DE69625642T2

DE69625642T2 - Methode zu Herstellung eines optischen Polarisators

Info

Publication number: DE69625642T2
Application number: DE69625642T
Authority: DE
Inventors: Toru Fukano; Yasushi Sato; Masato Shinya
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2016-05-24
Also published as: EP0744634B1; DE69625642D1; EP0744634A3; EP0744634A2; US5864427A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Polarisators, bei welchem anisotrope Metallteilchen in einem Dielektrikum verteilt sind.

Stand der Technik

Polarisatoren werden dazu eingesetzt, polarisiertes Licht in einer speziellen Richtung zu erhalten und sie werden bei der optischen Kommunikation, bei fotoelektrischen Bauelementen, optischen Interferenzgeräten, usw. eingesetzt. Beispielsweise stellen im Fall der optischen Kommunikation Polarisatoren die wichtigsten Bauteile des optischen Isolators dar. Der optische Isolator umfasst einen ersten Polarisator, einen Rotator zur Faraday-Drehung und einen zweiten Polarisator, der in einer Halterung angeordnet ist, wobei Magneten koaxial um diese Teile herum angeordnet sind. Beispielsweise besteht die Halterung aus einer Ni-Fe-Legierung oder dergleichen und werden die Polarisatoren mit Glas auf der Halterung unter Abdichtung vergossen oder daran angelötet und hermetisch abgedichtet. Was die Polarisierleistung betrifft, so ist der Wert, der sich auf die für die optische Kommunikation verwendete Wellenlänge bezieht, wichtig. Der optische Isolator wird in Verbindung mit einer Laserdiode und dergleichen eingesetzt; der erste Polarisator polarisiert dabei Licht in einer speziellen Richtung und leitet dieses heraus, der Rotator zur Faraday-Drehung dreht die Richtung der Polarisierung und der zweite Polarisator dreht die Polarisierungsrichtung noch weiter und leitet das polarisierte Licht aus.
Bei den derzeit verwendeten Polarisatoren handelt es sich hauptsächlich um Polarisiereinrichtungen, bei denen kugelförmige Silberteilchen in Glass verteilt sind (vgl. veröffentlichte japanische Patentschrift Hei-2-40619 und die entsprechenden US-Patentschriften 4,486,213 und 4,479,819). Ein Polarisator dieser Art wird dadurch hergestellt, dass ein Glasträger, der Silber und Halogen enthält, einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um Teilchen aus Silberhalogenid abzuscheiden, und der Glassträger dann nach der Erwärmung gezogen wird, um die Teilchen aus Silberhalogenid zu Kügelchen zu strecken. Bei diesem Vorgang entstehen die Teilchen aus Silberhalogenid. Als nächstes wird der Glasträger in einer reduzierenden Umgebung erwärmt, um das Silberhalogenid zu metallischem Silber zu reduzieren. Bei diesem Polarisator sind jedoch die Seitenverhältnisse nicht homogen; Silberteilchen, deren größere Achsen und kleinere Achsen homogen sind, lassen sich nur schwer ausfällen. Außerdem ist es schwierig, das restliche Silberhalogenid im Glas zu reduzieren, und somit verbleibt undurchsichtiges Silberhalogenid darin. Da sich außerdem das Glas bei dem Vorgang der Reduzierung des Silberhalogenids zusammenzieht, wird die Glasfläche porös, was zu einer Abnahme der langfristigen Stabilität führt.
In der europäischen Patentschrift EP-A-0 719 742 wird ein polarisierender Glasgegenstand beschrieben, welcher eine Glasschicht, die form-anisotrope Metallteilchen enthält, die darin in ausgerichtetem Zustand verteilt sind, sowie einen durchsichtigen Glasuntergrund aufweist. Die polarisierende Schicht nach dieser Erfindung wird ebenfalls unter Heranziehung der vorstehend beschriebenen Technik gebildet. Die US-Patentschrift 4,282,022 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von polarisierenden Werkstoffen, welches den Schritt umfasst, bei dem Glasträger, die Silberteilchen in metallischer Form enthalten, so extrudiert werden, dass die Teilchen lang gezogen und ausgerichtet werden. Auch hier werden die Teilchen aus metallischem Silber dadurch hergestellt, dass ausgefällte Teilchen als Silberhalogenid reduziert werden.
