JP2002372620A - Polarization control element and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、多数のアスペクト
比の異なる微小柱状体を利用した偏光制御素子及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization controlling element using a large number of micro pillars having different aspect ratios and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、偏光板、円偏光フィルタなど
の偏光制御素子が知られており、例えば、液晶ディスプ
レイや、光通信におけるアイソレータなどに利用されて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, polarization control elements such as a polarizing plate and a circular polarization filter have been known, and are used for, for example, liquid crystal displays and isolators in optical communication.
【０００３】このような偏光制御素子には、例えば次の
ようなものが知られている。For example, the following is known as such a polarization control element.
【０００４】まず、特開平７−５６０１８号公報には、
ガラス中に細長い金属微粒子を埋め込むことにより偏光
機能を発現する偏光ガラスが示されている。この方法で
は、まず、金属微粒子を含むガラスを用意するか、また
はガラス基体上に金属島状薄膜とガラス膜の多層膜を形
成する。そして、これを加熱して延伸することにより、
ガラス中に細長い金属微粒子を埋め込む。細長い金属微
粒子は、照射される光の振動方向（光の電場振動方向）
が長手方向に向いているか、短手方向に向いているか
で、応答が異なるため、偏光が発現する。First, JP-A-7-56018 discloses that
A polarizing glass which expresses a polarizing function by embedding elongated metal fine particles in the glass is shown. In this method, first, a glass containing metal fine particles is prepared, or a multilayer film of a metal island-like thin film and a glass film is formed on a glass substrate. Then, by heating and stretching,
Embed elongated metal particles in glass. The direction of the oscillating light (the direction of the electric field oscillation of the light)
Since the response differs depending on whether or not is oriented in the longitudinal direction or the transversal direction, polarized light appears.
【０００５】米国特許第５、１２２、９０７号には、金
属斜め蒸着膜偏光子（Ｓｌｏｃｕｍ型偏光子）が示され
ている。これは、金属を基板垂直方向に対し８８°傾斜
した基板表面方向に近い斜め方向から蒸着した際に形成
されるウィスカー状の金属微粒子によって偏光機能を発
現させるものである。US Pat. No. 5,122,907 discloses a metal obliquely deposited film polarizer (Slocum type polarizer). In this method, a whisker-like metal fine particle formed when a metal is vapor-deposited from an oblique direction close to the surface of the substrate at an angle of 88 ° with respect to the vertical direction of the substrate exerts a polarizing function.
【０００６】特許２９０２４５６号公報には、金属−酸
化物二方向同時斜め蒸着膜を利用するものが示されてい
る。これは、斜め蒸着によって、複屈折を有する酸化物
斜めコラム構造を形成するとともに、この中にＡｇ等の
金属微粒子を埋め込むことによって偏光機能を発現して
いる。Japanese Patent No. 2902456 discloses an apparatus using a metal-oxide bidirectional simultaneous oblique deposition film. This forms an oblique oxide column structure having birefringence by oblique vapor deposition, and expresses a polarizing function by embedding metal fine particles such as Ag therein.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の偏光ガ
ラスの場合には、高温（６００℃程度）で、変形させる
（引き延ばす）プロセスが必須であり、製品の形態とし
てガラス板状にせざるを得ない。従って、光通信に用い
る場合には、ガラス板から小さく切り出して、光ファイ
バなどに光軸をあわせながら貼り付ける必要がある。従
って、高価であるとともに、ハンドリングが難しく、小
さくするのに限界がある。例えば、その厚さは少なくと
も３０μｍ程度はあり、光の損失が大きくなるという問
題がある。現状において、この偏光ガラスは、１０ｍｍ
角のガラス単体で数１００ドル程度の価格であり、実装
した場合にはさらに高価になる。However, in the case of the above-mentioned polarizing glass, a process of deforming (stretching) at a high temperature (about 600 ° C.) is indispensable, and the product must be formed into a glass plate. Absent. Therefore, when used for optical communication, it is necessary to cut out a small piece from a glass plate and attach it to an optical fiber or the like while aligning the optical axis. Therefore, while being expensive, handling is difficult and there is a limit in reducing the size. For example, the thickness is at least about 30 μm, and there is a problem that light loss is increased. At present, this polarizing glass is 10 mm
The price of the corner glass alone is about several hundred dollars, and it becomes more expensive when mounted.
【０００８】また、金属斜め蒸着膜偏光子の場合、透過
率が低いという問題がある。まず、この金属斜め蒸着で
は、蒸着角８８°というすれすれの角度から蒸着する。
このため、膜厚、特性の面内分布が大きいという問題が
ある。さらに、斜め蒸着初期の段階で形成される微粒子
は異方性を持たないので、最終的な素子の透過率が低下
するという問題もある。Further, in the case of a metal obliquely vapor-deposited film polarizer, there is a problem that the transmittance is low. First, in this metal oblique deposition, vapor deposition is performed at a very small angle of 88 °.
Therefore, there is a problem that the in-plane distribution of the film thickness and the characteristics is large. Furthermore, since the fine particles formed in the initial stage of the oblique vapor deposition do not have anisotropy, there is a problem that the transmittance of the final device is reduced.
【０００９】金属−酸化物二方向同時斜め蒸着膜では、
光吸収異方性を発現するために、斜め蒸着膜に特有の複
屈折を用いている。このため、消光比を大きくするのに
限界があるという問題がある。さらに、光軸が基板に対
して斜めの方向にあるので、特性の角度依存が大きいと
いう問題もある。In a metal-oxide bidirectional simultaneous oblique deposition film,
In order to express light absorption anisotropy, birefringence peculiar to the obliquely deposited film is used. Therefore, there is a problem that there is a limit in increasing the extinction ratio. Further, since the optical axis is in a direction oblique to the substrate, there is a problem that the angle dependence of the characteristics is large.
