特許 6644198 偏光解消素子および偏光解消素子構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6644198

(24)【登録日】2020年1月9日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】偏光解消素子および偏光解消素子構造体

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/30 20060101AFI20200130BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/30

【請求項の数】12

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-540685(P2019-540685)

(86)(22)【出願日】2019年4月9日

(86)【国際出願番号】JP2019015451

【審査請求日】2019年8月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097490

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 益稔

(74)【代理人】

【識別番号】100097504

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 純雄

(72)【発明者】

【氏名】近藤 順悟

(72)【発明者】

【氏名】鵜野 雄大

(72)【発明者】

【氏名】江尻 哲也

【審査官】 藤岡 善行

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００６／０４１１０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００９４９１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭６０−２４３６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６９４１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射面、この入射面の反対側の出射面、前記入射面と前記出射面との間に伸びる相対向する一対の第一の側面、および前記入射面と前記出射面との間に伸びる一対の相対向する第二の側面を有する偏光解消素子であって、
前記偏光解消素子が、前記入射面を有する入射側複屈折部材、前記出射面を有する出射側複屈折部材、および入射側複屈折部材と前記出射側複屈折部材との間の中間複屈折部材を備えており、
前記入射側複屈折部材と前記出射側複屈折部材が同種の材料からなり、
前記入射側複屈折部材の常光線軸と前記出射側複屈折部材の常光線軸とが揃っており、かつ前記入射側複屈折部材の異常光線軸と前記出射側複屈折部材の異常光線軸とが揃っており、
前記入射側複屈折部材の屈折率および前記出射側複屈折部材の屈折率が前記中間複屈折部材の屈折率よりも大きく、
第一の平面から見たときに前記入射側複屈折部材と前記中間複屈折部材との接合界面および前記中間複屈折部材と前記出射側複屈折部材との接合界面が前記入射面に対して傾斜しており、前記第一の平面に交差する第二の平面から見たときに前記入射側複屈折部材と前記中間複屈折部材との前記接合界面および前記中間複屈折部材と前記出射側複屈折部材との前記接合界面が前記入射面に対して平行であることを特徴とする、偏光解消素子。

【請求項2】

前記入射側複屈折部材の屈折率および前記出射側複屈折部材の屈折率が前記中間複屈折部材の屈折率よりも０．５以上高いことを特徴とする、請求項１記載の素子。

【請求項3】

前記第一の側面が前記第一の平面に対して平行であることを特徴とする、請求項１または２記載の素子。

【請求項4】

前記第二の側面が前記第二の平面に対して平行であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の素子。

【請求項5】

前記第一の側面が前記第一の平面に対して傾斜しており、前記第二の側面の幅が前記入射面から前記出射面に向かって減少していることを特徴とする、請求項１、２または４記載の素子。

【請求項6】

前記第一の平面と前記第二の平面とが直交していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の素子。

【請求項7】

前記中間複屈折部材の常光線軸と前記入射側複屈折部材の常光線軸あるいは異常光線軸とが揃っており、かつ前記中間複屈折部材の異常光線軸と前記入射側複屈折部材の異常光線軸あるいは常光線軸とが揃っていることを特徴とする、請求稿１〜６のいずれか一つの請求項に記載の素子

【請求項8】

前記入射側複屈折部材と前記中間複屈折部材との前記接合界面および前記中間複屈折部材と前記出射側複屈折部材との前記接合界面が前記入射面に対してなす角度θｐが１°以上、１５°以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の素子。

【請求項9】

前記入射側複屈折部材および前記出射側複屈折部材を構成する複屈折材料が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム、タンタル酸−ニオブ酸カリウム、ニオブ酸カリウム、チタン酸−リン酸カリウム、ルチルおよびイットリウム−バナデート（ＹＶＯ_４）からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の素子。

【請求項10】

前記中間複屈折部材を構成する複屈折材料が、水晶、方解石、雲母およびＭｇＦ_２からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つの請求項に記載の素子。

【請求項11】

第一の偏光解消素子と第二の偏光解消素子とを有する偏光解消素子構造体であって、
前記第一の偏光解消素子および前記第二の偏光解消素子が請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の偏光解消素子であり、前記第一の偏光解消素子と前記第二の偏光解消素子とが積層されていることを特徴とする、偏光解消素子構造体。

