光学装置
【課題】光束を分離または結合する回折格子素子を備え、光束の広がりを抑えて光の損失を抑えることが容易な光学装置を提供する。
【解決手段】第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ、Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)、および、１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)の関係を満たす。
【解決手段】第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ、Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)、および、１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)の関係を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子を備え、波長の異なる光を送受する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、光ファイバ等の光伝送部材を用いて、波長の異なる光を双方向に伝送することが行われている。このような光通信で送受信に用いられる光学装置、すなわち、信号を光に担持させて光伝送部材に送出するとともに、光伝送部材から光を受けて、その光に担持されている信号を検出する光学装置では、送出する光と受ける光に同一の光伝送媒体を共用しながら、光を送出する送出部と光を受ける受光部とを異なる位置に配置する必要がある。そこで、光伝送部材の延長上に光束を分離・結合する分離結合部材を配置して、送出部から分離結合部材までの光路と分離結合部材から受光部までの光路とを分離し、分離結合部材から光伝送部材までの両光束の光路を結合する（一致させる）ようにしている。
【０００３】
通信量の増大をはかるために、光伝送部材によって同じ方向に伝送する光に波長の異なるものを含ませることも行われている。このような光通信の光学装置では、送出部または受光部を複数備えることに加えて、分離結合部材を複数備えるか、あるいは、光伝送部材からの波長の異なる光を分離する機能を単一の分離結合部材にもたせることになる。
【０００４】
分離結合部材としては、入射光を、その波長に応じて、反射しまたは透過させる多層膜フィルタが用いられている。しかし、多層膜フィルタは、作成工程が複雑で作成に時間を要し、コストが高いという問題を有する。
【０００５】
光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置においても、光通信の光学装置と同様に、光束を分離・結合する必要がある。特開２０００−１６３７９１号では、波長の異なる光を用いる光記録再生装置の光ヘッドに、分離結合部材として、入射光を、その波長に応じて、異なる角度で回折させる回折格子を用いることが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１６３７９１号公報
【０００６】
回折格子は、凹凸を周期的に配列したものであるため、樹脂成形によって作成することが可能である。したがって、回折格子を備える回折格子素子は、大量生産に適し低コストであるという利点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回折格子による回折角の波長依存性を利用して、波長の異なる複数の光束を空間的に大きく分離するためには、回折格子の凹凸の周期を小さくする必要がある。また、回折の対象とする光の波長はある程度の幅を有するため、たとえ平行光束を回折格子に入射させても、回折後の光束には広がりが生じる。回折後の光束の広がりは、入射光の波長帯域が広いほど大きくなり、また、回折格子の周期が小さいほど大きくなる。
【０００８】
光通信の装置では、回折後の光束が広がると、送出する光の一部が光伝送部材に入射しなくなったり、光伝送部材からの光の一部が受光部に入射しなくなったりして、送受する信号の正確性が低下する結果となる。これを防止するためには、光伝送部材と分離結合部材との間や、分離結合部材と受光部との間に集光用の光学部材を配置しなければならず、装置の大型化を招く。
【０００９】
光記録再生装置では、回折後の光束が広がると、記録媒体上の微小な範囲に光を収束させることができなくなって記録密度が低下したり、記録媒体からの光の一部が受光部に入射しなくなって読み出し精度が低下したりする。これを防止するためには、分離結合部材と記録媒体との間に配置する可動の対物レンズを大きくしなければならず、装置の大型化を招く上に、対物レンズの応答速度が低下して、処理速度の面で装置の性能が低下する。
【００１０】
また、回折格子の回折効率は、凹凸の周期が小さくなるほど低下する傾向にある。凹凸の周期を小さくしながら高い回折効率を維持する方法として、回折後の光束が入射位置における回折格子の法線よりも入射光束に近くなるリトロー配置が知られている。しかし、光通信の光学装置でリトロー配置を採用すると、光伝送部材と受光部とが空間的に接近するため、両者の配設が容易でなくなる。
【００１１】
さらに、回折格子の凹凸の周期を小さくすると、回折格子に対してｐ偏光となる偏光成分とｓ偏光となる偏光成分とで、回折効率の差が大きくなる。光通信では一般に伝送する光として直線偏光が用いられるから、回折格子に対する光の偏光方向を考慮しなければ、送受する光の強度が低下することになって、送受する信号の正確性の低下を招く結果となる。
【００１２】
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子における上記の諸問題を解決することを目的とし、特に、光束を分離または結合する回折格子素子であって、光束の広がりを抑えることが容易なものを備え、波長の異なる複数の光束を分離または結合する光学装置であって、光の損失を抑えることが容易なもの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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすものとする。ここで、ｎ1およびｎ2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第１の光束および第２の光束の波長、θは回折格子への第１の光束の入射角である。
【００１４】
この回折格子素子は、波長λSの第１の光束に対しては回折を生じさせつつ反射し、波長λLの第２の光束に対しては回折を生じさせることなく反射するものとなる。したがって、第２の光束に広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明ではまた、第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすものとする。ここで、ｎ1およびｎ2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第１の光束および第２の光束の波長、θは回折格子への第１の光束の入射角である。
【００１６】
この回折格子素子は、波長λLの第２の光束に対しては回折を生じさせつつ反射し、波長λSの第１の光束に対しては回折を生じさせることなく反射するものとなる。したがって、第１の光束に広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
【００１７】
上記の各回折格子素子は、回折格子が設けられている面のほかに集光機能を有する面を備える構成とすることができる。このようにすると、光束の広がりが一層抑えられ、収束光束とすることも可能になる。
【００１８】
回折格子が曲面上に設けられている構成とすることもできる。このようにすると、屈折による光学的パワーを回折格子にもたせることができて、回折後の光束の広がりを一層抑えたり、収束光束としたりすることが可能になる。
【００１９】
その場合、回折格子が設けられている曲面の任意の位置における接平面に回折格子を投影し、その平面上での回折格子の凹凸の周期をΛ、その平面に対する入射角をθとしたときに、前記関係を満たすようにするとよい。
【００２０】
回折格子の凹凸の周期の方向に平行な各凹凸の断面が略矩形である構造とするとよい。回折格子の設計が容易になる上、樹脂成形による素子の製造も容易になる。
【００２１】
ここで、回折格子に対する光束の入射角を変化させる機構を備えるようにするとよい。光の波長が温度等によって変動する場合でも、入射角を変えることで、回折後の光束の進行方向を一定にすることが可能になる。
【００２２】
回折格子に第２の波長の光束を入射させるとともに、回折格子から出射した第１の波長の光束を受ける光学部品を備えるようにすることができる。このような構成とすると、第２の波長の光を外部から受けて第１の波長の光を外部に導くことを、同じ光学部品を介して行い得る装置となる。このような光学部品としては例えば光ファイバがある。
【００２３】
回折格子に入射する光束または回折格子から出射した光束を集光させる光学部品を備えるようにしてもよい。このようにすると、回折格子に入射する光束を平行光束に近づけたり、回折格子から出射する光束の広がりをさらに抑えたりすることが可能になって、光の損失を一層抑え得る装置となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光学装置は、波長の異なる複数の光束を分離または結合するものでありながら、回折格子からの光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の光学装置１の構成を図１に模式的に示す。光学装置１は、光通信における送受信用の装置であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００２６】
発光部２１は送出する光束ＬＴを発し、発光制御部２２は、発光部２１の発光を制御して、発光部２１が発する光束ＬＴに送信する信号を担持させる。図示しないが、発光部２１は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。
【００２７】
光ファイバ３１は、送信信号を担持した発光部１１からの光束ＬＴを外部に伝送するとともに、受信すべき信号を担持した光束ＬＲを外部から伝送してくる。
【００２８】
受光部４１は、光ファイバ３１によって伝送されてきた光束ＬＲを受けて、受光量を表す信号を出力し、信号検出部４１は、受光部４１の出力信号から光束ＬＲに担持されている信号を検出する。光束ＬＴの波長帯域と光束ＬＲの波長帯域は異なり、互いに分離している。光束ＬＴの波長は光束ＬＲの波長よりも短い。
【００２９】
回折格子素子５１は、表面に回折格子５２（図２参照）を備えており、発光部２１からの光束ＬＴを光ファイバ３１に導くとともに、光ファイバ３１からの光束ＬＲを受光部４１に導く。
【００３０】
回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００３１】
回折格子５２は式(A1)〜(A3)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(A1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(A2)
Λ／λS ＞ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ・・・ 式(A3)
【００３２】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より短波長の光束ＬＴを−１次で回折透過させ、より長波長の光束ＬＲを０次で回折透過させるものとなる。
【００３３】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に、光束ＬＴを回折格子素子５１の内部側から、光束ＬＲを空気側から入射させるようにした設定例における光路を図２に模式的に示し、諸パラメータを表１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００３４】
［表１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６９μｍ
凹凸高低差ｈ：１．３９μｍ
凸部幅：０．３５μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５３
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−４２．６゜
ｓ偏光透過回折効率：０．７２
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４６
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：３５．３゜
ｐ偏光透過率：０．８７
ｓ偏光透過率：０．７３
平均透過率：０．８
【００３５】
なお、表１において、回折格子５２の凸部幅とは、光束ＬＴの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置１での使用形態とは逆に、光束ＬＴを光束ＬＲと同じ方向から入射させて、光束ＬＴ、ＬＲを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置１での使用形態においては、光束ＬＴの入射角θ1と出射角θ2は表１の値と逆になる。
【００３６】
上記の設定例（ｎ1＝１、θ1＝６０゜）において、式(A2)、(A3)に含まれる１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図３に示す。なお、１／(１＋１・sin６０゜)の値は０．５３６である。図３より判るように、０次の透過光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（A2）の範囲内にすることで、透過率が高くなり、−１次の透過光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(A3)の範囲内にすることで、透過率が高くなる。
【００３７】
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置１における回折格子素子５１のように、回折格子５２がより長波長の光束ＬＲを回折させることなく透過させるようにすることは、光束ＬＲの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部４１を大きくしなくても、光束ＬＲを全て受光部４１に導くことができる。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の光学装置２も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００３９】
光学装置２における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００４０】
回折格子５２は式(B1)〜(B3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(B1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(B2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(B3)
【００４１】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より短波長の光束ＬＴを−１次で回折反射し、より長波長の光束ＬＲを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００４２】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図４に模式的に示し、諸パラメータを表２に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００４３】
［表２］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．５８５μｍ
凹凸高低差ｈ：０．４２μｍ
凸部幅：０．２９３μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４５
入射角θ1：４５゜
出射角θ2：−５１．８゜
ｓ偏光反射回折効率：０．８５
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．３９
入射角θ1：４５゜
出射角θ2：４５゜
ｐ偏光反射率：０．８９
ｓ偏光反射率：０．８６
平均反射率：０．８７５
【００４４】
なお、表２において、回折格子５２の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置２での使用形態とは逆に、光束ＬＴを光束ＬＲと同じ方向から入射さて、光束ＬＴ、ＬＲを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置２での使用形態においては、光束ＬＴの入射角θ1と出射角θ2は表２の値と逆になる。
【００４５】
０次の反射光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（B2）の範囲内にすることで、反射率が高くなり、−１次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(B3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin４５゜)の値は０．３９１、１／(１＋１．５・sin４５゜)の値は０．４８５である。
【００４６】
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置２における回折格子素子５１のように、回折格子５２がより長波長の光束ＬＲを回折させることなく反射するようにすることは、光束ＬＲの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部４１を大きくしなくても、光束ＬＲを全て受光部４１に導くことができる。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態の光学装置３も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００４８】
光学装置３における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００４９】
回折格子５２は式(C1)〜(C3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(C1)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(C2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(C3)
【００５０】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より長波長の光束ＬＲを−１次で回折反射し、より短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００５１】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図５に模式的に示し、諸パラメータを表３−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００５２】
［表３−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．３μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４６
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．８１（−１．８３ｄＢ）
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４０
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５２．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８３（−１．６３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８７（−１．２０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８５（−１．４１ｄＢ）
【００５３】
なお、表３−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、表３−１には、反射率および反射効率のｄＢ換算値も示している。
【００５４】
−１次の反射光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（C2）の範囲内にすることで、反射率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(C3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin６０゜)の値は０．３５７、１／(１＋１．５・sin６０゜)の値は０．４３４、２／(１．５＋１．５・sin６０゜)の値は０．７１５である。
【００５５】
波長帯域の幅が同じ場合、光束ＬＲに比べて短波長の光束ＬＴの方が、回折後の広がりが少ない。しかし、波長帯域の幅が広くなれば、より短波長の光束ＬＴであっても、回折後の広がりは大きくなる。このような場合、光束ＬＴを全て光ファイバ３１に入射させることが難しくなる。しかしながら、本実施形態の光学装置３の回折格子素子５１では、回折格子５２が、光束ＬＴに対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴの広がりを招くことがなく、直径がμｍオーダーと細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることは容易である。
【００５６】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表３−２および表３−３に示し、光束ＬＲの波長帯域が波長λLを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲに関するパラメータを表３−４および表３−５に示す。他のパラメータは表３−１と同じである。
【００５７】
［表３−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS−５０））：０．４８
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．８５（−１．４３ｄＢ）
［表３−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS＋５０））：０．４４
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．７８（−２．１１ｄＢ）
【００５８】
［表３−４］
光束ＬＲ
最短波長（λL−１０）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL−１０））：０．４１
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５１．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８２（−１．７６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８１（−１．８０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８１（−１．７８ｄＢ）
［表３−５］
光束ＬＲ
最長波長（λL＋１０）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL＋１０））：０．４０
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５３．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８３（−１．６２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９１（−０．７９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８７（−１．２０ｄＢ）
【００５９】
回折格子５２は、光束ＬＴに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表３−２、３−３より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態の光学装置４の構成を図６に模式的に示す。光学装置４は、第１〜第３の実施形態の光学装置１〜３と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ３１を介して、波長帯域の異なる２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。このため、前述の発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１に加えて、受光部４３と信号検出部４４を有し、回折格子素子５１は、送出する光束ＬＴと受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の、計３光束を回折の対象とする。光束ＬＴが最も短波長、光束ＬＲ２が最も長波長、光束ＬＲ１が中間の波長である。
【００６１】
光学装置４における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。
回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、最も長波長の光束ＬＲ２の中心波長をλL、中間の波長の光束ＬＲ１の中心波長をλMとする。
【００６２】
回折格子５２は式(D1)〜(D3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(D1)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λM ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D2')
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D3)
