配置が入れ替わる。このため、第１の入射光束１Ａの進行方向がｙ方向、第１の透過光束８Ａの進行方向がｙ方向、第１の反射光束９Ａの進行方向がｘ方向となり、点Ｐ１〜Ｐ４の位置が変化する。また、光分岐におけるｐ偏光成分とｓ偏光成分の分岐割合が変化する。以下、第１の実施の形態との相違点を主として説明する。
【００５０】
図４において、光分岐装置２０１は基本的には第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとで構成され、これらを光学的に接続、配置するための部品等を含む。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは同じ構造及び光学特性を有する。部材の符号は第１の実施の形態と同じとする。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１の反射光束９Ａが第２の入射光束１Ｂになるように配置され、光学的に接続される。この際に、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂとが直交するように配置される。また、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しくなるように配置される。本実施の形態では、これらの入射角は４５°とする。かかる配置により、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の透過光束８Ａのｐ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分となり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の透過光束８Ａのｓ偏光成分が第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂのｐ偏光成分となる。また、第１のスプリット面２４Ａは、第１の入射光束１Ａのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を反射させて第１の反射光束９Ａとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を透過させて第１の透過光束８Ａとする。第２のスプリット面２４Ｂは、第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を反射させて第２の反射光束９Ｂとし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を透過させて第２の透過光束８Ｂとする。これらの所定の割合は例えば１．５％とする。また、本実施の形態では、第１の入射側プリズム２２Ａ、第１の出射側プリズム２３Ａは共に直角二等辺三角形プリズムとし、第２の入射側プリズム２２Ｂ、第２の出射側プリズム２３Ｂは共に直角二等辺三角形プリズムとする。
【００５１】
次に、光分岐装置２０１における光の経路について説明する。光分岐装置２０１への入射光束１の進行方向を水平面内のｙ方向とする。光分岐装置２００への入射光束１は第１のビームスプリッタ２１Ａに、第１の入射光束１Ａとして第１の入射側プリズム２３Ａの入射側端面上の入射点Ｐ１に当該端面（（０，１，０）面に平行）に垂直に入射され、第１のスプリット面２４Ａ（（１，−１，０）面に平行）の光分岐点Ｐ２に到る。第１の入射光束１Ａの第１のスプリット面２４Ａへの入射角は４５°である。第１の入射光束１Ａは第１の入射面２５Ａ（入射光と反射光を含む面、ここでは（０，０，１）面に平行）に平行なｐ偏光成分（電界ベクトルがｘ方向）と第１の入射面２５Ａに垂直なｓ偏光成分（電界ベクトルがｚ方向）とに分解できる。光分岐点Ｐ２において、第１のスプリット面２４Ａの作用により、第１の入射光束１Ａのｐ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｓ偏光成分が第１の反射光束９Ａとなり、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分が第１の透過光束８Ａとなる。第１の反射光束９Ａは第１の入射側プリズム２２Ａの反射側端面（（１，０，０）面に平行）上の反射光束出射点Ｐ４から当該端面に垂直（ｘ方向）に出射される。また、第１の透過光束９Ａは第１の出射側プリズム２３Ａの端面（（０，１，０）面に平行）上の透過光束出射点Ｐ３から当該端面に垂直（ｙ方向）に出射される。第１の透過光束８Ａの進行方向は第１の入射光束１Ａの進行方向（ｙ方向）と一致する。第１の透過光束９Ａのｐ偏光成分、ｓ偏光成分の電界ベクトルは第１の入射光束１Ａと同じに保たれる。第１のスプリット面２４Ａでの透過により、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に第１の位相差δ１（図示しない）が生じる。また、第１の透過光束８Ａ及び第１の反射光束９Ａが第１のビームスプリッタ２１Ａからの出射光束となり、第１の反射光束９Ａが光分岐装置２０１からの第１の出射光束１０Ａとなる。