【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、製作が容易であるとともに、光ファイバやレーザ
ダイオードなど光部材の直接作り込むことができる偏光
制御素子及びその製造方法を提供することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a polarization control element which can be easily manufactured and in which an optical member such as an optical fiber or a laser diode can be directly manufactured, and a method of manufacturing the same. With the goal.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】基体と、この基体上に形
成された多数の微小柱状体と、を有する偏光制御素子で
あって、各微小柱状体は、前記基体に略平行な断面が所
定のアスペクト比を持つ異方的な形状であり、透明な物
質の部分と不透明な物質の部分の組合せで構成されてい
るとともに、その不透明な物質の部分が微小柱状体の形
状に応じて異方的な形状となっており、かつ、多数の微
小柱状体は、前記基体に略平行な断面の長手方向が略直
線状あるいは略平行となるように配置されていることを
特徴とする。Means for Solving the Problems A polarization control element having a substrate and a large number of microcolumns formed on the substrate, wherein each microcolumn has a predetermined cross section substantially parallel to the substrate. Is an anisotropic shape with an aspect ratio of. And a large number of microcolumns are arranged such that the longitudinal direction of a cross section substantially parallel to the base is substantially linear or substantially parallel.
【００１２】このように、本発明によれば、異方的な形
状をもつ微小柱状体を有し、その微小柱状体の異方的形
状を利用して異方的形状を持つ不透明な物質の部分を形
成する。そこで、この不透明物質の異方的形状を利用し
て、偏光子を形成することができる。As described above, according to the present invention, an opaque substance having an anisotropic shape is provided by using the anisotropically shaped micro columnar body having the anisotropically shaped micro columnar body. Forming part. Then, a polarizer can be formed using the anisotropic shape of this opaque substance.
【００１３】また、透明物質、不透明物質に適切な材料
を選択することで、各種波長の光についての偏光子を得
ることができる。Further, a polarizer for light of various wavelengths can be obtained by selecting an appropriate material for the transparent substance and the opaque substance.
【００１４】また、前記微小柱状体のアスペクト比は、
２〜５０の範囲内であることが好適である。The aspect ratio of the fine columnar body is as follows:
Preferably, it is in the range of 2 to 50.
【００１５】また、前記不透明な物質の部分が、少なく
とも各微小柱状体の先端部に形成されていることが好適
である。It is preferable that the opaque material portion is formed at least at the tip of each micro columnar body.
【００１６】また、前記不透明な物質の部分が、少なく
とも各微小柱状体の中間部分に形成されていることが好
適である。It is preferable that the opaque material portion is formed at least in an intermediate portion of each minute columnar body.
【００１７】また、本発明は、基体上に斜め方向から透
明な物質を蒸着するとともに、その方向を随時反転する
ことで所定のアスペクト比を持つ異方的な形状の微小柱
状体を多数その長手方向及び短手方向を揃えて形成する
透明物質蒸着工程と、形成された柱状体の表面に不透明
物質を蒸着する不透明物質蒸着工程と、を有することを
特徴とする。Further, the present invention provides a method of depositing a transparent substance from a diagonal direction on a substrate and inverting the direction at any time to form a large number of anisotropically-shaped fine columnar bodies having a predetermined aspect ratio. The method is characterized by comprising a transparent material deposition step of forming a transparent material in a uniform direction and a lateral direction, and an opaque material deposition step of depositing an opaque material on the surface of the formed columnar body.
【００１８】このように、本発明によれば、斜め蒸着に
よって、異方的な形状を有する微小柱状体を多数整列し
て作成できる。そこで、この微小柱状体を利用して異方
的な形状を有する不透明部分を作成することができ、こ
れによって偏光子を形成することができる。従って、比
較的容易に偏光子を作成することができる。また、この
製造方法によれば、光ファイバやレーザダイオードをそ
のまま基体として偏光子を直接作成することもできる。
従って、偏光子を実装する手間を省くことができる。そ
こで、偏光子を有する各種光制御素子のコストを大幅に
下げることができる。As described above, according to the present invention, a large number of anisotropically shaped fine columnar bodies can be aligned and formed by oblique vapor deposition. Therefore, an opaque portion having an anisotropic shape can be formed by using the minute columnar body, whereby a polarizer can be formed. Therefore, a polarizer can be relatively easily produced. Further, according to this manufacturing method, a polarizer can be directly formed using an optical fiber or a laser diode as a base as it is.
Therefore, the labor for mounting the polarizer can be saved. Thus, the cost of various light control elements having a polarizer can be significantly reduced.
【００１９】また、前記不透明物質蒸着工程と、不透明
物質蒸着工程のそれぞれを少なくとも２回以上行うこと
が好適である。これによって、消光比が十分大きな偏光
子を確実に得ることができる。It is preferable that each of the opaque material vapor deposition step and the opaque substance vapor deposition step is performed at least twice. This makes it possible to reliably obtain a polarizer having a sufficiently high extinction ratio.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面に基づいて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２１】「全体構成」図１は、一実施形態に係る偏
光子の基本構造を示す模式図である。ガラスなどの透明
基体１０の表面に異方的なかたち（図の例では、横断面
楕円状の形）をもつ多数の微小柱状体１２が、一方向に
配向している。すなわち、各微小柱状体１２の長軸およ
び短軸は、ほぼ同一方向に揃っている。[Overall Configuration] FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic structure of a polarizer according to one embodiment. A large number of microcolumns 12 having an anisotropic shape (in the example of the figure, an elliptical cross section) on the surface of a transparent substrate 10 such as glass are oriented in one direction. That is, the major axis and the minor axis of each minute columnar body 12 are aligned in substantially the same direction.
【００２２】そして、この微小柱状体１２が、図２〜図
１１に示すように、必要とする波長領域で透明な物質か
ら構成される透明部１２ａと、不透明な物質からなる光
吸収部１２ｂの組み合わせによって構成されている。な
お、光吸収部１２ｂは長軸方向の電場振動方向を持つ光
を吸収するものであるが、その光を反射する反射部とし
てもよい。As shown in FIGS. 2 to 11, the micro columnar body 12 includes a transparent portion 12a made of a transparent material in a required wavelength region and a light absorbing portion 12b made of an opaque material. It is configured by a combination. Although the light absorbing portion 12b absorbs light having the electric field oscillation direction in the long axis direction, the light absorbing portion 12b may be a reflecting portion that reflects the light.