【請求項12】

前記第一の偏光解消素子の前記第一の側面と前記第二の偏光解消素子の前記第二の側面とが連続していることを特徴とする、請求項１１記載の偏光解消素子構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、偏光解消素子および偏光解消素子構造体に関するものである。

【背景技術】

【0002】

偏光を有する入射光の偏光を解消し、偏光が解消された出射光を出射するための偏光スクランブラーないしデポラライザーが知られている。例えば、特許文献１には、水晶からなる断面楔形形状の板を２枚接合し、直方体形状の偏光スクランブル板を得ることが記載されている。水晶を透過する光は、光軸に平行に振動する平行成分と、光軸に垂直に振動する垂直成分とを含む。この光が水晶に入射すると、ｐ偏光の屈折率とｓ偏光の屈折率とが異なるため、水晶から出射するｓ偏光とｐ偏光との間で位相差が生ずる。そして、各水晶板は楔型をしているので、入射光が入射する位置によって水晶板の厚さが変化する。この結果、光が透過する場所によって、与えられる位相差が異なる。この結果として、偏光スクランブル板に入射する光の場所によって、ｓ偏光およびｐ偏光の各位相が変わり、偏光スクランブル板から出射したｓ偏光とｐ偏光の位相差は場所によって異なる。このためｓ偏光とｐ偏光が重なり合い、合成される領域内では、この合成光の偏光は場所によって異なることになり、偏光スクランブル状態となる。

【0003】

また、特許文献２に記載の偏光スクランブル板においては、楔形の水晶板を４枚接合することで、細長い直方体形状の偏光スクランブル板を得ている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−１９６８１１

【特許文献2】特開２００４−６９９２７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の偏光スクランブル板では、ｐ偏光の出射ビームとｓ偏光の出射ビームとが重なった領域で、ビームが重なり合い、偏光スクランブル状態になる。しかし、偏光スクランブル状態になるのは、各ビームが重なり合う領域だけであるので、偏光スクランブル領域を大きくするためには、入射ビーム径を大きくする必要がある。しかし、ビーム径の拡大には限界がある。また、偏光は一方向のみにスクランブル状態となり、この垂直の方向は偏光はスクランブル状態になっていない。

【0006】

本発明の課題は、偏光解消素子において、偏光スクランブル領域を大きくすることができ、偏光スクランブルの効率が高く、かつ入射光と出射光との光軸の差を小さくできるような構造を提供することである。ここで、偏光スクランブルは、偏光解消と同じ意味をなす。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、入射面、この入射面の反対側の出射面、前記入射面と前記出射面との間に伸びる相対向する一対の第一の側面、および前記前記入射面と前記出射面との間に伸びる一対の相対向する第二の側面を有する偏光解消素子であって、
前記偏光解消素子が、前記入射面を有する入射側複屈折部材、前記出射面を有する出射側複屈折部材、および入射側複屈折部材と前記出射側複屈折部材との間の中間複屈折部材を備えており、
前記入射側複屈折部材と前記出射側複屈折部材が同種の材料からなり、
前記入射側複屈折部材の常光線軸と前記出射側複屈折部材の常光線軸とが揃っており、かつ前記入射側複屈折部材の異常光線軸と前記出射側複屈折部材の異常光線軸とが揃っており、
前記入射側複屈折部材の屈折率および前記出射側複屈折部材の屈折率が前記中間複屈折部材の屈折率よりも大きく、
第一の平面から見たときに前記入射側複屈折部材と前記中間複屈折部材との接合界面および前記中間複屈折部材と前記出射側複屈折部材との接合界面が前記入射面に対して傾斜しており、前記第一の平面に交差する第二の平面から見たときに前記入射側複屈折部材と前記中間複屈折部材との前記接合界面および前記中間複屈折部材と前記出射側複屈折部材との前記接合界面が前記入射面に対して平行であることを特徴とする。

【0008】

また、本発明は、第一の偏光解消素子と第二の偏光解消素子とを有する偏光解消素子構造体であって、
第一の偏光解消素子および第二の偏光解消素子が上述の偏光解消素子であり、第一の偏光解消素子と第二の偏光解消素子とが積層されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

