JP2000193823A - 偏光子及びそれを用いた光アイソレ―タ - Google Patents
偏光子及びそれを用いた光アイソレ―タInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 偏光層と基板界面での反射を防ぎ、低挿入損
失な偏光子及び光アイソレータを実現すること。 【解決手段】 透光性を有する基板１の少なくとも一主
面上に、光吸収異方性を有する金属粒子２ａが第１の誘
電体中に分散された偏光層Ｂと、第２の誘電体からなる
反射防止層の少なくとも２つの層が積層されて成る偏光
子Ｈであって、第１及び第２の誘電体の透過光の波長で
規格化した厚さが下記式（Ａ），（Ｂ）を満たすことを
特徴とする。0.15＋0.39ｎ ≦ｄ１／λ≦0.19＋0.39ｎ
・・・（Ａ）、0.15＋0.32ｎ ≦ｄ２／λ≦0.17＋0.
32ｎ ・・・ （Ｂ） （ただし、ｄ１：第１の誘電体の平均厚み、ｄ２：第２
の誘電体の平均厚み、λ：透過光の波長、ｎ ：０以上
の任意の整数）
失な偏光子及び光アイソレータを実現すること。 【解決手段】 透光性を有する基板１の少なくとも一主
面上に、光吸収異方性を有する金属粒子２ａが第１の誘
電体中に分散された偏光層Ｂと、第２の誘電体からなる
反射防止層の少なくとも２つの層が積層されて成る偏光
子Ｈであって、第１及び第２の誘電体の透過光の波長で
規格化した厚さが下記式（Ａ），（Ｂ）を満たすことを
特徴とする。0.15＋0.39ｎ ≦ｄ１／λ≦0.19＋0.39ｎ
・・・（Ａ）、0.15＋0.32ｎ ≦ｄ２／λ≦0.17＋0.
32ｎ ・・・ （Ｂ） （ただし、ｄ１：第１の誘電体の平均厚み、ｄ２：第２
の誘電体の平均厚み、λ：透過光の波長、ｎ ：０以上
の任意の整数）
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器，光記
録機器，光センサー等に使用される偏光子、特に誘電体
中に異方性を有する金属粒子が分散された偏光子に関す
るものであり、光アイソレータに好適に用いられるもの
である。
録機器，光センサー等に使用される偏光子、特に誘電体
中に異方性を有する金属粒子が分散された偏光子に関す
るものであり、光アイソレータに好適に用いられるもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来より、偏光子として、ある種の溶液
をセル内に入れたものや、プラスチックに着色剤を入れ
たもののごとく着色イオンを利用した素子、基板上に誘
電体薄膜を多数積層し、多層薄膜の干渉を利用した素
子、複屈折性の大きな結晶で構成されたグラントムソン
プリズムに代表される偏光プリズム、ブリュースター条
件を利用して偏光成分を分離するＰＢＳ（偏光ビームス
プリッター）、あるいは、高分子材料を一定方向に配向
させ一方向の偏光成分を吸収する偏光フィルムなどが主
流を占めていた。
をセル内に入れたものや、プラスチックに着色剤を入れ
たもののごとく着色イオンを利用した素子、基板上に誘
電体薄膜を多数積層し、多層薄膜の干渉を利用した素
子、複屈折性の大きな結晶で構成されたグラントムソン
プリズムに代表される偏光プリズム、ブリュースター条
件を利用して偏光成分を分離するＰＢＳ（偏光ビームス
プリッター）、あるいは、高分子材料を一定方向に配向
させ一方向の偏光成分を吸収する偏光フィルムなどが主
流を占めていた。
【０００３】ところが、従来の偏光子では着色イオンを
利用したものは波長依存性が大きく、波長毎に最適な波
長特性を有するものを選択しなければならなかった。ま
た、屈折率の大きな結晶で構成されたものは波長依存性
は小さいが、加工が困難で素子寸法に制限があり小型化
し難いなど、これまで小型で波長特性に優れた偏光子は
なかった。
利用したものは波長依存性が大きく、波長毎に最適な波
長特性を有するものを選択しなければならなかった。ま
た、屈折率の大きな結晶で構成されたものは波長依存性
は小さいが、加工が困難で素子寸法に制限があり小型化
し難いなど、これまで小型で波長特性に優れた偏光子は
なかった。
【０００４】このような各種偏光子に対して、最近光通
信用デバイスとして偏光ガラスが使用されている。これ
は、例えば透明なガラスを透明固体媒体とし、この媒体
中に楕円状の銀粒子を一定方向に揃えて分散させ異方性
を持たせた構造としている（特公平２ー４０６１９号公
報を参照）。
信用デバイスとして偏光ガラスが使用されている。これ
は、例えば透明なガラスを透明固体媒体とし、この媒体
中に楕円状の銀粒子を一定方向に揃えて分散させ異方性
を持たせた構造としている（特公平２ー４０６１９号公
報を参照）。
【０００５】この偏光ガラスの製造方法は、まず銀およ
び塩化物、臭化物およびヨウ化物より成る群から選択さ
れた少なくとも一つのハロゲン化物より成るガラス用バ