【００２３】「微小柱状体のかたち」まず、微小柱状体
１２はそれらが形成される基体１０の面内方向（横断面
及び頂面）に細長いかたちをしており、長手方向の長さ
が目的とする光の散乱が問題とならない程度に短い。特
に微小柱状体１２は、その長軸方向と短軸方向の長さの
アスペクト比が２以上であることが望ましい。これによ
って、形状の異方性に基づいて、入射光の光軸の方向に
対する透過特性に差が生じる。なお、このような微小柱
状体は、斜め蒸着により好適に製造でき、その場合には
アスペクト比は５０以下になる。First, the microcolumns 12 are elongated in the in-plane direction (cross-section and top surface) of the substrate 10 on which they are formed. Is so short that scattering of light is not a problem. In particular, it is desirable that the aspect ratio of the length of the long axis direction and the short axis direction of the minute columnar body 12 is 2 or more. This causes a difference in transmission characteristics of the incident light in the direction of the optical axis based on the anisotropy of the shape. In addition, such a fine columnar body can be suitably manufactured by oblique vapor deposition, in which case the aspect ratio becomes 50 or less.
【００２４】また、微小柱状体１２は基体１０表面に対
して幾分傾斜していてもかまわない。しかし、微小柱状
体１２は、基体１０表面に垂直に立っていることが望ま
しい。The fine columnar body 12 may be slightly inclined with respect to the surface of the base 10. However, it is desirable that the micro pillars 12 stand vertically on the surface of the base 10.
【００２５】さらに、微小柱状体１２同士の間隔は、目
的とする光の散乱が問題とならない程度に小さくなけれ
ばならない。一方、微小柱状体１２の一部が隣の微小柱
状体１２と接触していてもよい。Further, the interval between the minute pillars 12 must be small enough that scattering of the intended light does not matter. On the other hand, a part of the minute columnar body 12 may be in contact with the adjacent minute columnar body 12.
【００２６】重要なことは、微小柱状体１２を集めた膜
の表面形態が、微小柱状体１２の構造を反映して一方向
に配向した異方的な凹凸を有することである。What is important is that the surface morphology of the film in which the microcolumns 12 are collected has anisotropic irregularities oriented in one direction reflecting the structure of the microcolumns 12.
【００２７】微小柱状体１２の内部構造・微小柱状体の
透明部は、目的とする光に対して透明な物質からなる透
明部１２ａで構成されており、微小柱状体１２の表面又
は内部に、目的とする光を吸収する少なくとも一層以上
の光吸収部１２ｂを有する。なお、上述のように光吸収
部ではなく光反射部としてもよい。光吸収部１２ｂ（ま
たは反射部）の一層の厚さは５０ｎｍ以下であることが
好ましい。The internal structure of the micro columnar body 12 The transparent portion of the micro columnar body is composed of a transparent portion 12a made of a substance transparent to the intended light. It has at least one or more light absorbing portions 12b for absorbing target light. Note that, as described above, a light reflecting portion may be used instead of the light absorbing portion. The thickness of one layer of the light absorbing portion 12b (or the reflecting portion) is preferably 50 nm or less.
【００２８】このような形状に異方性を持ち、透明な物
質の部分（透明部１２ａ）と不透明な物質の部分（光吸
収部１２ｂまたは反射部）を含む微小柱状体１２が整列
配置された構成により、微小柱状体１２の長軸方向に振
動する光が吸収または反射され、短軸方向に振動する光
はそのまま透過する。これによって、微小柱状体１２の
方向に応じた振動方向を持つ偏光を得ることができる。The micro-columns 12 having such an anisotropic shape and including a transparent material portion (transparent portion 12a) and an opaque material portion (light absorbing portion 12b or reflecting portion) are arranged. According to the configuration, light vibrating in the long axis direction of the minute columnar body 12 is absorbed or reflected, and light vibrating in the short axis direction is transmitted as it is. Thereby, polarized light having a vibration direction corresponding to the direction of the minute columnar body 12 can be obtained.
【００２９】特に、後述するように、透明部１２ａは、
基体１０を定期的に反転して行う動的な斜め蒸着により
形成できる。そして、このような透明部１２ａに斜め方
向から金属などを蒸着すれば、透明部１２ａの凸部に金
属膜を形成することができ、異方的形状の光吸収部１２
ｂを形成できる。そこで、微細加工などに比べ容易に偏
光子を製作することができる。In particular, as described later, the transparent portion 12a
The substrate 10 can be formed by dynamic oblique deposition performed by periodically inverting the substrate 10. If a metal or the like is vapor-deposited on such a transparent part 12a from an oblique direction, a metal film can be formed on the convex part of the transparent part 12a, and the light absorbing part 12 having an anisotropic shape can be formed.
b can be formed. Therefore, a polarizer can be easily manufactured as compared with fine processing.
【００３０】「微小柱状体の構成例」微小柱状体１２の
構成例を図２〜図１１に示す。"Configuration Example of Micro Columnar Body" FIGS. 2 to 11 show configuration examples of the micro columnar body 12. FIG.
【００３１】（ａ）図２では、微小柱状体１２の最上部
（頂部）に不透明な物質からなる光吸収部１２ｂが形成
されている。透明部１２ａを形成した後、基体１０を適
宜反転しながら金属等の不透明物質を蒸着することで、
このような構成にできる。(A) In FIG. 2, a light absorbing portion 12b made of an opaque substance is formed at the uppermost portion (top portion) of the minute columnar body 12. After forming the transparent portion 12a, an opaque substance such as a metal is deposited while appropriately inverting the base 10,
Such a configuration can be obtained.
【００３２】（ｂ）図３では、微小柱状体１２の最上部
（頂部）の一部に不透明な物質からなる光吸収部１２ｂ
が形成されている。透明部１２ａに対し一方向から斜め
蒸着を行うことでこのような構成を得ることができる。(B) In FIG. 3, a light absorbing portion 12b made of an opaque substance is formed on a part of the uppermost portion (top portion) of the fine columnar body 12.
Are formed. Such a configuration can be obtained by performing oblique vapor deposition on the transparent portion 12a from one direction.