【００５２】
次に、第１のビームスプリッタ２１Ａからの第１の透過光束８Ａは第２のビームスプリッタ２１Ｂへの第２の入射光束１Ｂとなる。第１のビームスプリッタ２１Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂとは、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂとが直交するように配置される。また、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角と第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角とが等しくなるように配置される。かかる配置は、第２のスプリット面２４Ｂを例えば（０，−１，１）面又は（０，１，１）面に平行に設定することにより実現される。ここでは、（０，−１，１）面に平行に設定する。第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂは（１，０，０）面に平行になり、第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの第１の入射面２５Ａ（（０，０，１）に平行）に直交する。第２のスプリット面２４Ｂに対する第２の入射光束１Ｂの入射角は４５°で第１のスプリット面２４Ａに対する第１の入射光束１Ａの入射角に等しい。このような配置にすると、第１の透過光束８Ａは第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２の入射光束２Ａとなり、そのｐ偏光成分はｘ方向に電界ベクトルを有する。ｘ方向は第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２のスプリット面２４Ｂ（（０，−１，１）面に平行）に対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に垂直なので、第２のスプリット面２４Ｂに対してｓ偏光成分となる。また、第１の透過光束９Ａのｓ偏光成分はｚ方向に電界ベクトルを有する。ｚ方向は第２のビームスプリッタ２１Ｂの第２のスプリット面２４Ｂ（（０，−１，１）面に平行）に対する第２の入射光束１Ｂの第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に平行なので、第２のスプリット面２４Ｂに対してｐ偏光成分となる。このように、第１のスプリット面２４Ａと第２のスプリット面２４Ｂに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分とが入れ替わる。なお、第２のスプリット面２４Ｂを（０，１，１）面に平行に設定した場合も同様に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とが入れ替わる。
【００５３】
第２のビームスプリッタ２１Ｂでの、入射光束１Ｂ、透過光束８Ｂ及び反射光束９Ｂの光経路は第１の実施の形態と同様である。ただし、透過光束８Ｂ及び反射光束９Ｂの偏光成分は異なる。第２の入射光束１Ｂは第２の入射面２５Ｂ（（１，０，０）面に平行）に平行なｐ偏光成分（電界ベクトルがｚ方向）と第２の入射面２５Ｂに垂直なｓ偏光成分（電界ベクトルがｘ方向）とを含んでいる。第１の透過光束８Ａに対してｐ偏光成分とｓ偏光成分が入れ替わっている。光分岐点Ｐ６において、第２のスプリット面２４Ｂの作用により、第２の入射光束１Ｂのｓ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｓ偏光成分が第２の反射光束９Ｂとなり、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分が第２の透過光束８Ｂとなる。第２の入射光束２Ａの第２のスプリット面２４Ｂへの入射角は４５°であり、第２の透過光束８Ｂの進行方向は第２の入射光束２Ａの進行方向（ｙ方向）と一致する。第２の透過光束８Ｂは第２の出射側プリズム２３Ｂの透過側端面上の透過光束出射点Ｐ７から当該端面に垂直に出射される。また、第２の反射光束９Ｂは第２の入射側プリズム２３Ｂの反射側端面（（０，０，１）面に平行）上の反射光束出射点Ｐ８から当該端面に垂直（ｚ方向）に出射される。第２のスプリット面２４Ｂでの反射により、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の間に第２の位相差δ２（図示しない）が生じる。また、第２の透過光束８Ｂ及び第２の反射光束９Ｂが第２のビームスプリッタ２１Ｂからの出射光束となり、第２の透過光束８Ｂが光分岐装置２０１からの第２の出射光束１０Ｂとなる。