Zur Lösung derartiger Probleme wurde angeregt, Polarisatoren dadurch herzustellen, dass Dünnschichtverfahren wie Vakuumbedampfung und Sputtern herangezogen werden (vgl. Denshi Joho Tsushin Gakkai, Vollversammlung im Herbst 1990, Vorabdruck C-212). Entsprechend dieser Anregung wird auf einem dielektrischen Träger wie beispielsweise Glas durch Vakuumbedampfung eine Metallschicht aufgebracht und dann durch Sputtern oder dergleichen auf der Metallschicht eine dielektrische Schicht, beispielsweise aus Glas, gebildet.
Auf diese Weise entstehen abwechselnd mehrere Metallschichten und Schichten aus einem Dielektrikum. Anschießend wird das Substrat nach Erwärmung gezogen, um die Metallschichten zu Schichten aus unterbrochenen und inselförmig vorhandenen Metallteilchen zu verformen. Die Metallteilchen in den Metallteilchenschichten werden in Ziehrichtung gereckt, damit sie kugelförmig werden und die Fähigkeit zur Polarisierung erhalten.
Die Erfinder dieser Anmeldung haben jedoch bei einem Polarisator, zu dessen Herstellung mit Dünnschichtverfahren gearbeitet wird, die folgenden Probleme ausgemacht:
1. Da es schwierig ist, große Metallteilchen auszufällen, ist das Auslösch- bzw. Extinktionsverhältnis zwischen der Polarisierungsrichtung und einer hierzu senkrechten Richtung niedrig, und
2. Da das Auslöschverhältnis niedrig ist, ist es erforderlich, das Auslöschverhältnis zu erhöhen, indem die Anzahl der Schichten erhöht wird, doch können sich die Schichten vom Träger ablösen, wenn die Anzahl der Schichten steigt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Polarisatoren zu schaffen, die ein hohes Extinktionsverhältnis besitzen und die sich nicht von dem Substrat ablösen, und ebenso optische Isolatoren, bei denen diese Polarisatoren zum Einsatz kommen.
Die vorliegende Erfindung besteht somit in einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Polarisators nach Anspruch 1.
Es genügt, wenn das Substrat bzw. der Träger durchsichtig ist; dabei kann jedes Dielektrikum verwendet werden, doch vorzugsweise verwendet man ein Substrat und ein Dielektrikum, die wirklich gleichartig sind, um so einen gemeinsamen Wärmeausdehnungskoeffizienten sowohl für das Substrat als auch das Dielektrikum zu erhalten. Dies ist eine wirksame Maßnahme, wenn eine Ablösung der Polarisierungsschicht vom Substrat verhindert werden soll. Glas wird als Material für das Substrat bevorzugt, es ist nicht teuer, lässt sich leicht ziehen und ist durchsichtig. Bevorzugt wird hierfür Borsilikatglas verwendet; dessen Wärmeausdehnungskoeffizient ähnlich dem Koeffizienten bei einer Ni-Fe-Legierung ist. Somit werden sowohl das dielektrische Substrat als auch das Dielektrikum der Polarisierungsschicht aus Borsilikatglas hergestellt.
Was die Metallteilchen betrifft, so wird vorzugsweise ein Metall verwendet, das leicht zu koagulieren ist, gegenüber Glas eine schlechte Benetzbarkeit besitzt und nur schwer zu oxidieren ist. Zumindest wird hierfür ein Stoff vorzugsweise aus einer Gruppe gewählt, die beispielsweise Edelmetalle, Cu, Fe, Ni und Cr umfasst. Besonders bevorzugt wird Silber, das einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt, gegenüber Glas schlechtes Benetzungsverhalten zeigt und sich nur schwer oxidieren lässt, neben Kupfer, das nicht teuer ist. Der Metallgehalt in der Polarisierungsschicht beträgt vorzugsweise 5 bis 15 Vol.% und in diesem Bereich bilden die Metallteilchen keine andere Phase, während der Metallgehalt in der Polarisierungsschicht auf einen vergleichsweise hohen Wert angehoben werden kann, um das Auslöschverhältnis zu erhöhen.