【００３３】（ｃ）図４は、（ａ）と同様の構造であり
ながら、光吸収部１２ｂが不均一なものである。(C) FIG. 4 shows a structure similar to that of FIG. 4A, but with a non-uniform light absorbing portion 12b.
【００３４】（ｄ）図５は、（ｂ）と同様の構造であり
ながら、光吸収部１２ｂが不均一なものである。(D) FIG. 5 shows a structure similar to that of FIG. 5B, but with a non-uniform light absorbing portion 12b.
【００３５】（ｅ）図６では、微小柱状体１２の最上部
（頂面）が、不透明な物質からなる光吸収部１２ｂに覆
われている。（ａ）に比べ、不透明物質の蒸着量を少な
くすることでこのような構成が得られる。(E) In FIG. 6, the uppermost portion (top surface) of the fine columnar body 12 is covered with a light absorbing portion 12b made of an opaque substance. Such a configuration can be obtained by reducing the deposition amount of the opaque substance as compared with (a).
【００３６】（ｆ）図７では、微小柱状体の最上部（頂
面）の一部が、不透明な物質からなる光吸収部１２ｂに
覆われている。（ｂ）に比べ、不透明物質の蒸着量を少
なくすることでこのような構成が得られる。(F) In FIG. 7, a part of the uppermost portion (top surface) of the fine columnar body is covered with a light absorbing portion 12b made of an opaque substance. Such a configuration can be obtained by reducing the deposition amount of the opaque substance as compared with (b).
【００３７】（ｇ）図８は、（ｅ）と同様の構造であり
ながら、光吸収部１２ｂが不均一なものである。(G) FIG. 8 shows a structure similar to that of FIG. 8E, but with a non-uniform light absorbing portion 12b.
【００３８】（ｈ）図９は、（ｆ）と同様の構造であり
ながら、光吸収部１２ｂが不均一なものである。(H) FIG. 9 shows a structure similar to that of FIG. 9 (f), but the light absorbing portion 12b is non-uniform.
【００３９】（ｉ）図１０は、（ａ）〜（ｈ）の光吸収
部１２ｂが、光を吸収する物質の微粒子で構成されてい
るものである。なお、このときの微粒子の間隔は、お互
いに相互作用を及ぼしあう程度に近接していることが望
ましい。(I) FIG. 10 shows that the light absorbing portions 12b of (a) to (h) are made of fine particles of a substance that absorbs light. In this case, it is desirable that the distance between the fine particles is so close that they interact with each other.
【００４０】（ｊ）図１１は、（ａ）〜（ｉ）の微小柱
状体１２の上に、透明な透明部１２ａと同様な光吸収部
を繰り返し形成して多層構造を有する微小柱状体であ
る。光吸収部１２ｂは、透明部１２ａによって、５０ｎ
ｍ以上隔てられていることが好ましい。(J) FIG. 11 shows a micro pillar having a multilayer structure by repeatedly forming a light absorbing portion similar to the transparent portion 12a on the micro pillar 12 of (a) to (i). is there. The light absorbing portion 12b is 50n by the transparent portion 12a.
m or more.
【００４１】「その他の構成」ここで、透明部１２ａの
材料は、目的とする光に対して透明であれば何でもよ
い。具体的にはＳｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＴｉＯ2，ＬｉＦ等
の酸化物、フッ化物、さらには赤外用としてはＳｉ，Ｇ
ｅ等を用いることができる。"Other Configurations" Here, the material of the transparent portion 12a may be any material as long as it is transparent to target light. Specifically, oxides and fluorides such as SiO 2 , Ta 2 O 5 , TiO 2 , and LiF, and Si, G for infrared use
e or the like can be used.
【００４２】また、光吸収部１２ｂを構成する不透明な
物質としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｆ
ｅ、Ｃｕ、Ｂｅ、ＭｇおよびＲｈの少なくとも１つから
なる低抵抗の金属の粒子もしくは合金を用いることがで
きる。As the opaque substance constituting the light absorbing portion 12b, Au, Ag, Al, Cr, Co, W, F
Low resistance metal particles or alloys of at least one of e, Cu, Be, Mg and Rh can be used.
【００４３】偏光子の基体１０としては、目的とする光
に対して透明な板が用いられ、ガラス、Ｓｉ（赤外）、
Ｇｅ（赤外）などが用いられる。平坦なものや、異方的
形態の微小柱状体が成長しやすいように機械的、化学的
に表面を処理したものが好適である。As the substrate 10 of the polarizer, a plate transparent to the target light is used, and glass, Si (infrared),
Ge (infrared) or the like is used. It is preferable that the surface is mechanically or chemically treated so that a flat or anisotropically shaped microcolumn can easily grow.
【００４４】また、本偏光子は、光ファイバの端面、レ
ーザダイオードの光の出射面、その他様々な光学素子の
表面、端面上に直接形成することができる。これによっ
て、後から取り付ける手間が省け、作業量を減少して低
価格で偏光子を実装した光学素子を得ることができる。The present polarizer can be formed directly on the end face of an optical fiber, the light emitting face of a laser diode, or the surface or end face of various optical elements. This saves the time and labor required for later mounting, and reduces the amount of work required to obtain an inexpensive optical element on which a polarizer is mounted.
【００４５】また、上述の説明では、基体１０の表面に
微小柱状体１２を形成することのみを述べたが、実際に
は、この偏光子上に、均一かつ平坦な保護膜及び反射防
止膜を形成することが好適である。これによって微小柱
状体１２を保護することができると共に、表面における
不要な反射を防止することができる。In the above description, only the formation of the microcolumns 12 on the surface of the substrate 10 has been described. However, in practice, a uniform and flat protective film and antireflection film are provided on the polarizer. Preferably, it is formed. As a result, the minute columnar body 12 can be protected, and unnecessary reflection on the surface can be prevented.