【００６３】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、最も長波長の光束ＬＲ２と中間の波長の光束ＬＲ１を−１次で回折反射し、最も短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００６４】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図７に模式的に示し、諸パラメータを表４−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００６５】
［表４−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６２９μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．２３９μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７６（−２．４１ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５３．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９５（−０．４４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−１．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．９３ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λM）：１５５５ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．６゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−２．３４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７５（−２．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７６（−２．３９ｄＢ）
【００６６】
なお、表４−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【００６７】
−１次の反射光とする光束ＬＲ１、ＬＲ２は、中心波長λM、λLを式（D2'）、(D2)の範囲内にすることで、反射率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、中心波長λSを式(D3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin５１゜)の値は０．３７５、１／(１＋１．５・sin５１゜)の値は０．４６２、２／(１．５＋１．５・sin５１゜)の値は０．７５０である。
【００６８】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、回折格子５２が、光束ＬＴに対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることは容易である。
【００６９】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表４−２および表４−３に示し、光束ＬＲ１の波長帯域が波長λMを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲ１に関するパラメータを表４−４および表４−５に示し、光束ＬＲ２の波長帯域が波長λLを中心に±５ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲ２に関するパラメータを表４−６および表４−７に示す。他のパラメータは表４−１と同じである。
【００７０】
［表４−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．８７（−１．２６ｄＢ）
［表４−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７４（−２．６４ｄＢ）
【００７１】
［表４−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λM−１０）：１４８０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５２．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９６（−０．３３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８４（−１．５２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．９０ｄＢ）
［表４−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λM＋１０）：１５００ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５４．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．６０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−１．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−１．０２ｄＢ）
【００７２】
［表４−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λL−５）：１５５０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７８（−２．１２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７７（−２．３０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７８（−２．２１ｄＢ）
［表４−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λL＋５）：１５６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６１．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７４（−２．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７４（−２．６２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７４（−２．５９ｄＢ）
【００７３】
回折格子５２は、光束ＬＴに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表４−２、４−３より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
【００７４】
＜第５の実施形態＞
本実施形態の光学装置５も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００７５】
光学装置５における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００７６】
回折格子５２は式(E1)〜(E3)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(E1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(E2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ＜ Λ／λS ＜ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)＋０.０２
・・・ 式(E3)
【００７７】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より長波長の光束ＬＲを０次で回折透過させ、より短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００７８】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図８に模式的に示し、諸パラメータを表５−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００７９】
［表５−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６６７μｍ
凹凸高低差ｈ：１．１６７μｍ
凸部幅：０．２６７μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５０９
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．７１（−２．９３ｄＢ）
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４４８
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９１（−０．８６ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７６（−２．３４ｄＢ）
平均透過率：０．８３（−１．５７ｄＢ）
【００８０】
なお、表５−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【００８１】
上記の設定例（ｎ1＝１．５、ｎ2＝１、θ1＝３６゜）において、式(E2)、(E3)に含まれる１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図９に示す。なお、１／(１＋１．５・sin３６゜)の値は０．５３１である。図９より判るように、０次の透過光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（E2）の範囲内にすることで、透過率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(E3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。
【００８２】
光学装置５においては、回折格子５２が、光束ＬＴ、ＬＲの双方に対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴ、ＬＲの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることや、小さな受光部４１に光束ＬＲを全て入射させることは容易である。
【００８３】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表５−２および表５−３に示し、光束ＬＲの波長帯域が波長λLを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲに関するパラメータを表５−４および表５−５に示す。他のパラメータは表５−１と同じである。
【００８４】
［表５−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS−５０））：０．５２９
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．８５（−１．３９ｄＢ）
［表５−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS＋５０））：０．４９０
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．５９（−４．６５ｄＢ）
【００８５】
［表５−４］
光束ＬＲ
最短波長（λL−１０）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL−１０））：０．４５１
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９０（−０．９２ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７６（−２．４４ｄＢ）
平均透過率：０．８３（−１．６４ｄＢ）
［表５−５］
光束ＬＲ
最長波長（λL＋１０）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL＋１０））：０．４４５
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９１（−０．８０ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７７（−２．２５ｄＢ）
平均透過率：０．８４（−１．５０ｄＢ）
【００８６】
回折格子５２は、光束ＬＴ、ＬＲに回折を生じさせないため、それらの波長帯域の最短波長および最長波長でも出射角に変化はなく、また、各々の最短波長および最長波長でも高い反射率や透過率となる。
【００８７】
＜第６の実施形態＞
第６の実施形態の光学装置６の構成を図１０に模式的に示す。光学装置６は、第５の実施形態の光学装置５と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ３１を介して、波長帯域の異なる２つの光束ＬＴ１、ＬＴ２を送出する。このため、前述の発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１に加えて、発光部２３と発光制御部２４を有し、回折格子素子５１は、送出する光束ＬＴ１、ＬＴ２と受ける光束ＬＲの、計３光束を回折の対象とする。光束ＬＴ１が最も短波長、光束ＬＲが最も長波長、光束ＬＴ２が中間の波長である。
【００８８】
光学装置６における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴ１の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束ＬＴ１の中心波長をλS、最も長波長の光束ＬＲの中心波長をλL、中間の波長の光束ＬＴ２の中心波長をλMとする。
【００８９】
回折格子５２は式(F1)〜(F4)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(F1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(F2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ＜ Λ／λM ＜ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)＋０.０２
・・・ 式(F3)
Λ／λS ≧ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(F4)
【００９０】
このようにすると、回折格子５２は、最も長波長の光束ＬＲと最も短波長の光束ＬＴ１を０次で回折透過させ、中間の波長の光束ＬＴ２を０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００９１】
＜第７の実施形態＞
本実施形態の光学装置７は、光ファイバ３１を介して波長帯域の異なる２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける第４の実施形態の光学装置４を修飾したものである。光学装置７における回折格子素子５１および光束ＬＲ１、ＬＲ２の光路を図１１に示す。回折格子素子５１の回折格子５２が設けられていない表面のうち、回折後の光束ＬＲ１、ＬＲ２が通る部位５３は、回折格子５２の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束ＬＲ１、ＬＲ２に対して凸レンズとして作用する。
【００９２】
光束ＬＲ１、ＬＲ２は、回折光であるため波長帯域の幅に応じて広がるが、それらが通る部位５３にこのように集光機能をもたせることで、光束ＬＲ１、ＬＲ２を平行光束に近づけるたり、収束光束としたりすることが可能である。したがって、受光部４１、４３を大きくすることなく、光束ＬＲ１、ＬＲ３を全て受光部４１、４３に入射させることができる。また、部位５３の曲面形状によって収差を抑えることも可能である。
【００９３】
曲面である部位５３の曲率半径を、回折格子５２への光束の入射点から部位５３までの距離に等しくすれば、部位５３は集光機能をもたないことになる。しかし、それでも、部位５３が平面である場合のように、屈折によって光束ＬＲ１、ＬＲ２がさらに広がるのを、防止することができる。
【００９４】
なお、本実施形態では、光束ＬＲ１の中心波長λMを１４８０ｎｍ、光束ＬＲ２の中心波長λLを１５００ｎｍとしている。光束ＬＲ１、ＬＲ２の入射角θ1は５１゜であり、光束ＬＲ１の反射角θ2は５２．３゜、光束ＬＲ２の反射角θ2は５４．３゜である。また、図示していないが、送出する光束ＬＴは、中心波長ＬSが１２６０ｎｍのとき入射角５５．４９゜、中心波長ＬSが１３１０ｎｍのとき入射角５１．８゜、中心波長ＬSが１３６０ｎｍのとき入射角４８．３９゜である。
【００９５】
＜第８の実施形態＞
本実施形態の光学装置８は、送出する光束ＬＴを−１次で回折反射する第２の実施形態の光学装置２を修飾したものである。光学装置８における回折格子素子５１および光束ＬＴの光路を図１２に示す。回折格子素子５１の回折格子５２が設けられていない表面のうち、入射前の光束ＬＴが通る部位５４は、回折格子５２の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束ＬＴに対して凸レンズとして作用する。発光部２１からの光束ＬＴが発散光である場合でも、このように部位５４に集光機能をもたせることで、回折格子５２に入射する光束ＬＴを平行光束に近づけることができる。
【００９６】
光学装置８は、回折格子５２上の光束ＬＴの入射位置を中心とし、回折格子５１に垂直でその周期の方向に平行な平面上に位置する円弧状のレール２５を備えている。発光部２１はレール２５に沿って可動に設定されており、発光部２１の位置によって、回折格子５２に対する光束ＬＴの入射角は変わる。また、発光部２１には温度センサ２６が取り付けられており、発光部２１の位置は温度センサ２６によって検出された温度に応じて制御される。
【００９７】
光束ＬＴを発する発光部２１のレーザダイオードの特性は温度によって変動し、そのため、光束ＬＴの波長も温度によって変動する。波長が変動すると、回折格子５２による光束ＬＴの回折角も変動し、回折後の光束ＬＴの一部が光ファイバ３１に入射しなくなることがある。しかし、このように、回折格子５２に対する光束ＬＴの入射角を温度に応じて変えるようにすることで、確実に光束ＬＴを全て光ファイバ３１に入射させることができる。
【００９８】
温度センサ２６を備えることに代えて、光ファイバ３１の端部近傍に複数の光センサ３５を備えて、どの光センサ３５に光束ＬＴが入射するかに応じて、発光部２１の位置を制御するようにしてもよい。その場合、どの光センサ３５にも光束ＬＴが入射しないよう発光部２１の位置を設定することで、光束ＬＴの全てを光ファイバ３１に入射させることができる。
【００９９】
なお、光束ＬＴ、ＬＲの波長、回折格子５２の設定等は第２の実施形態と同様である。
【０１００】
＜第９の実施形態＞
本実施形態の光学装置９の回折格子素子１１を図１３に示す。図１３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。本実施形態では、回折格子素子１１の表面を凸の曲面とし、その曲面上に回折格子５２を設けている。回折格子５２を曲面上に設けることで、回折格子５２が屈折による光学的パワーを有することになり、出射する光束の広がりを抑えることができる。したがって、出射後の光束の広がりを抑える手段を別途備える必要がなくなる。
【０１０１】
回折格子５２に入射する光束が平行光束でない場合は、回折格子５２の凹凸の間隔を一定にせずに次第に変化するようにすることで、あるいは、個々の凸部５２ａおよび凹部５２ｂを直線とせずに曲線状とすることで、光束の広がりとなる原因となる収差を抑えることができる。
【０１０２】
なお、本実施形態のように、曲面上に回折格子５２を設ける場合、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、前述の式(A1)〜(A3)から式(F1)〜(F4)までの各組の条件を満たすようにする。これで、上述の各実施形態で述べた効果が得られる。
【０１０３】
＜第１０の実施形態＞
第１０の実施形態の光学装置１０の構成を図１４に模式的に示す。光学装置１０は、光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置であり、３つの発光部２７、２８、２９、２つの回折格子素子５５、５７、および対物レンズ６１を有する。回折格子素子５５、５７はいずれもプリズム状であり、それぞれ１つの表面に回折格子５６、５８（図１５参照）が設けられている。
【０１０４】
発光部２７、２８、２９は、記録媒体Ｍに照射するための波長帯域の異なる光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３をそれぞれ発する。図示しないが、発光部２７〜２９は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。
【０１０５】
回折格子素子５５は、発光部２７からの光束ＬＴ１と発光部２８からの光束ＬＴ２を結合する。また、回折格子素子５７は、回折格子素子５５によって結合された光束ＬＴ１、ＬＴ２と発光部２９からの光束ＬＴ３とを結合する。
【０１０６】
対物レンズ６１は、回折格子素子５５によって結合された光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３を記録媒体Ｍ上に収束させる。
【０１０７】
回折格子素子５５、５７の回折格子５６、５８の設定について説明する。ここで、回折格子５６、５８の凹凸の周期をΛ、回折格子５６、５８の凹凸の高低差をｈ、回折格子５６、５８を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５６、５８への光束の入射角をθ1、回折格子５６、５８からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の波長帯域のうち最も短波長のものの中心波長をλS、最も長波長のものの中心波長をλL、中間の波長のものの中心波長をλMとする。なお、ここでは、回折格子５６と回折格子５８の各パラメータを同じ符号で表しているが、各パラメータ(例えば周期Λ)は、回折格子５６と回折格子５８とで異なる。
【０１０８】
回折格子５６、５８は式(G1)〜(G4)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(G1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G2)
Λ／λM ≒ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G3)
Λ／λS ≧ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G4)
【０１０９】
これらの関係を満たすことで、回折格子５６、５８は、光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３のいずれに対しても、０次の回折を生じさせて、すなわち回折を生じさせずに、透過または反射するものとなる。
【０１１０】
光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の各波長帯域の中心波長をそれぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、４０５ｎｍとし、回折格子素子５５の回折格子５６に、素子５５の内部側から光束ＬＴ１を入射させ、空気側から光束ＬＴ２を入射させ、回折格子素子５７の回折格子５８に、光束ＬＴ１、ＬＴ２を空気側から入射させ、光束ＬＴ３を素子５７の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１５に模式的に示し、諸パラメータを表６−１、６−２に示す。この例では、光束ＬＴ３の中心波長が最短波長λS、光束ＬＴ２の中心波長が最長波長λL、光束ＬＴ１の中心波長が中間の波長λMである。
【０１１１】
また、回折格子５６、５８に対して、光束ＬＴ１はｓ偏光、光束ＬＴ２はｐ偏光、光束ＬＴ３はｓ偏光である。なお、図１５における両頭の矢印は偏光面が紙面に平行であることを表し、二重の丸印は偏光面が紙面に垂直であることを表している。
【０１１２】
［表６−１］
回折格子５６
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：３２６ｎｍ
凹凸高低差ｈ：５７１ｎｍ
凸部幅：１６３ｎｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ１
波長（λM）：６５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．５０２
入射角θ1：３８゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光反射率：０．９６２
光束ＬＴ２
波長（λL）：７８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４１８
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｐ偏光透過率：０．９５２
【０１１３】
［表６−２］
回折格子５８
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：２０３ｎｍ
凹凸高低差ｈ：５７１ｎｍ
凸部幅：１６３ｎｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ１
波長（λM）：６５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．３１２
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光透過率：０．７４
光束ＬＴ２
波長（λL）：７８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．２６０
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｐ偏光透過率：０．９４４
光束ＬＴ３
波長（λS）：４０５ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５０１
入射角θ1：３８゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光反射率：０．９６２