後述するように、本発明の素子によれば、偏光スクランブル領域を大きくすることができ、偏光スクラブルの効率が高く、かつ入射光と出射光との光軸の差を小さくできる。
さらに、第一の偏光解消素子と第二の偏光解消素子とが積層された構造体では、入射光の偏光スクランブルが一方向だけでなく、これと垂直方向の偏光もスクランブル状態にすることが可能である。
ここで、偏光スクランブルの効率とは、単位長さあたりの偏光状態の変化の割合を示す。例えば、直線偏光から円偏光に変化するために必要な距離が近いほど偏光変化が大きく、偏光スクランブルの効率は高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は、偏光解消素子１を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、偏光解消素子１を第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見た側面図であり、（ｃ）は、偏光解消素子１を第二平面（Ｘ−Ｚ面）から見た側面図である。

【図2】第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときの素子１における光の伝搬を示す模式図である。

【図3】第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときの素子１における光の伝搬を示す模式図である。

【図4】（ａ）は、偏光解消素子１Ａを模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、偏光解消素子１Ａを第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見た側面図であり、（ｃ）は、偏光解消素子１Ａを第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見た側面図である。

【図5】第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときの素子１Ａにおける光の伝搬を示す模式図である。

【図6】第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときの素子１Ａにおける光の伝搬を示す補足説明図である。

【図7】複数の偏光解消素子を積層した偏光解消素子構造体１１を示す斜視図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、偏光スクランブル特性の測定に用いた光学系を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、適宜図面を参照しつつ，本発明を更に説明する。
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る偏光解消素子１を示すものである。
偏光解消素子１は、入射側複屈折部材２、中間複屈折部材３および出射側複屈折部材４の接合体からなる。入射側複屈折部材１の一方の主面２ａは入射面５となっており、他方の主面２ｂは中間複屈折部材３との接合面となっている。中間複屈折部材３の一方の接合面３ａが入射側複屈折部材に対して接合されており、他方の接合面３ｂが出射側複屈折部材４の接合面４ａに対して接合されている。出射側複屈折部材４の他方の主面４ｂは出射面６となっている。本例では、入射面５、出射面６は空間に面している。
また、本発明では、入射側、中間、出射側の各複屈折部材は、図１で示すＹ軸（第二の平面（Ｘ−Ｚ面）に対して垂直な軸）を常光線軸、Ｘ軸（第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に垂直な軸）を異常光線軸とするように配置できる。あるいは、入射側、中間、出射側の各複屈折部材は、図１で示すＹ軸（第二の平面（Ｘ−Ｚ面）に対して垂直な軸）を異常光線軸、Ｘ軸（第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に垂直な軸）を常光線軸とするように配置できる。
さらに、中間複屈折部材については、入射側複屈折部材と異なる光線軸を配置してよく、例えば、入射側複屈折部材がＹ軸に常光線軸、Ｘ軸に異常光線軸を配置した場合、中間複屈折部材はＹ軸に異常光線軸、Ｘ軸に常光線軸を配置してよい。また、入射側複屈折部材がＹ軸に異常光線軸、Ｘ軸に常光線軸を配置した場合、中間複屈折部材はＹ軸に常光線軸、Ｘ軸に異常光線軸を配置してよい。

【0012】

図１（ｂ）に示すように、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときに、入射側複屈折部材２と中間複屈折部材３との接合界面Ｊ１および中間複屈折部材３と出射側複屈折部材４との接合界面Ｊ２が、入射面５に対して傾斜している。θｐは傾斜角である。また、図１（ｃ）に示すように、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に交差する第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときに、入射側複屈折部材２と中間複屈折部材３との接合界面Ｊ１および中間複屈折部材3と出射側複屈折部材4との接合界面J2が入射面2に対して平行である。本例では、第一の平面と第二の平面とが直交している。