ッチを溶融し、必要とされる形状のガラス素地に成型す
る。次に、ガラス素地を定められた条件にて熱処理を行
い、ガラス中にハロゲン化銀粒子を析出させる。
び塩化物、臭化物およびヨウ化物より成る群から選択さ
れた少なくとも一つのハロゲン化物より成るガラス用バ
ッチを溶融し、必要とされる形状のガラス素地に成型す
る。次に、ガラス素地を定められた条件にて熱処理を行
い、ガラス中にハロゲン化銀粒子を析出させる。
【０００６】さらに、ガラス素地を定められた温度範囲
において張力を加えて延伸し、ハロゲン化銀粒子を伸長
させ、張力方向へ整列させる。最後に、伸長されたガラ
ス素地を定められた温度範囲内において還元雰囲気中に
暴露し、ハロゲン化銀の一部を金属銀粒子に還元するこ
とによって、上記偏光素子を得ることができる。
において張力を加えて延伸し、ハロゲン化銀粒子を伸長
させ、張力方向へ整列させる。最後に、伸長されたガラ
ス素地を定められた温度範囲内において還元雰囲気中に
暴露し、ハロゲン化銀の一部を金属銀粒子に還元するこ
とによって、上記偏光素子を得ることができる。
【０００７】また、近年、光通信用部品の小型化，低価
格化に伴い、偏光子の低背化，大面積化が要求されてい
る。そこで、ガラス等の誘電体基板上に真空蒸着等の薄
膜製造プロセスを利用して不連続な島状金属粒子層と、
ガラス等の誘電体層を交互に形成し、加熱延伸によって
異方性を持たせるようにしたものが提案されている（例
えば、電子情報通信学会論文誌C-I Vol.J81-C-I NO4 p
p.247-253を参照）。この偏光子は、上記島状の金属粒
子層における各島が金属粒子の役割を果たし、金属粒子
を分散させたものと同じ構造になる。
格化に伴い、偏光子の低背化，大面積化が要求されてい
る。そこで、ガラス等の誘電体基板上に真空蒸着等の薄
膜製造プロセスを利用して不連続な島状金属粒子層と、
ガラス等の誘電体層を交互に形成し、加熱延伸によって
異方性を持たせるようにしたものが提案されている（例
えば、電子情報通信学会論文誌C-I Vol.J81-C-I NO4 p
p.247-253を参照）。この偏光子は、上記島状の金属粒
子層における各島が金属粒子の役割を果たし、金属粒子
を分散させたものと同じ構造になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法で作製した偏光子は、挿入損失が大きいという問題が
あった。発明者らが鋭意研究を重ねた結果、反射防止膜
を施しているのにも関わらず、反射損失が発生している
ことが確認された。さらに研究を重ねた結果、ガラス膜
中に金属粒子が分散することにより偏光層の屈折率が上
昇し、基板と偏光層の界面から反射が発生していること
が確認された。この現象を図４を用いて説明する。
法で作製した偏光子は、挿入損失が大きいという問題が
あった。発明者らが鋭意研究を重ねた結果、反射防止膜
を施しているのにも関わらず、反射損失が発生している
ことが確認された。さらに研究を重ねた結果、ガラス膜
中に金属粒子が分散することにより偏光層の屈折率が上
昇し、基板と偏光層の界面から反射が発生していること
が確認された。この現象を図４を用いて説明する。
【０００９】一般に、偏光層Ｂと基板１の屈折率が同一
と考え、基板１の屈折率、入射媒体（例えば空気）９、
及び出射媒体（例えば空気）１０の屈折率に基づき、反
射防止膜Ｄ（膜５、６）、Ｅ（膜７、８）を設計する。
と考え、基板１の屈折率、入射媒体（例えば空気）９、
及び出射媒体（例えば空気）１０の屈折率に基づき、反
射防止膜Ｄ（膜５、６）、Ｅ（膜７、８）を設計する。
【００１０】しかしながら、偏光層Ｂと基板１の屈折率
が異なる場合、このような設計では、偏光層Ｂと基板１
との間、また、偏光層Ｂと入射媒体９（空気）との間の
反射を抑制することができない。なお、図中Ａは偏光子
Ｈの素体である。
が異なる場合、このような設計では、偏光層Ｂと基板１
との間、また、偏光層Ｂと入射媒体９（空気）との間の
反射を抑制することができない。なお、図中Ａは偏光子
Ｈの素体である。
【００１１】そこで、本発明は誘電体基板の一主面に異
方性を有する金属粒子が誘電体中に分散された偏光層を
設けて成る偏光子において、基板と偏光層の界面の反射
をなくし、低挿入損失な偏光子及びそれを用いた光アイ
ソレータを提供することを目的とする。
方性を有する金属粒子が誘電体中に分散された偏光層を
設けて成る偏光子において、基板と偏光層の界面の反射
をなくし、低挿入損失な偏光子及びそれを用いた光アイ
ソレータを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光子は、透光
性を有する基板の少なくとも一主面上に、光吸収異方性
を有する金属粒子が第１の誘電体中に分散された偏光層
と、第２の誘電体からなる反射防止層の少なくとも２つ
