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JPH09318813A - Polarizer - Google Patents

Polarizer

Info

Publication number
JPH09318813A
JPH09318813A JP13691096A JP13691096A JPH09318813A JP H09318813 A JPH09318813 A JP H09318813A JP 13691096 A JP13691096 A JP 13691096A JP 13691096 A JP13691096 A JP 13691096A JP H09318813 A JPH09318813 A JP H09318813A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal particles
metal
glass
polarizing element
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP13691096A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasushi Sato
恭史 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP13691096A priority Critical patent/JPH09318813A/en
Publication of JPH09318813A publication Critical patent/JPH09318813A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長期安定性に優れ厳しい信頼性試験等におい
ても特性劣化のない優れた偏光素子を提供すること。 【解決手段】 透光性を有する誘電体基板1の少なくと
も一主面上に、シリコン酸化物を含有する誘電体中に異
方性を有する金属粒子2を分散させた偏光層を設けて成
る偏光素子であって、偏光層の金属粒子2が、その金属
酸化物を生成するための標準生成エンタルピーが、シリ
コン酸化物の標準生成エンタルピーより大きい金属から
成ることを特徴とする。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide an excellent polarizing element which is excellent in long-term stability and does not deteriorate in characteristics even in severe reliability tests. SOLUTION: A polarized light is formed by disposing a polarizing layer in which metal particles 2 having anisotropy are dispersed in a dielectric material containing silicon oxide on at least one main surface of a dielectric substrate 1 having translucency. The device is characterized in that the metal particles 2 of the polarizing layer are made of a metal whose standard enthalpy of formation for forming the metal oxide is higher than that of silicon oxide.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用機器,光
記録用機器,光センサ等に使用される偏光素子に関する
ものであり、特に光通信用機器に用いられる光アイソレ
ータ等に好適に使用される高消光比で且つ高信頼性の偏
光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarizing element used in optical communication equipment, optical recording equipment, optical sensors and the like, and is preferably used for optical isolators and the like used in optical communication equipment. And a highly reliable polarizing element having a high extinction ratio.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より光アイソレータは、光通信用の
重要なデバイスとして、送信機,中継機,各種アンプ等
に用いられている。偏光素子はこのような光アイソレー
タを構成する主要な部品の一つであり、特定の偏光方向
を有する光のみを通過させ、この偏光方向と直交する偏
光方向を有する光を遮断するといった機能を具備したも
のである。
2. Description of the Related Art Conventionally, optical isolators have been used in transmitters, repeaters, various amplifiers, etc. as important devices for optical communication. The polarizing element is one of the main components of such an optical isolator, and has a function of passing only light having a specific polarization direction and blocking light having a polarization direction orthogonal to this polarization direction. It was done.

【0003】ところで、材料を延伸することによって得
られる光学異方性を利用する部品は古くより存在し、高
分子フィルムを用いた偏光フィルム等が広く知られてい
る。また、ガラス中に分散させた微細な異方性金属粒子
によって、赤外域で偏光特性を発揮する偏光素子も知ら
れており、高分子のものより損失が小さく、しかも耐久
性も高いために、光通信の分野で盛んに使用されてい
る。
By the way, there have been parts for utilizing optical anisotropy obtained by stretching a material for a long time, and a polarizing film using a polymer film and the like are widely known. Further, by the anisotropic fine metal particles dispersed in the glass, a polarizing element that exhibits polarization characteristics in the infrared region is also known, because loss is smaller than that of a polymer, and because of high durability, It is widely used in the field of optical communication.

【0004】このような偏光素子は、以下のようにして
作製される。例えば、ハロゲン化銀を含むガラス中に熱
処理によりハロゲン化銀を凝集させ、次いで加熱延伸に
より微細なハロゲン化銀粒子の回転楕円体への変形と、
該回転楕円体の長軸方向の配向を同時に行なった後に、
ハロゲン化銀を金属銀に還元して偏光特性を生じるよう
にして偏光素子を作製するのである(例えば、特開昭5
6−169140号公報を参照:以下、溶融法と称す
る)。
Such a polarizing element is manufactured as follows. For example, by aggregating silver halide by heat treatment in a glass containing silver halide, and then by heat stretching, deformation of fine silver halide grains into a spheroid,
After simultaneously performing the major axis orientation of the spheroid,
A polarizing element is produced by reducing silver halide to metallic silver so as to generate a polarizing characteristic (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Sho 5).
See JP-A 6-169140: hereinafter referred to as a melting method).

【0005】この偏光素子は、図4に示すように入射光
12に対して、ガラスG中に分散された回転楕円体状の
金属粒子13の長軸方向の偏光成分14を吸収し、短軸
方向の偏光成分15をほとんど透過させるように機能す
る。
As shown in FIG. 4, this polarizing element absorbs the polarized component 14 in the major axis direction of the spheroidal metal particles 13 dispersed in the glass G with respect to the incident light 12 and has the minor axis. It functions to almost transmit the polarized component 15 of the direction.