【０１１４】
表６−１、６−２において、回折格子の凸部幅とは、回折格子素子５５、５７の内部に向かって凸部となっている部分の幅である。また、回折格子５６、５８以外の回折格子素子５５、５７の表面に対する光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の入射角は９０゜である。回折格子５６、５８以外の面での透過率を１とすると、回折格子素子５５、５７を経た後の各光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の光量は、経る前の光量に比べて、０．７１２、０．８９９、０．９６２倍となる。なお、１／（１．５＋sin３８゜）の値は０．５２０である。
【０１１５】
＜第１１の実施形態＞
第１１の実施形態の光学装置１１は、光通信における送受信用の装置であり、図６に示した第４の実施形態の光学装置４と同様に、光ファイバ３１を介して光束ＬＴを送出するとともに、光ファイバ３１を介して２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域は異なる。
【０１１６】
また、回折格子素子５１の回折格子５２は、互いに垂直な第１の方向と第２の方向に凹凸の周期を有する。図１６に回折格子５２を模式的に示す。凹凸の周期は第１の方向と第２の方向とで異なり、第１の方向の周期の方が短い。以下、第１の方向の周期を主周期、第２の方向の周期を副周期という。また、主周期をΛx、副周期をΛyとし、主周期方向の凸部５２ａ間の距離をＷx、副周期方向の凸部５２ａ間の距離をＷyとする。
【０１１７】
回折格子５２と光束の角度の関係を図１７に示す。回折格子５２に垂直で主周期の方向に平行な平面と、回折格子５２に入射する光束の入射面との成す角φを方位角という。なお、入射角θ1は、入射する光束の主光線と回折格子５２の法線との成す角であり、入射面内での角である。
【０１１８】
光学装置１１では、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を、それらの入射面が主周期の方向に対してやや傾くように、回折格子５２に入射させる。したがって、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φは０でない。
【０１１９】
光学装置１１における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の主周期（Λx）をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
【０１２０】
回折格子５２は式(H1)〜(H5)の関係を満たす。
λ1L ＜ λ1U ＜ λ2L ＜ λ2U ＜ λ3L ＜ λ3U ・・・ 式(H1)
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(H2)
φ≠０ ・・・ 式(H3)
１／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ／λ3U ＜ Λ／λ2L ≦ １／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H4)
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ／λ1U ＜ Λ／λ1L ≦ ２／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H5)
【０１２１】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、送出する光ＬＴを０次で回折反射（正反射）し、受ける２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を−１次で回折反射するものとなる。回折格子５２と光束ＬＲ１、ＬＲ２はリトロー配置に近い関係である。
【０１２２】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１８に模式的に示し、諸パラメータを表７−１に示す。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φは１０゜である。
【０１２３】
［表７−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７７（−１．１４ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９４（−０．２８ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
【０１２４】
なお、表７−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【０１２５】
波長帯域の幅が１００ｎｍのときの光束ＬＴの最短波長（λ1L）、最長波長（λ1U）に関するパラメータを表７−２、７−３に示し、波長帯域の幅が２０ｎｍのときの光束ＬＲ１の最短波長（λ2L）、最長波長（λ2U）に関するパラメータを表７−４、７−５に示し、波長帯域の幅が１０ｎｍのときの光束ＬＲ２の最短波長（λ3L）、最長波長（λ3U）に関するパラメータを表７−６、７−７に示す。
【０１２６】
［表７−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８２（−０．８６ｄＢ）
［表７−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７２（−１．４６ｄＢ）
【０１２７】
［表７−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
［表７−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．３４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９５（−０．２５ｄＢ）
【０１２８】
［表７−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８４（−０．７７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表７−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８１（−０．９４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８５（−０．７２ｄＢ）
【０１２９】
式(H4)の下限値および上限値、すなわち、次の２式の値はそれぞれ０．３８１および０．４６８であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(H4)を満たしている。
１／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
【０１３０】
また、式(H5)の下限値および上限値、すなわち次の２式の値はそれぞれ０．４６８および０．７６３であり、光束ＬＴの周期／波長の値は式(H5)を満たしている。
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
２／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
【０１３１】
式(H4)を満たすことで、−１次の回折反射光とする比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２の回折効率を高くすることができる。また、式(H5)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束ＬＴの反射率を高くすることができる。
【０１３２】
本実施形態の光学装置では、回折格子５２と光束ＬＲ１、ＬＲ２がリトロー配置に近い関係であるが、方位角φが０でないため、光ファイバ３１と受光部４１、４３（図６）との干渉を低減できて、装置全体の設計が容易である。ただし、方位角φが０〜０．５゜の範囲では光ファイバ３１と受光部４１、４３とが干渉し易くなる。また、方位角φが１５゜を超えると、不要な次数の回折光が多くなる。したがって、方位角φは０．５゜以上、１５゜以下とするのが好ましい。
【０１３３】
比較のために、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φを０゜としたときのパラメータを表８−１〜８−７に示す。
【０１３４】
［表８−１］
回折格子
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８１（−０．９０ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
【０１３５】
［表８−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表８−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
【０１３６】
［表８−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７９（−１．００ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
［表８−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４８ｄＢ）
【０１３７】
［表８−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
［表８−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９４（−０．２６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
【０１３８】
表７−１〜７−７と表８−１〜８−７との比較より、方位角φを１０゜としても、方位角φが０゜の場合に匹敵する良好な回折効率が得られることが判る。
【０１３９】
回折後の光束と主周期方向との角度についてついて説明する。回折格子５２上に投影した回折後の光束の主光線と主周期の方向との成す角をαとし、波長をλとすると、式(J1)、(J2)の関係を満たす必要がある。また、本実施形態のようにリトロー配置に近い場合、式(J3)が成り立つ。
｛ｎ1・sinθ1−（λ／Λ）・cosφ｝2＋｛（λ／Λ）・sinφ｝2 ＝ （ｎ1・sinθ2）2
・・・ 式(J1)
sinα ＝ λ・sinφ／（ｎ1・Λ・sinθ2） ・・・ 式(J2)
λ／Λ ＝ ２・ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(J3)
【０１４０】
式(J1)〜(J3)より式(J4)が得られる。式(J4)は、回折後の光束が、方位角φの２倍の角度で主周期の方向から分離することを示している。
sinα ≒ ２・sinφ ・・・ 式(J4)
【０１４１】
なお、回折格子５２を曲面上に設けることも可能である。その場合、第９の実施形態で説明したように、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、式(H1)〜(H5)の条件を満たすようにする。
【０１４２】
また、本実施形態の回折格子は２つの光束Ｒ１、Ｒ２を受けるものであるが、波長帯域が異なる３つ以上の光束を受けるようにすることも可能である。その場合、受ける光束のうち最も長波長の波長帯域の最長波長をλ3U、２番目に長波長の波長帯域の最短波長をλ2Lとして、式(H4)を満たすようにすればよい。
【０１４３】
＜第１２の実施形態＞
第１２の実施形態の光学装置１２も、光通信における送受信用の装置であり、図６に示した第４の実施形態の光学装置４と同様に、光ファイバ３１を介して光束ＬＴを送出するとともに、光ファイバ３１を介して２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域は異なる。
【０１４４】
光学装置１２における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の主周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
【０１４５】
回折格子５２は式(K1)〜(K5)の関係を満たす。
λ1L ＜ λ1U ＜ λ2L ＜ λ2U ＜ λ3L ＜ λ3U ・・・ 式(K1)
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(K2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λ3U ＜ Λ／λ2L ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
・・・ 式(K3)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λ1U ＜ Λ／λ1L ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
・・・ 式(K4)
Λ／λ3L ＜ １／(２・ｎ1・sinθ1) ＜ Λ／λ2U ・・・ 式(K5)
【０１４６】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、送出する光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）し、受ける２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を−１次で回折反射するものとなる。
【０１４７】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１９に模式的に示し、諸パラメータを表９−１に示す。
【０１４８】
［表９−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６４５μｍ
凹凸高低差ｈ：０．７０９μｍ
凸部幅：０．４５１μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４９２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．９６（−０．１８ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．４３３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４９．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８１（−０．９２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８３（−０．７９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１３ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４１５
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−０．５１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１１ｄＢ
【０１４９】
なお、表９−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【０１５０】
波長帯域の幅が１００ｎｍのときの光束ＬＴの最短波長（λ1L）、最長波長（λ1U）に関するパラメータを表９−２、９−３に示し、波長帯域の幅が２０ｎｍのときの光束ＬＲ１の最短波長（λ2L）、最長波長（λ2U）に関するパラメータを表９−４、９−５に示し、波長帯域の幅が１０ｎｍのときの光束ＬＲ２の最短波長（λ3L）、最長波長（λ3U）に関するパラメータを表９−６、９−７に示す。
【０１５１】
［表９−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1L）：０．５１２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：１．００（−０．０１ｄＢ）
［表９−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1U）：０．４７４
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．８９（−０．４９ｄＢ）
【０１５２】
［表９−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2L）：０．４３６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４８．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−１．１９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７８（−１．０９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７７（−１．１４ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１０ｄＢ
［表９−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2U）：０．４３０
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５０．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１５ｄＢ
【０１５３】
［表９−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3L）：０．４１６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４７ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１１ｄＢ
［表９−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3U）：０．４１３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．６０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１０ｄＢ
【０１５４】
式(K3)の下限値および上限値、すなわち、次の２式の値はそれぞれ０．３７６および０．４５８であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(K3)を満たしている。
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
【０１５５】
また、式(K4)の下限値および上限値、すなわち次の２式の値はそれぞれ０．４５８および０．７５１であり、光束ＬＴの周期／波長の値は式(K4)を満たしている。
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
【０１５６】
さらに、次の式の値は０．４２３であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(K5)を満たしている。
１／(２・ｎ1・sinθ1)
【０１５７】
式(K3)を満たすことで、−１次の回折反射光とする比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２の回折効率を高くすることができる。また、式(K4)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束ＬＴの反射率を高くすることができる。さらに、式(K5)を満たすことで、比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差を小さくすることができる。上記の設定では、ｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差は、光束ＬＲ１では０．１０〜０．１５ｄＢ、光束ＬＲ２では０．１０〜０．１１ｄＢとなっている。
【０１５８】
比較のために、式(K1)〜(K4)を満たすものの、式(K5)を満たさない設定でのパラメータを表１０−１〜１０−７に示す。
【０１５９】
［表１０−１］
回折格子
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６２９μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．２３９μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４８０
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．４２２
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５３．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４６ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．５１ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４０５
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．６゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−１．１７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７５（−１．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７６（−１．２０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０６ｄＢ
【０１６０】
［表１０−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1L）：０．４９９
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．８７（−０．６３ｄＢ）
［表１０−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1U）：０．４６３
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７４（−１．３２ｄＢ）
【０１６１】
［表１０−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2L）：０．４２５
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５２．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８４（−０．７６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．５９ｄＢ
［表１０−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2U）：０．４１９
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５４．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．３０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−０．５１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４３ｄＢ
【０１６２】
［表１０−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3L）：０．４０６
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．０゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７８（−１．０６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７７（−１．１５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７８（−１．１１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０９ｄＢ
［表１０−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3U）：０．４０３
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６１．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７４（−１．２８ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７４（−１．３１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７４（−１．３０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０３ｄＢ
【０１６３】
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７５および０．４６２、式(K4)の下限値および上限値は０．４６２および０．７５０であり、式(K3)、(K4)は満たす。しかし、１／(２・ｎ1・sinθ)の値は０．４２９であり、式(K5)は満たさない。
【０１６４】
また、ｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差は、光束ＬＲ２については０．０３〜０．０９と小さいものの、光束ＬＲ３について０．４３〜０．５９と大きくなっている。このため、光束ＬＲ２を受ける受光部４３（図６参照）の受光量が、光束ＬＴ３の偏光面の向きに大きく依存することになる。したがって、受光部４３の受光量を高く保つためには、装置ごとに光束ＬＴ３の偏光面の向きを考慮しなければならず、光ファイバ３１と回折格子素子５１をはじめとする他の部材との相対配置の設定が難しくなる。
【０１６５】