の層が積層されて成る偏光子であって、第１及び第２の
誘電体の透過光の波長で規格化した厚さが下記式
（Ａ），（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
性を有する基板の少なくとも一主面上に、光吸収異方性
を有する金属粒子が第１の誘電体中に分散された偏光層
と、第２の誘電体からなる反射防止層の少なくとも２つ
の層が積層されて成る偏光子であって、第１及び第２の
誘電体の透過光の波長で規格化した厚さが下記式
（Ａ），（Ｂ）を満たすことを特徴とする。
【００１３】 0.15＋0.39ｎ ≦ｄ１／λ≦0.19＋0.39ｎ ・・・ （Ａ） 0.15＋0.32ｎ ≦ｄ２／λ≦0.17＋0.32ｎ ・・・ （Ｂ） （ただし、ｄ１：第１の誘電体の平均厚さ、ｄ２：第２
の誘電体の平均厚さ、λ ：透過光の波長ｎ ：０以上
の任意の整数） また、本発明の光アイソレータは、光を透過させるファ
ラデー回転子の光入射側及び／又は光出射側に、上記偏
光子を配設して成ることを特徴とする。
の誘電体の平均厚さ、λ ：透過光の波長ｎ ：０以上
の任意の整数） また、本発明の光アイソレータは、光を透過させるファ
ラデー回転子の光入射側及び／又は光出射側に、上記偏
光子を配設して成ることを特徴とする。
【００１４】上記構成の偏光子によれば、基板１と偏光
層Ｂの界面での反射を考慮する必要がなく、入射媒体９
と基板１の反射を極力低減することが可能となる。ま
た、その他の効果として、偏光層Ｂが反射防止膜として
機能することにより、反射防止膜を成膜する工程を低減
することが可能となり、偏光子の低価格化を実現するこ
とが可能となる。さらに、基板１上に膜を多層に成膜す
ることは応力の増加につながり、剥離等の問題が発生す
る為、最小限にすることが好ましいが、上記方法では、
基板１上の膜数を最小限にすることが可能となる。
層Ｂの界面での反射を考慮する必要がなく、入射媒体９
と基板１の反射を極力低減することが可能となる。ま
た、その他の効果として、偏光層Ｂが反射防止膜として
機能することにより、反射防止膜を成膜する工程を低減
することが可能となり、偏光子の低価格化を実現するこ
とが可能となる。さらに、基板１上に膜を多層に成膜す
ることは応力の増加につながり、剥離等の問題が発生す
る為、最小限にすることが好ましいが、上記方法では、
基板１上の膜数を最小限にすることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。
て図面に基づき説明する。
【００１６】図１に示すように、偏光子Ｈは、透光性基
板であるガラス等の基板１の少なくとも一方の主面上に
第１の誘電体から成る偏光層Ｂを設けたものであり、こ
の偏光層Ｂは、基板１上に形状異方性を有する金属粒子
２ａが多数分散された層状をなす島状金属薄膜層という
べき金属粒子層２と透光性を有する誘電体層３とが交互
に複数積層されてなるものである。なお、偏光層Ｂは、
偏光子として作用させるものの他、反射防止膜Ｃの一部
としても作用する。さらに、偏光層Ｂの上にはガラス等
の第２の誘電体の膜（反射防止層）４を積層し、偏光層
Ｂと膜４で反射防止膜Ｃを形成する。また、偏光層が成
膜されていない、もう一方の基板１上には、ガラス等の
誘電体の膜（反射防止層）５、６を成膜し、反射防止膜
Ｄを構成するものとする。
板であるガラス等の基板１の少なくとも一方の主面上に
第１の誘電体から成る偏光層Ｂを設けたものであり、こ
の偏光層Ｂは、基板１上に形状異方性を有する金属粒子
２ａが多数分散された層状をなす島状金属薄膜層という
べき金属粒子層２と透光性を有する誘電体層３とが交互
に複数積層されてなるものである。なお、偏光層Ｂは、
偏光子として作用させるものの他、反射防止膜Ｃの一部
としても作用する。さらに、偏光層Ｂの上にはガラス等
の第２の誘電体の膜（反射防止層）４を積層し、偏光層
Ｂと膜４で反射防止膜Ｃを形成する。また、偏光層が成
膜されていない、もう一方の基板１上には、ガラス等の
誘電体の膜（反射防止層）５、６を成膜し、反射防止膜
Ｄを構成するものとする。
【００１７】金属粒子２ａは回転楕円体状で異方性を有
し、図１（但し、光の進行方向をＺ軸方向とし、これに
直行する平面をＸ−Ｙ平面とする）では、金属粒子２ａ
の長軸方向がＸ方向で、短軸方向がＹ方向である。ま
た、金属粒子２ａの長軸方向の長さと短軸方向の長さの
比をアスペクト比とし、ここでは、多数の金属粒子４ａ
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。
し、図１（但し、光の進行方向をＺ軸方向とし、これに
直行する平面をＸ−Ｙ平面とする）では、金属粒子２ａ
の長軸方向がＸ方向で、短軸方向がＹ方向である。ま
た、金属粒子２ａの長軸方向の長さと短軸方向の長さの