【００４６】また、微小柱状体１２の間隙に、目的とす
る光に対して透明な物質を充填し、機械的強度を増加す
ることが好適である。さらに、間隙に透明な物質を充填
した上、その上に保護膜、反射防止膜を形成することも
好適である。It is preferable that the gap between the microcolumns 12 is filled with a substance transparent to the intended light to increase the mechanical strength. Further, it is also preferable to fill the gap with a transparent substance and then form a protective film and an antireflection film thereon.
【００４７】また、１／４波長板の機能を有するフィル
ムや薄膜の上に、本偏光子を形成することにより、円偏
光板を構成することができる。そして、この円偏光板
は、光ファイバの端面など各種光学素子の表面に設け
て、光アイソレータとして利用することができる。Further, a circularly polarizing plate can be formed by forming the present polarizer on a film or a thin film having the function of a quarter wavelength plate. The circularly polarizing plate can be provided on the surface of various optical elements such as the end face of an optical fiber and used as an optical isolator.
【００４８】この場合、偏光子の上又は下に１／４波長
板の機能を有するフィルムや薄膜を形成して円偏光板、
光アイソレータを構成することが好適である。In this case, a film or a thin film having the function of a quarter-wave plate is formed above or below the polarizer to form a circular polarizer,
It is preferable to configure an optical isolator.
【００４９】また、光導波路の表面に本偏光子を形成す
ることで、導波路型偏光子を構成することができる。By forming the present polarizer on the surface of the optical waveguide, a waveguide type polarizer can be formed.
【００５０】「製造方法」次に、本偏光子の製造法につ
いて、図１２に基づいて説明する。[Production Method] Next, a method for producing the present polarizer will be described with reference to FIG.
【００５１】まず、真空蒸着法やスパタリングなどの物
理的蒸着において、蒸着流の入射方向に対して基体１０
をαだけ傾斜させておき、適当な膜厚ごとに、基体の面
内方位を１８０°ずつ反転させる。これによって、基体
１０の表面上に微小柱状体１２の雛形（透明部１２ａ）
を形成する。蒸着する物質は、目的とする光に対して透
明ものを採用する。また、基体１０は、ガラスや、Ｓ
ｉ，Ｇｅ等の平板を用いてもよいし、光ファイバやレー
ザダイオードを利用することもできる。光ファイバやレ
ーザダイオードなどを基体１０とすれば、これら光素子
に直接偏光子を形成することができ、別部品として実装
する作業が不要になる。First, in physical vapor deposition such as vacuum vapor deposition or sputtering, the substrate 10
Is tilted by α, and the in-plane orientation of the substrate is reversed by 180 ° for each appropriate film thickness. Thereby, the template (transparent part 12a) of the micro columnar body 12 is formed on the surface of the base 10.
To form As a substance to be deposited, a substance that is transparent to target light is employed. The base 10 is made of glass, S
A flat plate such as i or Ge may be used, or an optical fiber or a laser diode may be used. If an optical fiber, a laser diode, or the like is used as the base 10, a polarizer can be directly formed on these optical elements, and the work of mounting as a separate component becomes unnecessary.
【００５２】また、基体１０の表面に微小柱状体１２の
形態の異方性を助長するような表面処理を施すことも有
効である。例えば、基体表面をあらかじめ加熱したポリ
イミドやテフロン（登録商標）などでラビング処理した
り、微小な研磨痕を付けることによって、微小柱状体の
異方性が大きくなる。It is also effective to apply a surface treatment to the surface of the substrate 10 so as to promote the anisotropy of the form of the microcolumns 12. For example, the anisotropy of the fine columnar body is increased by rubbing the surface of the base with polyimide or Teflon (registered trademark) or the like, or by making a fine polishing mark on the surface.
【００５３】膜厚１００ｎｍ以上の長周期で基体１０を
反転させると、微小柱状体１２のかたちが膜厚方向にジ
グザグになるため、電気的主軸の方向が、膜の垂直方向
に向かないという点で好ましくない。そこで、基体１０
の反転周期を、通常の斜め蒸着で形成されるコラムの太
さよりも短くするとよい。これによって、ジグザグのか
たちは消失し、電気的主軸が基体１０の垂直方向に向
く。When the substrate 10 is inverted with a long period of 100 nm or more in film thickness, the shape of the minute columnar bodies 12 becomes zigzag in the film thickness direction. Is not preferred. Therefore, the base 10
Is preferably shorter than the thickness of a column formed by ordinary oblique deposition. As a result, the zigzag shape disappears, and the main electric axis is directed in the vertical direction of the base 10.
【００５４】最適な反転周期は蒸着する材料によって異
なるが、通常の酸化物であれば、５０ｎｍ以下が適当で
ある。このようにして作製した膜は、通常の斜め蒸着膜
とは異なり、蒸着面に対して垂直な方向に長くのびた異
方的なかたちのコラム構造を示す。The optimum inversion period varies depending on the material to be deposited. However, it is appropriate for ordinary oxides to be 50 nm or less. The film manufactured in this way has a column structure in an anisotropic shape extending in a direction perpendicular to the evaporation surface, unlike a normal oblique evaporation film.
【００５５】本発明では、このコラム構造を、微小柱状
体１２の雛形として用い、この上に光吸収部１２ｂや、
透明部分を追加していくことによって、偏光子を作製す
る。In the present invention, this column structure is used as a template of the minute columnar body 12, on which the light absorbing portions 12b and
A polarizer is manufactured by adding a transparent part.
【００５６】図１３にＳｉＯ2を用いて作製した雛形の
表面のＡＦＭ像を示す。細長くのびた異方的な形態が明
確に確認できる。FIG. 13 shows an AFM image of the surface of the template prepared using SiO 2 . The elongated and anisotropic morphology can be clearly seen.