【００５４】
第１の位相差δ１と第２の位相差δ２は、第１のスプリット面と第２のスプリット面で構成及び入射角が等しいので同じ値になる。そして、第１のビームスプリッタ２１Ａでｐ偏光成分として係った光成分は第２のビームスプリッタ２１Ｂでｓ偏光成分として係り、第１のビームスプリッタ２１Ａでｓ偏光成分として係った光成分は第２のビームスプリッタ２１Ｂでｐ偏光成分として係るので、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間に生じる位相差は相殺され、これにより、光分岐装置２０１からの出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差が相殺され、この位相差を無くすことができる。なお、図４では、第１のビームスプリッタ２１Ａの第１の入射側プリズム２２Ａと第２のビームスプリッタ２１Ｂの入射側プリズム２２Ｂとの間に隙間が存在するが、第１の入射側プリズム２２Ａと第２の入射側プリズム２２Ｂとを密着させても良い。
【００５５】
［第３の実施の形態］
図５に、本発明の第３の実施の形態における偏光解析装置１００の構成例をブロック図で示す。本実施の形態における偏光解析装置１００では、複数の光分岐装置とビームスプリッタを用いてシリアルに順次４つの分岐光路（＃１〜＃４）に分岐する例を示す。なお、光分岐装置の構成については図３を参照されたい（符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）。図５において、入射光束１は第１の光分岐装置２００Ａにより、主分岐光路＃０と分岐光路＃１に分岐される。第１の光分岐装置２００Ａとして第１の実施の形態の光分岐装置を用い、第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の透過光束８Ａ１が第１の光分岐装置２００Ａからの第１の出射光束１０Ａ１となり、分岐光路＃１に分岐される。第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の反射光束９Ｂ１が第１の光分岐装置２００Ａからの第２の出射光束１０Ｂ１となり、主分岐光路＃０に分岐される。第１の出射光束１０Ａ１は入射光束１（１Ａ１）のｐ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｐ偏光成分を有する。第２の出射光束１０Ｂ１はｐ偏光成分とｓ偏光成分に分解できるが、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間の位相差は第１のビームスプリッタ２１Ａ１と第２のビームスプリッタ２１Ｂ１を通過することにより相殺されて無くなる。分岐光路＃１の光束は第１の出射光束１０Ａ１でｐ偏光成分のみであり、基準偏光（基準角度：０°）成分だけを通過させる０°偏光子４０を通した状態と同じ状態になっている。図５ではこの状態を（４０）として示す。分岐光路＃１の光束は、第１の光量検出手段５１で検出される。第１の光量検出手段５１は、例えば光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉ０として検出する。
【００５６】
主分岐光路＃０の光束は基準偏光に対して偏光面を４５°回転させるようにした４５°偏光面回転手段７を通した後、第２の光分岐装置２００Ｂにより、主分岐光路＃０Ａと分岐光路＃２に分岐される。本実施の形態では第１の光分岐装置２００Ａの第２のビームスプリッタ２１Ｂ１からの第２の反射光束９Ｂ１が第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２への第１の入射光束１Ａ２になり、かつ、第２の光分岐装置２００Ｂの第１のスプリット面２４Ａ２への第１の入射光束１Ａ２の第１の入射面２５Ａ２が、第１の光分岐装置２００Ａの第２のスプリット面２４Ｂ１への第２の入射光束１Ｂ１の第２の入射面２５Ｂ１に対して４５°の角度をなすように光学的に接続され、４５°偏光面回転手段７として機能するようにした。すなわち、第２の光分岐装置２００Ｂの第１のスプリット面２４Ａ２への第１の入射光束１Ａ２の第１の入射面２５Ａ２が、第１の光分岐装置２００Ａの第２のスプリット面２４Ｂ１への第２の入射光束１Ｂ１の第２の入射面２５Ｂ１に対して４５°の角度をなすことにより、第１の光分岐装置２００Ａからの出射光束の偏光面が４５°回転して第２の光分岐装置２００Ｂに入力されることになる。