これに対し、表９−１〜９−７に例を示した本実施形態の光学装置１２では、前述のように、光束ＬＲ１、ＬＲ２のいずれについてもｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差が小さく、受光部４２、４３の受光量は光束ＬＲ１、ＬＲ２の偏光面の向きにはあまり依存しない。したがって、光束ＬＲ１、ＬＲ２の偏光面の向きを考慮しなくても、受光部４２、４３の受光量を高く保つことができる。
【０１６６】
なお、回折格子５２を曲面上に設けることも可能である。その場合、第９の実施形態で説明したように、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、式(K1)〜(K5)の条件を満たすようにする。
【０１６７】
表９−１〜９−７に示した設定例において、回折格子５２の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１１に示す。表１１においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１６８】
［表１１］
凸部幅
減少 設計値 増大
０．４０１μｍ ０．４５１μｍ ０．５０１μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．３３７ −０．４９０ −０．０９５
反射率変動量 −０．８４７ ０．３９５
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −１．２２６ −１．１３６ −２．５６２
回折効率変動量 −０．０９０ −１．４２５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 １．８５１ ０．１４９ ３．４５８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 １．７０２ ３．３０９
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．５０１ −０．５５２ −１．１８４
回折効率変動量 ０．０５１ −０．６３２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．５５８ ０．１１３ １．７６２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．４４５ １．６４９
【０１６９】
表１１より、凸部の幅が設計値から変動すると、比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差に大きな変動が生じることが判る。しかし、以下に述べるように、凸部の幅の変動による回折効率差の変動は低減することが可能である。
【０１７０】
＜第１３の実施形態＞
第１３の実施形態の光学装置１３は、上記の光学装置１２を修飾して、回折格子５２の凸部の幅が変動してもｐ偏光とｓ偏向の回折効率の差に大きな変動が生じないようにしたものである。光学装置１３においては、第１１の実施形態の光学装置１１の如く、図１６に示したように、回折格子５２の凹凸に互いに垂直な第１の方向と第２の方向に周期をもたせている。第１の方向の周期Λxは第２の方向の周期Λy以下であり、前者を主周期、後者を副周期という。ただし、光学装置１３では、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ３は、副周期の方向に対して垂直な方向から回折格子５２に入射させる。したがって、図１７に示した方位角φは０゜である。
【０１７１】
本実施形態においても、回折格子５２は、前述の式(K1)〜(K5)の関係を満たす。ここで、主周期Λxを式(K3)〜(K5)におけるΛとする。
【０１７２】
表９−１〜９−７に対応する設定での諸パラメータを表１２−１〜１２−７に示す。ここでは、主周期Λxと副周期Λｙを等しくしている。なお、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の光路は図１９に示したとおりである。
【０１７３】
［表１２−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４５μｍ
凹凸副周期Λy：０．６４５μｍ
副周期／主周期（Λy／Λx）：１
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８７μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．０６４μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．８４（−０．７７ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４９．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．６８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１８ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１５
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．６２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．２０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４２ｄＢ
【０１７４】
［表１２−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
［表１２−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７４
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．７６（−１．１９ｄＢ）
【０１７５】
［表１２−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４８．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８０（−０．９６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８３（−０．８０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３３ｄＢ
［表１２−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３０
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５０．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４７ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０５ｄＢ
【０１７６】
［表１２−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１７ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３６ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３９ｄＢ
［表１２−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．６８ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４５ｄＢ
【０１７７】
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７６および０．４５８、式(K4)の下限値および上限値は０．４５８および０．７５１であり、式(K3)、(K4)を満たす。また、１／(２・ｎ1・sinθ1)の値は０．４２３であり、式(K5)も満たす。
【０１７８】
表１２−１〜１２−７に示した設定例において、回折格子５２の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１３−１、１３−２に示す。表１３−１、１３−２においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１７９】
［表１３−１］
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．３３７μｍ ０．３８７μｍ ０．４３７μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．６０８ −１．１８８ −０．５８９
反射率変動量 −０．４１９ ０．５９９
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７２４ −０．７９５ −１．０７１
回折効率変動量 ０．０７１ −０．２７６
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．６７８ ０．３３２ １．０５２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．３４６ ０．７２０
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３９４ −０．４４８ −０．６６３
回折効率変動量 ０．０５４ −０．２１４
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．４５８ ０．４５３ ０．９２８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．００４ ０．４７５
【０１８０】
［表１３−２］
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．０１４μｍ ０．０６４μｍ ０．１１４μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．５５６ −１．１８８ −０．８０６
反射率変動量 −０．３６７ ０．３８３
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７５７ −０．７９５ −０．９３７
回折効率変動量 ０．０３８ −０．１４２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．７５４ ０．３３２ ０．５１１
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．４２２ ０．１７９
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７５ −０．４４８ −０．５８０
回折効率変動量 ０．０７３ −０．１３１
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．２５６ ０．４５３ ０．７６８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．１９８ ０．３１４
【０１８１】
回折格子５２の凸部の幅の変動量は表１１と表１３−１、１３−２とで同じ（±０．０５μｍ）であるが、本実施形態では比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差の増大が抑えられていることが判る。
【０１８２】
回折格子５２の副周期Λyと回折光の関係について説明する。光の波長をλ、主周期Λxによって生じる回折の次数をｍx、副周期Λyによって生じる回折の次数をｍyとすると、回折次数（ｍx、ｍy）の回折光が生じる条件は式(M1)で表される。
[(ｎ2／ｎ1)・sinθ1・cosφ＋ｍx・λ／(ｎ2・Λx)]2＋
[(ｎ2／ｎ1)・sinθ1・cosφ＋ｍy・λ／(ｎ2・Λy)]2 ≦ １ ・・・ 式(M1)
【０１８３】
光学装置１３では光束ＬＲ１、ＬＲ２に（−１、０）次つまりｍx＝−１、ｍy＝０の回折を生じさせ、その回折効率を高くする必要があるが、そのためには他の次数の回折を抑えなければならない。ここで、（−１、０）次以外で最も生じやすいのは（−１、±１）次つまりｍx＝−１、ｍy＝±１の回折光である。光束ＬＲ１、ＬＲ２に（−１、±１）次の回折光が生じないための条件は式(M2)で表される。
[sinθ1−λ2L／(ｎ1・Λx)]2＋[λ2L／(ｎ1・Λy)]2 ＞ １ ・・・ 式(M2)
【０１８４】
式(M2)を変形すると式(M3)となる。
Λy2／λ2L2 ＜ １／[ｎ12・[１−(sinθ1−λ2L／(ｎ1・Λx))2]] ・・・ 式(M3)
【０１８５】
ただし、式(M4)を満たせば、光束ＬＲ１、ＬＲ２に生じる（−１、±１）次の回折光を抑えることが可能である。
Λy2／λ2L2 ＜ １／[ｎ12・[１−(sinθ1−1.1・λ2L／(ｎ1・Λx))2]]
・・・ 式(M4)
【０１８６】
また、回折格子５２の作成を容易にするために、副周期Λyは主周期Λx以上とするのがよい。つまり、式(M5)を満たすのが好ましい。
Λx2／λ2L2 ≦ Λy2／λ2L2 ・・・ 式(M5)
【０１８７】
式(K1)〜(K5)に加えて式(M4)、(M5)も満たすようにした設定の諸パラメータを表１４−１〜１４−７に示す。なお、副周期Λyは主周期Λxの２倍である。
【０１８８】
［表１４−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
副周期／主周期（Λy／Λx）：２
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３０μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８１（−０．９０ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１６ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３５ｄＢ
【０１８９】
［表１４−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表１４−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
【０１９０】
［表１４−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７９（−１．００ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３０ｄＢ
［表１４−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４８ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０５ｄＢ
【０１９１】
［表１４−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３３ｄＢ
［表１４−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９４（−０．２６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３８ｄＢ
【０１９２】
この設定例では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７７および０．４６０、式(K4)の下限値および上限値は０．４６０および０．７５４である。また、式(K5)中の１／(２・ｎ1・sinθ1)の値は０．４２６である。なお、式(M3)の上限値に相当する副周期Λyは１．３３８μｍである。
【０１９３】
表１４−１〜１４−７に示した設定例において、回折格子５２の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１５−１、１５−２に示す。表１５−１、１５−２においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１９４】
［表１５−１］
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．３３９μｍ ０．３８９μｍ ０．４３９μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．６８５ −１．２０８ −０．５９７
反射率変動量 −０．４７７ ０．６１１
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７９６ −０．８４８ −１．１２５
回折効率変動量 ０．０５２ −０．２７６
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．８０８ ０．３００ １．１５５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．５０８ ０．８５５
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７０ −０．４４９ −０．６４９
回折効率変動量 ０．０７９ −０．２００
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．３４０ ０．３８２ ０．８９８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．０４２ ０．５１５
【０１９５】
［表１５−２］
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．０８０μｍ ０．１３０μｍ ０．１８０μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．３８８ −１．２０８ −１．１０３
反射率変動量 −０．１８０ ０．１０５
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．８０３ −０．８４８ −０．９３３
回折効率変動量 ０．０４５ −０．０８５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．８０８ ０．３００ ０．３２７
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．５０８ ０．０２７
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７０ −０．４４９ −０．５２２
回折効率変動量 ０．０７９ −０．０７３
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．３４０ ０．３８２ ０．５７９
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．０４２ ０．１９７
【０１９６】
表１３−１、１３−２と表１５−１、１５−２の比較より、副周期Λyを主周期Λxよりも大きくすることにより、凸部の幅の変動による光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏向の回折効率の差の増大が、より良好に抑えられることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】第１の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図２】第１の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図３】第１の実施形態の光学装置の回折格子におけるパラメータの変化と回折効率の変化の関係を示す図。
【図４】第２の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図５】第３の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図６】第４の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図７】第４の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図８】第５の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図９】第５の実施形態の光学装置の回折格子におけるパラメータの変化と回折効率の変化の関係を示す図。
【図１０】第６の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図１１】第７の実施形態の光学装置の要部を模式的に示す図。
【図１２】第８の実施形態の光学装置の要部を模式的に示す図。
【図１３】第９の実施形態の光学装置の回折格子素子を模式的に示す側面図（ａ）および平面図（ｂ）。
【図１４】第１０の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図１５】第１０の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図１６】第１１の実施形態の光学装置の回折格子を模式的に示す平面図。
【図１７】第１１の実施形態の光学装置の回折格子と光束の角度との関係を模式的に示す斜視図。
【図１８】第１１の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図１９】第１２の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【符号の説明】
【０１９８】
１〜１３ 光学装置
２１、２３ 発光部
２２、２４ 発光制御部
２５ 円弧状レール
２６ 温度センサ
２７、２８、２９ 発光部
３１ 光ファイバ
３５ 光センサ
４１、４３ 受光部
４２、４４ 信号検出部
５１ 回折格子素子
５２ 回折格子
５２ａ 回折格子凸部
５２ｂ 回折格子凹部
５３、５４ 凸部
５５、５７ 回折格子素子
５６、５８ 回折格子
６１ 対物レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子を備え、波長の異なる光を送受する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信においては、光ファイバ等の光伝送部材を用いて、波長の異なる光を双方向に伝送することが行われている。このような光通信で送受信に用いられる光学装置、すなわち、信号を光に担持させて光伝送部材に送出するとともに、光伝送部材から光を受けて、その光に担持されている信号を検出する光学装置では、送出する光と受ける光に同一の光伝送媒体を共用しながら、光を送出する送出部と光を受ける受光部とを異なる位置に配置する必要がある。そこで、光伝送部材の延長上に光束を分離・結合する分離結合部材を配置して、送出部から分離結合部材までの光路と分離結合部材から受光部までの光路とを分離し、分離結合部材から光伝送部材までの両光束の光路を結合する（一致させる）ようにしている。
【０００３】
通信量の増大をはかるために、光伝送部材によって同じ方向に伝送する光に波長の異なるものを含ませることも行われている。このような光通信の光学装置では、送出部または受光部を複数備えることに加えて、分離結合部材を複数備えるか、あるいは、光伝送部材からの波長の異なる光を分離する機能を単一の分離結合部材にもたせることになる。
【０００４】
分離結合部材としては、入射光を、その波長に応じて、反射しまたは透過させる多層膜フィルタが用いられている。しかし、多層膜フィルタは、作成工程が複雑で作成に時間を要し、コストが高いという問題を有する。
【０００５】
光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置においても、光通信の光学装置と同様に、光束を分離・結合する必要がある。特開２０００−１６３７９１号では、波長の異なる光を用いる光記録再生装置の光ヘッドに、分離結合部材として、入射光を、その波長に応じて、異なる角度で回折させる回折格子を用いることが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１６３７９１号公報
【０００６】
回折格子は、凹凸を周期的に配列したものであるため、樹脂成形によって作成することが可能である。したがって、回折格子を備える回折格子素子は、大量生産に適し低コストであるという利点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回折格子による回折角の波長依存性を利用して、波長の異なる複数の光束を空間的に大きく分離するためには、回折格子の凹凸の周期を小さくする必要がある。また、回折の対象とする光の波長はある程度の幅を有するため、たとえ平行光束を回折格子に入射させても、回折後の光束には広がりが生じる。回折後の光束の広がりは、入射光の波長帯域が広いほど大きくなり、また、回折格子の周期が小さいほど大きくなる。
【０００８】
光通信の装置では、回折後の光束が広がると、送出する光の一部が光伝送部材に入射しなくなったり、光伝送部材からの光の一部が受光部に入射しなくなったりして、送受する信号の正確性が低下する結果となる。これを防止するためには、光伝送部材と分離結合部材との間や、分離結合部材と受光部との間に集光用の光学部材を配置しなければならず、装置の大型化を招く。
【０００９】
光記録再生装置では、回折後の光束が広がると、記録媒体上の微小な範囲に光を収束させることができなくなって記録密度が低下したり、記録媒体からの光の一部が受光部に入射しなくなって読み出し精度が低下したりする。これを防止するためには、分離結合部材と記録媒体との間に配置する可動の対物レンズを大きくしなければならず、装置の大型化を招く上に、対物レンズの応答速度が低下して、処理速度の面で装置の性能が低下する。
【００１０】
また、回折格子の回折効率は、凹凸の周期が小さくなるほど低下する傾向にある。凹凸の周期を小さくしながら高い回折効率を維持する方法として、回折後の光束が入射位置における回折格子の法線よりも入射光束に近くなるリトロー配置が知られている。しかし、光通信の光学装置でリトロー配置を採用すると、光伝送部材と受光部とが空間的に接近するため、両者の配設が容易でなくなる。
【００１１】
さらに、回折格子の凹凸の周期を小さくすると、回折格子に対してｐ偏光となる偏光成分とｓ偏光となる偏光成分とで、回折効率の差が大きくなる。光通信では一般に伝送する光として直線偏光が用いられるから、回折格子に対する光の偏光方向を考慮しなければ、送受する光の強度が低下することになって、送受する信号の正確性の低下を招く結果となる。
【００１２】
本発明は、波長の異なる光を回折の対象とする回折格子素子における上記の諸問題を解決することを目的とし、特に、光束を分離または結合する回折格子素子であって、光束の広がりを抑えることが容易なものを備え、波長の異なる複数の光束を分離または結合する光学装置であって、光の損失を抑えることが容易なもの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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすものとする。ここで、ｎ1およびｎ2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第１の光束および第２の光束の波長、θは回折格子への第１の光束の入射角である。