【0006】ところが、上記溶融法による偏光素子は、
ハロゲン化銀を金属銀に還元する必要があるため還元ガ
スを導入する場合がある。還元ガスは他の物質と反応す
るため、取扱いに注意を要するだけでなく高価である。
また、還元はハロゲン化銀の表面から進行し、偏光に関
わる部分は表面から数10μmの深さであることから、
大部分の銀はハロゲン化銀のままとなる。このため、偏
光特性に寄与しないハロゲン化銀が挿入損失の増加の要
因にもなっていた。
However, the polarizing element produced by the melting method is
Since it is necessary to reduce silver halide to metallic silver, a reducing gas may be introduced. Since reducing gas reacts with other substances, it is not only careful to handle but also expensive.
Further, since the reduction proceeds from the surface of the silver halide and the portion related to the polarized light has a depth of several tens of μm from the surface,
Most silver remains silver halide. Therefore, silver halide, which does not contribute to the polarization characteristics, has also been a factor of increasing the insertion loss.

【0007】これら諸問題に対応するために、ガラス中
に金属微粒子を分散させた偏光素子として、次のような
ものが提案されている。この偏光素子は金属粒子を分散
させるために、ガラス等の誘電体基板上に真空蒸着等の
薄膜作製プロセスを利用して金属を島状に成膜した(以
下、島状金属と称する)層と、ガラス等の誘電体層を交
互に形成し、加熱延伸によって異方性をもたせるように
したものもある(以下、薄膜法と称する)。このような
薄膜法は上記溶融法と比較すると、還元が不要となる、
プロセスが容易となる等のメリットがある(例えば、1
990年電子情報通信学会秋期全国大会,講演予稿集,
C−212を参照)。
In order to deal with these various problems, the following has been proposed as a polarizing element in which fine metal particles are dispersed in glass. In order to disperse metal particles, this polarizing element has a layer in which a metal is formed in an island shape (hereinafter referred to as an island metal) on a dielectric substrate such as glass by using a thin film forming process such as vacuum deposition. In some cases, dielectric layers such as glass are alternately formed and anisotropy is provided by heating and stretching (hereinafter referred to as a thin film method). Compared with the melting method, such a thin film method does not require reduction,
There are merits such as easy process (for example, 1
990 IEICE Autumn National Conference, Proceedings,
See C-212).

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記薄膜法により作製
した偏光素子は、製造後短時間では常温においてガラス
中の金属が外気やガラス中の酸素の影響を受けることは
少ないが、長時間経つとガラス中に入り込んだ酸素と金
属が反応したり、ガラス中に含まれる酸素と金属が反応
して化合物を形成して、偏光特性が悪くなる場合があ
る。
In the polarizing element manufactured by the above-mentioned thin film method, the metal in the glass is less affected by outside air or oxygen in the glass at room temperature in a short time after manufacturing, but after a long time, In some cases, the oxygen entering the glass reacts with the metal, or the oxygen contained in the glass reacts with the metal to form a compound, which deteriorates the polarization characteristics.

【0009】また特に、偏光素子が光通信用として用い
られる場合、偏光素子を他の構成部材と組付ける工程
で、半田付けや低融点ガラス等による接合などで200
〜500℃の高温状態に置かれたり、光アイソレータと
して完成した段階で、例えば150℃の数千時間の信頼
性試験が課せられることがあり、このような場合にガラ
ス中の金属が酸素と反応して金属が劣化し偏光特性が悪
くなり、耐環境性や信頼性が厳しく要求される光通信用
部品にとり非常に問題となる。
Further, in particular, when the polarizing element is used for optical communication, in the process of assembling the polarizing element with other constituent members, soldering or bonding with a low melting point glass is used.
When it is placed in a high temperature state of ~ 500 ° C or when it is completed as an optical isolator, a reliability test of 150 ° C for several thousand hours may be imposed. In such a case, the metal in the glass reacts with oxygen. As a result, the metal deteriorates and the polarization characteristics deteriorate, which is a serious problem for optical communication components that require strict environmental resistance and reliability.