【0013】

ここで、図２に示すように、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときには、各接合界面Ｊ１、Ｊ２が入射面５に対して傾斜している結果、出射面において広い範囲Ｍで偏光スクランブルが生ずる。すなわち、入射面に対して矢印Ａのように光が入射すると、光は入射側複屈折部材２内を矢印Ｂのように直進する。この光は、接合界面Ｊ１において屈折するが、ｐ偏光とｓ偏光とは屈折角が異なるため、中間複屈折部材３においてＣ１とＣ２とに分離して伝搬する。次いで、ｐ偏光とｓ偏光とは接合界面Ｊ２に達し、再び屈折し、出射側複屈折部材４内を矢印Ｄ１、Ｄ２のように伝搬し、Ｅ１、Ｅ２のように出射する。この結果、出射面６においては偏光スクランブルが生じ、その範囲Ｍは広くできる。この一方、ｐ偏光、ｓ偏光の光軸は、スネルの法則によって屈折を２回繰り返す結果、出射側複屈折部材４内および出射面６においては、入射側複屈折部材１内を伝搬する光Ｂの光軸とほぼ平行になり、光軸が揃う。
この結果、本発明によれば、出射面において広い範囲Ｍにわたって偏光スラクンブルが可能であり、かつ出射面から出射する光の光軸が、入射光の光軸とほぼ平行に揃うという点で、きわめて有用な素子を提供できる。

【0014】

一方、図３に示すように、第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見ると、出射面６における偏光スクランブルは生じない。すなわち、入射面５に対して矢印Ａのように入射した光は、入射側複屈折部材２、中間複屈折部材３、出射側複屈折部材４内を矢印Ｂ、Ｃ、Ｄのように直進し、そのまま出射面６から矢印Ｅのように出射する。このとき、ｐ偏光とｓ偏光とに分離することはないので、偏光スクランブルは生じない。

【0015】

本発明においては、例えば図１〜図３に示すように、第一の側面１ａ、１ｂが第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に対して平行であってよい。また、図１〜図３に示すように、第二の側面１ｃ、１ｄが第二の平面（Ｘ−Ｚ面）に対して平行であってよい。

【0016】

一方、好適な実施形態においては、図４〜図６に示すように、第一の側面１ａ、１ｂが第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に対して傾斜しており、第二の側面１ｃ、１ｄの幅が入射面５から出射面６に向かって減少している。

【0017】

すなわち、図４、図５は、本発明の他の実施形態に係る偏光解消素子１Ａを示すものである。
偏光解消素子１Ａは、入射側複屈折部材２Ａ、中間複屈折部材３Ａおよび出射側複屈折部材４Ａの接合体からなる。入射側複屈折部材１の一方の主面２ａは入射面５となっており、他方の主面２ｂは中間複屈折部材３Ａとの接合面となっている。中間複屈折部材３Ａの一方の接合面３ａが入射側複屈折部材に対して接合されており、他方の接合面３ｂが出射側複屈折部材４Ａの接合面４ａに対して接合されている。出射側複屈折部材４Ａの他方の主面４ｂは出射面６となっている。本例では、入射面５、出射面６は空間に面している。
また、本例では入射側、中間、出射側の各複屈折部材は、図４で示すＹ軸（第二の平面に垂直な軸）を常光線軸、Ｘ軸（第一の平面に垂直な軸）を異常光線軸とするように配置している。しかしながら、図１と同様にＹ軸に異常光線軸、Ｘ軸に常光線軸を配置してもよく、Ｙ軸に常光線軸、Ｘ軸に異常光線軸を配置することもできる。
さらに、中間複屈折部材については、入射側複屈折部材と異なる光線軸を配置してよく、例えば、入射側複屈折部材がＹ軸に常光線軸、Ｘ軸に異常光線軸を配置した場合、中間複屈折部材はＹ軸に異常光線軸、Ｘ軸に常光線軸を配置してよい。また、入射側複屈折部材がＹ軸に異常光線軸、Ｘ軸に常光線軸を配置した場合、中間複屈折部材はＹ軸に常光線軸、Ｘ軸に異常光線軸を配置してよい。