【００１４】
この回折格子素子は、波長λSの第１の光束に対しては回折を生じさせつつ反射し、波長λLの第２の光束に対しては回折を生じさせることなく反射するものとなる。したがって、第２の光束に広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明ではまた、第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置は、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすものとする。ここで、ｎ1およびｎ2はそれぞれ回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率、Λは回折格子の凹凸の周期、λSおよびλLはそれぞれ第１の光束および第２の光束の波長、θは回折格子への第１の光束の入射角である。
【００１６】
この回折格子素子は、波長λLの第２の光束に対しては回折を生じさせつつ反射し、波長λSの第１の光束に対しては回折を生じさせることなく反射するものとなる。したがって、第１の光束に広がりをもたらさない。また、光束の広がりを抑えるという回折格子素子の特徴により、光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失が抑えられる装置となる。
【００１７】
上記の各回折格子素子は、回折格子が設けられている面のほかに集光機能を有する面を備える構成とすることができる。このようにすると、光束の広がりが一層抑えられ、収束光束とすることも可能になる。
【００１８】
回折格子が曲面上に設けられている構成とすることもできる。このようにすると、屈折による光学的パワーを回折格子にもたせることができて、回折後の光束の広がりを一層抑えたり、収束光束としたりすることが可能になる。
【００１９】
その場合、回折格子が設けられている曲面の任意の位置における接平面に回折格子を投影し、その平面上での回折格子の凹凸の周期をΛ、その平面に対する入射角をθとしたときに、前記関係を満たすようにするとよい。
【００２０】
回折格子の凹凸の周期の方向に平行な各凹凸の断面が略矩形である構造とするとよい。回折格子の設計が容易になる上、樹脂成形による素子の製造も容易になる。
【００２１】
ここで、回折格子に対する光束の入射角を変化させる機構を備えるようにするとよい。光の波長が温度等によって変動する場合でも、入射角を変えることで、回折後の光束の進行方向を一定にすることが可能になる。
【００２２】
回折格子に第２の波長の光束を入射させるとともに、回折格子から出射した第１の波長の光束を受ける光学部品を備えるようにすることができる。このような構成とすると、第２の波長の光を外部から受けて第１の波長の光を外部に導くことを、同じ光学部品を介して行い得る装置となる。このような光学部品としては例えば光ファイバがある。
【００２３】
回折格子に入射する光束または回折格子から出射した光束を集光させる光学部品を備えるようにしてもよい。このようにすると、回折格子に入射する光束を平行光束に近づけたり、回折格子から出射する光束の広がりをさらに抑えたりすることが可能になって、光の損失を一層抑え得る装置となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光学装置は、波長の異なる複数の光束を分離または結合するものでありながら、回折格子からの光束を狭い範囲に導くことができて、光の損失を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の光学装置１の構成を図１に模式的に示す。光学装置１は、光通信における送受信用の装置であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００２６】
発光部２１は送出する光束ＬＴを発し、発光制御部２２は、発光部２１の発光を制御して、発光部２１が発する光束ＬＴに送信する信号を担持させる。図示しないが、発光部２１は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。
【００２７】
光ファイバ３１は、送信信号を担持した発光部１１からの光束ＬＴを外部に伝送するとともに、受信すべき信号を担持した光束ＬＲを外部から伝送してくる。
【００２８】
受光部４１は、光ファイバ３１によって伝送されてきた光束ＬＲを受けて、受光量を表す信号を出力し、信号検出部４１は、受光部４１の出力信号から光束ＬＲに担持されている信号を検出する。光束ＬＴの波長帯域と光束ＬＲの波長帯域は異なり、互いに分離している。光束ＬＴの波長は光束ＬＲの波長よりも短い。
【００２９】
回折格子素子５１は、表面に回折格子５２（図２参照）を備えており、発光部２１からの光束ＬＴを光ファイバ３１に導くとともに、光ファイバ３１からの光束ＬＲを受光部４１に導く。
【００３０】
回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００３１】
回折格子５２は式(A1)〜(A3)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(A1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(A2)
Λ／λS ＞ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ・・・ 式(A3)
【００３２】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より短波長の光束ＬＴを−１次で回折透過させ、より長波長の光束ＬＲを０次で回折透過させるものとなる。
【００３３】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に、光束ＬＴを回折格子素子５１の内部側から、光束ＬＲを空気側から入射させるようにした設定例における光路を図２に模式的に示し、諸パラメータを表１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００３４】
［表１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６９μｍ
凹凸高低差ｈ：１．３９μｍ
凸部幅：０．３５μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５３
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−４２．６゜
ｓ偏光透過回折効率：０．７２
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４６
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：３５．３゜
ｐ偏光透過率：０．８７
ｓ偏光透過率：０．７３
平均透過率：０．８
【００３５】
なお、表１において、回折格子５２の凸部幅とは、光束ＬＴの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置１での使用形態とは逆に、光束ＬＴを光束ＬＲと同じ方向から入射させて、光束ＬＴ、ＬＲを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置１での使用形態においては、光束ＬＴの入射角θ1と出射角θ2は表１の値と逆になる。
【００３６】
上記の設定例（ｎ1＝１、θ1＝６０゜）において、式(A2)、(A3)に含まれる１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図３に示す。なお、１／(１＋１・sin６０゜)の値は０．５３６である。図３より判るように、０次の透過光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（A2）の範囲内にすることで、透過率が高くなり、−１次の透過光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(A3)の範囲内にすることで、透過率が高くなる。
【００３７】
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置１における回折格子素子５１のように、回折格子５２がより長波長の光束ＬＲを回折させることなく透過させるようにすることは、光束ＬＲの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部４１を大きくしなくても、光束ＬＲを全て受光部４１に導くことができる。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
本実施形態の光学装置２も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００３９】
光学装置２における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００４０】
回折格子５２は式(B1)〜(B3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(B1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(B2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(B3)
【００４１】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より短波長の光束ＬＴを−１次で回折反射し、より長波長の光束ＬＲを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００４２】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図４に模式的に示し、諸パラメータを表２に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００４３】
［表２］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．５８５μｍ
凹凸高低差ｈ：０．４２μｍ
凸部幅：０．２９３μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４５
入射角θ1：４５゜
出射角θ2：−５１．８゜
ｓ偏光反射回折効率：０．８５
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．３９
入射角θ1：４５゜
出射角θ2：４５゜
ｐ偏光反射率：０．８９
ｓ偏光反射率：０．８６
平均反射率：０．８７５
【００４４】
なお、表２において、回折格子５２の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、ここでは、光学装置２での使用形態とは逆に、光束ＬＴを光束ＬＲと同じ方向から入射さて、光束ＬＴ、ＬＲを分離する場合の値を掲げている。つまり、光学装置２での使用形態においては、光束ＬＴの入射角θ1と出射角θ2は表２の値と逆になる。
【００４５】
０次の反射光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（B2）の範囲内にすることで、反射率が高くなり、−１次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(B3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin４５゜)の値は０．３９１、１／(１＋１．５・sin４５゜)の値は０．４８５である。
【００４６】
回折後の光束の広がりは波長帯域の幅に比例するため、本実施形態の光学装置２における回折格子素子５１のように、回折格子５２がより長波長の光束ＬＲを回折させることなく反射するようにすることは、光束ＬＲの広がりの防止に有効である。この設定により、受光部４１を大きくしなくても、光束ＬＲを全て受光部４１に導くことができる。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
本実施形態の光学装置３も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００４８】
光学装置３における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００４９】
回折格子５２は式(C1)〜(C3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(C1)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(C2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(C3)
【００５０】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より長波長の光束ＬＲを−１次で回折反射し、より短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００５１】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図５に模式的に示し、諸パラメータを表３−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００５２】
［表３−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．３μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４６
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．８１（−１．８３ｄＢ）
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４０
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５２．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８３（−１．６３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８７（−１．２０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８５（−１．４１ｄＢ）
【００５３】
なお、表３−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。また、表３−１には、反射率および反射効率のｄＢ換算値も示している。
【００５４】
−１次の反射光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（C2）の範囲内にすることで、反射率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(C3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin６０゜)の値は０．３５７、１／(１＋１．５・sin６０゜)の値は０．４３４、２／(１．５＋１．５・sin６０゜)の値は０．７１５である。
【００５５】
波長帯域の幅が同じ場合、光束ＬＲに比べて短波長の光束ＬＴの方が、回折後の広がりが少ない。しかし、波長帯域の幅が広くなれば、より短波長の光束ＬＴであっても、回折後の広がりは大きくなる。このような場合、光束ＬＴを全て光ファイバ３１に入射させることが難しくなる。しかしながら、本実施形態の光学装置３の回折格子素子５１では、回折格子５２が、光束ＬＴに対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴの広がりを招くことがなく、直径がμｍオーダーと細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることは容易である。
【００５６】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表３−２および表３−３に示し、光束ＬＲの波長帯域が波長λLを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲに関するパラメータを表３−４および表３−５に示す。他のパラメータは表３−１と同じである。
【００５７】
［表３−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS−５０））：０．４８
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．８５（−１．４３ｄＢ）
［表３−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS＋５０））：０．４４
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：６０゜
反射率：０．７８（−２．１１ｄＢ）
【００５８】
［表３−４］
光束ＬＲ
最短波長（λL−１０）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL−１０））：０．４１
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５１．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８２（−１．７６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８１（−１．８０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８１（−１．７８ｄＢ）
［表３−５］
光束ＬＲ
最長波長（λL＋１０）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL＋１０））：０．４０
入射角θ1：６０゜
出射角θ2：−５３．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８３（−１．６２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９１（−０．７９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８７（−１．２０ｄＢ）
【００５９】
回折格子５２は、光束ＬＴに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表３−２、３−３より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態の光学装置４の構成を図６に模式的に示す。光学装置４は、第１〜第３の実施形態の光学装置１〜３と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ３１を介して、波長帯域の異なる２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。このため、前述の発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１に加えて、受光部４３と信号検出部４４を有し、回折格子素子５１は、送出する光束ＬＴと受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の、計３光束を回折の対象とする。光束ＬＴが最も短波長、光束ＬＲ２が最も長波長、光束ＬＲ１が中間の波長である。
【００６１】
光学装置４における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。
回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、最も長波長の光束ＬＲ２の中心波長をλL、中間の波長の光束ＬＲ１の中心波長をλMとする。
【００６２】
回折格子５２は式(D1)〜(D3)の関係を満たす。
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(D1)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λM ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D2')
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(D3)
【００６３】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、最も長波長の光束ＬＲ２と中間の波長の光束ＬＲ１を−１次で回折反射し、最も短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００６４】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図７に模式的に示し、諸パラメータを表４−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００６５】
［表４−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６２９μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．２３９μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７６（−２．４１ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５３．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９５（−０．４４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−１．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．９３ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λM）：１５５５ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．６゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−２．３４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７５（−２．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７６（−２．３９ｄＢ）
【００６６】
なお、表４−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【００６７】
−１次の反射光とする光束ＬＲ１、ＬＲ２は、中心波長λM、λLを式（D2'）、(D2)の範囲内にすることで、反射率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、中心波長λSを式(D3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。なお、１／(１．５＋１．５・sin５１゜)の値は０．３７５、１／(１＋１．５・sin５１゜)の値は０．４６２、２／(１．５＋１．５・sin５１゜)の値は０．７５０である。
【００６８】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、回折格子５２が、光束ＬＴに対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることは容易である。
【００６９】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表４−２および表４−３に示し、光束ＬＲ１の波長帯域が波長λMを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲ１に関するパラメータを表４−４および表４−５に示し、光束ＬＲ２の波長帯域が波長λLを中心に±５ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲ２に関するパラメータを表４−６および表４−７に示す。他のパラメータは表４−１と同じである。
【００７０】
［表４−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．８７（−１．２６ｄＢ）
［表４−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７４（−２．６４ｄＢ）
【００７１】
［表４−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λM−１０）：１４８０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５２．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９６（−０．３３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８４（−１．５２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．９０ｄＢ）
［表４−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λM＋１０）：１５００ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５４．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．６０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−１．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−１．０２ｄＢ）
【００７２】
［表４−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λL−５）：１５５０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７８（−２．１２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７７（−２．３０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７８（−２．２１ｄＢ）