【００５７】そして、この異方的形態をした微小柱状体
１２の光吸収部１２ｂを形成する。すなわち、微小柱状
体の雛形の上に斜め蒸着によって、光を吸収する物質を
わずかに蒸着する。面内の蒸着方向を、異方性微小柱状
体１２の長手方向と垂直な方向に取り、適当な蒸着角を
設定することによって、微小柱状体の凸部にのみ、光吸
収材料を蒸着することができる。さらに、蒸着角を変化
させることによって、蒸着される部分のアスペクト比を
変化させることができるので、目的とする光の波長に最
適なアスペクト比を持った、光吸収部を形成することが
できる。すなわち、蒸着の条件を変更することで、図２
〜図１１に示した構成を得ることができる。Then, the light absorbing portions 12b of the anisotropic minute columnar body 12 are formed. That is, a light-absorbing substance is slightly deposited on the template of the microcolumns by oblique deposition. The in-plane deposition direction is taken in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the anisotropic microcolumns 12, and by setting an appropriate deposition angle, the light absorbing material is vapor-deposited only on the projections of the microcolumns. Can be. Further, since the aspect ratio of a portion to be deposited can be changed by changing the deposition angle, it is possible to form a light absorbing portion having an aspect ratio optimal for a target light wavelength. That is, by changing the conditions of the vapor deposition, FIG.
11 can be obtained.
【００５８】光吸収部１２ｂの厚さは、目的の光の波長
にあわせて最適化する必要があるが、あまり厚くする
と、雛形のかたちとは無関係に、斜めのコラム構造が成
長してしまうので、せっかく雛形を形成した意味がなく
なってしまう。雛形のかたちを忠実に再現するという点
において、光吸収部の厚さは、５０ｎｍ以下にすること
が望ましい。It is necessary to optimize the thickness of the light absorbing portion 12b according to the wavelength of the target light. However, if the thickness is too large, an oblique column structure grows regardless of the shape of the template. However, the meaning of forming the template is lost. In order to faithfully reproduce the shape of the template, the thickness of the light absorbing portion is desirably 50 nm or less.
【００５９】光吸収部１２の蒸着は、雛形作製時と同じ
く基体を面内反転してもよいが、単純な一方向からだけ
の斜め蒸着でもかまわない。光吸収部１２ｂは一層だけ
で、所望の特性が得られればよいが、膜厚が薄いので多
くの場合、光吸収部１２ｂにおいて十分な吸収が得られ
ない。これを解決するためには、光吸収部１２ｂを形成
した後に、続いて上述の雛形形成の方法と同様の方法で
透明部１２ａを形成し、その上に光吸収部１２ｂを形成
する。これを繰り返すことによって、所望の特性を得る
ことができる。The vapor deposition of the light absorbing portion 12 may be performed by inverting the substrate in the same manner as in forming the template, but may be a simple oblique vapor deposition from only one direction. It is sufficient that the light absorbing portion 12b has only one layer and desired characteristics can be obtained. However, since the film thickness is small, sufficient absorption cannot be obtained in the light absorbing portion 12b in many cases. In order to solve this, after forming the light absorbing portion 12b, the transparent portion 12a is formed by the same method as the above-described template forming method, and the light absorbing portion 12b is formed thereon. By repeating this, desired characteristics can be obtained.
【００６０】さらに、基体１０及び微小柱状体１２の材
料を適切に選択することで、紫外線から近赤外線までの
波長の光を直線偏光に変換することができる。Further, by appropriately selecting the materials of the base 10 and the microcolumns 12, light having a wavelength from ultraviolet to near infrared can be converted into linearly polarized light.
【００６１】このように、本実施形態における基体を所
定の頻度で反転させる動的斜め蒸着技術によって、制御
された異方的表面形態を得ることができる。そして、こ
の異方的形態のシャドウイング効果を利用して異方的形
態を有する光吸収物質の微粒子を形成することができ
る。すなわち、異方的形態を有する光吸収物質の微粒子
は、光吸収や反射において異方性を示す。このため、こ
れを利用して偏光子が実現できる。As described above, a controlled anisotropic surface morphology can be obtained by the dynamic oblique deposition technique of inverting the substrate at a predetermined frequency in the present embodiment. By utilizing the shadowing effect of the anisotropic form, fine particles of the light absorbing substance having the anisotropic form can be formed. That is, the fine particles of the light absorbing substance having the anisotropic morphology show anisotropy in light absorption and reflection. Therefore, a polarizer can be realized by using this.
【００６２】さらに、同様な斜め蒸着技術を利用した複
屈折膜の技術と組み合わせることによって、完全に薄膜
化された円偏光フィルタ、光アイソレータが実現され
る。また、本製造方法によれば、偏光制御素子を光ファ
イバや、レーザダイオードに直接形成することができ
る。そこで、光ファイバやレーザダイオードに実装する
際、偏光制御素子を小さなサイズに切ったり、光軸をあ
わせながら貼り付けるといった実装工程を完全に排除で
きる。そのため、大幅な低コスト化が可能になる。Further, by combining with a birefringent film technique utilizing the same oblique deposition technique, a circularly polarizing filter and an optical isolator which are completely thinned can be realized. Further, according to this manufacturing method, the polarization control element can be directly formed on an optical fiber or a laser diode. Therefore, when mounting on an optical fiber or a laser diode, a mounting process of cutting the polarization control element into a small size or attaching the polarization control element while aligning the optical axis can be completely eliminated. Therefore, a significant cost reduction can be achieved.
【００６３】「具体例１：Ａｇ−ＳｉＯ2」本発明によ
る偏光子具体的な例として、光吸収物質としてＡｇを、
透明部の物質としてＳｉＯ2を用いた例を説明する。"Specific Example 1: Ag-SiO 2 " As a specific example of the polarizer according to the present invention, Ag is used as a light absorbing material.
An example in which SiO 2 is used as the material of the transparent portion will be described.
【００６４】偏光子の作製手順は、次の通りである。The procedure for producing the polarizer is as follows.
【００６５】（ｉ）基体１０としてコーニング７０５９
ガラスを用意し、有機洗浄した後に真空槽に取り付け、
１×１０-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０-4Ｐａ）まで排気
した。(I) Corning 7059 as substrate 10
Prepare a glass, attach it to a vacuum chamber after organic cleaning,
Evacuation was performed to 1 × 10 −6 Torr (1.33 × 10 −4 Pa).
【００６６】（ｉｉ）基体１０の下方約５０ｃｍの位置
に配置した電子ビーム蒸着源に、ＳｉＯ2ペレットを入
れておき、これに電子ビームを照射して加熱した。(Ii) An SiO 2 pellet was placed in an electron beam evaporation source located at a position of about 50 cm below the substrate 10 and heated by irradiating it with an electron beam.