【0010】そこで、本発明は誘電体中のシリコン,及
びシリコン酸化物の標準生成エンタルピー,誘電体中の
金属,及びその酸化物の標準生成エンタルピーに着目
し、偏光に寄与させる金属粒子を酸化物の標準生成エン
タルピーに基づいて選定することにより、長期安定性に
優れ厳しい信頼性試験等においても特性劣化のない優れ
た偏光素子を提供することを本発明の目的とする。
Therefore, the present invention focuses on the standard enthalpies of formation of silicon and silicon oxide in the dielectric, the standard enthalpies of formation of metals and their oxides in the dielectric, and the metal particles that contribute to polarization are oxides. It is an object of the present invention to provide an excellent polarizing element which is excellent in long-term stability and does not deteriorate in characteristics even in a severe reliability test or the like by selecting it based on the standard enthalpy of formation.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光素子は、透光性を有する誘電体基板の
少なくとも一主面上に、シリコン酸化物を含有する誘電
体中に異方性を有する多数の金属粒子を分散させた偏光
層を設けて成る偏光素子であって、偏光層の金属粒子
が、その金属酸化物を生成するための標準生成エンタル
ピーが、シリコン酸化物の標準生成エンタルピーより大
きい金属から成ることを特徴とする。さらに、金属粒子
が珪酸化合物を生成しないものであるとなおよい。
In order to solve the above-mentioned problems, the polarizing element of the present invention has a dielectric substrate containing a silicon oxide on at least one main surface of a dielectric substrate having translucency. A polarizing element comprising a polarizing layer in which a large number of metal particles having anisotropy are dispersed, wherein the metal particles of the polarizing layer have a standard enthalpy of formation for forming the metal oxide of silicon oxide. It is characterized by being composed of a metal having a larger enthalpy of formation than standard. Furthermore, it is more preferable that the metal particles do not form a silicic acid compound.

【0012】また、金属粒子のアスペクト比(長軸平均
長さ/短軸平均長さ)が10〜30であることを特徴と
する。アスペクト比をこの範囲にする理由は、アスペク
ト比が高いほど消光比が増加するが、金属粒子に異方性
を付与させるために基板を延伸する場合に、基板の延伸
率が増加して延伸が困難になり、しかも消光比の増加率
がアスペクト比の高い領域で減少するためである。な
お、特に好ましくは15〜25程度とする。
Further, the aspect ratio of the metal particles (long-axis average length / short-axis average length) is 10 to 30. The reason for setting the aspect ratio in this range is that the extinction ratio increases as the aspect ratio increases, but when stretching the substrate to impart anisotropy to the metal particles, the stretching ratio of the substrate increases and stretching This is because it becomes difficult and the rate of increase of the extinction ratio decreases in a region having a high aspect ratio. In addition, especially preferably, it is about 15 to 25.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面に基づき詳細に説明する。本発明の偏光素子は、例
えば図1に示すように、透光性を有する誘電体基板1の
少なくとも一主面上(両主面上でもよい)に、シリコン
酸化物を含有する誘電体層3中に異方性を有する回転楕
円体状の金属粒子2が分散された偏光層H1を設けた偏
光素子P1において、金属粒子2が、その金属酸化物を
生成するための標準生成エンタルピーが、シリコン酸化
物(例えばSiO2 )の標準生成エンタルピーより大き
い金属である。すなわち、シリコン酸化物としてSiO
2 を考えた場合、標準生成エンタルピー△Hf〔kcal/
g.e. 〕(金属酸化物1モルの標準生成エンタルピーを
酸素1グラム当量に換算したもの。)は−53〔kcal/
g.e.〕であるから、例えばCuOの標準生成エンタルピ
ーは−20〔kcal/g.e. 〕、Niのそれは−28〔kcal
/g.e. 〕であるので、CuやNiは金属粒子として使用
可能である。なお、偏光層H1の最上層3uの上には、
TiO2 ,SiO2 ,MgO等の誘電体材料から成る単
層もしくは多層(複合)膜の反射防止膜4を設けてい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, for example, the polarizing element of the present invention has a dielectric layer 3 containing silicon oxide on at least one main surface (or both main surfaces) of a dielectric substrate 1 having translucency. In the polarizing element P1 provided with the polarizing layer H1 in which the spheroidal metal particles 2 having anisotropy are dispersed, the standard enthalpy of formation for the metal particles 2 to generate the metal oxide is silicon. It is a metal that is larger than the standard enthalpy of formation of oxides (eg SiO 2 ). That is, SiO as the silicon oxide
When considering 2 , standard enthalpy of formation ΔHf [kcal /
ge] (standard enthalpy of formation of 1 mol of metal oxide converted to 1 gram equivalent of oxygen) is -53 [kcal /
ge], the standard enthalpy of formation of CuO is -20 [kcal / ge] and that of Ni is -28 [kcal].
/ ge], Cu and Ni can be used as metal particles. In addition, on the uppermost layer 3u of the polarizing layer H1,
A single-layer or multi-layer (composite) antireflection film 4 made of a dielectric material such as TiO 2 , SiO 2 , or MgO is provided.

【0014】ここで、誘電体基板1は例えばパイレック
スガラス(パイレックスとは、コーニング・ガラス・イ
ンダストリーの商標)やBKガラス(BKとは、HOY
A社の商品名)等のほう珪酸ガラスを用い、これ以外に
シリカガラス等の高融点ガラスやソーダガラス等の低融
点ガラスでシリコン酸化物を主成分(50wt%以上)と
するガラスを用いてもよい。
Here, the dielectric substrate 1 is made of, for example, Pyrex glass (Pyrex is a trademark of Corning Glass Industry) or BK glass (BK is HOY).
Borosilicate glass (trade name of Company A) is used, and in addition to this, high-melting glass such as silica glass and low-melting glass such as soda glass containing silicon oxide as a main component (50 wt% or more) are used. Good.