比をアスペクト比とし、ここでは、多数の金属粒子４ａ
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。
【００１８】偏光子Ｈに入射光Ｌ１を入射させた場合、
光の波長に対し、金属粒子２ａの大きさが十分に小さい
場合、ある波長の光を吸収する。図１に示すように、金
属粒子２ａが形状的異方性を有する場合、Ｘ方向の偏光
とＹ方向の偏光では、吸収量、また、吸収する波長が異
なり（Ｘ方向がより長波長帯にて大きな吸収を持ち、Ｙ
方向の偏光は短波長帯にて小さな吸収を持つ）、ある波
長で見ると、出射光Ｌ２は偏光方向により透過率の差が
発生し、偏光子１として作用する。
光の波長に対し、金属粒子２ａの大きさが十分に小さい
場合、ある波長の光を吸収する。図１に示すように、金
属粒子２ａが形状的異方性を有する場合、Ｘ方向の偏光
とＹ方向の偏光では、吸収量、また、吸収する波長が異
なり（Ｘ方向がより長波長帯にて大きな吸収を持ち、Ｙ
方向の偏光は短波長帯にて小さな吸収を持つ）、ある波
長で見ると、出射光Ｌ２は偏光方向により透過率の差が
発生し、偏光子１として作用する。
【００１９】ここで、この透過率の差を消光比、また、
Ｙ方向の偏光の透過率を挿入損失と呼ぶ。
Ｙ方向の偏光の透過率を挿入損失と呼ぶ。
【００２０】このような偏光子は同一誘電体層３に存在
する金属粒子の個数密度（分布密度）は３〜３７個／μ
ｍ2 が好ましい。この範囲内であれば、消光比あたりの
挿入損失が最も低くなる。なお、良好な偏光特性が得ら
れるのであれば、誘電体層３は１層でも、２層以上でも
かまわない。ここで、金属粒子の個数密度（分布密度）
は基板面内の各層の密度であって、少なくとも１個の金
属粒子２ａの長軸を含み、且つ基板面Ｓに平行な面で切
断した場合に計測した密度である。
する金属粒子の個数密度（分布密度）は３〜３７個／μ
ｍ2 が好ましい。この範囲内であれば、消光比あたりの
挿入損失が最も低くなる。なお、良好な偏光特性が得ら
れるのであれば、誘電体層３は１層でも、２層以上でも
かまわない。ここで、金属粒子の個数密度（分布密度）
は基板面内の各層の密度であって、少なくとも１個の金
属粒子２ａの長軸を含み、且つ基板面Ｓに平行な面で切
断した場合に計測した密度である。
【００２１】また、金属粒子２ａが回転楕円体になるの
は基板１上に偏光層Ｂの成膜後、延伸、もしくは押し出
し等の方法により、基板１とともに金属粒子２ａが延伸
もしくは押し出し方向に引き伸ばされるからである。そ
して、アスペクト比は、消光比の波長特性に大きく寄与
しており、光通信で利用される１３１０ｎｍで動作させ
る為には、３から３０、好ましくは５〜１５が適当であ
る。
は基板１上に偏光層Ｂの成膜後、延伸、もしくは押し出
し等の方法により、基板１とともに金属粒子２ａが延伸
もしくは押し出し方向に引き伸ばされるからである。そ
して、アスペクト比は、消光比の波長特性に大きく寄与
しており、光通信で利用される１３１０ｎｍで動作させ
る為には、３から３０、好ましくは５〜１５が適当であ
る。
【００２２】次に、反射防止膜について説明する。
【００２３】ある基板上に、２層の膜を成膜した場合、
基板の屈折率ｎｓに対する反射率Ｒは、基板上に形成し
た第１層の屈折率をｎ１、その厚さをｄ１、第１層上に
形成した第２層の屈折率ｎ２、厚さをｄ２、入射媒質
（例えば、空気等）の屈折率ｎ０とすると、
基板の屈折率ｎｓに対する反射率Ｒは、基板上に形成し
た第１層の屈折率をｎ１、その厚さをｄ１、第１層上に
形成した第２層の屈折率ｎ２、厚さをｄ２、入射媒質
（例えば、空気等）の屈折率ｎ０とすると、
【００２４】
【数１】
【００２５】と表される。
【００２６】上記数式を用い、偏光層Ｂの膜厚、膜４の
厚さを設計することができる。光アイソレータには低挿
入損失が要求されている為、０．２％以下に押さえるこ
とが必要となる。
厚さを設計することができる。光アイソレータには低挿
入損失が要求されている為、０．２％以下に押さえるこ
とが必要となる。
【００２７】そこで、反射防止膜として使用する材料
は、使用波長帯にて光学的に透過であることや、成膜の
容易性から、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 を用いるのがよい。これらの内、特
に、屈折率が低いＳｉＯ2 、ＭｇＦ2のいずれか、屈折
率が高いＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかを
組み合わせて使用するとよい。
は、使用波長帯にて光学的に透過であることや、成膜の
容易性から、ＳｉＯ2 、ＭｇＦ2 、ＴｉＯ2 、Ｚｒ
Ｏ2 、Ａｌ2 Ｏ3 を用いるのがよい。これらの内、特
に、屈折率が低いＳｉＯ2 、ＭｇＦ2のいずれか、屈折
率が高いＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 のいずれかを