［表４−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λL＋５）：１５６０ｎｍ
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６１．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７４（−２．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７４（−２．６２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７４（−２．５９ｄＢ）
【００７３】
回折格子５２は、光束ＬＴに回折を生じさせないため、その波長帯域の最短波長および最長波長でも反射角に変化はなく、また、表４−２、４−３より明らかなように、最短波長および最長波長でも高い反射率となる。
【００７４】
＜第５の実施形態＞
本実施形態の光学装置５も光通信用のもので、図１に示した光学装置１と同様の構成であり、発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１を有する。
【００７５】
光学装置５における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、第１の実施形態と同様に、回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴの入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、より短波長の光束ＬＴの中心波長をλS、より長波長の光束ＬＲの中心波長をλLとする。
【００７６】
回折格子５２は式(E1)〜(E3)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(E1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(E2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ＜ Λ／λS ＜ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)＋０.０２
・・・ 式(E3)
【００７７】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、より長波長の光束ＬＲを０次で回折透過させ、より短波長の光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００７８】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲの中心波長を１４９０ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲを回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図８に模式的に示し、諸パラメータを表５−１に示す。なお、光束ＬＴ、ＬＲの主光線の入射面は、回折格子５２の周期の方向に平行である。
【００７９】
［表５−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６６７μｍ
凹凸高低差ｈ：１．１６７μｍ
凸部幅：０．２６７μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５０９
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．７１（−２．９３ｄＢ）
光束ＬＲ
波長（λL）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４４８
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９１（−０．８６ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７６（−２．３４ｄＢ）
平均透過率：０．８３（−１．５７ｄＢ）
【００８０】
なお、表５−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲの入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【００８１】
上記の設定例（ｎ1＝１．５、ｎ2＝１、θ1＝３６゜）において、式(E2)、(E3)に含まれる１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)の値が変化したときの回折効率の変化の様子を、図９に示す。なお、１／(１＋１．５・sin３６゜)の値は０．５３１である。図９より判るように、０次の透過光とする光束ＬＲは、その中心波長λLを式（E2）の範囲内にすることで、透過率が高くなり、０次の反射光とする光束ＬＴは、その中心波長λSを式(E3)の範囲内にすることで、反射率が高くなる。
【００８２】
光学装置５においては、回折格子５２が、光束ＬＴ、ＬＲの双方に対して０次の回折を生じさせる、つまり、回折を生じさせないようにしているため、光束ＬＴ、ＬＲの広がりを招くことがなく、細い光ファイバ３１に光束ＬＴを全て入射させることや、小さな受光部４１に光束ＬＲを全て入射させることは容易である。
【００８３】
光束ＬＴの波長帯域が波長λSを中心に±５０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＴに関するパラメータを表５−２および表５−３に示し、光束ＬＲの波長帯域が波長λLを中心に±１０ｎｍの幅を有するときの光束ＬＲに関するパラメータを表５−４および表５−５に示す。他のパラメータは表５−１と同じである。
【００８４】
［表５−２］
光束ＬＴ
最短波長（λS−５０）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS−５０））：０．５２９
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．８５（−１．３９ｄＢ）
［表５−３］
光束ＬＴ
最長波長（λS＋５０）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λS＋５０））：０．４９０
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：３６゜
反射率：０．５９（−４．６５ｄＢ）
【００８５】
［表５−４］
光束ＬＲ
最短波長（λL−１０）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL−１０））：０．４５１
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９０（−０．９２ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７６（−２．４４ｄＢ）
平均透過率：０．８３（−１．６４ｄＢ）
［表５−５］
光束ＬＲ
最長波長（λL＋１０）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／（λL＋１０））：０．４４５
入射角θ1：３６゜
出射角θ2：６１．８゜
ｐ偏光透過率：０．９１（−０．８０ｄＢ）
ｓ偏光透過率：０．７７（−２．２５ｄＢ）
平均透過率：０．８４（−１．５０ｄＢ）
【００８６】
回折格子５２は、光束ＬＴ、ＬＲに回折を生じさせないため、それらの波長帯域の最短波長および最長波長でも出射角に変化はなく、また、各々の最短波長および最長波長でも高い反射率や透過率となる。
【００８７】
＜第６の実施形態＞
第６の実施形態の光学装置６の構成を図１０に模式的に示す。光学装置６は、第５の実施形態の光学装置５と同様に送受信用の装置であるが、光ファイバ３１を介して、波長帯域の異なる２つの光束ＬＴ１、ＬＴ２を送出する。このため、前述の発光部２１、発光制御部２２、光ファイバ３１、受光部４１、信号検出部４２、および回折格子素子５１に加えて、発光部２３と発光制御部２４を有し、回折格子素子５１は、送出する光束ＬＴ１、ＬＴ２と受ける光束ＬＲの、計３光束を回折の対象とする。光束ＬＴ１が最も短波長、光束ＬＲが最も長波長、光束ＬＴ２が中間の波長である。
【００８８】
光学装置６における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで回折格子５２の凹凸の周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束ＬＴ１の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、最も短波長の光束ＬＴ１の中心波長をλS、最も長波長の光束ＬＲの中心波長をλL、中間の波長の光束ＬＴ２の中心波長をλMとする。
【００８９】
回折格子５２は式(F1)〜(F4)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(F1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(F2)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)−０.０４ ＜ Λ／λM ＜ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)＋０.０２
・・・ 式(F3)
Λ／λS ≧ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(F4)
【００９０】
このようにすると、回折格子５２は、最も長波長の光束ＬＲと最も短波長の光束ＬＴ１を０次で回折透過させ、中間の波長の光束ＬＴ２を０次で回折反射（正反射）するものとなる。
【００９１】
＜第７の実施形態＞
本実施形態の光学装置７は、光ファイバ３１を介して波長帯域の異なる２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける第４の実施形態の光学装置４を修飾したものである。光学装置７における回折格子素子５１および光束ＬＲ１、ＬＲ２の光路を図１１に示す。回折格子素子５１の回折格子５２が設けられていない表面のうち、回折後の光束ＬＲ１、ＬＲ２が通る部位５３は、回折格子５２の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束ＬＲ１、ＬＲ２に対して凸レンズとして作用する。
【００９２】
光束ＬＲ１、ＬＲ２は、回折光であるため波長帯域の幅に応じて広がるが、それらが通る部位５３にこのように集光機能をもたせることで、光束ＬＲ１、ＬＲ２を平行光束に近づけるたり、収束光束としたりすることが可能である。したがって、受光部４１、４３を大きくすることなく、光束ＬＲ１、ＬＲ３を全て受光部４１、４３に入射させることができる。また、部位５３の曲面形状によって収差を抑えることも可能である。
【００９３】
曲面である部位５３の曲率半径を、回折格子５２への光束の入射点から部位５３までの距離に等しくすれば、部位５３は集光機能をもたないことになる。しかし、それでも、部位５３が平面である場合のように、屈折によって光束ＬＲ１、ＬＲ２がさらに広がるのを、防止することができる。
【００９４】
なお、本実施形態では、光束ＬＲ１の中心波長λMを１４８０ｎｍ、光束ＬＲ２の中心波長λLを１５００ｎｍとしている。光束ＬＲ１、ＬＲ２の入射角θ1は５１゜であり、光束ＬＲ１の反射角θ2は５２．３゜、光束ＬＲ２の反射角θ2は５４．３゜である。また、図示していないが、送出する光束ＬＴは、中心波長ＬSが１２６０ｎｍのとき入射角５５．４９゜、中心波長ＬSが１３１０ｎｍのとき入射角５１．８゜、中心波長ＬSが１３６０ｎｍのとき入射角４８．３９゜である。
【００９５】
＜第８の実施形態＞
本実施形態の光学装置８は、送出する光束ＬＴを−１次で回折反射する第２の実施形態の光学装置２を修飾したものである。光学装置８における回折格子素子５１および光束ＬＴの光路を図１２に示す。回折格子素子５１の回折格子５２が設けられていない表面のうち、入射前の光束ＬＴが通る部位５４は、回折格子５２の周期の方向に対して垂直な軸を中心とする円柱状の曲面とされており、光束ＬＴに対して凸レンズとして作用する。発光部２１からの光束ＬＴが発散光である場合でも、このように部位５４に集光機能をもたせることで、回折格子５２に入射する光束ＬＴを平行光束に近づけることができる。
【００９６】
光学装置８は、回折格子５２上の光束ＬＴの入射位置を中心とし、回折格子５１に垂直でその周期の方向に平行な平面上に位置する円弧状のレール２５を備えている。発光部２１はレール２５に沿って可動に設定されており、発光部２１の位置によって、回折格子５２に対する光束ＬＴの入射角は変わる。また、発光部２１には温度センサ２６が取り付けられており、発光部２１の位置は温度センサ２６によって検出された温度に応じて制御される。
【００９７】
光束ＬＴを発する発光部２１のレーザダイオードの特性は温度によって変動し、そのため、光束ＬＴの波長も温度によって変動する。波長が変動すると、回折格子５２による光束ＬＴの回折角も変動し、回折後の光束ＬＴの一部が光ファイバ３１に入射しなくなることがある。しかし、このように、回折格子５２に対する光束ＬＴの入射角を温度に応じて変えるようにすることで、確実に光束ＬＴを全て光ファイバ３１に入射させることができる。
【００９８】
温度センサ２６を備えることに代えて、光ファイバ３１の端部近傍に複数の光センサ３５を備えて、どの光センサ３５に光束ＬＴが入射するかに応じて、発光部２１の位置を制御するようにしてもよい。その場合、どの光センサ３５にも光束ＬＴが入射しないよう発光部２１の位置を設定することで、光束ＬＴの全てを光ファイバ３１に入射させることができる。
【００９９】
なお、光束ＬＴ、ＬＲの波長、回折格子５２の設定等は第２の実施形態と同様である。
【０１００】
＜第９の実施形態＞
本実施形態の光学装置９の回折格子素子１１を図１３に示す。図１３において、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。本実施形態では、回折格子素子１１の表面を凸の曲面とし、その曲面上に回折格子５２を設けている。回折格子５２を曲面上に設けることで、回折格子５２が屈折による光学的パワーを有することになり、出射する光束の広がりを抑えることができる。したがって、出射後の光束の広がりを抑える手段を別途備える必要がなくなる。
【０１０１】
回折格子５２に入射する光束が平行光束でない場合は、回折格子５２の凹凸の間隔を一定にせずに次第に変化するようにすることで、あるいは、個々の凸部５２ａおよび凹部５２ｂを直線とせずに曲線状とすることで、光束の広がりとなる原因となる収差を抑えることができる。
【０１０２】
なお、本実施形態のように、曲面上に回折格子５２を設ける場合、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、前述の式(A1)〜(A3)から式(F1)〜(F4)までの各組の条件を満たすようにする。これで、上述の各実施形態で述べた効果が得られる。
【０１０３】
＜第１０の実施形態＞
第１０の実施形態の光学装置１０の構成を図１４に模式的に示す。光学装置１０は、光を用いて記録媒体に情報を記録し記録媒体から情報を読み出す光記録再生装置であり、３つの発光部２７、２８、２９、２つの回折格子素子５５、５７、および対物レンズ６１を有する。回折格子素子５５、５７はいずれもプリズム状であり、それぞれ１つの表面に回折格子５６、５８（図１５参照）が設けられている。
【０１０４】
発光部２７、２８、２９は、記録媒体Ｍに照射するための波長帯域の異なる光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３をそれぞれ発する。図示しないが、発光部２７〜２９は、レーザダイオードと集光レンズを備えており、レーザダイオードが発した光を集光レンズによって平行光束として射出する。
【０１０５】
回折格子素子５５は、発光部２７からの光束ＬＴ１と発光部２８からの光束ＬＴ２を結合する。また、回折格子素子５７は、回折格子素子５５によって結合された光束ＬＴ１、ＬＴ２と発光部２９からの光束ＬＴ３とを結合する。
【０１０６】
対物レンズ６１は、回折格子素子５５によって結合された光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３を記録媒体Ｍ上に収束させる。
【０１０７】
回折格子素子５５、５７の回折格子５６、５８の設定について説明する。ここで、回折格子５６、５８の凹凸の周期をΛ、回折格子５６、５８の凹凸の高低差をｈ、回折格子５６、５８を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５６、５８への光束の入射角をθ1、回折格子５６、５８からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の波長帯域のうち最も短波長のものの中心波長をλS、最も長波長のものの中心波長をλL、中間の波長のものの中心波長をλMとする。なお、ここでは、回折格子５６と回折格子５８の各パラメータを同じ符号で表しているが、各パラメータ(例えば周期Λ)は、回折格子５６と回折格子５８とで異なる。
【０１０８】
回折格子５６、５８は式(G1)〜(G4)の関係を満たす。
ｎ2 ≧ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(G1)
Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G2)
Λ／λM ≒ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G3)
Λ／λS ≧ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ・・・ 式(G4)
【０１０９】
これらの関係を満たすことで、回折格子５６、５８は、光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３のいずれに対しても、０次の回折を生じさせて、すなわち回折を生じさせずに、透過または反射するものとなる。
【０１１０】
光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の各波長帯域の中心波長をそれぞれ６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、４０５ｎｍとし、回折格子素子５５の回折格子５６に、素子５５の内部側から光束ＬＴ１を入射させ、空気側から光束ＬＴ２を入射させ、回折格子素子５７の回折格子５８に、光束ＬＴ１、ＬＴ２を空気側から入射させ、光束ＬＴ３を素子５７の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１５に模式的に示し、諸パラメータを表６−１、６−２に示す。この例では、光束ＬＴ３の中心波長が最短波長λS、光束ＬＴ２の中心波長が最長波長λL、光束ＬＴ１の中心波長が中間の波長λMである。
【０１１１】
また、回折格子５６、５８に対して、光束ＬＴ１はｓ偏光、光束ＬＴ２はｐ偏光、光束ＬＴ３はｓ偏光である。なお、図１５における両頭の矢印は偏光面が紙面に平行であることを表し、二重の丸印は偏光面が紙面に垂直であることを表している。
【０１１２】
［表６−１］
回折格子５６
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：３２６ｎｍ
凹凸高低差ｈ：５７１ｎｍ
凸部幅：１６３ｎｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ１
波長（λM）：６５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．５０２
入射角θ1：３８゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光反射率：０．９６２
光束ＬＴ２
波長（λL）：７８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４１８
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｐ偏光透過率：０．９５２
【０１１３】
［表６−２］
回折格子５８
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：２０３ｎｍ
凹凸高低差ｈ：５７１ｎｍ
凸部幅：１６３ｎｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ１
波長（λM）：６５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．３１２
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光透過率：０．７４
光束ＬＴ２
波長（λL）：７８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．２６０
入射角θ1：６７．４゜
出射角θ2：３８゜
ｐ偏光透過率：０．９４４
光束ＬＴ３
波長（λS）：４０５ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．５０１
入射角θ1：３８゜
出射角θ2：３８゜
ｓ偏光反射率：０．９６２
【０１１４】
表６−１、６−２において、回折格子の凸部幅とは、回折格子素子５５、５７の内部に向かって凸部となっている部分の幅である。また、回折格子５６、５８以外の回折格子素子５５、５７の表面に対する光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の入射角は９０゜である。回折格子５６、５８以外の面での透過率を１とすると、回折格子素子５５、５７を経た後の各光束ＬＴ１、ＬＴ２、ＬＴ３の光量は、経る前の光量に比べて、０．７１２、０．８９９、０．９６２倍となる。なお、１／（１．５＋sin３８゜）の値は０．５２０である。
【０１１５】
＜第１１の実施形態＞
第１１の実施形態の光学装置１１は、光通信における送受信用の装置であり、図６に示した第４の実施形態の光学装置４と同様に、光ファイバ３１を介して光束ＬＴを送出するとともに、光ファイバ３１を介して２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域は異なる。
【０１１６】
また、回折格子素子５１の回折格子５２は、互いに垂直な第１の方向と第２の方向に凹凸の周期を有する。図１６に回折格子５２を模式的に示す。凹凸の周期は第１の方向と第２の方向とで異なり、第１の方向の周期の方が短い。以下、第１の方向の周期を主周期、第２の方向の周期を副周期という。また、主周期をΛx、副周期をΛyとし、主周期方向の凸部５２ａ間の距離をＷx、副周期方向の凸部５２ａ間の距離をＷyとする。
【０１１７】
回折格子５２と光束の角度の関係を図１７に示す。回折格子５２に垂直で主周期の方向に平行な平面と、回折格子５２に入射する光束の入射面との成す角φを方位角という。なお、入射角θ1は、入射する光束の主光線と回折格子５２の法線との成す角であり、入射面内での角である。
【０１１８】
光学装置１１では、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を、それらの入射面が主周期の方向に対してやや傾くように、回折格子５２に入射させる。したがって、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φは０でない。
【０１１９】
光学装置１１における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の主周期（Λx）をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
【０１２０】
回折格子５２は式(H1)〜(H5)の関係を満たす。
λ1L ＜ λ1U ＜ λ2L ＜ λ2U ＜ λ3L ＜ λ3U ・・・ 式(H1)
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(H2)
φ≠０ ・・・ 式(H3)
１／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ／λ3U ＜ Λ／λ2L ≦ １／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H4)
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ≦ Λ／λ1U ＜ Λ／λ1L ≦ ２／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ] ・・・ 式(H5)
【０１２１】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、送出する光ＬＴを０次で回折反射（正反射）し、受ける２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を−１次で回折反射するものとなる。回折格子５２と光束ＬＲ１、ＬＲ２はリトロー配置に近い関係である。
【０１２２】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１８に模式的に示し、諸パラメータを表７−１に示す。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φは１０゜である。
【０１２３】
［表７−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７７（−１．１４ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９４（−０．２８ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
【０１２４】
なお、表７−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【０１２５】
波長帯域の幅が１００ｎｍのときの光束ＬＴの最短波長（λ1L）、最長波長（λ1U）に関するパラメータを表７−２、７−３に示し、波長帯域の幅が２０ｎｍのときの光束ＬＲ１の最短波長（λ2L）、最長波長（λ2U）に関するパラメータを表７−４、７−５に示し、波長帯域の幅が１０ｎｍのときの光束ＬＲ２の最短波長（λ3L）、最長波長（λ3U）に関するパラメータを表７−６、７−７に示す。
【０１２６】
［表７−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８２（−０．８６ｄＢ）
［表７−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７２（−１．４６ｄＢ）