【0015】特に、本偏光素子をアイソレータに利用す
る場合は、ほう珪酸ガラスが好ましい。なぜなら、ほう
珪酸ガラスの体熱膨張率は、光アイソレータのホルダに
使用される金属材料に近似するからである。例えば、ホ
ルダ材料として使用されるNi−Fe合金の体熱膨張率
の90〜96×10-7/℃に近く、ホルダへの封止が極
めて容易であるからである。例えば、BK−7ガラス
(SiO2 が約69wt%,B2 3 が約10wt%)の体
熱膨張率は72〜89×10-7/℃程度で、Ni−Fe
合金の体熱膨張率に非常に近似しているので好適に使用
可能である。
In particular, when the present polarizing element is used as an isolator, borosilicate glass is preferable. This is because the coefficient of thermal expansion of borosilicate glass is close to the metal material used for the holder of the optical isolator. This is because, for example, the body thermal expansion coefficient of the Ni—Fe alloy used as the holder material is close to 90 to 96 × 10 −7 / ° C., and sealing in the holder is extremely easy. For example, the body thermal expansion coefficient of BK-7 glass (SiO 2 is about 69 wt%, B 2 O 3 is about 10 wt%) is about 72 to 89 × 10 −7 / ° C., and Ni—Fe is used.
It can be preferably used because it is very close to the body thermal expansion coefficient of the alloy.

【0016】また、誘電体層3は基板1と同種の材料が
好ましく、例えば基板1にパイレックスガラスを用いる
場合には、誘電体層3にもパイレックスガラスを用い、
熱膨張率等の特性を一致させることが好ましい。
The dielectric layer 3 is preferably made of the same material as the substrate 1. For example, when Pyrex glass is used for the substrate 1, Pyrex glass is also used for the dielectric layer 3.
It is preferable to match the characteristics such as the coefficient of thermal expansion.

【0017】金属粒子2は、その金属酸化物の標準生成
エンタルピーがシリコン酸化物の標準生成エンタルピー
より大きいものが選定される。すなわち、Au,Ag,
Pt,Rh,Ir等の貴金属や、Cu,Ni,Fe,Z
n,Cr等の遷移金属から選択される1種以上の金属と
する。さらに、これら金属のうち、珪酸化合物を生成し
ない金属、すなわち、上記貴金属やCu,Ni,Cr等
が望ましい。さらに、誘電体層3との濡れが悪く凝集し
やすい金属でしかも酸化され難く、誘電体層3中で金属
粒子2として存在し得るものが望ましい。これらの内、
特に好ましいものは、低融点なため凝集が容易で、ガラ
スとの濡れが悪く、しかも酸化され難いAuと、安価で
ガラスとの濡れが悪いCuである。なお、金属粒子2は
金属単体に限定されるものではなく合金でもよい。
The metal particles 2 are selected such that the standard enthalpy of formation of the metal oxide is larger than the standard enthalpy of formation of silicon oxide. That is, Au, Ag,
Noble metals such as Pt, Rh, Ir, Cu, Ni, Fe, Z
One or more metals selected from transition metals such as n and Cr. Further, among these metals, a metal that does not generate a silicate compound, that is, the above-mentioned noble metal, Cu, Ni, Cr or the like is desirable. Further, it is desirable that the metal is a metal that is poorly wetted with the dielectric layer 3 and easily aggregates, and is hard to be oxidized, and that can exist as the metal particles 2 in the dielectric layer 3. Of these,
Particularly preferred are Au, which has a low melting point and thus easily agglomerates, has poor wetting with glass, and is not easily oxidized, and Cu, which is inexpensive and has poor wetting with glass. The metal particles 2 are not limited to simple metals, but may be alloys.

【0018】また、金属粒子2は回転楕円体状で異方性
が有り、図1(ただし、光の進行方向をZ方向とし、こ
れに直角な平面をX−Y平面とする。)では、金属粒子
2の長軸方向がY方向で、短軸方向がX方向である。ま
た、金属粒子2の長軸長さと短軸長さの比がアスペクト
比であるが、ここでは多数の金属粒子2のアスペクト比
の平均値を単にアスペクト比と呼ぶものとする。
The metal particles 2 are spheroidal and have anisotropy, and in FIG. 1 (where the traveling direction of light is the Z direction, and the plane perpendicular to this is the XY plane). The major axis direction of the metal particles 2 is the Y direction, and the minor axis direction is the X direction. Further, the ratio of the major axis length to the minor axis length of the metal particles 2 is the aspect ratio, but here, the average value of the aspect ratios of many metal particles 2 is simply referred to as the aspect ratio.