【００６７】（ｉｉｉ）蒸着角８２°、基体反転周期１
５ｎｍ（堆積厚１５ｎｍ毎に反転）で、基体反転を３０
回行い、ＳｉＯ2の雛形層（透明部１２ａ）を形成し
た。(Iii) Evaporation angle 82 °, substrate inversion cycle 1
5 nm (inversion every 15 nm of deposition thickness) and 30 inversion of substrate
This was repeated to form a SiO 2 template layer (transparent portion 12a).
【００６８】（ｉｖ）基体１０の下方約５０ｃｍの位置
に配置した電子ビーム蒸着源に、Ａｇペレットを用意
し、これに電子ビームを照射して加熱した。(Iv) Ag pellets were prepared in an electron beam evaporation source placed at a position of about 50 cm below the substrate 10, and the Ag pellets were irradiated with an electron beam and heated.
【００６９】（ｖ）蒸着角７５°で一方向から１５ｎｍ
のＡｇ層（光吸収部１２ｂ）を斜め蒸着した。(V) 15 nm from one direction at a deposition angle of 75 °
Ag layer (light absorbing portion 12b) was obliquely deposited.
【００７０】（ｖｉ）蒸発源をＳｉＯ2に交換し、再び
電子ビームを照射して加熱した。(Vi) The evaporation source was exchanged for SiO 2 , and the film was heated again by irradiating it with an electron beam.
【００７１】（ｖｉｉ）蒸着角８２°、基体反転周期１
５ｎｍで、基体反転を１０回行い、ＳｉＯ2を蒸着し
た。(Vii) Evaporation angle 82 °, substrate inversion cycle 1
The substrate was inverted 10 times at 5 nm to deposit SiO 2 .
【００７２】（ｖｉｉｉ）（ｉｖ）〜（ｖｉｉ）の工程
を４回繰り返し、内部に光吸収部１２ｂを８層含む微小
柱状体１２を多数有する薄膜偏光子を作製した。(Viii) The steps (iv) to (vii) were repeated four times to produce a thin film polarizer having a large number of microcolumns 12 containing eight light absorbing portions 12b therein.
【００７３】図１４に、蒸着面に平行に振動する直線偏
光（ｐ−偏光）と垂直に振動する直線偏光（ｓ−偏光）
の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（％）：Ｔｐ，
Ｔｓ）を、所定の波長（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）範囲に
ついて示す。波長８００ｎｍ以上で良好な偏光特性を示
し、光通信に有用な１．３μｍ帯では、ｐ−偏光の透過
率８０％以上、消光比１：１０００以上が得られた。FIG. 14 shows linearly polarized light (p-polarized light) oscillating parallel to the deposition surface and linearly polarized light (s-polarized light) oscillating perpendicularly.
Transmittance (transmittance (%): Tp,
Ts) is shown for a given wavelength range. Good polarization characteristics were exhibited at a wavelength of 800 nm or more, and in the 1.3 μm band useful for optical communication, a transmittance of p-polarized light of 80% or more and an extinction ratio of 1: 1000 or more were obtained.
【００７４】また、光吸収部の一層あたりのＡｇの膜厚
を変化させると、消光比が最大になる波長が変化するこ
ともわかった。すなわち、Ａｇの膜厚で、偏光特性を制
御することができる。It was also found that the wavelength at which the extinction ratio becomes maximum changes when the thickness of Ag per layer of the light absorbing portion is changed. That is, the polarization characteristics can be controlled by the Ag film thickness.
【００７５】「具体例２：円偏光フィルタ」上記偏光子
を作製する前のガラス基板（基体１０）上に、特公平７
−３４８６号公報に開示されている斜め蒸着法で、Ｔｉ
Ｏ2を用いた１．３μｍ帯用の１／４波長板を作製し、
基体１０を面内で正確に４５°回転した後に、上述の方
法で、Ａｇ−ＳｉＯ2偏光子を作製した。[Specific Example 2: Circularly Polarized Filter] A glass substrate (substrate 10) before producing the above-mentioned polarizer is placed on a glass substrate (substrate 10).
No. 3486, the oblique deposition method disclosed in US Pat.
A quarter-wave plate for the 1.3 μm band using O 2 was prepared,
After the substrate 10 was rotated exactly 45 ° in the plane, an Ag—SiO 2 polarizer was produced by the method described above.
【００７６】図１５に構成図を示す。このように、図１
５の上図におけるガラス基板２０に対し、右上及び左下
の方向からＴｉＯ2を蒸着することで、ガラス基板２０
上に１／４波長板２２を作成する。次に、左右方向から
Ａｇと、ＳｉＯ2を蒸着することで、Ａｇ−ＳｉＯ2偏光
子２４を形成する。なお、実際には、ガラス基板の方を
４５°回転させる。このようにして、できあがった膜は
良好な円偏光フィルターになった。また、これをアイソ
レータとして用いた場合、光ファイバ端部等における反
射をほぼ完全に消去することができた。FIG. 15 shows a configuration diagram. Thus, FIG.
5, TiO 2 is deposited from the upper right and lower left directions on the glass substrate 20 in the upper diagram to
A quarter-wave plate 22 is formed on the top. Next, Ag-SiO 2 polarizer 24 is formed by evaporating Ag and SiO 2 from the left and right directions. In practice, the glass substrate is rotated by 45 °. Thus, the resulting film was a good circularly polarized light filter. When this was used as an isolator, the reflection at the end of the optical fiber or the like could be almost completely eliminated.
【００７７】[0077]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
異方的な形状をもつ微小柱状体を有し、その微小柱状体
の異方的形状を利用して異方的形状を持つ不透明な物質
の部分を形成できる。そこで、この不透明物質の異方的
形状を利用して、偏光子を形成することができる。ま
た、透明物質、不透明物質に適切な材料を選択すること
で、各種波長の光についての偏光子を得ることができ
る。As described above, according to the present invention,
An opaque substance having an anisotropic shape can be formed by using a micro columnar body having an anisotropic shape and utilizing the anisotropic shape of the micro columnar body. Then, a polarizer can be formed using the anisotropic shape of this opaque substance. Further, by selecting an appropriate material for the transparent substance and the opaque substance, a polarizer for light of various wavelengths can be obtained.