【０１２７】
［表７−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
［表７−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．３４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９５（−０．２５ｄＢ）
【０１２８】
［表７−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８４（−０．７７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９２（−０．３８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表７−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
方位角φ：１０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８１（−０．９４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８５（−０．７２ｄＢ）
【０１２９】
式(H4)の下限値および上限値、すなわち、次の２式の値はそれぞれ０．３８１および０．４６８であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(H4)を満たしている。
１／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
【０１３０】
また、式(H5)の下限値および上限値、すなわち次の２式の値はそれぞれ０．４６８および０．７６３であり、光束ＬＴの周期／波長の値は式(H5)を満たしている。
１／[(ｎ22−ｎ12・sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
２／[ｎ1・(１−sin2θ1・sin2φ)1/2＋ｎ1・sinθ1・cosφ]
【０１３１】
式(H4)を満たすことで、−１次の回折反射光とする比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２の回折効率を高くすることができる。また、式(H5)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束ＬＴの反射率を高くすることができる。
【０１３２】
本実施形態の光学装置では、回折格子５２と光束ＬＲ１、ＬＲ２がリトロー配置に近い関係であるが、方位角φが０でないため、光ファイバ３１と受光部４１、４３（図６）との干渉を低減できて、装置全体の設計が容易である。ただし、方位角φが０〜０．５゜の範囲では光ファイバ３１と受光部４１、４３とが干渉し易くなる。また、方位角φが１５゜を超えると、不要な次数の回折光が多くなる。したがって、方位角φは０．５゜以上、１５゜以下とするのが好ましい。
【０１３３】
比較のために、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の方位角φを０゜としたときのパラメータを表８−１〜８−７に示す。
【０１３４】
［表８−１］
回折格子
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８１（−０．９０ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
【０１３５】
［表８−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表８−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
【０１３６】
［表８−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７９（−１．００ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
［表８−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４８ｄＢ）
【０１３７】
［表８−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
［表８−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
方位角φ：０゜
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９４（−０．２６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
【０１３８】
表７−１〜７−７と表８−１〜８−７との比較より、方位角φを１０゜としても、方位角φが０゜の場合に匹敵する良好な回折効率が得られることが判る。
【０１３９】
回折後の光束と主周期方向との角度についてついて説明する。回折格子５２上に投影した回折後の光束の主光線と主周期の方向との成す角をαとし、波長をλとすると、式(J1)、(J2)の関係を満たす必要がある。また、本実施形態のようにリトロー配置に近い場合、式(J3)が成り立つ。
｛ｎ1・sinθ1−（λ／Λ）・cosφ｝2＋｛（λ／Λ）・sinφ｝2 ＝ （ｎ1・sinθ2）2
・・・ 式(J1)
sinα ＝ λ・sinφ／（ｎ1・Λ・sinθ2） ・・・ 式(J2)
λ／Λ ＝ ２・ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(J3)
【０１４０】
式(J1)〜(J3)より式(J4)が得られる。式(J4)は、回折後の光束が、方位角φの２倍の角度で主周期の方向から分離することを示している。
sinα ≒ ２・sinφ ・・・ 式(J4)
【０１４１】
なお、回折格子５２を曲面上に設けることも可能である。その場合、第９の実施形態で説明したように、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、式(H1)〜(H5)の条件を満たすようにする。
【０１４２】
また、本実施形態の回折格子は２つの光束Ｒ１、Ｒ２を受けるものであるが、波長帯域が異なる３つ以上の光束を受けるようにすることも可能である。その場合、受ける光束のうち最も長波長の波長帯域の最長波長をλ3U、２番目に長波長の波長帯域の最短波長をλ2Lとして、式(H4)を満たすようにすればよい。
【０１４３】
＜第１２の実施形態＞
第１２の実施形態の光学装置１２も、光通信における送受信用の装置であり、図６に示した第４の実施形態の光学装置４と同様に、光ファイバ３１を介して光束ＬＴを送出するとともに、光ファイバ３１を介して２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を受ける。光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域は異なる。
【０１４４】
光学装置１２における回折格子素子５１の回折格子５２の設定について説明する。ここで、回折格子５２の凹凸の主周期をΛ、回折格子５２の凹凸の高低差をｈ、回折格子５２を挟む２つの媒質のうち、光束の入射側に位置する方の屈折率をｎ1、他方の屈折率をｎ2、回折格子５２への光束の入射角をθ1、回折格子５２からの光束の出射角をθ2、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の波長帯域のうち、最も短波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ1L、λ1U、最も長波長の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ3L、λ31U、中間の帯域の最短波長、最長波長をそれぞれλ2L、λ2Uとする。
【０１４５】
回折格子５２は式(K1)〜(K5)の関係を満たす。
λ1L ＜ λ1U ＜ λ2L ＜ λ2U ＜ λ3L ＜ λ3U ・・・ 式(K1)
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ1 ・・・ 式(K2)
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λ3U ＜ Λ／λ2L ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
・・・ 式(K3)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1) ≦ Λ／λ1U ＜ Λ／λ1L ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
・・・ 式(K4)
Λ／λ3L ＜ １／(２・ｎ1・sinθ1) ＜ Λ／λ2U ・・・ 式(K5)
【０１４６】
これらの関係を満たすことで、回折格子５２は、送出する光束ＬＴを０次で回折反射（正反射）し、受ける２つの光束ＬＲ１、ＬＲ２を−１次で回折反射するものとなる。
【０１４７】
送出する光束ＬＴの中心波長を１３１０ｎｍ、受ける光束ＬＲ１、ＬＲ２の中心波長をそれぞれ１４９０ｎｍ、１５５５ｎｍとし、回折格子５２に光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２を回折格子素子５１の内部側から入射させるようにした設定例における光路を図１９に模式的に示し、諸パラメータを表９−１に示す。
【０１４８】
［表９−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６４５μｍ
凹凸高低差ｈ：０．７０９μｍ
凸部幅：０．４５１μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４９２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．９６（−０．１８ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．４３３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４９．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８１（−０．９２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８３（−０．７９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１３ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４１５
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−０．５１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１１ｄＢ
【０１４９】
なお、表９−１において、回折格子の凸部幅とは、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の入射側（回折格子素子５１の内部）に向かって凸部となっている部分の幅である。
【０１５０】
波長帯域の幅が１００ｎｍのときの光束ＬＴの最短波長（λ1L）、最長波長（λ1U）に関するパラメータを表９−２、９−３に示し、波長帯域の幅が２０ｎｍのときの光束ＬＲ１の最短波長（λ2L）、最長波長（λ2U）に関するパラメータを表９−４、９−５に示し、波長帯域の幅が１０ｎｍのときの光束ＬＲ２の最短波長（λ3L）、最長波長（λ3U）に関するパラメータを表９−６、９−７に示す。
【０１５１】
［表９−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1L）：０．５１２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：１．００（−０．０１ｄＢ）
［表９−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1U）：０．４７４
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．８９（−０．４９ｄＢ）
【０１５２】
［表９−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2L）：０．４３６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４８．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−１．１９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７８（−１．０９ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７７（−１．１４ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１０ｄＢ
［表９−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2U）：０．４３０
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５０．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１５ｄＢ
【０１５３】
［表９−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3L）：０．４１６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４７ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１１ｄＢ
［表９−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3U）：０．４１３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．６０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１０ｄＢ
【０１５４】
式(K3)の下限値および上限値、すなわち、次の２式の値はそれぞれ０．３７６および０．４５８であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(K3)を満たしている。
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
【０１５５】
また、式(K4)の下限値および上限値、すなわち次の２式の値はそれぞれ０．４５８および０．７５１であり、光束ＬＴの周期／波長の値は式(K4)を満たしている。
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ1)
２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ1)
【０１５６】
さらに、次の式の値は０．４２３であり、光束ＬＲ１、ＬＲ２の周期／波長の値は式(K5)を満たしている。
１／(２・ｎ1・sinθ1)
【０１５７】
式(K3)を満たすことで、−１次の回折反射光とする比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２の回折効率を高くすることができる。また、式(K4)を満たすことで、回折させずに正反射する比較的短波長の光束ＬＴの反射率を高くすることができる。さらに、式(K5)を満たすことで、比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差を小さくすることができる。上記の設定では、ｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差は、光束ＬＲ１では０．１０〜０．１５ｄＢ、光束ＬＲ２では０．１０〜０．１１ｄＢとなっている。
【０１５８】
比較のために、式(K1)〜(K4)を満たすものの、式(K5)を満たさない設定でのパラメータを表１０−１〜１０−７に示す。
【０１５９】
［表１０−１］
回折格子
断面形状：矩形
凹凸周期Λ：０．６２９μｍ
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部幅：０．２３９μｍ
媒質屈折率：１．５
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λ／λS）：０．４８０
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λ／λM）：０．４２２
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５３．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７２ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４６ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．５１ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λ／λL）：０．４０５
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．６゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７６（−１．１７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７５（−１．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７６（−１．２０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０６ｄＢ
【０１６０】
［表１０−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1L）：０．４９９
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．８７（−０．６３ｄＢ）
［表１０−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ1U）：０．４６３
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：５１゜
反射率：０．７４（−１．３２ｄＢ）
【０１６１】
［表１０−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2L）：０．４２５
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５２．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１７ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８４（−０．７６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．５９ｄＢ
［表１０−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λ／λ2U）：０．４１９
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−５４．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９３（−０．３０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８９（−０．５１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４３ｄＢ
【０１６２】
［表１０−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3L）：０．４０６
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６０．０゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７８（−１．０６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７７（−１．１５ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７８（−１．１１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０９ｄＢ
［表１０−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λ／λ3U）：０．４０３
入射角θ1：５１゜
出射角θ2：−６１．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．７４（−１．２８ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７４（−１．３１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．７４（−１．３０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０３ｄＢ
【０１６３】
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７５および０．４６２、式(K4)の下限値および上限値は０．４６２および０．７５０であり、式(K3)、(K4)は満たす。しかし、１／(２・ｎ1・sinθ)の値は０．４２９であり、式(K5)は満たさない。
【０１６４】
また、ｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差は、光束ＬＲ２については０．０３〜０．０９と小さいものの、光束ＬＲ３について０．４３〜０．５９と大きくなっている。このため、光束ＬＲ２を受ける受光部４３（図６参照）の受光量が、光束ＬＴ３の偏光面の向きに大きく依存することになる。したがって、受光部４３の受光量を高く保つためには、装置ごとに光束ＬＴ３の偏光面の向きを考慮しなければならず、光ファイバ３１と回折格子素子５１をはじめとする他の部材との相対配置の設定が難しくなる。
【０１６５】
これに対し、表９−１〜９−７に例を示した本実施形態の光学装置１２では、前述のように、光束ＬＲ１、ＬＲ２のいずれについてもｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差が小さく、受光部４２、４３の受光量は光束ＬＲ１、ＬＲ２の偏光面の向きにはあまり依存しない。したがって、光束ＬＲ１、ＬＲ２の偏光面の向きを考慮しなくても、受光部４２、４３の受光量を高く保つことができる。
【０１６６】
なお、回折格子５２を曲面上に設けることも可能である。その場合、第９の実施形態で説明したように、回折格子５２上の任意の位置における接平面Ｐに回折格子５２を投影し、接平面Ｐに対する入射角をθ1、接平面Ｐ上の周期をΛとして、式(K1)〜(K5)の条件を満たすようにする。
【０１６７】
表９−１〜９−７に示した設定例において、回折格子５２の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１１に示す。表１１においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１６８】
［表１１］
凸部幅
減少 設計値 増大
０．４０１μｍ ０．４５１μｍ ０．５０１μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．３３７ −０．４９０ −０．０９５
反射率変動量 −０．８４７ ０．３９５
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −１．２２６ −１．１３６ −２．５６２
回折効率変動量 −０．０９０ −１．４２５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 １．８５１ ０．１４９ ３．４５８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 １．７０２ ３．３０９
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．５０１ −０．５５２ −１．１８４
回折効率変動量 ０．０５１ −０．６３２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．５５８ ０．１１３ １．７６２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．４４５ １．６４９
【０１６９】
表１１より、凸部の幅が設計値から変動すると、比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差に大きな変動が生じることが判る。しかし、以下に述べるように、凸部の幅の変動による回折効率差の変動は低減することが可能である。
【０１７０】
＜第１３の実施形態＞
第１３の実施形態の光学装置１３は、上記の光学装置１２を修飾して、回折格子５２の凸部の幅が変動してもｐ偏光とｓ偏向の回折効率の差に大きな変動が生じないようにしたものである。光学装置１３においては、第１１の実施形態の光学装置１１の如く、図１６に示したように、回折格子５２の凹凸に互いに垂直な第１の方向と第２の方向に周期をもたせている。第１の方向の周期Λxは第２の方向の周期Λy以下であり、前者を主周期、後者を副周期という。ただし、光学装置１３では、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ３は、副周期の方向に対して垂直な方向から回折格子５２に入射させる。したがって、図１７に示した方位角φは０゜である。
【０１７１】
本実施形態においても、回折格子５２は、前述の式(K1)〜(K5)の関係を満たす。ここで、主周期Λxを式(K3)〜(K5)におけるΛとする。
【０１７２】
表９−１〜９−７に対応する設定での諸パラメータを表１２−１〜１２−７に示す。ここでは、主周期Λxと副周期Λｙを等しくしている。なお、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２の光路は図１９に示したとおりである。
【０１７３】
［表１２−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４５μｍ