【0019】金属粒子2が回転楕円体状になるのは、偏
光層H1の成膜後の延伸時に、基板1と共に金属粒子2
が延伸方向に引き延ばされるからである。そして、アス
ペクト比が高いほど消光比が増加するが、それと同時に
基板1の延伸率が増加して延伸が困難になり、しかも消
光比の増加率がアスペクト比の高い領域で減少するた
め、アスペクト比は10〜30が適当であり、特に好ま
しくは15〜25程度とする。なお、消光比は所定波長
において偏光していない入力光を用いた際に、X方向の
偏光とY方向の偏光の損失の比をデシベル単位で示した
ものとする。
The metal particles 2 have a spheroidal shape because the metal particles 2 are formed together with the substrate 1 during stretching after the polarizing layer H1 is formed.
Is stretched in the stretching direction. The higher the aspect ratio, the higher the extinction ratio, but at the same time, the stretching rate of the substrate 1 increases, making it difficult to stretch. Further, the rate of increase of the extinction ratio decreases in the region with a high aspect ratio. Is preferably 10 to 30, and particularly preferably about 15 to 25. The extinction ratio is a ratio of the loss of polarized light in the X direction to the loss of polarized light in the Y direction when the input light that is not polarized at a predetermined wavelength is used.

【0020】金属粒子2の短軸長さが増加すると、透過
すべきX方向の偏光に対する挿入損失が増加し、このこ
とからもアスペクト比が10以上、より好ましくは15
以上で短軸長さが短く挿入損失を小さくすることが好ま
しい。金属粒子2の長軸平均長さが増加すると、Y方向
の吸収ピーク波長が増加し、光通信で用いる波長域
(1.3μm 程度)に接近する。しかしながら、金属粒
子2のアスペクト比に製造上の制限があり、短軸長さの
増加が挿入損失をもたらすことを加味すると、長軸長さ
にも制限が生じる。
As the length of the minor axis of the metal particles 2 increases, the insertion loss with respect to the polarized light in the X direction to be transmitted also increases. From this, the aspect ratio is 10 or more, more preferably 15
As described above, it is preferable that the minor axis length is short and the insertion loss is small. When the long axis average length of the metal particles 2 increases, the absorption peak wavelength in the Y direction increases and approaches the wavelength range (about 1.3 μm) used in optical communication. However, considering that the aspect ratio of the metal particles 2 is limited due to manufacturing and the increase of the minor axis length causes an insertion loss, the major axis length is also limited.

【0021】そこで、金属粒子2についての好ましい条
件は、アスペクト比が10〜30,長軸長さの平均値が
10〜300nm,短軸長さの平均値が1〜10nmであ
り、より好ましくはアスペクト比が10〜30,長軸長
さの平均値が30〜200nm,短軸長さの平均値が2〜
10nmであり、最も好ましくはアスペクト比が15〜2
5,長軸長さの平均値が40〜200nm,短軸長さの平
均値が2〜10nmである。
Therefore, the preferable conditions for the metal particles 2 are that the aspect ratio is 10 to 30, the average major axis length is 10 to 300 nm, and the average minor axis length is 1 to 10 nm, more preferably. Aspect ratio is 10 to 30, average length of major axis is 30 to 200 nm, average length of minor axis is 2 to
10 nm, most preferably an aspect ratio of 15-2
5, the average value of the major axis length is 40 to 200 nm, and the average value of the minor axis length is 2 to 10 nm.

【0022】図1の場合、Z方向に入射した入射光は、
Y方向の偏光成分が金属粒子2の自由電子との共鳴で吸
収され、X方向の偏光成分は透過率が高く、偏光した出
射光となる。また、Y方向とX方向とでは吸収のピーク
波長に差があり、Y方向ではX方向よりも長波長側に吸
収のピークがある。そして、特に指摘しない場合、消光
比はY方向の吸収のピークが生じる波長で定める。
In the case of FIG. 1, the incident light incident in the Z direction is
The polarization component in the Y direction is absorbed by resonance with the free electrons of the metal particles 2, and the polarization component in the X direction has a high transmittance and becomes polarized outgoing light. In addition, there is a difference in absorption peak wavelength between the Y direction and the X direction, and there is an absorption peak in the Y direction on the longer wavelength side than the X direction. Unless otherwise specified, the extinction ratio is determined by the wavelength at which the absorption peak in the Y direction occurs.