Das Seitenverhältnis liegt bei den Metallteilchen vorzugsweise im Durchschnitt zwischen 10 und 30, wobei der Bereich von 15 bis 25 besonders bevorzugt wird. Die durchschnittliche größere Achsenlänge der Metallteilchen beträgt vorzugsweise 10 bis 300 nm, noch günstiger sind 30 bis 200 nm und besonders bevorzugt wird der Bereich zwischen 40 und 200 nm. Die Länge der kleineren Achse der Metallteilchen liegt im Mittel vorzugsweise zwischen 1 und 10 nm, wobei der Bereich zwischen 2 und 10 nm besonders bevorzugt wird.
Zur Herstellung eines solchen Polarisators wird zum Beispiel auf mindestens einer Hauptfläche eines durchsichtigen dielektrischen Substrats eine dünne Schicht aus einem Gemisch aus einem Dielektrikum und einem Metall gebildet; anschließend wird das Dünnschichtgemisch erwärmt, um so das Metall in dem Dünnschichtgemisch zur Bildung von Metallteilchen zur Koagulierung zu veranlassen, und danach werden das Substrat und das Dünnfilmgemisch nach Erwärmung gezogen, um die Metallteilchen zu kugelförmigen Teilchen zu recken.
Hierbei wird vorzugsweise nur eine einzige Lage der aus dem Gemisch bestehenden Dünnschicht gebildet. Wird ein Dünnschichtgemisch aus einem Dielektrikum und einem Metall verwendet, so kann eine einzige Schicht für ein ausreichend hohes Auslöschverhältnis sorgen; die Verwendung von mehreren Lagen birgt in sich die Möglichkeit, dass sich die Polarisierungsschicht ablöst. Ein derartiger Polarisator wird beispielsweise mit einem Rotator zur Faraday-Drehung, mit einem Magneten und einer Halterung kombiniert, um so einen optischen Isolator zu bilden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Dünnschichtgemisch aus einem Metall und einem Dielektrikum aufgetragen und wird dieses Dünnschichtgemisch erwärmt, um das Metall zu koagulieren. Die Erwärmungstemperatur ist vorzugsweise niedriger als der Erweichungspunkt des dielektrischen Substrats. Wenn das Dünnschichtgemisch erwärmt wird, koagulieren die Metallteilchen aneinander, um so vergleichsweise große Teilchen aus Metall zu bilden. Wenn als nächstes das Substrat und das Dünnschichtgemisch gezogen werden, werden die Metallteilchen in der Ziehrichtung gereckt, um den Zustand der Anisotropie zu erreichen. Infolgedessen nehmen die Metallteilchen eine Kugelform an. Es soll hier nun der Polarisator gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Polarisator nach dem Stand der Technik verglichen werden, bei welchem Dünnschichten aus Metall und Dünnschichten aus einem Dielektrikum abwechselnd aufgetragen werden. Beim Stand der Technik koagulieren Metalle nicht quer durch die Dünnschichten aus Dielektrikum, da zwischen den beiden Dünnschichten aus Metall eine Dünnschicht aus einem Dielektrikum vorhanden ist; damit wachsen große Metallteilchen kaum an. Infolgedessen ist die Extinktion pro einzelner Schicht klein und müssen viele Lagen aufgebracht werden. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nun entdeckt, dass die gesamte Schichtdicke der Polarisierungsschicht umso größer ist, je größer die Anzahl der aufgebrachten Schichten wird, und dass auch die Möglichkeit umso größer ist, dass die Polarisierungsschicht sich von dem Substrat ablöst. Erfindungsgemäß reicht es im Unterschied hierzu aus, eine einzige Schicht aufzutragen, dass eine dünne Gemischschicht verwendet wird. Des Weiteren haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung entdeckt, dass erfindungsgemäß eine Ablösung noch nicht einmal dann stattfindet, wenn die Schichtdicke der Polarisierungsschicht auf 1 um oder darüber vergrößert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt den gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellten Polarisator in perspektivischer Ansicht;