第２の光分岐装置２００Ｂとして第１の実施の形態の光分岐装置を用い、第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の透過光束８Ａ２が第２の光分岐装置２００Ｂからの第１の出射光束１０Ａ２となり、分岐光路＃２に分岐される。第２のビームスプリッタ２１Ｂ２からの第２の反射光束９Ｂ２が第２の光分岐装置２００Ｂからの第２の出射光束１０Ｂ２となり、主分岐光路＃０Ａに分岐される。第１の出射光束１０Ａ２は主分岐光路＃０Ａの光束のｐ偏光成分のうち所定の割合（例えば１．５％）のｐ偏光成分を有する。第２の出射光束１０Ｂ２はｐ偏光成分とｓ偏光成分を有するが、ｐ偏光成分とｓ偏光成分間の位相差は第１のビームスプリッタ２１Ａ２と第２のビームスプリッタ２１Ｂ２を通過することにより相殺されて無くなる。分岐光路＃２の光束は４５°偏光面回転手段７を通過しているので、基準偏光に対して４５°傾いた偏光成分になっており、かつ、第１の出射光束１０Ａ１ではｐ偏光成分のみであり、基準偏光に対して４５°偏光成分だけを通過させる４５°偏光子４４５Ａを通したと同じ状態となっている。図５ではこの状態を（４４５Ａ）として示す。分岐光路＃２の光束は、第２の光量検出手段５２で検出される。第２の光量検出手段５２は、例えば光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉ４５として検出する。
【００５７】
主分岐光路＃０Ａの光束は互いに直交する二つの偏光成分の位相差を９０°変化させる１／４波長板３を通した後、第３のビームスプリッタ２１Ｃにより、分岐光路＃３と分岐光路＃４に分岐される。第３のビームスプリッタ２１Ｃは入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過光束として分岐光路＃３に、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射光束として分岐光路＃４に分岐する構成とする。このように、主分岐光路＃０、＃０Ａと分岐光路＃４に反射光束が、分岐光路＃１〜＃３に透過光束が分岐される。分岐光路＃３の光束は、第３のビームスプリッタ２１Ｃでｐ偏光成分のみが分岐されることにより、Ｉｑ４５が検出される。図５ではこの状態を（４４５Ｂ）として示す。分岐光路＃３の光束は第３の光量検出手段５３で検出される。第３の光量検出手段５３は、例えば光電変換手段で光量を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉｑ４５として検出する。分岐光路＃４の光束は、第３のビームスプリッタ２１Ｃでｐ偏光成分とｓ偏光成分を有する大部分の光が分岐され、第４の光量検出手段５４で検出される。第４の光量検出手段５４は、例えば光電変換手段で強度を電圧（又は電流）に変換し、電圧（又は電流）Ｉｔとして検出する。
【００５８】
次に、得られた４つの電圧（又は電流）検出結果Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔを用い、図示しない演算手段を用いストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を求める。その際、Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔを加算して全光量を求める。また、Ｉ０，Ｉ４５の値は、それぞれの分岐の分岐比率（この例では透過率）で補正する。なお、透過光束８Ｂ１，８Ｂ２も検出して加算すると、全光量がより正確に求められる。または、全光量を求める際に、Ｉ４５，Ｉｑ４５の和を第１の分岐装置２００Ａと第２の分岐装置２００Ｂの主分岐光路の分岐比率によって補正してもよい。例えば、分岐装置２００Ａ，２００Ｂはいずれも基準偏光方向成分を１．５％、基準偏光成分に対して９０°の方向の成分を１．５％透過するので、それぞれトータルで１．５％の透過率であり、主分岐光路の分岐比率は９８．５％と考えることができる。Ｉ４５＋Ｉｑ４５は第１の分岐装置２００Ａと第２の分岐装置２００Ｂを通ってきた結果の光量なので、Ｉ４５＋Ｉｑ４５を０．９８５２で除算することにより、元のトータル光量を求めることができる。本実施の形態の偏光解析装置１００は、出力光に含まれるｐ偏光成分とｓ偏光成分の位相差の無い光分岐装置を利用することにより、高精度に偏光状態を解析できる。
【００５９】