【0018】

図４（ｂ）に示すように、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときに、入射側複屈折部材２Ａと中間複屈折部材３Ａとの接合界面Ｊ１および中間複屈折部材３Ａと出射側複屈折部材４Ａとの接合界面Ｊ２が、入射面５に対して傾斜している。θｐは傾斜角である。また、図４（ｃ）に示すように、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に交差する第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときに、入射側複屈折部材２Ａと中間複屈折部材３Ａとの接合界面Ｊ１および中間複屈折部材3Ａと出射側複屈折部材4Ａとの接合界面J2が入射面2に対して平行である。本例では、第一の平面と第二の平面とが直交している。これに加えて、第一の側面１ａ、１ｂが第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に対して傾斜しており、第二の側面１ｃ、１ｄの幅が入射面５から出射面６に向かって減少している。

【0019】

ここで、第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときの動作は、図２に示した例と同じである。すなわち、出射面６においては偏光スクランブルが生じ、その範囲Ｍは広くできる。この一方、ｐ偏光、ｓ偏光の光軸は、スネルの法則によって屈折を２回繰り返す結果、出射側複屈折部材３内および出射面６においては、入射側複屈折部材１内を伝搬する光Ｂの光軸とほぼ平行になり、光軸が揃う。

【0020】

一方、第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見ると、図５、図６に示すように、出射面６における偏光スクランブルが生ずる。すなわち、入射面５に対して矢印Ａのように入射した光は、側面１ｃ、１ｄに当たらない場合には、入射側複屈折部材２Ａ、中間複屈折部材３Ａ、出射側複屈折部材４Ａ内を矢印Ｂ、Ｃ、Ｄのように直進し、そのまま出射面６から出射する。このとき、ｐ偏光とｓ偏光とに分離することはないので、偏光スクランブルは生じない。しかし、光が側面１ｃ、１ｄに当たると、全反射され、この結果として接合界面Ｊ１、Ｊ２に対して斜めに入射する。この結果、各接合界面においてｐ偏光とｓ偏光とが分離し、そのまま直進してきた光と混合することで、偏光スクランブルが生ずる。

【0021】

より具体的に述べると、図６に示すように、側面１ｃ、１ｄのＹ−Ｚ面に対する傾斜角をθｔとする。光は矢印Ａのように入射面５に入射し、矢印Ｂのように入射側複屈折部材内を直線した後、側面１ｄ（または１ｃ）によって全反射される。このときの反射角度はθｔである。次いで、光は矢印Ｃのように中間複屈折部材内を伝搬し、接合界面Ｊ２に到達する。この時点で、Ｙ−Ｚ面に対する光の伝搬方向Ｃの傾斜角度は２θｔになっている。この結果、光は角度２θｔで接合界面Ｊ２に入射するので、この時点でｐ偏光とｓ偏光とが分離する。接合界面Ｊ２からの出射角度θ_２３は、ｐ偏光、ｓ偏光の各物性と中間複屈折部材３Ａ、出射側複屈折部材４Ａの屈折率に依存して決定される。次いで、ｐ偏光、ｓ偏光は矢印Ｄ１、Ｄ２のように出射側複屈折部材４Ａ内を伝搬し、出射面６に対して角度θ_３０で入射する。そして、スネルの法則に従ってＥのように角度θ_０で出射面６から外部に出射する。

【0022】

このとき傾斜角θ_３０が全反射条件を満足すると、外部に光を取り出すことができなくなるので、全反射角よりも小さい角度である必要がある。例えば出射側複屈折部材の材質をニオブ酸リチウムとし、中間複屈折部材の材質を水晶とした場合には、水晶と空気で決まる全反射角は３９°となる。このことから、θ_３０が全反射角３９°以上にならないように、傾斜角θｔを設定する必要がある。例えば、傾斜角θｔを３０°としたとき、各θ_３０＝θ_２３は３８°となり、θｔの上限値となる。一方、θｔを小さくすると、解消領域が狭くなるので、θｔは５°以上が好ましい。

【0023】

本発明の偏光解消素子を積層することによって、偏光解消素子構造体を得ることができる。この実施形態においては、少なくとも第一の偏光解消素子と第二の偏光解消素子とを積層するが、三つ以上の偏光解消素子をさらに積層することも可能である。