【0023】次に上記偏光素子の製法について説明す
る。例えば、次のようにして作製する。すなわち、図1
に示すように、偏光素子P1は誘電体基板1の一主面上
もしくは両主面上に、異方性を有する金属粒子2が分散
された金属粒子層とガラスから成る誘電体層3とを交互
に積層させて成る偏光層H1を形成する際に、A〜Cの
工程(A:ガラスから成る誘電体成膜面に金属微粒子を
スパッタ法により被着形成させる工程,B:誘電体成膜
面に該誘電体のガラス軟化点より低い温度で加熱して、
金属微粒子を成長させてより径の大きな回転楕円体状の
金属粒子2を形成させる工程,C:金属粒子層上に、ス
パッタ法により誘電体層3を膜状に形成させる工程)を
複数回繰り返し行う。そして、しかる後に誘電体基板1
の一主面もしくは両主面の最外に形成された誘電体層3
を加熱しながら、一定方向に応力を加えることで延伸
(熱塑性変形)せしめることにより、ガラス層内に分散
した金属粒子に異方性を付与させる。さらに、表面を平
滑にするため、CMP法等による研磨を行い、反射防止
膜4を形成する。なお、図示していない基板裏面も偏光
層が形成されるされないにかかわらず同様に反射防止膜
を形成する。
Next, a method of manufacturing the above polarizing element will be described. For example, it is manufactured as follows. That is, FIG.
As shown in FIG. 2, the polarizing element P1 includes a metal particle layer in which metal particles 2 having anisotropy are dispersed and a dielectric layer 3 made of glass on one main surface or both main surfaces of the dielectric substrate 1. When forming the polarizing layers H1 which are alternately laminated, steps A to C (A: step of depositing metal fine particles on the dielectric film-forming surface made of glass by a sputtering method, B: dielectric film forming) Heating to a temperature below the glass softening point of the dielectric,
Steps of growing metal fine particles to form spheroidal metal particles 2 having a larger diameter, C: forming a dielectric layer 3 in a film shape on the metal particle layer by a sputtering method are repeated a plurality of times. To do. Then, after that, the dielectric substrate 1
Dielectric layer 3 formed on the outermost of one main surface or both main surfaces
While being heated, it is stretched (thermoplastically deformed) by applying stress in a certain direction to impart anisotropy to the metal particles dispersed in the glass layer. Further, in order to make the surface smooth, polishing is performed by a CMP method or the like to form the antireflection film 4. An antireflection film is similarly formed on the back surface of the substrate (not shown) even though the polarizing layer is not formed.

【0024】また、図3に示すように、透光性を有する
誘電体基板1の少なくとも一方の主面上に、誘電体層と
金属微粒子との混合物薄膜を形成し、次いで混合物薄膜
を加熱することにより混合物薄膜中に金属微粒子の凝集
による多数の金属粒子2を形成し、しかる後に基板1と
混合物薄膜とを加熱下で延伸し、金属粒子2を回転楕円
体状に引き延ばすようにして偏光層H2を有する偏光素
子P2を製造してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, a mixture thin film of a dielectric layer and metal fine particles is formed on at least one main surface of a transparent dielectric substrate 1, and then the mixture thin film is heated. As a result, a large number of metal particles 2 are formed in the mixture thin film by agglomeration of metal fine particles, and then the substrate 1 and the mixture thin film are stretched under heating to stretch the metal particles 2 in a spheroidal shape to form a polarizing layer. You may manufacture the polarizing element P2 which has H2.

【0025】[0025]

【実施例】次に、より具体的な実施例について説明す
る。実施例1 図1に示すように、サイズが76mm×10mm×1mmのほ
う珪酸系のガラスであるBK−7ガラス(軟化点:72
4℃,体熱膨張率:72〜89×10-7/℃)を用いて
ガラス基板1とした。基板1に2元マグネトロンスパッ
タ装置を用いてスパッタリングで成膜し、金属粒子用の
ターゲットにCuを、誘電体用のターゲットにBK−7
ガラスを用い、スパッタ条件はRF電力20W,スパッ
タ雰囲気がArで、その圧力が2.0×10-3Too
r,流量は10cc/mとした。最初の工程で膜厚8nm
のCuの膜を形成し、これをスパッタ装置内で500℃
で60分間加熱させてCu粒子を成長させた。この加熱
温度は、BK−7ガラスから成る誘電体層を200nm厚
(中間層),1000nm(最上層)に成膜した。そし
て、Cu膜の形成と熱処理並びに誘電体膜の形成から成
るサイクルを5回繰り返し、基板1の片面に偏光層H1
を設けた。
EXAMPLES Next, more specific examples will be described. Example 1 As shown in FIG. 1, BK-7 glass, which is a borosilicate glass having a size of 76 mm × 10 mm × 1 mm (softening point: 72
The glass substrate 1 was prepared by using 4 ° C. and a coefficient of thermal expansion of 72 to 89 × 10 −7 / ° C.). Films are formed on the substrate 1 by sputtering using a dual magnetron sputtering device, Cu is used as a target for metal particles, and BK-7 is used as a target for dielectrics.
Glass is used, the sputtering conditions are RF power of 20 W, the sputtering atmosphere is Ar, and the pressure is 2.0 × 10 −3 Too.
The flow rate was r and the flow rate was 10 cc / m. 8 nm film thickness in the first step
Cu film is formed and this is sputtered at 500 ℃.
And heated for 60 minutes to grow Cu particles. At this heating temperature, a dielectric layer made of BK-7 glass was formed to a thickness of 200 nm (intermediate layer) and 1000 nm (top layer). Then, the cycle consisting of the formation of the Cu film, the heat treatment, and the formation of the dielectric film is repeated 5 times, and the polarizing layer H1 is formed on one surface of the substrate 1.
Was provided.