図６に、本発明の第３の実施の形態における偏光解析装置１００の構成例を立体的に示す。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は右側面図である。図６において、説明の便宜のため、３次元直交座標系を用いる。左右をｘ方向、前後をｙ方向、上下をｚ方向とし、ｘ方向とｙ方向をｚ軸の回りにそれぞれ−４５°回転させた方向をｘ’方向とｙ’方向とする。また、図６（ａ）〜（ｃ）に記載の構成は１例であって、これに限定されるものではない。入射光束１は光ファイバコリメータアレイ１４（ＦＣ  Ａｒａｙ）から第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１に入力される。入射光束をアレイ化して、異なるタイミングで各光束を入射させ、そのタイミングに合わせて受光することにより、一つの光学系で複数の系統のモニタリングが可能である。入射光束１（１Ａ１）の進行方向は−ｙ方向である。第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の透過光束８Ａ１（進行方向：−ｙ方向、以下進行方向を（  ）で表す）（第１の出射光束１０Ａ１）は第１の反射プリズム１３Ａでｚ方向に方向転換され、第１の光量検出手段５１に入射され、電圧（又は電流）Ｉ０として検出される。第１の透過光束８Ａ１はｐ偏光成分のみであり、さらに偏光面を変化させる必要が無いので０°偏光子４０を省略できる。第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の反射光束９Ａ１（ｘ方向）が第２のビームスプリッタ２１Ｂ１に入射され、第２の反射光束９Ｂ１（ｚ方向）が出力される。第２の反射光束９Ｂ１は第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２へ第１の入射光束１Ａ２（ｚ方向）として入力される。また、第２の光分岐装置２００Ｂの第１のスプリット面２４Ａ２への第１の入射光束１Ａ２の第１の入射面２５Ａ２が、第１の光分岐装置２００Ａの第２のスプリット面２４Ｂ１への第２の入射光束１Ｂ１の第２の入射面２５Ｂ１に対して４５°の角度をなすように配置される。これにより、第２の反射光束９Ｂ１は基準偏光に対して４５°回転した状態で第１の入射光束１Ａ２となる。すなわち、基準偏光に対して偏光面を４５°回転させる４５°偏光面回転手段７として機能する。
【００６０】
第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２から第１の出射光束１０Ａ２として第１の透過光束８Ａ２（ｚ方向）が出力され、第２の光量検出手段５２に入射され、電圧（又は電流）Ｉ４５として検出される。第１の透過光束８Ａ２はｐ偏光成分のみであり、４５°偏光面回転手段７によりすでに偏光面が４５°回転しているので４５°偏光子４４５Ａを省略できる。第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の反射光束９Ａ２（ｘ’方向）は第２のビームスプリッタ２１Ｂ２に入射され、第２の出射光束１０Ｂ２として第２の反射光束９Ｂ２（−ｙ’方向）が出力される。第２の出射光束１０Ｂ２は１／４波長板３を通過した後、第３のビームスプリッタ２１Ｃに入射され、分岐光路＃３の光束（−ｙ’方向）と分岐光路＃４の光束（ｚ方向）に分岐される。分岐光路＃３の光束は第２の反射プリズム１３Ｂでｚ方向に方向転換され、第３の光量検出手段５３に入射され、電圧（又は電流）Ｉｑ４５として検出される。第３のビームスプリッタ２１Ｃからの透過光束はｐ偏光成分のみであり、４５°偏光面回転手段７によりすでに偏光面が４５°回転しているので４５°偏光子４４５Ｂを省略できる。分岐光路＃４の光束は、第４の光量検出手段５４に入射され、電圧（又は電流）Ｉｔとして検出される。分岐光路＃１ないし＃４の光束を同じ方向（本実施の形態ではｚ方向）に取り出すと、第１ないし第４の光量検出手段５４〜５４を同一面に形成でき、偏光分析装置をコンパクト化できるので好ましい。
【００６１】
［第４の実施の形態］
図７に、本発明の第４の実施の形態における偏光解析装置１０１の構成例の平面図を示す。第３の実施の形態では、４５°偏光面回転手段７として、２つのビームスプリッタの入射面を４５°の角度をなすように配置する例を説明したが、本実施の形態では、４５°偏光面回転手段７として４５°偏光回転素子を用いる例を説明する。このため、第３の実施の形態に比して光の経路が異なるが、その他の構成は同一であり、第３の実施の形態と同様の効果を奏する。なお、光分岐装置の構成については図３を参照されたい（符号の下付部分の１は第１の光分岐装置、２は第２の光分岐装置に係ることを示す）。また、図５については、４５°偏光面回転手段７の構成が変更されるが、そのまま使用できる。
【００６２】