Fig. 2 stellt ein Schema einer Kennlinie dar, welche das Merkmal der Auslöschung bzw. Extinktion vor dem Ziehen des gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellten Polarisators dar, und
Fig. 3 veranschaulicht das Merkmal der Extinktion nach dem Ziehen des gemäß dem Ausführungsbeispiel hergestellten Polarisators in Form einer schematisierten Kennlinie.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 bis Fig. 3 stellen einen Polarisator 1 dar, der entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellt wurde. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2 einen Glasträger bzw. ein Glassubstrat. Beispielsweise kann hierfür Borsilikatglas wie zum Beispiel Pyrex-Glas (Pyrex ist ein Warenzeichen von Corning Glass Industry, Inc.) und BK-Glas (BK ist eine Handelsbezeichnung der HOYA Corporation) verwendet werden. Des Weiteren können Gläser mit hohem Schmelzpunkt wie zum Beispiel Kieselglas und Gläser mit niedrigem Schmelzpunkt wie zum Beispiel Sodaglas verwendet werden. Anstelle des Glasträgers 2 kann auch ein anderes durchsichtiges Material zum Einsatz kommen, doch ist Glas nicht teuer und lässt sich leicht ziehen. Im Zusammenhang mit dieser Beschreibung ist unter dem Begriff "Transparenz" zu verstehen, dass das Material für die jeweils verwendete Wellenlänge durchlässig - transparent - ist. Unter den verschiedenen Glaswerkstoffen eignet sich Borsilikatglas für den Träger 2, da der Koeffizient der dreidimensionalen Ausdehnung von Borsilikatglas dem Koeffizienten der dreidimensionalen Ausdehnung (90~96 · 10&supmin;&sup7;/ºC) der für die Halterung des optischen Isolators zu verwendenden Ni-Fe-Legierung nahe kommt und da Borsilikatglas die Halterung leicht abdichten kann. Zum Beispiel beträgt der Koeffizient der dreidimensionalen Ausdehnung von BK7-Glas 72~89 · 10&supmin;&sup7;/ºC.
Das Bezugszeichen 3 gibt eine Polarisierungsschicht an, in welcher kugelförmige Metallteilchen 5 nahezu homogen in einem Dielektrikum 4 verteilt sind. Bei dem Werkstoff, aus dem das Dielektrikum 4 besteht, sollte es sich um denselben Werkstoff handeln, aus dem der Träger 2 besteht; wenn zum Beispiel Pyrex für das Substrat 2 verwendet wird, dann ist es wünschenswert, für das Dielektrikum 4 ebenfalls Pyrex zu verwenden, damit deren Koeffizienten der dreidimensionalen Ausdehnung zusammenpassen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Metallteilchen 5 um Edelmetalle wie Au, Ag, Pt, Rh und Ir oder um Übergangsmetalle wie Cu, Fe, Ni und Cr. Bevorzugt werden alle Metalle, die gegenüber dem Dielektrikum 4 eine schlechte Benetzbarkeit aufweisen und sich leicht koagulieren lassen; darüber hinaus oxidieren diese Metalle kaum und können in dem Dielektrikum 4 in Form von Metallteilchen 5 vorhanden sein. Unter diesen Materialien bevorzugt man ganz besonders Silber, das sich wegen seines niedrigen Schmelzpunkts leicht koagulieren lässt, gegenüber Glas eine schlechte Benetzbarkeit aufweist und kaum oxidiert, und Kupfer, das kostengünstig ist und gegenüber Glas ebenfalls eine schlechte Benetzbarkeit besitzt.
Der Gehalt an Metallteilchen in der Polarisierungsschicht 3 beträgt vorzugsweise 5 bis 15 Vol.%. Je höher der Gehalt ist, desto höher liegt das Auslöschverhältnis, doch wenn der Gehalt 15% übersteigt, so kommt es zu einer Trennung der Phase des Dielektrikums und der Phase des Metalls (der Durchmesser der Metallteilchen beträgt etwa 0,6 um) und damit kann der Polarisator nicht hergestellt werden.