【0026】次いで、基板1の両端に反対方向に45k
g/mm2 の力を加え、76mm長さの基板を50mm延伸し
て、金属粒子2に異方性を与えた。そして、延伸後の誘
電体薄膜の厚さは中間層で約80nm、最上層で400
nmとなった。ここで、好ましい延伸率の範囲は50〜
400%である。加える力の好ましい範囲は10〜10
0kg/mm2 で、延伸時の加熱温度は基板2の軟化点以
下の550〜720℃が好ましく、より好ましくは59
0〜650℃とし、実施例では625℃とした。また延
伸時の雰囲気は任意である。このようにして得られた偏
光素子の消光比は、図2に示すように24dBであっ
た。
Next, 45 k is applied to both ends of the substrate 1 in the opposite direction.
A substrate having a length of 76 mm was stretched by 50 mm by applying a force of g / mm 2 to impart anisotropy to the metal particles 2. The thickness of the dielectric thin film after stretching is about 80 nm in the intermediate layer and 400 in the uppermost layer.
became nm. Here, the preferable range of the stretching ratio is 50 to
It is 400%. The preferable range of the applied force is 10 to 10
The heating temperature during stretching is preferably 550 to 720 ° C., which is lower than the softening point of the substrate 2, and more preferably 59 kg / mm 2.
The temperature was 0 to 650 ° C, and 625 ° C in the example. The atmosphere during stretching is arbitrary. The extinction ratio of the polarizing element thus obtained was 24 dB as shown in FIG.

【0027】実施例2 次に、図3に基づいて他の実施例について説明する。ま
ず、基板1としてBK−7ガラスを用いた。なお、基板
1のサイズは実施例1と同様である。次に、偏光層H2
中の金属含有量が10体積%となるように、BK−7ガ
ラス(基板1と同一のBK−7)とAuとをターゲット
とし、2元マグネトロンスパッタリングにより、金属材
料としてのAuと誘電体材料としてのBK−7ガラスを
同時に基板2にスパッタ成膜した。このスパッタ条件
は、RF電力が20W,スパッタガスがArで圧力は
2.0×10-2Torr,Ar流量が10cc/mであ
った。
Second Embodiment Next, another embodiment will be described with reference to FIG. First, BK-7 glass was used as the substrate 1. The size of the substrate 1 is the same as that in the first embodiment. Next, the polarizing layer H2
Au as a metal material and a dielectric material were obtained by binary magnetron sputtering targeting BK-7 glass (BK-7 which is the same as the substrate 1) and Au so that the metal content therein was 10% by volume. BK-7 glass as a substrate was simultaneously sputter-deposited on the substrate 2. The sputtering conditions were RF power of 20 W, sputtering gas of Ar, pressure of 2.0 × 10 -2 Torr, and Ar flow rate of 10 cc / m.

【0028】偏光層H2は1層の膜として成膜し、その
膜厚は延伸前の値で、約0.5mmとした。成膜後の基板
1を大気中にて600℃で1時間程度熱処理を施し、金
属微粒子を凝集させて金属粒子2とした。ここで、生成
した金属粒子2は延伸前の状態で、平均粒径(直径)が
約120nmで、粒径はほぼ100〜150nmの範囲で分
布していた。
The polarizing layer H2 was formed as a single layer film, and the film thickness thereof was about 0.5 mm before stretching. The substrate 1 after the film formation was heat-treated in the air at 600 ° C. for about 1 hour to aggregate the metal fine particles to obtain the metal particles 2. Here, the metal particles 2 thus produced had an average particle diameter (diameter) of about 120 nm and a particle diameter of about 100 to 150 nm before the stretching.

【0029】また、この状態での分光透過特性(消光特
性)を測定したところ、波長が0.5μm 付近に20d
B程度の吸収のピークがあった。次に、基板1の両端に
各々45kg/mm2 の力を互いに反対向きに加えて基板
1を延伸させた。ここで、延伸の好ましい条件は、加え
る力が10〜100kg/mm2 ,延伸時の温度が400
〜700℃(より好ましくは600〜650℃)であ
る。また、好ましい延伸量の範囲は、76mm長さの基板
1に対して延伸長さで40〜300mmであり、これは延
伸率として50〜400%を意味する。そして、実施例
では大気中625℃において、基板1の両端に各々45
kg/mm2 の力を加えることにより50mm延伸した。
Further, when the spectral transmission characteristic (extinction characteristic) in this state was measured, it was 20d at a wavelength of around 0.5 μm.
There was a peak of absorption around B. Next, a force of 45 kg / mm 2 was applied to both ends of the substrate 1 in opposite directions to stretch the substrate 1. Here, preferred conditions for stretching are that the applied force is 10 to 100 kg / mm 2 and the temperature during stretching is 400.
-700 degreeC (more preferably, 600-650 degreeC). The preferred range of the amount of stretching is 40 to 300 mm in terms of the stretching length with respect to the substrate 1 having a length of 76 mm, which means a stretching ratio of 50 to 400%. Then, in the embodiment, at the temperature of 625 ° C. in the atmosphere, the both ends of the substrate 1 are 45
It was stretched by 50 mm by applying a force of kg / mm 2 .