【0024】

本実施形態において、好ましくは、第一の偏光解消素子の第一の側面と第二の偏光解消素子の第二の側面とが入射面に垂直な方向に向かって連続している。例えば、図７に示す構造体１１は、前述のような偏光解消素子１を入射面に垂直な方向に向かって二つ積層したものである。しかし、下側の第一の偏光解消素子１の第一の側面１ａ、１ｂと上側の第二の偏光解消素子１の第二の側面１ｃ、１ｄとが入射面に垂直な方向に向かって連続している。この結果、第一の平面（Ｙ−Ｚ方向）で見たときに、下側の偏光解消素子１において偏光スクランブルが生じ、第二の平面（Ｘ−Ｚ面）で見たときに、上側の偏光解消素子１において偏光スクランブルが生ずる。この結果、第一の平面および第二の平面の両方において偏光スクランブルを生じさせることができる。

【0025】

入射側複屈折部材と中間複屈折部材、中間複屈折部材と出射側複屈折部材とは、直接接合されていることが好ましいが、これらの間に一層または複数層の接合層が存在してもよい。この場合には、接合層の材質は、入射側複屈折部材と出射川複屈折部材の屈折率の中間であることが好ましく、接合層の厚さは入射光の波長λ以下が好ましく、λ／４以下が特に好ましい。こういった接合層は、各複屈折部材間の反射防止の機能を持たせることが可能となる。

【0026】

本発明においては、入射側複屈折部材の屈折率および出射側複屈折部材の屈折率を、中間複屈折部材の屈折率よりも高くする。この差は０．５以上であることが好ましく、０．６以上であることが更に好ましい。また、入射側複屈折部材の屈折率および出射側複屈折部材の屈折率と中間複屈折部材の屈折率との差は、材質の入手の観点からは、１．５以下が好ましい。

【0027】

好適な実施形態においては、入射側複屈折部材の屈折率および出射側複屈折部材の屈折率は２以上であり、より好ましくは２．１以上である。また、中間複屈折部材の屈折率は、１．４〜 １．７が好ましく、１．５〜１．６が更に好ましい。

【0028】

本発明においては、入射側複屈折部材の常光線軸と前記出射側複屈折部材の常光線軸とが揃っており、かつ前記入射側複屈折部材の異常光線軸と前記出射側複屈折部材の異常光線軸とが揃っている。
ここで、異常光線軸とは、光が複屈折することなく透過する軸のことであり、複屈折結晶の光学軸に対して平行となる。正方晶系、三方晶系、六方晶系に属する結晶は光学的に一軸複屈折結晶で、結晶のｃ軸（ｚ軸）が光学軸に対応する。また常光線軸は、複屈折結晶の光学軸に対して垂直となる軸である。常光線軸は、一軸複屈折結晶の場合にａ軸（ｘ軸）、あるいは、ｂ軸（ｙ軸）に対応する。
さらに、光線軸が揃っているという定義は、伝搬する光が感じる屈折率が一致することを意味しており、軸方向が一致するということではなく、光学軸に対して正、負方向は関係ない。
上記光線軸が揃うということは、両者の光線軸が幾何学的に厳密に一致している場合に限定されるものではない。一例を挙げると、両者の光線軸のズレの寛容度は―１０°〜＋１０°以内が好ましく，―５°〜＋５°以内が更に好ましく、―３°〜＋３°以内が特に好ましい。ここで寛容度は、両者の光線軸のなす角を示しており、各光線軸の正方向、負方向の向きは関係ないものとする。
また、好適な実施形態においては、中間複屈折部材の常光線軸と入射側複屈折部材の常光線軸あるいは異常光線軸とが揃っており、かつ中間複屈折部材の異常光線軸と入射側複屈折部材の異常光線軸あるいは常光線軸とが揃っている。上記光線軸が揃うということは、両者の光線軸が幾何学的に厳密に一致している場合に限定されるものではない。一例を挙げると、両者の光線軸のズレの寛容度は―１０°〜＋１０°以内が好ましく，―５°〜＋５°以内が更に好ましく、―３°〜＋３°以内が特に好ましい。ここで寛容度は、両者の光線軸のなす角を示しており、各光線軸の正方向、負方向の向きは関係ないものとする。