図７において、説明の便宜のため、３次元直交座標系を用いる。左右をｘ方向、前後をｙ方向、上下をｚ方向とする。入射光束１は光ファイバコリメータアレイ１４（ＦＣ  Ａｒａｙ）から第１の光分岐装置２００Ａの第１のビームスプリッタ２１Ａ１に入力される。入射光束１の進行方向は−ｙ方向である。第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の透過光束８Ａ１（第１の出射光束１０Ａ１）（−ｙ方向）は第１の反射プリズム１３Ａでｚ方向に方向転換され、第１の光量検出手段５１に入射され、電圧（又は電流）Ｉ０として検出される。０°偏光子４０は省略できる。第１のビームスプリッタ２１Ａ１からの第１の反射光束９Ａ１（ｘ方向）が第２のビームスプリッタ２１Ｂ１に入射され、第２の反射光束９Ｂ１（ｚ方向）が出力される。第２の反射光束９Ｂ１は４５°偏光回転素子７を通過した後に第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２へ第１の入射光束１Ａ２（ｚ方向）として入力される。すなわち、４５°偏光回転素子７が基準偏光に対して偏光面を４５°回転させる４５°偏光面回転手段７として機能する。４５°偏光回転素子７として例えばファラディ回転子を使用できる。第１の光分岐装置２００Ａからの第２の反射光束９Ｂ１と第２の光分岐装置２００Ｂの第１の入射光束１Ａ２とは光軸が一致する。
【００６３】
第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２から第１の出射光束１０Ａ２として第１の透過光束８Ａ２（ｚ方向）が出力され、第２の光量検出手段５２に入射され、電圧（又は電流）Ｉ４５として検出される。４５°偏光子４４５Ａは省略できる。第２の光分岐装置２００Ｂの第１のビームスプリッタ２１Ａ２からの第１の反射光束９Ａ２（ｘ方向）は第２のビームスプリッタ２１Ｂ２に入射され、第２の出射光束１０Ｂ２として第２の反射光束９Ｂ２（−ｙ方向）が出力される。第２の出射光束１０Ｂ２は１／４波長板３を通過した後、第３のビームスプリッタ２１Ｃに入射され、分岐光路＃３の光束（−ｙ方向）と分岐光路＃４の光束（ｚ方向）に分岐される。分岐光路＃３の光束は第２の反射プリズム１３Ｂでｚ方向に方向転換され、第３の光量検出手段５３に入射され、電圧（又は電流）Ｉｑ４５として検出される。４５°偏光子４４５Ｂは省略できる。分岐光路＃４の光束は、第４の光量検出手段５４に入射され、電圧（又は電流）Ｉｔとして検出される。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。
【００６５】
例えば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、入射光束がスプリッタ面に４５°で入力される例を説明したが、第１のスプリット面に対する第１の入射光束の入射角と第２のスプリット面に対する第２の入射光束の入射角とが等しければ、他の角度でも良い。また、第１の実施の形態では、第１、第２のビームスプリッタは、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を透過光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を反射光束として分岐する例を説明したが、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を透過光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を反射光束として分岐しても良い（第１の実施の形態の方が偏光ビームスプリッタを作成しやすい）。また、第２の実施の形態では、第１、第２のビームスプリッタは、入射光束のｓ偏光成分のうち所定の割合のｓ偏光成分を反射光束とし、ｐ偏光成分及び残りのｓ偏光成分を透過光束として分岐する例を説明したが、入射光束のｐ偏光成分のうち所定の割合のｐ偏光成分を反射光束とし、ｓ偏光成分及び残りのｐ偏光成分を透過光束として分岐しても良い（第２の実施の形態の方が偏光ビームスプリッタを作成しやすい）。また、所定の割合は１．５％に限られず、例えば１〜１０％でも良い。また、第１の実施の形態では第１のビームスプリッタからの透過光を第１の出射光束として使用する例を説明したが、第２のビームスプリッタからの透過光を第３の出射光束として使用しても良い。また、第２の実施の形態では第１のビームスプリッタからの反射光を第１の出射光束として使用する例を説明したが、第２のビームスプリッタからの反射光を第３の出射光束として使用しても良い。これらの場合に第１の出射光束と第３の出射光束には光分岐装置への入射光束のｐ偏光成分とｓ偏光成分に分かれた出力が得られることになる。その他、ビームスプリッタの構造及び光学特性はある程度自由に設計可能である。
【００６６】