組み合わせて使用するとよい。
【００２８】反射防止膜の一つとして構成される偏光層
Ｂの屈折率は、１．６４程度である。これは、ガラス中
に金属粒子を分散させた試料の屈折率をエリプソメータ
により測定した結果である。その為、反射防止膜の構成
は、偏光層Ｂが屈折率が高い膜に分類され、膜４はＳｉ
Ｏ2 、ＭｇＦ2 のいずれかを使用することが好ましい。
さらに、解析より、ＳｉＯ2 を使用した場合、膜厚によ
らず反射率を０．２％以下にすることが困難であること
が確認された為、膜４にはＭｇＦ2 を使用するのが最適
である。そして、特にＭｇＦ2 を使用する場合、偏光層
Ｂの平均の厚さｄ１、膜４の平均の厚さｄ２が下記式を
満たした場合、反射率が０．２％以下になる。
Ｂの屈折率は、１．６４程度である。これは、ガラス中
に金属粒子を分散させた試料の屈折率をエリプソメータ
により測定した結果である。その為、反射防止膜の構成
は、偏光層Ｂが屈折率が高い膜に分類され、膜４はＳｉ
Ｏ2 、ＭｇＦ2 のいずれかを使用することが好ましい。
さらに、解析より、ＳｉＯ2 を使用した場合、膜厚によ
らず反射率を０．２％以下にすることが困難であること
が確認された為、膜４にはＭｇＦ2 を使用するのが最適
である。そして、特にＭｇＦ2 を使用する場合、偏光層
Ｂの平均の厚さｄ１、膜４の平均の厚さｄ２が下記式を
満たした場合、反射率が０．２％以下になる。
【００２９】 （０．１５＋０．３９×ｎ）≦ｄ１／λ≦（０．１９＋０．３９×ｎ） ・・・ （Ａ） （０．１５＋０．３２×ｍ）≦ｄ２／λ≦（０．１７＋０．３２×ｍ） （ただし、λは透過光の波長、ｎ，ｍは０以上の任意の
整数） 次に、上記偏光子の作製方法について説明する。
整数） 次に、上記偏光子の作製方法について説明する。
【００３０】基板１には、例えば、ＢＫ７，ＢＫ１（ホ
ーヤ株式会社の登録商標），パイレックスガラス（コー
ニング社の登録商標）等のほう珪酸塩ガラスを用いる。
次に、スパッタ装置（好ましくは多元スパッタ装置）を
用いて、金属粒子層２ａを成膜する。次に、成膜された
金属粒子２ａを所望の金属粒子２ａの大きさにする為、
基板１の転移点以下の温度にて熱処理を行う。
ーヤ株式会社の登録商標），パイレックスガラス（コー
ニング社の登録商標）等のほう珪酸塩ガラスを用いる。
次に、スパッタ装置（好ましくは多元スパッタ装置）を
用いて、金属粒子層２ａを成膜する。次に、成膜された
金属粒子２ａを所望の金属粒子２ａの大きさにする為、
基板１の転移点以下の温度にて熱処理を行う。
【００３１】上記金属としてはＡｇ，Ｃｕ，Ｆｅ等の１
種を用いる。次に、多元スパッタ装置を使用し、誘電体
層３を成膜するが、誘電体層３の材質としては、基板１
と同じＢＫ７，ＢＫ１，パイレックスガラス等のほう珪
酸ガラスが好ましい。なぜならば、基板２の材料と誘電
体層３の材質が異なると、熱膨張係数の違いから膜応力
が発生し、その結果、誘電体層間で剥離が生じ、金属粒
子に異方性を与えることができない為である。その後、
金属粒子層２と誘電体層３を所望の消光比が得られるよ
うに所定数の積層を繰り返し行い、さらに、成膜中にト
ラップされたスパッタリングガス（例えばＡｒ）を追い
出す為、３００℃以上で且つガラス転位点以下（例えば
５８０℃以下）にて熱処理を行う。Ａｒの量としては、
１．０×１０19molecules/cm3 以下であることが好まし
い。さらに、基板の軟化点付近（例えば６２０℃）にて
加熱しながら延伸を行うことにより、金属粒子に異方性
を持たせ、所望の偏光特性を得る。
種を用いる。次に、多元スパッタ装置を使用し、誘電体
層３を成膜するが、誘電体層３の材質としては、基板１
と同じＢＫ７，ＢＫ１，パイレックスガラス等のほう珪
酸ガラスが好ましい。なぜならば、基板２の材料と誘電
体層３の材質が異なると、熱膨張係数の違いから膜応力
が発生し、その結果、誘電体層間で剥離が生じ、金属粒
子に異方性を与えることができない為である。その後、
金属粒子層２と誘電体層３を所望の消光比が得られるよ
うに所定数の積層を繰り返し行い、さらに、成膜中にト
ラップされたスパッタリングガス（例えばＡｒ）を追い
出す為、３００℃以上で且つガラス転位点以下（例えば
５８０℃以下）にて熱処理を行う。Ａｒの量としては、
１．０×１０19molecules/cm3 以下であることが好まし
い。さらに、基板の軟化点付近（例えば６２０℃）にて
加熱しながら延伸を行うことにより、金属粒子に異方性
を持たせ、所望の偏光特性を得る。
【００３２】次に、偏光層Ｂの上に膜４を成膜する。成
膜には、スパッタ装置、蒸着機等が好ましい。
膜には、スパッタ装置、蒸着機等が好ましい。
【００３３】さらに、偏光層Ｂが成膜されている面とは
もう一方の面に膜５、６を成膜する。なお、膜５はＴｉ