凹凸副周期Λy：０．６４５μｍ
副周期／主周期（Λy／Λx）：１
凹凸高低差ｈ：０．６４５μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８７μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．０６４μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．８４（−０．７７ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４９．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．６８ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１８ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１５
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．６２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．２０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４２ｄＢ
【０１７４】
［表１２−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１２
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．９１（−０．４０ｄＢ）
［表１２−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７４
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：５３゜
反射率：０．７６（−１．１９ｄＢ）
【０１７５】
［表１２−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−４８．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８０（−０．９６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８３（−０．８０ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３３ｄＢ
［表１２−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３０
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５０．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９１（−０．４２ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４７ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０５ｄＢ
【０１７６】
［表１２−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１６
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５６ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９６（−０．１７ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３６ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３９ｄＢ
［表１２−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１３
入射角θ1：５３゜
出射角θ2：−５６．８゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．６８ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．４５ｄＢ
【０１７７】
この設定では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７６および０．４５８、式(K4)の下限値および上限値は０．４５８および０．７５１であり、式(K3)、(K4)を満たす。また、１／(２・ｎ1・sinθ1)の値は０．４２３であり、式(K5)も満たす。
【０１７８】
表１２−１〜１２−７に示した設定例において、回折格子５２の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１３−１、１３−２に示す。表１３−１、１３−２においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１７９】
［表１３−１］
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．３３７μｍ ０．３８７μｍ ０．４３７μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．６０８ −１．１８８ −０．５８９
反射率変動量 −０．４１９ ０．５９９
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７２４ −０．７９５ −１．０７１
回折効率変動量 ０．０７１ −０．２７６
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．６７８ ０．３３２ １．０５２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．３４６ ０．７２０
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３９４ −０．４４８ −０．６６３
回折効率変動量 ０．０５４ −０．２１４
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．４５８ ０．４５３ ０．９２８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．００４ ０．４７５
【０１８０】
［表１３−２］
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．０１４μｍ ０．０６４μｍ ０．１１４μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．５５６ −１．１８８ −０．８０６
反射率変動量 −０．３６７ ０．３８３
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７５７ −０．７９５ −０．９３７
回折効率変動量 ０．０３８ −０．１４２
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．７５４ ０．３３２ ０．５１１
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．４２２ ０．１７９
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７５ −０．４４８ −０．５８０
回折効率変動量 ０．０７３ −０．１３１
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．２５６ ０．４５３ ０．７６８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．１９８ ０．３１４
【０１８１】
回折格子５２の凸部の幅の変動量は表１１と表１３−１、１３−２とで同じ（±０．０５μｍ）であるが、本実施形態では比較的長波長の光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏光の回折効率の差の増大が抑えられていることが判る。
【０１８２】
回折格子５２の副周期Λyと回折光の関係について説明する。光の波長をλ、主周期Λxによって生じる回折の次数をｍx、副周期Λyによって生じる回折の次数をｍyとすると、回折次数（ｍx、ｍy）の回折光が生じる条件は式(M1)で表される。
[(ｎ2／ｎ1)・sinθ1・cosφ＋ｍx・λ／(ｎ2・Λx)]2＋
[(ｎ2／ｎ1)・sinθ1・cosφ＋ｍy・λ／(ｎ2・Λy)]2 ≦ １ ・・・ 式(M1)
【０１８３】
光学装置１３では光束ＬＲ１、ＬＲ２に（−１、０）次つまりｍx＝−１、ｍy＝０の回折を生じさせ、その回折効率を高くする必要があるが、そのためには他の次数の回折を抑えなければならない。ここで、（−１、０）次以外で最も生じやすいのは（−１、±１）次つまりｍx＝−１、ｍy＝±１の回折光である。光束ＬＲ１、ＬＲ２に（−１、±１）次の回折光が生じないための条件は式(M2)で表される。
[sinθ1−λ2L／(ｎ1・Λx)]2＋[λ2L／(ｎ1・Λy)]2 ＞ １ ・・・ 式(M2)
【０１８４】
式(M2)を変形すると式(M3)となる。
Λy2／λ2L2 ＜ １／[ｎ12・[１−(sinθ1−λ2L／(ｎ1・Λx))2]] ・・・ 式(M3)
【０１８５】
ただし、式(M4)を満たせば、光束ＬＲ１、ＬＲ２に生じる（−１、±１）次の回折光を抑えることが可能である。
Λy2／λ2L2 ＜ １／[ｎ12・[１−(sinθ1−1.1・λ2L／(ｎ1・Λx))2]]
・・・ 式(M4)
【０１８６】
また、回折格子５２の作成を容易にするために、副周期Λyは主周期Λx以上とするのがよい。つまり、式(M5)を満たすのが好ましい。
Λx2／λ2L2 ≦ Λy2／λ2L2 ・・・ 式(M5)
【０１８７】
式(K1)〜(K5)に加えて式(M4)、(M5)も満たすようにした設定の諸パラメータを表１４−１〜１４−７に示す。なお、副周期Λyは主周期Λxの２倍である。
【０１８８】
［表１４−１］
回折格子５２
断面形状：矩形
凹凸主周期Λx（Λ）：０．６４９μｍ
凹凸副周期Λy：１．２９８μｍ
副周期／主周期（Λy／Λx）：２
凹凸高低差ｈ：０．６４９μｍ
凸部主周期方向幅Ｗx：０．３８９μｍ
凸部副周期方向幅Ｗy：０．１３０μｍ
媒質屈折率：１．４８
光束ＬＴ
波長（λS）：１３１０ｎｍ
周期／波長（Λx／λS）：０．４９５
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８１（−０．９０ｄＢ）
光束ＬＲ１
波長（λM）：１４９０ｎｍ
周期／波長（Λx／λM）：０．４３６
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４９．３゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８６（−０．６３ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．１６ｄＢ
光束ＬＲ２
波長（λL）：１５５５ｎｍ
周期／波長（Λx／λL）：０．４１７
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．７゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８７（−０．５９ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２３ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９１（−０．４１ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３５ｄＢ
【０１８９】
［表１４−２］
光束ＬＴ
最短波長（λ1L）：１２６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1L）：０．５１５
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．８８（−０．５７ｄＢ）
［表１４−３］
光束ＬＴ
最長波長（λ1U）：１３６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ1U）：０．４７７
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：５２．５゜
反射率：０．７６（−１．２１ｄＢ）
【０１９０】
［表１４−４］
光束ＬＲ１
最短波長（λ2L）：１４８０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2L）：０．４３８
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−４８．４゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８５（−０．７０ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．７９（−１．００ｄＢ）
平均反射回折効率：０．８２（−０．８５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３０ｄＢ
［表１４−５］
光束ＬＲ１
最長波長（λ2U）：１５００ｎｍ
周期／波長（Λx／λ2U）：０．４３３
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５０．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．８９（−０．５０ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４８ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．０５ｄＢ
【０１９１】
［表１４−６］
光束ＬＲ２
最短波長（λ3L）：１５５０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3L）：０．４１９
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５５．１゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８８（−０．５３ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９５（−０．２１ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９２（−０．３７ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３３ｄＢ
［表１４−７］
光束ＬＲ２
最長波長（λ3U）：１５６０ｎｍ
周期／波長（Λx／λ3U）：０．４１６
入射角θ1：５２．５゜
出射角θ2：−５６．２゜
ｐ偏光反射回折効率：０．８６（−０．６４ｄＢ）
ｓ偏光反射回折効率：０．９４（−０．２６ｄＢ）
平均反射回折効率：０．９０（−０．４５ｄＢ）
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差：０．３８ｄＢ
【０１９２】
この設定例では、式(K3)の下限値および上限値はそれぞれ０．３７７および０．４６０、式(K4)の下限値および上限値は０．４６０および０．７５４である。また、式(K5)中の１／(２・ｎ1・sinθ1)の値は０．４２６である。なお、式(M3)の上限値に相当する副周期Λyは１．３３８μｍである。
【０１９３】
表１４−１〜１４−７に示した設定例において、回折格子５２の主周期方向と副周期方向の凸部の幅が０．０５μｍ変動した場合の回折効率を表１５−１、１５−２に示す。表１５−１、１５−２においては、光束ＬＴ、ＬＲ１、ＬＲ２それそれについて、最短波長、中心波長および最長波長のうち最も回折効率が低い波長での回折効率を掲げている。なお、値はｄＢ換算値である。
【０１９４】
［表１５−１］
主周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．３３９μｍ ０．３８９μｍ ０．４３９μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．６８５ −１．２０８ −０．５９７
反射率変動量 −０．４７７ ０．６１１
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．７９６ −０．８４８ −１．１２５
回折効率変動量 ０．０５２ −０．２７６
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．８０８ ０．３００ １．１５５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．５０８ ０．８５５
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７０ −０．４４９ −０．６４９
回折効率変動量 ０．０７９ −０．２００
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．３４０ ０．３８２ ０．８９８
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．０４２ ０．５１５
【０１９５】
［表１５−２］
副周期方向凸部幅
減少 設計値 増大
０．０８０μｍ ０．１３０μｍ ０．１８０μｍ
光束ＬＴ（１３１０ｎｍ波長帯域）
反射率 −１．３８８ −１．２０８ −１．１０３
反射率変動量 −０．１８０ ０．１０５
光束ＬＲ１（１４９０ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．８０３ −０．８４８ −０．９３３
回折効率変動量 ０．０４５ −０．０８５
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．８０８ ０．３００ ０．３２７
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 ０．５０８ ０．０２７
光束ＬＲ２（１５５５ｎｍ波長帯域）
回折効率 −０．３７０ −０．４４９ −０．５２２
回折効率変動量 ０．０７９ −０．０７３
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差 ０．３４０ ０．３８２ ０．５７９
ｐ偏光、ｓ偏光回折効率差変動量 −０．０４２ ０．１９７
【０１９６】
表１３−１、１３−２と表１５−１、１５−２の比較より、副周期Λyを主周期Λxよりも大きくすることにより、凸部の幅の変動による光束ＬＲ１、ＬＲ２のｐ偏光とｓ偏向の回折効率の差の増大が、より良好に抑えられることが判る。
【図面の簡単な説明】
【０１９７】
【図１】第１の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図２】第１の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図３】第１の実施形態の光学装置の回折格子におけるパラメータの変化と回折効率の変化の関係を示す図。
【図４】第２の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図５】第３の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図６】第４の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図７】第４の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図８】第５の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図９】第５の実施形態の光学装置の回折格子におけるパラメータの変化と回折効率の変化の関係を示す図。
【図１０】第６の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図１１】第７の実施形態の光学装置の要部を模式的に示す図。
【図１２】第８の実施形態の光学装置の要部を模式的に示す図。
【図１３】第９の実施形態の光学装置の回折格子素子を模式的に示す側面図（ａ）および平面図（ｂ）。
【図１４】第１０の実施形態の光学装置の構成を模式的に示す図。
【図１５】第１０の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図１６】第１１の実施形態の光学装置の回折格子を模式的に示す平面図。
【図１７】第１１の実施形態の光学装置の回折格子と光束の角度との関係を模式的に示す斜視図。
【図１８】第１１の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【図１９】第１２の実施形態の光学装置の回折格子の一設定例における光路を模式的に示す図。
【符号の説明】
【０１９８】
１〜１３ 光学装置
２１、２３ 発光部
２２、２４ 発光制御部
２５ 円弧状レール
２６ 温度センサ
２７、２８、２９ 発光部
３１ 光ファイバ
３５ 光センサ
４１、４３ 受光部
４２、４４ 信号検出部
５１ 回折格子素子
５２ 回折格子
５２ａ 回折格子凸部
５２ｂ 回折格子凹部
５３、５４ 凸部
５５、５７ 回折格子素子
５６、５８ 回折格子
６１ 対物レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、
回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、
回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。
【請求項３】
回折格子が設けられている面のほかに集光機能を有する面を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
回折格子が曲面上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項５】
回折格子が設けられている曲面の任意の位置における接平面に回折格子を投影し、その平面上での回折格子の凹凸の周期をΛ、その平面に対する入射角をθとしたときに、前記関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
回折格子の凹凸の周期の方向に平行な各凹凸の断面が略矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項７】
回折格子に対する光束の入射角を変化させる機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項８】
回折格子に第２の波長の光束を入射させるとともに、回折格子から出射した第１の波長の光束を受ける光学部品を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項９】
回折格子に入射する光束または回折格子から出射した光束を集光させる光学部品を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項１】
第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、
回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
Λ／λL ≦ １／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
第１の波長の第１の光束と第１の波長よりも長波長の第２の光束を異なる方向から入射させて、第１の光束を第２の光束の入射元の方向に出射させる回折格子素子を有する光学装置において、
回折格子を挟む媒質のうち第１の光束の入射側に位置する第１の媒質およびその反対側に位置する第２の媒質の屈折率をそれぞれｎ1およびｎ2、回折格子の凹凸の周期をΛ、第１の光束および第２の光束の波長をそれぞれλSおよびλL、回折格子への第１の光束の入射角をθと表すとき、
ｎ2 ＜ ｎ1・sinθ
１／(ｎ1＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λL ≦ １／(ｎ2＋ｎ1・sinθ)
および
１／(ｎ2＋ｎ1・sinθ) ≦ Λ／λS ≦ ２／(ｎ1＋ｎ1・sinθ)
の関係を満たすことを特徴とする光学装置。
【請求項３】
回折格子が設けられている面のほかに集光機能を有する面を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項４】
回折格子が曲面上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項５】
回折格子が設けられている曲面の任意の位置における接平面に回折格子を投影し、その平面上での回折格子の凹凸の周期をΛ、その平面に対する入射角をθとしたときに、前記関係を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
【請求項６】
回折格子の凹凸の周期の方向に平行な各凹凸の断面が略矩形であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項７】
回折格子に対する光束の入射角を変化させる機構を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項８】
回折格子に第２の波長の光束を入射させるとともに、回折格子から出射した第１の波長の光束を受ける光学部品を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【請求項９】
回折格子に入射する光束または回折格子から出射した光束を集光させる光学部品を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−１１６９８８（Ｐ２００８−１１６９８８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５７４０（Ｐ２００８−１５７４０）
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【分割の表示】特願２００４−３４２４８５（Ｐ２００４−３４２４８５）の分割
【原出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２８日（２００８．１．２８）
【分割の表示】特願２００４−３４２４８５（Ｐ２００４−３４２４８５）の分割
【原出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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