JP2006350232A - 光学材料、それを用いた光学素子およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図2
Description
ここで、その特殊な条件とは、光学においてブリュースターという名で知られている光の反射がゼロになる現象(以下、本明細書においては「ブリュースター現象」と称する。)を誘起するための条件であり、このブリュースターを誘起するための条件は「ブリュースター条件」と称されており、以下の(a)および(b)に示す2つの条件をともに満足する必要がある。
(a)物質の境界面に対して光波がp偏光で入射していること
(b)境界面を挟む2つの物質の屈折率によって決定される特定の入射角(この入射角を「ブリュースター角」と称している。)で光波が入射していること
である。
一方、例えば、レーザー共振器や光通信システムの光学系などにおいては、できるだけレンズやミラーもしくは窓材などの表面における反射ロスを無くしたいという強い要求がある。特に、レーザーなどの共振器内部では僅かな反射ロスが大きな特性低下を引き起こすことが多いため、反射ロスを限りなくゼロに近づけることが要求されている。
以上において説明したとおり、屈折率の異なる2つの物質界面では必ず光波の反射が起こるものであり、この反射をゼロとする1つの手法がブリュースター現象を利用するというものであった。
なお、本願出願人が特許出願のときに知っている先行技術は、文献公知発明に係る発明ではないため、記載すべき先行技術文献情報はない。
即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明は、光波の波長よりも小さな電気共振器と磁気共振器との少なくともいずれか一方を所定の平面内においてのみ複数配置したメタマテリアルよりなり、s偏光に対して上記配置された電気共振器と磁気共振器との少なくともいずれか一方が作用して、上記作用に応じて誘電率と透磁率との少なくともいずれか一方を制御して、s偏光においてブリュースター現象を誘起するようにしたものである。
まず、本発明による光学材料(以下、単に「本発明光学材料」と適宜に称する。)について説明するが、この本発明光学材料は、メタマテリアルにより構成されている。
ここで、光の伝搬に直接関与する物質の物理量は、屈折率である。そして、この屈折率は、物質の誘電率(ε)と透磁率(μ)とが決まれば一意に決まるものである。つまり、光波の伝搬を決定する基本的な物理量は、誘電率と透磁率とである。
本発明光学材料は、以上において説明したメタマテリアルの性質を利用したものであり、通常は1.0の値を取る透磁率あるいは誘電率またはそれらの両者を変化させることにより、s偏光においてもブリュースター現象を誘起できるようにしたものである。
以上の構成において、本発明光学材料10においては、磁気共振器16によりその透磁率が1.0から変化するようになり、このように通常は1.0の値をとる透磁率を変化させることで、s偏光においてもブリュースター現象を誘起することができた。
ここで、本発明光学材料10において、透磁率を1.0から3.29473に変化する際における磁気共振器16の位置関係ならびに各寸法が図5(a)(b)に示されている。なお、理解を容易にするために、図5(a)(b)においては、ガラス基板12の図示は省略した。
上記したような磁気共振器16は、例えば、半導体プロセスや本願出願人が特願2005−139329「金属錯イオンの光還元方法」として出願した手法を用いて作製することができる。
次に、上記した本発明光学材料を用いた光学素子である本発明光学素子について説明する。
こうした本発明光学素子は、例えば、屈折率の異なる2つの媒質の間に配置されて、光透過性光学素子として用いられるものである。図7には、本発明光学素子を屈折率の異なる2つの媒質の間に配置して光透過性光学素子として用いた例が示されており、本発明光学素子M2は、媒質M1と媒質M3との間に配置されて、光透過性光学素子として用いられている。
次に、本発明光学素子M2を作製する手法の一例について、図7に示す構成を例にして説明する。即ち、屈折率の異なる2つの媒質M1と媒質M3とがあり、媒質M1と媒質M3との間に本発明光学素子M2(以下、「媒質M2」と適宜に称する。)を挿入した状態を検討するものであり、本発明光学素子たる媒質M2のブリュースター角ならびに光学パラメータの算出の手法について詳細に説明する。
Δθ12 p=θ’12B p−θ12B p (5)
Δθ12 s=θ’12B s−θ12B s (6)
で与えられる。
Δθ23 p=θ’23B p−θ23B p (7)
Δθ23 s=θ’23B s−θ23B s (8)
で与えられる。これら式(5)〜(8)を用いると、出射光の入射光に対する偏角が
Δθp= θ12 p+θ23 p (9)
Δθs= θ12 s+θ23 s (10)
で求まる。
Δθp=Δθs (11)
を満足するようなε2 p、ε2 sを求めればよい。しかし、この解法は、解析的には不可能なので数値計算によって求められ、図9のような結果が得られる。この図9に示した曲線を構成するε2 p、ε2 sのペアが解である。これらの解を具体的な素子の形として図示したものが図10乃至図13である。
Δθp=Δθs=0 (12)
という条件を新たに加えて解いたものである。
なお、以上において説明した上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(6)に説明するように変形してもよい。
12 ガラス基板
16 磁気共振器
16a 第1C字形状部
16b 第2C字形状部
20 境界面
50 本発明光学材料
56 磁気共振器
100 メタマテリアル
102 基板
104 電気共振器
106 磁気共振器
M1 媒質
M2 本発明光学素子(媒質)
M3 媒質
Claims (4)
- 光波の波長よりも小さな電気共振器と磁気共振器との少なくともいずれか一方を所定の平面内においてのみ複数配置したメタマテリアルよりなり、
s偏光に対して前記配置された電気共振器と磁気共振器との少なくともいずれか一方が作用して、前記作用に応じて誘電率と透磁率との少なくともいずれか一方を制御して、s偏光においてブリュースター現象を誘起する
ことを特徴とする光学材料。 - 請求項1に記載の光学材料よりなる光学素子であって、
光波の入射面がp偏光に対してブリュースター角に設定されるとともに、
前記光学材料のs偏光に対する誘電率と透磁率との少なくともいずれか一方を制御して、p偏光とs偏光との双方において同時かつ独立にブリュースター条件を満たした
ことを特徴とする光学素子。 - 請求項2に記載の光学素子において、
p波とs波との出射方向が光波の入射方向と一致する
ことを特徴とする光学素子。 - 請求項1に記載の光学材料よりなる光学素子の作製方法であって、
光波の入射面をp偏光に対してブリュースター角に設定し、
前記光学材料のs偏光に対する誘電率と透磁率との少なくともいずれか一方を制御して、p偏光とs偏光との双方において同時かつ独立にブリュースター条件を満たす
ことを特徴とする光学素子の作製方法。
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