Ｏ2 ，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 、膜６については、ＳｉＯ
2 ，ＭｇＦ2 等が好ましい。これらはスパッタリング装
置や蒸着機等を使用するものとする。
もう一方の面に膜５、６を成膜する。なお、膜５はＴｉ
Ｏ2 ，ＺｒＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 、膜６については、ＳｉＯ
2 ，ＭｇＦ2 等が好ましい。これらはスパッタリング装
置や蒸着機等を使用するものとする。
【００３４】このような製造方法によって得られた偏光
子は、光アイソレータや干渉計等の各種光学部品に用い
ることが可能となり、光通信の分野で広く使用すること
ができる。
子は、光アイソレータや干渉計等の各種光学部品に用い
ることが可能となり、光通信の分野で広く使用すること
ができる。
【００３５】次に、本発明の光アイソレータについて説
明する。図３に一部断面斜視図にて示すように、光アイ
ソレータＳは、Ｎｉ−Ｆｅ合金等から成るホルダ１１内
に、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶等か
ら成るファラデー回転子１３、ファラデー回転子１３の
光入射側に配設される第１の偏光子１２、光出射側に配
設される第２の偏光子１４が光軸上に配置され、さら
に、ネオジウム−鉄系やサマリウム−コバルト系の希土
類系のエネルギー積の大きな材料から成る永久磁石１５
がこれら部材の周囲に配設されている。
明する。図３に一部断面斜視図にて示すように、光アイ
ソレータＳは、Ｎｉ−Ｆｅ合金等から成るホルダ１１内
に、ＹＩＧ（イットリウム・鉄・ガーネット）結晶等か
ら成るファラデー回転子１３、ファラデー回転子１３の
光入射側に配設される第１の偏光子１２、光出射側に配
設される第２の偏光子１４が光軸上に配置され、さら
に、ネオジウム−鉄系やサマリウム−コバルト系の希土
類系のエネルギー積の大きな材料から成る永久磁石１５
がこれら部材の周囲に配設されている。
【００３６】ここで、上記本発明の偏光子をファラデー
回転子１３の光入射側及び（又は）光出射側に配設する
ものとする。また、これら偏光子を構成する金属粒子
は、第１の偏光子１２と第２の偏光子１４とでは、配向
方向が４５°異なるように配設するものとする。
回転子１３の光入射側及び（又は）光出射側に配設する
ものとする。また、これら偏光子を構成する金属粒子
は、第１の偏光子１２と第２の偏光子１４とでは、配向
方向が４５°異なるように配設するものとする。
【００３７】上記構成の光アイソレータＳは、入射光Ｌ
３は最初偏光していないが、第１の偏光子１２で偏光
し、さらに、ファラデー回転子１３で偏光方向が４５°
回転させられて、第２の偏光子１４を介して出射光Ｌ４
として出射される。一方、逆光（戻り光）Ｌ５は、第２
の偏光子１４で偏光され、ファラデー回転子１３で偏光
方向が４５°回転させられるので、第２の偏光子１４を
構成する金属粒子の配向方向とは異なる方向に配向して
いる第１の偏光子１２により光が遮断される。上記偏光
子を用いることで、反射の非常に少ない優れた光アイソ
レータを提供できる。
３は最初偏光していないが、第１の偏光子１２で偏光
し、さらに、ファラデー回転子１３で偏光方向が４５°
回転させられて、第２の偏光子１４を介して出射光Ｌ４
として出射される。一方、逆光（戻り光）Ｌ５は、第２
の偏光子１４で偏光され、ファラデー回転子１３で偏光
方向が４５°回転させられるので、第２の偏光子１４を
構成する金属粒子の配向方向とは異なる方向に配向して
いる第１の偏光子１２により光が遮断される。上記偏光
子を用いることで、反射の非常に少ない優れた光アイソ
レータを提供できる。
【００３８】
【実施例】膜４にＭｇＦ2 （ｎ＝１．３８）を用い、偏
光層Ｂの屈折率を１．６４とし、反射率が０．２％以下
になる偏光層Ｂの厚さ、膜４の厚さを解析した。図２の
その解析結果を示す。反射率は偏光層Ｂと基板１の界
面、及び偏光子Ｂの表面のトータルの反射を含む。図２
のグラフ縦軸の上の方ほど低い反射率を示すので、グラ
フの山の部分が反射率の低い条件を示す。この結果、偏
光層Ｂの平均厚さｄＢを０．６２μｍ、膜４の平均厚さ
をｄ４を０．２３μｍとすることとした。このように、
上記（Ａ），（Ｂ）式を満足する条件のときにのみ反射
率が極小となることが判明した。
光層Ｂの屈折率を１．６４とし、反射率が０．２％以下
になる偏光層Ｂの厚さ、膜４の厚さを解析した。図２の
その解析結果を示す。反射率は偏光層Ｂと基板１の界
面、及び偏光子Ｂの表面のトータルの反射を含む。図２
のグラフ縦軸の上の方ほど低い反射率を示すので、グラ
フの山の部分が反射率の低い条件を示す。この結果、偏
光層Ｂの平均厚さｄＢを０．６２μｍ、膜４の平均厚さ