Hinsichtlich der Dicke der Polarisierungsschicht gibt es keine besonderen Einschränkungen; Bei dem Ausführungsbeispiel betrug die Schichtdicke vor dem Ziehen zum Beispiel 0,5 um. Im Gegensatz hierzu ist der Gesamtdicke dieser Schichten beim Stand der Technik eine Grenze gesetzt, wonach mehrere Metallschichten und Lagen aus einem Dielektrikum aufgebracht werden. Wenn die Gesamtdicke vor dem Ziehen den Wert von 0,5 um überstieg, kam es zu einer Ablösung von dem Träger 2. Um die Polarisierungsleistung zu verbessern, ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, die Anzahl der Schichten zu erhöhen und die sich auf diese Weise ergebende Erhöhung der Gesamtdicke der Schicht führt dann zur Ablösung. Kommt es tatsächlich zu einer Ablösung der Polarisierungsschicht, so findet diese während der Wärmebehandlung vor dem Ziehen statt; dabei bildet sich über eine große Fläche im Grenzbereich zwischen dem Substrat und der Metallschicht oder im Grenzbereich zwischen einer Metallschicht und einem Dielektrikum eine blasenförmige Anschwellung aus. Entsprechend den vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorgenommenen Versuchen wurde festgestellt, dass die Ablösung der Polarisierungsschicht mit deren Bildung durch Aufbringen einer großen Anzahl von Schichten in Beziehung steht, und dass die Ablösung nicht stattfindet, wenn die Polarisierungsschicht aus einer einzigen Schicht gebildet wird, genau wie bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem mit einem Gemischfilm aus einem Dielektrikum und einem Metall gearbeitet wird.
Die Metallteilchen 5 sind kugelförmig und besitzen das Merkmal der Anisotropie. Beispielsweise wird die Richtung, in der das Licht ausgesendet wird, durch die Richtung Z definiert, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, während eine hierzu senkrechte Ebene als Ebene X-Y definiert ist. In Fig. 1 entspricht die Richtung der größeren Achse der Metallteilchen 5 der Richtung Y, während die Richtung der kleineren Achse der Richtung X entspricht. Das Verhältnis der Länge der größeren Achse zur Länge der kleineren Achse bei den Metallteilchen 5 wird als Seitenverhältnis bezeichnet, wobei im Falle dieser Spezifizierung der Durchschnitt der Seitenverhältnisse vieler Metallteilchen 5 der Einfachheit halber nur als Seitenverhältnis bezeichnet wird. Die Metallteilchen 5 nehmen eine kugelige Form an, weil die Metallteilchen 5 zusammen mit dem Substrat 2 während des Ziehvorgangs nach der Bildung des Films der Polarisierungsschicht 3 in Ziehrichtung gereckt werden. Je höher das Seitenverhältnis liegt, desto größer ist das Auslöschverhältnis; gleichzeitig nimmt jedoch auch die Geschwindigkeit zu, mit der das Substrat 2 gezogen wird, wodurch das Ziehen schwierig wird; darüber hinaus nimmt die Geschwindigkeit, mit der das Auslöschverhältnis ansteigt, im Bereich hoher Seitenverhältnisse ab. Dementsprechend liegt das Seitenverhältnis zwischen 10 und 30 und besonders bevorzugt wird ein Seitenverhältnis zwischen 15 und 25. Das Auslöschverhältnis bzw. Extinktionsverhältnis wird als das in Dezibel ausgedrückte Verhältnis Energie des in Richtung X durchgelassenen Lichts zur Energie in Richtung Y definiert, wenn unpolarisiertes eingeleitetes Licht mit spezifizierter Wellenlänge verwendet wird; beträgt das Energieverhältnis 10, dann ist das Auslöschverhältnis 10 dB. Wenn die Längen der kleineren Achse der Metallteilchen 5 zunehmen, dann steigt der Einfügeverlust des polarisierten Lichts, das in Richtung X zu übertragen ist. Unter Berücksichtigung auch dieses Punktes beträgt das Seitenverhältnis vorzugsweise 10 oder mehr und ganz besonders bevorzugt wird ein Seitenverhältnis von 15 oder darüber; die Länge der kleineren Achse ist vorzugsweise kurz und damit ist auch der Einfügeverlust klein. Wenn die mittlere Länge der größeren Achse der Metallteilchen 5 zunimmt, nimmt der Spitzenwert der Absorptionswellenlänge in Richtung Y zu und nähert sich dem Wellenlängenbereich an, der in der optischen Kommunikation (etwa 1,3 um) verwendet wird. Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass dem Seitenverhältnis bei den Metallteilchen herstellungsbedingte Grenzen gesetzt sind und dass die Vergrößerung der Länge der kleineren Achse leicht zu Einfügungsverlusten neigt und der Länge der größeren Achse selbst ebenfalls eine Grenze gesetzt ist.