【0030】この結果、偏光層H2の膜厚は約0.3μ
m となった。このようにして得られた偏光素子では、金
属粒子2のアスペクト比は平均値で20であり、その長
軸長さは80nm±10nm程度、短軸長さは4nm±2nm程
度であった。
As a result, the film thickness of the polarizing layer H2 is about 0.3 μm.
It became m. In the polarizing element thus obtained, the average aspect ratio of the metal particles 2 was 20, the major axis length was about 80 nm ± 10 nm, and the minor axis length was about 4 nm ± 2 nm.

【0031】得られた偏光素子の消光特性を測定したと
ころ、波長0.55μm で消光比20dBを得ることが
できた。
When the extinction characteristic of the obtained polarizing element was measured, an extinction ratio of 20 dB was obtained at a wavelength of 0.55 μm.

【0032】なお、上記実施例では基板1の一主面側に
偏光層H1やH2を設けた場合について説明したが、基
板1の両主面に偏光層を設けるようにしてもよい。この
ようにすることにより基板1の反り等を抑えることがで
き、信頼性の高い偏光素子を提供できる。
In the above embodiment, the case where the polarizing layers H1 and H2 are provided on the one main surface side of the substrate 1 has been described, but the polarizing layers may be provided on both main surfaces of the substrate 1. By doing so, warpage of the substrate 1 can be suppressed, and a highly reliable polarizing element can be provided.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光素子
によれば、外部雰囲気や高温状態にさらされることがあ
っても、金属粒子が酸化したり珪酸化合物を生成するこ
とがなく、非常に長期間にわたって優れた偏光特性を保
つことが可能な信頼性の優れた偏光素子を提供できる。
As described above, according to the polarizing element of the present invention, even if it is exposed to an external atmosphere or a high temperature state, the metal particles do not oxidize or form a silicic acid compound, It is possible to provide a highly reliable polarizing element capable of maintaining excellent polarization characteristics for a long period of time.

【0034】また、金属粒子の材料の選定を単に酸化の
しにくさという基準で行うのではなく、シリコン酸化物
と金属酸化物との標準生成エンタルピーで比較するよう
にしたので、材料選定を確実に行うことができる。
Further, since the selection of the material of the metal particles is not performed simply on the basis of the difficulty of oxidation, the standard enthalpy of formation of silicon oxide is compared with that of the metal oxide, so that the material selection is sure. Can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る一実施例を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment according to the present invention.

【図2】本発明による光学特性を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing optical characteristics according to the present invention.

【図3】本発明に係る他の実施例を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing another embodiment according to the present invention.

【図4】偏光子の動作を模式的に説明する図である。FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the operation of a polarizer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・ 誘電体基板 2 ・・・ 金属粒子 3 ・・・ 誘電体層 4 ・・・ 反射防止膜 H1,H2 ・・・ 偏光層 P1,P2 ・・・ 偏光素子 1 ... Dielectric substrate 2 ... Metal particles 3 ... Dielectric layer 4 ... Antireflection film H1, H2 ... Polarizing layer P1, P2 ... Polarizing element

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 透光性を有する誘電体基板の少なくとも
一主面上に、シリコン酸化物を含有する誘電体中に異方
性を有する多数の金属粒子を分散させた偏光層を設けて
成る偏光素子であって、前記偏光層の金属粒子が、その
金属酸化物を生成するための標準生成エンタルピーがシ
リコン酸化物を生成するための標準生成エンタルピーよ
り大きい金属から成ることを特徴とする偏光素子。
1. A polarizing layer in which a large number of anisotropic metal particles are dispersed in a dielectric containing silicon oxide is provided on at least one main surface of a transparent dielectric substrate. A polarizing element, wherein the metal particles of the polarizing layer are made of a metal whose standard enthalpy of formation for forming the metal oxide is higher than the standard enthalpy of formation for forming silicon oxide. .
【請求項2】 前記金属粒子は珪酸化合物を生成しない
ものであることを特徴とする請求項1に記載の偏光素
子。
2. The polarizing element according to claim 1, wherein the metal particles do not generate a silicate compound.
【請求項3】 前記金属粒子のアスペクト比(長軸平均
長さ/短軸平均長さ)が10〜30であることを特徴と
する請求項1に記載の偏光素子。
3. The polarizing element according to claim 1, wherein the metal particles have an aspect ratio (long-axis average length / short-axis average length) of 10 to 30.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6013069A (en) * 1991-05-15 2000-01-11 Advanced Cardiovascular Systems, Inc. Catheter shaft with an oblong transverse cross-section
JP2014191062A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Seiko Epson Corp Method for manufacturing polarizing element, polarizing element, liquid crystal device, and electronic equipment

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