をｄ４を０．２３μｍとすることとした。このように、
上記（Ａ），（Ｂ）式を満足する条件のときにのみ反射
率が極小となることが判明した。
【００３９】基板１には７６ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの
大きさのＢＫ７ガラスを使用した。また、成膜装置とし
ては、多元マグネトロンスパッタ装置を使用し、ターゲ
ットには図１における金属層２をなす銅と誘電体層３を
なすＢＫ７ガラスを使用した。さらに、スパッタリング
ガスには、Ａｒを利用した。
大きさのＢＫ７ガラスを使用した。また、成膜装置とし
ては、多元マグネトロンスパッタ装置を使用し、ターゲ
ットには図１における金属層２をなす銅と誘電体層３を
なすＢＫ７ガラスを使用した。さらに、スパッタリング
ガスには、Ａｒを利用した。
【００４０】銅の膜厚は５０ｎｍに設定し、成膜を行っ
た。その後、銅粒子を球状に成長させる為、５００℃に
て６０ｍｉｎ成膜した。次に銅粒子をガラス中に埋め込
む為、上記条件にて作製した銅粒子の上から、基板材料
と同じＢＫ７ガラスを０．１５μｍ成膜した。このガラ
ス膜の厚さは延伸後の偏光層の厚さが０．６２μｍにな
るよう考慮し設定した。上記工程を１０回繰り返し、誘
電体層４を１０層作製した。さらに、試料中に含まれて
いるＡｒガスを追い出す為、５８０℃にて２０時間加熱
した。その後、これらのサンプルを６２５℃にて４５ｋ
ｇ／ｍｍ2 の応力で長さ５０ｍｍとなるように延伸を行
った。
た。その後、銅粒子を球状に成長させる為、５００℃に
て６０ｍｉｎ成膜した。次に銅粒子をガラス中に埋め込
む為、上記条件にて作製した銅粒子の上から、基板材料
と同じＢＫ７ガラスを０．１５μｍ成膜した。このガラ
ス膜の厚さは延伸後の偏光層の厚さが０．６２μｍにな
るよう考慮し設定した。上記工程を１０回繰り返し、誘
電体層４を１０層作製した。さらに、試料中に含まれて
いるＡｒガスを追い出す為、５８０℃にて２０時間加熱
した。その後、これらのサンプルを６２５℃にて４５ｋ
ｇ／ｍｍ2 の応力で長さ５０ｍｍとなるように延伸を行
った。
【００４１】次に、偏光層Ｂの上から、ＭｇＦ2 （ｎ＝
１．３８）を厚さ０．２３μｍに成膜した。さらに、偏
光層Ｂが成膜されているもう一方の基板面に膜５とし
て、Ａｌ2 Ｏ3 （ｎ＝１．７０）を厚さ０．１５μｍ
に、その上から、膜６として、ＭｇＦ2 （ｎ＝１．３
８）を厚さ０．２６μｍに成膜した。なお、膜５、６の
条件はｎ＝１．５１の基板の反射防止膜として、一般的
な値である。
１．３８）を厚さ０．２３μｍに成膜した。さらに、偏
光層Ｂが成膜されているもう一方の基板面に膜５とし
て、Ａｌ2 Ｏ3 （ｎ＝１．７０）を厚さ０．１５μｍ
に、その上から、膜６として、ＭｇＦ2 （ｎ＝１．３
８）を厚さ０．２６μｍに成膜した。なお、膜５、６の
条件はｎ＝１．５１の基板の反射防止膜として、一般的
な値である。
【００４２】この結果、消光比４０ｄＢ、挿入損失０．
０１ｄＢ以下の良好な特性を得ることができた。
０１ｄＢ以下の良好な特性を得ることができた。
【００４３】
【発明の効果】本発明の偏光子及びそれを用いた光アイ
ソレータによれば、偏光層とこの上に積層される反射防
止層の厚みを最適にしているので、基板と偏光層の界面
での反射を考慮する必要なく、入射媒体と基板の反射を
極力低減することが可能となる。
ソレータによれば、偏光層とこの上に積層される反射防
止層の厚みを最適にしているので、基板と偏光層の界面
での反射を考慮する必要なく、入射媒体と基板の反射を
極力低減することが可能となる。
【００４４】さらに、偏光層が反射防止層としての機能
を有することになるので、従来のように反射防止層を多
数層に形成する必要がなく、しかもいっそうの小型化を
図ることができる。
を有することになるので、従来のように反射防止層を多
数層に形成する必要がなく、しかもいっそうの小型化を
図ることができる。
【図１】本発明に係る偏光子を模式的に説明する図であ
り、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を示す拡大
斜視図である。
り、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を示す拡大
斜視図である。
【図２】本発明に係る偏光子の反射率の解析結果を示す
グラフである。
グラフである。
【図３】本発明に係る光アイソレータを模式的に説明す
る一部断面斜視図である。
る一部断面斜視図である。
【図４】従来の偏光子を模式的に説明する図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を示す拡大斜視
図である。
（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の一部を示す拡大斜視
