[發明專利]光學元件、偏振濾光器、光學隔離器和光學設備

有效

• 申請號: 201080018508.4
• 申請日: 2010-04-06
• 公開（公告）號: CN102414585A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 平井秀明;名須川利通;梅木和博
• 申請（專利權）人: 株式會社理光
• 主分類號: G02B5/30
• 分類號: G02B5/30;G02B5/18;G02B27/28
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王冉

技術領域

本發明總的涉及一種能夠根據光的偏振方向來衍射光的光學元件、包括該光學元件的偏振濾光器、包括該偏振濾光器并且能夠透射在一個方向上的光而阻擋在相反方向上的光的光學隔離器以及具有該光學隔離器的光學設備。

背景技術

光學隔離器是無源光學器件，具有一對入射和出射終端。典型的，光學隔離器相對于從入射側向出射側傳播的向前方向光來說具有低損失特性，而對于從出射側返回到入射側的向后方向光具有高損失特性，由此，允許光僅在規定的方向上通過。

這種光學隔離器可以包括法拉第旋轉器，其構造成旋轉偏振平面45度。法拉第旋轉器設置在兩個偏振器之間，這兩個偏振器具有彼此偏移45度的透射軸。在這種情況下，在入射側上被偏振器提取的向前方向光的偏振分量使其偏振方向被法拉第旋轉器旋轉+45度，使得對應于出射側上的偏振器的方向的偏振分量可以從光學隔離器無衰減地出射。另一方面，在向后方向光的情況下，在出射方向上被偏振器提取的偏振分量使得器偏振方向被法拉第旋轉器的非互易作用而旋轉-45度，使得偏振分量垂直于在入射側上偏振器的方向。結果，向后方向光被衰減并且不從入射側射出。這種類型的光學隔離器被稱作偏振相關的光學隔離器，其中，入射光的偏振方向事先被形成為對應于在入射側上偏振器的偏振方向。

在這種類型的光學隔離器中偏振器的材料的實施例包括雙折射單晶棱鏡、含金屬顆粒的玻璃以及介電和金屬材料的復合多層膜。例如，日本公開的專利申請公開說明書第2006-113360(專利文件1)公開了一種具有光學隔離器的光學終端。該光學隔離器包括入射側偏振器、磁性石榴石厚膜和出射側偏振器，它們層疊。入射側偏振器可以包括Polarcor^TM玻璃材料，在其兩側上形成有金屬顆粒漫射層。出射側偏振器也可以包括Polarcor^TM玻璃材料，在出射側上的金屬顆粒漫射層被去除(例如，通過拋光標準Polarcor^TM產品的一側直到0.2mm的深度，該標準Polarcor^TM產品可以具有0.5mm的厚度)。在專利文件1中討論了永久磁鐵4施加磁場，該磁場導致磁性石榴石厚膜12作用為法拉第旋轉器，由此，光信號的偏振平面被旋轉，由此入射側偏振器和出射側偏振器僅穿過特定方向的偏振光。

用于專利文件1中討論的偏振器中的材料是昂貴的，并且其制造需要各種加工步驟，包括切割和光學拋光，這趨向于使降低制造成本以及光學隔離器自身的成本變得非常困難。實際上，超過傳統光學隔離器的制造成本的一半是由于偏振器的成本而造成的。

為了克服上述問題，日本公開的專利申請公開說明書第2000-180789(專利文件2)公開了一種光學隔離器，其中，包括光子晶體的反射型第一偏振器、光透射平行板玻璃、平行板45°法拉第旋轉器和光子晶體的反射型第二偏振器平行布置和固定。與這種光學隔離器相關的一個問題是由于在光學隔離器中使用反射型偏振器，整個光學系統需要相對于入射光的光軸設置成一定角度。這種傾斜布置的光學系統造成復雜光學系統布局。

發明內容

本發明克服了現有技術的缺點，本發明在一個方面是一種光學元件，該光學元件被構造成主要通過0階透射來透射具有特定偏振方向的入射光，并且被構造成衍射具有與所述特定偏振方向垂直的偏振方向的入射光。

光學元件包括周期等于或大于入射光的波長的周期性結構。該周期性結構包括第一和第二次波長凹凸結構，該凹凸結構在周期性結構的每個周期彼此相鄰地垂直形成。第一和第二次波長凹凸結構具有小于入射光波長的周期。第一和第二此波長凹凸結構的占空因數(filling?factor)和溝槽深度被確定成使得第一和第二次波長凹凸結構相對于具有特定偏振方向的入射光具有相同的有效折射率，并且相對于具有垂直于特定偏振方向的偏振方向的入射光具有相位差π。

在優選實施方式中，本發明提供了一種偏振濾光器，其包括上述光學元件。