また、第３の実施の形態及び第４の実施の形態では、第１の実施の形態における光分岐装置を利用した偏光解析装置の例を説明したが、第２の実施の形態における光分岐装置を利用した偏光解析装置としても良い。この場合には、主光束を真っ直ぐとし、反射した光を測定光として一方向に取り出す形に光学系を配置できる。また、これらの実施の形態では、４５°偏光面回転手段として偏光面を４５°回転する４５°偏光回転素子を使用する例と、第１の光分岐装置の第２のスプリット面に対する入射光束の入射面と第２の光分岐装置の第１のスプリット面に対する入射光束の入射面とのなす角度を４５°とする例を説明したが、例えば１５°偏光回転素子を用い入射面のなす角度を３０°にする等、両者を組み合わせても良い。また、これらの実施の形態では、４つの光量Ｉ０，Ｉ４５，Ｉｑ４５，Ｉｔを求めるため、この順に分岐する例を説明したが、例えばＩ４５，Ｉｑ４５の分岐の順序を入れ替えるなど、分岐の順序を変更しても良い。また、例えば分岐光路＃３にさらに９０°偏光子を挿入する等により、Ｉｔに代えＩ９０を求める構成にしても良い。また、無偏光ビームスプリッタを使って入射光の一部を取り出し、全光量に相当する光量を検出することも可能である。また、これらの実施の形態では、第３のビームスプリッタがｐ偏光成分とｓ偏光成分とを有する光束とその一方の偏光成分の光束に分岐する例を説明したが、ｐ偏光成分とｓ偏光成分に分岐するようしても良い。その他、偏光解析装置の部品の配置、光学特性等はある程度自由に変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本願発明は、ビームスプリッタ等の光分岐装置、及び光分岐装置を用いた偏光解析装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】４分岐によるストークスパラメータの測定原理を示す図である。
【図２】第１の実施の形態におけるビームスプリッタの構成例を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における光分岐装置の構成例を示す図である。
【図４】第２の実施の形態における光分岐装置の構成例を示す図である。
【図５】第３の実施の形態における偏光解析装置の構成例を示すブロック図である。
【図６】第３の実施の形態における偏光解析装置の構成例を立体的に示す図である。
【図７】第４の実施の形態における偏光解析装置の構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  入射光束
１Ａ，１Ａ１，１Ａ２  第１の入射光束
１Ｂ，１Ｂ１，１Ｂ２  第２の入射光束
２１〜２３  分岐手段
３  １／４波長板
４０  ０°偏光子
４４５Ａ，４４５Ｂ  ４５°偏光子
５１〜５４  第１〜第４の光量検出手段
６１〜６４  第１〜第４の光量検出手段
７  ４５°偏光回転素子（４５°偏光面回転手段）
７１  偏光面回転手段
７２  １／４波長板
８  透過光束
８Ａ，８Ａ１，８Ａ２  第１の透過光束
８Ｂ，８Ｂ１，８Ｂ２  第２の透過光束
９  反射光束
９Ａ，９Ａ１，９Ａ２  第１の反射光束
９Ｂ，９Ｂ１，９Ｂ２  第２の反射光束
１０Ａ，１０Ａ１，１０Ａ２  第１の出射光束
１０Ｂ，１０Ｂ１，１０Ｂ２  第２の出射光束
１３Ａ  第１の反射プリズム
１３Ｂ  第２の反射プリズム
１４  光ファイバコリメータアレイ
１９  演算手段
２１  ビームスプリッタ
２１Ａ，２１Ａ１，２１Ａ２  第１のビームスプリッタ
２１Ｂ，２１Ｂ１，２１Ｂ２  第２のビームスプリッタ
２１Ｃ  第３のビームスプリッタ
２２  入射側プリズム
２２Ａ，２２Ａ１，２２Ａ２  第１の入射側プリズム
２２Ｂ，２２Ｂ１，２２Ｂ２  第２の入射側プリズム
２３  出射側プリズム
２３Ａ，２３Ａ１，２３Ａ２  第１の出射側プリズム
２３Ｂ，２３Ｂ１，２３Ｂ２  第２の出射側プリズム
２４  スプリット面
２４Ａ，２４Ａ１，２４Ａ２  第１のスプリット面
２４Ｂ，２４Ｂ１，２４Ｂ２  第２のスプリット面
２５  入射面
２５Ａ，２５Ａ１，２５Ａ２  第１の入射面
２５Ｂ，２５Ｂ１，２５Ｂ２  第２の入射面
１００，１０１  偏光解析装置
２００，２０１  光分岐装置
２００Ａ  第１の光分岐装置
２００Ｂ  第２の光分岐装置
Ｉｔ  入力光束全体の光量
Ｉ０  基準偏光角度に対して０°傾いた偏光成分の光量
Ｉ４５  基準偏光角度に対して４５°傾いた偏光成分の光量
Ｉｑ４５  基準偏光角度に対して４５°方向に光学軸を持つ１／４波長板を作用させた状態における、４５°傾いた方向の偏光成分の光量
Ｐ１，Ｐ５  入射点
Ｐ２，Ｐ６  光分岐点
Ｐ３，Ｐ７  透過光束出射点
Ｐ４，Ｐ８  反射光束出射点
ｐ  ｐ偏光成分
ｓ  ｓ偏光成分
Ｓ０〜Ｓ３  ストークスパラメータ
ｘ，ｙ，ｚ  三次元座標方向
ｘ’，ｙ’  三次元座標方向
θｉ  入射角
θｒ  反射角
＃１〜＃４  分岐光路
＃０，＃０Ａ  主分岐光路
【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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【図７】
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