図である。
１：基板 ２：金属粒子層 ２ａ：金属粒子 ３：誘電体 Ｈ：偏光子 Ｓ：光アイソレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA02 BA08 BA23 BB03 BB63 BC03 BC25 2H099 AA01 BA02 CA02
Claims (2)
- 【請求項１】 透光性を有する基板の一主面側に、第１
の誘電体中に光吸収異方性を有する金属粒子を分散させ
た偏光層と、第２の誘電体から成る反射防止層の少なく
とも２層を積層して成る偏光子であって、前記第１及び
第２の誘電体の規格化厚みが下記式（Ａ）〜（Ｂ）を満
たすことを特徴とする偏光子。 0.15＋0.39ｎ ≦ｄ１／λ≦0.19＋0.39ｎ ・・・ （Ａ） 0.15＋0.32ｍ ≦ｄ２／λ≦0.17＋0.32ｍ ・・・ （Ｂ） （ただし、ｄ１：第１の誘電体の平均厚み、ｄ２：第２
の誘電体の平均厚み、λ ：透過光の波長、ｎ，ｍ ：
０以上の任意の整数） - 【請求項２】 光を透過させるファラデー回転子の光入
射側及び光出射側に偏光子を配設して成る光アイソレー
タであって、前記ファラデー回転子の光入射側及び／又
は光出射側に、請求項１に記載の偏光子を配設して成る
ことを特徴とする光アイソレータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37173198A JP2000193823A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 偏光子及びそれを用いた光アイソレ―タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37173198A JP2000193823A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 偏光子及びそれを用いた光アイソレ―タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000193823A true JP2000193823A (ja) | 2000-07-14 |
Family
ID=18499209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP37173198A Pending JP2000193823A (ja) | 1998-12-28 | 1998-12-28 | 偏光子及びそれを用いた光アイソレ―タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000193823A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003279749A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-10-02 | Corning Inc | 偏光ガラス |
| US7310463B2 (en) | 2002-09-09 | 2007-12-18 | Kyocera Corporation | Optical structural body, its manufacturing method and optical element |
| KR101267543B1 (ko) | 2011-06-16 | 2013-05-27 | 한국기계연구원 | 강도와 연성의 조합이 우수한 무니켈-고질소 이상 스테인리스강 |
-
1998
- 1998-12-28 JP JP37173198A patent/JP2000193823A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003279749A (ja) * | 2002-01-24 | 2003-10-02 | Corning Inc | 偏光ガラス |
| JP4520094B2 (ja) * | 2002-01-24 | 2010-08-04 | コーニング インコーポレイテッド | 偏光ガラス製品を備えた光アイソレータ |
| US7310463B2 (en) | 2002-09-09 | 2007-12-18 | Kyocera Corporation | Optical structural body, its manufacturing method and optical element |
| KR101267543B1 (ko) | 2011-06-16 | 2013-05-27 | 한국기계연구원 | 강도와 연성의 조합이 우수한 무니켈-고질소 이상 스테인리스강 |
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