Die Bedingungen für die Metallteilchen sind vorzugsweise so gehalten, dass das Seitenverhältnis zwischen 10 und 30 liegt, dass der mittlere Wert der Länge der größeren Achse zwischen 10 und 300 nm liegt, und dass der mittlere Wert der Länge der kleineren Achse 1 bis 10 nm beträgt; besonders bevorzugt werden dabei ein Seitenverhältnis im Bereichen zwischen 10 und 30, eine mittlere Länge der größeren Achse im Bereich zwischen 30 und 20 nm und eine mittlere Länge der kleineren Achse von 2 bis 10 nm; ganz besonders bevorzugt beträgt das Seitenverhältnis 15 bis 25, entspricht die mittlere Länge der größeren Achse einem Wert zwischen 40 und 200 nm und beträgt der mittlere Wert der Länge der kleineren Achse 2 bis 10 nm.
In dem in Fig. 1 dargestellten Fall wird der polarisierte Lichtanteil in Richtung Y im auftreffenden Licht 6, das in Richtung Z eintritt, durch die Resonanz mit den freien Elektronen der Metallteilchen 5 absorbiert, wohingegen der polarisierte Lichtanteil in Richtung Y eine hohe Durchlässigkeit besitzt und zu dem polarisierten abgestrahlten Licht 7 wird. Dabei liegt ein Unterschied im Spitzenwert der Absorptionswellenlänge zwischen der Richtung X und der Richtung Y vor; In Y-Richtung liegt der Spitzenwert der Absorption bei einer größeren Wellenlänge als in X-Richtung. Sofern dies nicht speziell vorgegeben ist, wird das vorgenannte Auslöschverhältnis durch die Wellenlänge bestimmt, bei welcher die Absorptionsspitze in Y-Richtung auftritt.

Versuch

Für das Glassubstrat 2 wurde Pyrex-Glas #7740 (Pyrex #77404 ist eine Handelsbezeichnung von Corning Glass Industry Inc.) verwendet. Die Zusammensetzung des Glassubstrats 2 war wie folgt: SiO&sub2; 80,8%, Al&sub2;O&sub3; 2,3%, B&sub2;O&sub3; 12,5%, Na&sub2;O 4,0%, den Rest bildeten kleinere Anteile wie Fe&sub2;O&sub3; und K&sub2;O; die Zusammensetzung ist dabei in Gewichtsprozent angegeben. Der Erweichungspunkt beträgt dabei 820ºC. Die Größe des Substrats 2 war wie folgt: Länge 76 mm, Breite 10 mm und Dicke 1 mm.
Um in der Polarisierungsschicht 3 einen Metallgehalt von 10 Vol.% zu erreichen, verwendete man Pyrex-Glas (dasselbe Pyrex #7740 wie beim Substrat 2) und Au als Auffangflächen, und gleichzeitig wurden mit Hilfe eines Doppel-Magnetrons Silber in Form von Metallteilchen und Pyrex als Dielektrikum gleichzeitig auf das Substrat durch Sputtern aufgebracht. Zu den Sputter-Bedingungen gehörte, dass die RF-Leistung 20 W beträgt, Ar als Gas zum Sputtern eingesetzt wird und der Druck 2,0 · 10&supmin;³ Torr beträgt, während die Strömungsmenge des Argongases bei 10 cc/m liegt.
Die Polarisierungsschicht wurde dabei in Form einer einzigen Filmschicht gebildet, deren Schichtdicke vor dem Ziehen 0,5 um betrug. Nach der Bildung der Filmschicht wurde das Substrat 2 eine Stunde lang bei 700ºC in der Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen, um das Metall zum Koagulieren zur Bildung der Metallteilchen 5 zu veranlassen. Die sich dabei ergebenden Metallteilchen besaßen vor dem Ziehen eine mittlere Korngröße (Durchmesser) von etwa 120 nm, während die Korngrößenverteilung zwischen 100 und 150 nm lag.