【0029】

本発明においては、入射側複屈折部材と前記出射側複屈折部材が同種の材料からなる。これは、本分野の技術常識からみて入射側複屈折部材の材質と出射側複屈折部材の材質との基本組成が同じであればよく、ドーパントや添加成分が異なっていても良い。

【0030】

好適な実施形態においては、入射側複屈折部材および出射側複屈折部材を構成する複屈折材料は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）、タンタル酸リチウム（ＬＴ）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム、タンタル酸−ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ）、ニオブ酸カリウム（ＫＮ）、チタン酸−リン酸カリウム（ＫＴＰ）、ルチルおよびイットリウム−バナデート（ＹＶＯ_４）からなる群より選ばれる。

【0031】

また、好適な実施形態においては、中間複屈折部材を構成する複屈折材料が、水晶、方解石、雲母およびＭｇＦ_２からなる群より選ばれる。

【0032】

好適な実施形態においては、偏光解消素子の入射面の面積を偏光解消素子の出射面の面積よりも大きくする。ここで、出射面での偏光スクランブル領域を拡大するという観点からは、入射面の面積／出射面の面積を１．５以上とすることが好ましく、４以上とすることが更に好ましい。しかし、出射面が小さくなると、ビーム径が小さくなりすぎて実用的に使用が難しくなるので、入射面の面積／出射面の面積を１０以下とすることが好ましく、８以下とすることが更に好ましい。

【0033】

接合界面Ｊ１、Ｊ２が入射面５に対してなす角度θｐは、１〜１５°が好ましく、３〜１０°が更に好ましい。
θｔとθｐとが大きい数値であるほど、ｐ偏光とｓ偏光の位相差が大きくなり、スクラブル領域を拡大することができるが、大きくなりすぎると出射面２において全反射条件が成立してしまい、素子外部に光が出力されなくなる。したがって、角度θｔとθｐは、出射面で全反射条件が成り立たない角度に調整して設定する。

【0034】

第一の平面と第二の平面との交差角度は、８０°〜９０°であることが好ましく、８５°〜９０°であることがさらに好ましく、直交していることが特に好ましい。

【実施例】

【0035】

（実施例１）
図１〜図３を参照しつつ説明した偏光解消素子１を製造した。
具体的には、厚み１．５ｍｍ、３０ｍｍ角のｙカットMgOドープニオブ酸リチウム結晶（MgO：LNウエハー）からなる基板２枚と、厚み０．８ｍｍ、３０ｍｍ角の光学用水晶基板１枚を用意した。次に双方の基板に、スパッタにてTa2O5を３０nm成膜し、常温直接接合にて上記MgO：LNウエハーと水晶基板を直接接合した。このとき、MgO:LNの常光屈折率ｎo（常光線軸）と異常光屈折率ｎｅ（異常光線軸）は、それぞれ水晶の常光（常光線軸）、異常光屈折率（異常光線軸）に合致するようにした。

【0036】

さらに、接合した複合基板の水晶側にスパッタにてTa2O5を３０nm成膜し、常温直接接合にてもう１枚のTa2O5膜付きMgO：LN基板と水晶基板側を直接接合した。

【0037】

その後、接合した複合基板を１０ｍｍ角に切断して両面のLN基板を、界面角（入射面５と接合界面Ｊ１、Ｊ２とがなす角度）θｐが７°になるように研磨した。研磨は、入射面、出射面を研磨して、横研、ラップ加工およびＣＭＰ（化学機械研磨）仕上げした。得られた複合基板の全体の厚みＴは２．１ｍｍとなった。基板中心部の厚みは、入射側複屈折部材０．５ｍｍ、中間複屈折部材０．８ｍｍ、出射側複屈折部材０．８ｍｍとした。複合基板を研磨した加工後、ダイシングにて３ｍｍ角に切断し、チップ状の偏光解消素子１を得た。すなわち、素子の幅Ｗ、Ｌはそれぞれ３ｍｍである。