【００７８】また、本発明によれば、斜め蒸着によっ
て、異方的な形状を有する微小柱状体を多数整列して作
成できる。そこで、この微小柱を利用して異方的な形状
を有する不透明部分を作成することができ、これによっ
て偏光子を形成することができる。従って、比較的容易
に偏光子を作成することができる。また、この製造方法
によれば、光ファイバやレーザダイオードをそのまま基
体として偏光子を直接作成することもできる。従って、
実装する手間を省くことができる。そこで、偏光子を有
する各種光制御素子のコストを大幅に下げることができ
る。Further, according to the present invention, a large number of anisotropically shaped fine columnar bodies can be aligned and formed by oblique vapor deposition. Therefore, an opaque portion having an anisotropic shape can be formed by using the microcolumns, whereby a polarizer can be formed. Therefore, a polarizer can be relatively easily produced. Further, according to this manufacturing method, a polarizer can be directly formed using an optical fiber or a laser diode as a base as it is. Therefore,
The time and effort for mounting can be saved. Thus, the cost of various light control elements having a polarizer can be significantly reduced.
【図１】 偏光子の基本構造を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic structure of a polarizer.
【図２】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a structural example of a minute columnar body.
【図３】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a structural example of a micro columnar body.
【図４】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 4 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図５】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 5 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図６】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 6 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図７】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 7 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図８】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 8 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図９】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 9 is a view showing a structural example of a micro columnar body.
【図１０】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a structural example of a minute columnar body.
【図１１】 微小柱状体の構造例を示す図である。FIG. 11 is a view showing a structural example of a minute columnar body.
【図１２】 斜め蒸着を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating oblique deposition.
【図１３】 表面形状を示す電子顕微鏡写真である。FIG. 13 is an electron micrograph showing a surface shape.
【図１４】 Ａｇ−ＳｉＯ2偏光子のスペクトルを示す
図である。FIG. 14 is a diagram showing a spectrum of an Ag—SiO 2 polarizer.
【図１５】 薄膜円偏光フィルタの構成を示す図であ
る。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a thin-film circularly polarizing filter.
１０ 基体、１２ 微小柱状体、１２ａ 透明部、１２
ｂ 光吸収部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate, 12 Micro pillar, 12a Transparent part, 12
b Light absorbing part.
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA03 BA45 BB03 BC01 BC09 BC22 BC25 2H099 BA02 CA00 CA08 DA05 2K009 BB02 BB04 CC03 CC06 CC12 CC14 CC42 DD03 EE00 4K029 AA09 AA24 BA04 BA32 BA35 BA43 BA46 BA48 BB02 BB07 BC07 BD00 CA01 CA15 DB14Continued on the front page F term (reference) 2H049 BA02 BA03 BA45 BB03 BC01 BC09 BC22 BC25 2H099 BA02 CA00 CA08 DA05 2K009 BB02 BB04 CC03 CC06 CC12 CC14 CC42 DD03 EE00 4K029 AA09 AA24 BA04 BA32 BA35 BA43 BA46 BA48 BB02 CA01 BC07
Claims (6)
微小柱状体と、を有する偏光制御素子であって、 各微小柱状体は、 前記基体に略平行な断面が所定のアスペクト比を持つ異
方的な形状であり、 透明な物質の部分と不透明な物質の部分の組合せで構成
されているとともに、その不透明な物質の部分が微小柱
状体の形状に応じて異方的な形状となっており、 かつ、多数の微小柱状体は、前記基体に略平行な断面の
長手方向が略直線状あるいは略平行となるように配置さ
れていることを特徴とする偏光制御素子。1. A polarization control element having a substrate and a large number of microcolumns formed on the substrate, wherein each microcolumn has a predetermined aspect ratio in a cross section substantially parallel to the substrate. It is composed of a combination of a transparent material part and an opaque substance part, and the opaque substance part has an anisotropic shape according to the shape of the micro pillars. A polarization control element, wherein a large number of microcolumns are arranged such that a longitudinal direction of a cross section substantially parallel to the base is substantially linear or substantially parallel.
て、 前記微小柱状体のアスペクト比は、２〜５０の範囲内で
あることを特徴とする偏光制御素子。2. The polarization control element according to claim 1, wherein an aspect ratio of the micro pillar is in a range of 2 to 50.
であって、 前記不透明な物質の部分が、少なくとも各微小柱状体の
先端部に形成されていることを特徴とする偏光制御素
子。3. The polarization control element according to claim 1, wherein the portion of the opaque substance is formed at least at a tip end of each of the micro pillars.
光制御素子であって、 前記不透明な物質の部分が、少なくとも各微小柱状体の
中間部分に形成されていることを特徴とする偏光制御素
子。4. The polarization controlling element according to claim 1, wherein the opaque material portion is formed at least in an intermediate portion of each micro pillar. Polarization control element.
するとともに、その方向を随時反転することで所定のア
スペクト比を持つ異方的な形状の微小柱状体を多数その
長手方向及び短手方向を揃えて形成する透明物質蒸着工
程と、 形成された微小柱状体の表面に不透明物質を蒸着する不
透明物質蒸着工程と、 を有することを特徴とする偏光制御素子の製造方法。5. A large number of anisotropically-shaped fine columnar bodies having a predetermined aspect ratio are formed by vapor-depositing a transparent substance from an oblique direction on a substrate and inverting the direction at any time. A method for manufacturing a polarization controlling element, comprising: a transparent substance vapor deposition step of forming a directionally aligned transparent substance; and an opaque substance vapor deposition step of depositing an opaque substance on the surface of the formed micro pillar.
ぞれを少なくとも２回以上行うことを特徴とする偏光制
御素子の製造方法。6. The method according to claim 5, wherein each of the opaque material deposition step and the opaque substance deposition step is performed at least twice.
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