Die spektrale Durchlässigkeit unter diesen Bedingungen ist in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist auf der Ordinatenachse das Auslöschverhältnis aufgetragen, welches das Verhältnis zwischen dem auftreffenden Licht 6 und dem abgestrahlten Licht 7 in dB als Einheit angibt. Auf der Abszisse ist die verwendete Wellenlänge aufgetragen. Dabei zeigt sich eine Absorptionsspitze von etwa 20 dB nahe bei 0,5 um. Als nächstes wurde das Substrat 2 gezogen, indem auf beide Enden des Substrats in entgegengesetzten Richtungen Kräfte von 45 kg/mm² eingewirkt wurde. Vorzugsweise sind die Ziehbedingungen so gehalten, dass die Kraft zwischen 10 und 100 kg/mm² liegt und dass die Temperatur zum Zeitpunkt des Ziehvorgangs zwischen 500 und 800ºC liegt, wobei eine Temperatur zwischen 650 und 700ºC besonders bevorzugt wird. Der bevorzugte Ziehbetrag liegt zwischen 40 und 300 mm Ziehlänge bei dem Substrat 2 mit einer Länge von 76 mm. Dies bedeutet, dass das um einen Prozentsatz von 50 bis 400% gezogen wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wurden an beiden Enden des Substrats 2 bei 675ºC Kräfte von 45 kg/mm² in der Atmosphäre aufgebracht, um das Substrat 2 um 50 mm zu ziehen. Infolgedessen nahm die Schichtdicke der Polarisierungsschicht 3 den Wert von etwa 0,3 um an. Bei dem so erhaltenen Polarisator betrug das Seitenverhältnis der Metallteilchen 5 im Durchschnitt 20, hatte die größere Achse derselben eine Länge von etwa 80 um ± 10 nm und besaß deren kleinere Achse eine Länge von etwa 4 nm ±2 um. Die Charakteristika im Auslöschverhalten des Polarisators sind in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist auf der Abszissenachse die Wellenlänge aufgetragen, während das Auslöschverhältnis auf der Ordinatenachse aufgetragen ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet das Auslöschverhältnis des in X-Richtung gemäß Fig. 1 polarisierten Lichts, wohingegen mit dem Bezugszeichen 9 das Auslöschverhältnis des in Y-Richtung gemäß Fig. 1 polarisierten Lichts angegeben ist. Wie sich deutlich aus Fig. 3 ergibt, wurde bei einer Wellenlänge von 0,55 um ein Auslöschverhältnis von 20 dB erzielt.
Als nächstes wurden die so erhaltenen Polarisatoren 1 so angeordnet, dass sie einen Rotator für eine Faraday-Drehung zwischen sich einschlossen; außerdem wurden um den Rotator für eine Faraday-Drehung Magnete koaxial angeordnet, und dann wurden die Polarisatoren in Ni-Fe-Halterungen eingesetzt, um einen optischen Isolator zu bilden. Mit Hilfe von Vergussglas wurden die Polarisatoren 1, 1 in der Halterung dicht eingeschlossen. Die Verschließtemperatur betrug 500ºC. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats 2 und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Halterung nah bei einander lagen, wurde aie hermetische Abdichtung mit Erfolg vorgenommen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Polarisators mit einem durchsichtigen dielektrischen Substrat und mindestens einer Polarisierungsschicht, welche eine Glaskomponente und Metallteilchen umfasst, die auf einer Hauptfläche des Substrates vorgesehen sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Bilden der Polarisierungsschicht; Erwärmen des Substrats und der Polarisierungsschicht, um Metallteilchen in der Polarisierungsschicht zur Koagulierung zu veranlassen, und

Ziehen des Substrats und der Polarisierungsschicht in der Weise, dass die Metallteilchen in der Polarisierungsschicht eine Form-Anisotropie aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisierungsschicht durch gleichzeitiges Sputtern der Glaskomponente und der Metallteilchen auf das Substrat in der Weise hergestellt wird, dass die Polarisierungsschicht als ein einziger dünner Film gebildet wird, in welchem die Metallteilchen in der Glaskomponente gleichmäßig verteilt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das dielektrische Substrat als auch die Glaskomponente aus Borsilikatglas bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen mindestens ein Element aus der Gruppe sind, die aus Au, Pt, Rh, Ir, Cu, Fe, Ni und Cr besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen ein Seitenverhältnis aufweisen, das im Mittel im Bereich von 10 bis 30 liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen eine mittlere Länge der größeren Achse im Bereich von 10 bis 300 nm und im Mittel eine Länge der kleineren Achse im Bereich zwischen 1 und 10 nm aufweisen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Metallteilchen in dem Polarisierungsfilm 5 bis 15% beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallteilchen mindestens ein Materialelement aus einer Gruppe darstellen, die aus Au, Cu und deren Legierungen besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der eine einzige Film eine Stärke von 1 um oder weniger aufweist.