【0038】

作製した偏光解消素子１を用い、図８（ａ）、（ｂ）に示す光学系にて偏光スクランブル特性を測定した。すなわち、入力光Ｉは、出力３ＷのＧａＮ系青色レーザーを１０個アレイ化した出力３０Ｗの光源を使用した。アレイ化したレーザーを集光し、コリメートレンズ４０によってビーム径２．５ｍｍとした。レーザーの直線偏光の偏光方向を偏光スクランブル素子の入力側MgO：LNの常光軸とのなす角を４５°になるようにした（図８（ａ）参照））。

【0039】

場所による偏光特性は、図８（ｂ）に示すように、出射面側に径３０μｍのアパーチャー４２を有するアパーチャー板４１を設置し、板４１を水平方向（ｘ方向）、垂直方向（ｙ方向）に位置をずらしながら、検光子４３によって偏光クロストークを測定した。その結果、アパーチャー４１をｙ方向に動かした時のみ、出力光の偏光クロストークの値が変化し、偏光が解消されることが確認できた。ｘ方向は変化なかった。

【0040】

（実施例２）
図７を参照しつつ説明した偏光解消素子構造体１１を製造した。実施例１で作製した偏光解消素子１を２つ用意して９０度回転させて直接接合した。製造の際には、実施例１でチップ化切断する前の複合基板の状態のときに接合してもよい。

【0041】

作製した偏光解消素子構造体１１を用い、実施例１と同様に測定した。
出射面側のアパーチャーを水平方向（ｘ方向）、垂直方向（ｙ方向）に位置をずらしながら、検光子によって偏光クロストークを測定結果、アパーチャーをｘ方向、ｙ方向にずらすことにより、出力光の偏光クロストークの値が変化し、第一の平面内および第二の平面内の両方で偏光が解消されることが確認できた。

【0042】

（実施例３）
図４、図５を説明しつつ説明した偏光解消素子１Ａを製造した。
具体的には、実施例１で作製した１０ｍｍ角の複合基板をダイシングによるセットバック加工に供し、テーパー角（入射光の光軸と側面１ａ、１ｂとがなす角度）θｔが２０°になるように加工した。このとき入射面の外形は３ｍｍ角、出射面の外形は、Ｗ３ｍｍ、Ｌ３ｍｍ、Ｌｔ１．４７ｍｍとなった。

【0043】

作製した偏光解消素子１Ａを用い、実施例１と同様に測定した。具体的には、出射面側のアパーチャーを水平方向（ｘ方向）、垂直方向（ｙ方向）に位置をずらしながら、検光子によって偏光クロストークを測定結果、アパーチャーをｘ方向、ｙ方向にずらすことにより、出力光の偏光クロストークの値が変化し、第一の平面内および第二の平面内の両方で偏光が解消されることが確認できた。

【要約】

【課題】偏光解消素子において、偏光スクランブル領域を大きくすることができ、偏光スクランブルの効率が高く、かつ入射光と出射光との光軸の差を小さくできるような構造を提供する。【解決手段】偏光解消素子１は、入射面５、この入射面５の反対側の出射面６、入射面５と出射面６との間に伸びる相対向する一対の第一の側面１ａ、１ｂ、および入射面５と出射面６との間に伸びる一対の相対向する第二の側面１ｃ、１ｄを有する。偏光解消素子１が、入射面５を有する入射側複屈折部材２、出射面６を有する出射側複屈折部材４、および入射側複屈折部材２と出射側複屈折部材４との間の中間複屈折部材３を備える。入射側複屈折部材２と出射側複屈折部材４が同種の材料からなる。入射側複屈折部材２の常光線軸と出射側複屈折部材４の常光線軸とが揃っており、かつ入射側複屈折部材２の異常光線軸と出射側複屈折部材４の異常光線軸とが揃っている。入射側複屈折部材２の屈折率および出射側複屈折部材４の屈折率が中間複屈折部材３の屈折率よりも高い。第一の平面（Ｙ−Ｚ面）から見たときに入射側複屈折部材２と中間複屈折部材３との接合界面Ｊ１および中間複屈折部材３と出射側複屈折部材４との接合界面Ｊ２が入射面５に対して傾斜している。第一の平面（Ｙ−Ｚ面）に交差する第二の平面（Ｘ−Ｚ面）から見たときに接合界面Ｊ１および接合界面Ｊ２が入射面５に対して平行である。【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】