JP2008026807A - Polarization separation element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization separation element which has a structure different from a wire grid polarizer or a photonic polarizing element and is based on a principle different from the same. <P>SOLUTION: The polarization separation element has a three-dimensional metal structure arrangement formed by stacking fine dot patterns DP1, DP2.. which are prepared by two-dimensionally arranging dot-like metal structures smaller than wavelength of incident light, in multi-layer into a retention medium HMD leaving a prescribed interval on a support base BS, whereby the three-dimensional metal structure arrangement is determined such that transmission light intensities or reflection light intensities with respect to two orthogonal polarization components in the incident light made incident at a desired incident angle is differentiated from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は偏光分離素子に関する。   The present invention relates to a polarization separation element.

偏光分離素子は液晶プロジェクタ等の種々の光学装置に用いられている。偏光分離素子としては、誘電体多層膜により偏光分離を行う偏光ビームスプリッタが従来から広く知られているが、近来、別種の偏光分離素子としてワイヤグリッドポラライザ(特許文献1、2)や、フォトニック結晶偏光子(特許文献3)が提案されている。   Polarization separation elements are used in various optical devices such as liquid crystal projectors. As a polarization separation element, a polarization beam splitter that performs polarization separation using a dielectric multilayer film has been widely known. However, recently, as another kind of polarization separation element, a wire grid polarizer (Patent Documents 1 and 2), a photonics A crystal polarizer (Patent Document 3) has been proposed.

特開1998−153706JP 1998-153706 特表2003−502708Special table 2003-502708 特開2003−279746JP2003-279746

この発明は、上述した各種の偏光分離素子とは異なる、新規な偏光分離素子の実現を課題とする。   This invention makes it a subject to implement | achieve the novel polarization separation element different from the various polarization separation elements mentioned above.

この発明の偏光分離素子は、以下のごとき特徴を有する(請求項1)。
即ち、支持基板上に3次元的な金属構造体配列を有する。
3次元的な金属構造体配列を構成する金属構造体は「偏光分離されるべき入射光の波長よりも小さい、微小なドット状」である。これら「微小なドット状の金属構造体」は、2次元的に配列されて「ドットパターン」をなし、この2次元的なドットパターンが、所定の間隔を隔して複数層に積層配置される。
The polarization separation element of the present invention has the following characteristics (claim 1).
That is, a three-dimensional metal structure array is provided on the support substrate.
The metal structure constituting the three-dimensional metal structure array is “a fine dot shape smaller than the wavelength of incident light to be polarized and separated”. These “minute dot-like metal structures” are two-dimensionally arranged to form a “dot pattern”, and this two-dimensional dot pattern is stacked and arranged in a plurality of layers at a predetermined interval. .

即ち、2次元的なドットパターンがそのパターン面に直交する方向へ複数層に積層配置されて「微小なドット状の金属構造体の3次元的な配置である金属構造体配列」をなす。この3次元的な配置は「金属構造体配列が保持媒体中に保持される」ことにより構成され、保持媒体は支持基板上に設けられる。「保持媒体」は誘電体であり、この誘電体の中に導電性の金属構造体が3次元的に配列保持されて金属構造体配列をなすのである。   That is, a two-dimensional dot pattern is laminated and arranged in a plurality of layers in a direction perpendicular to the pattern surface to form a “metal structure array that is a three-dimensional arrangement of minute dot-like metal structures”. This three-dimensional arrangement is configured by “the metal structure array is held in the holding medium”, and the holding medium is provided on the support substrate. The “holding medium” is a dielectric, and conductive metal structures are three-dimensionally arranged and held in the dielectric to form a metal structure arrangement.

3次元的な金属構造体配列は「所望の入射角で入射する入射光における互いに直交する2つの偏光成分に対する透過光強度または反射光強度を異ならせる」ように設定される。   The three-dimensional metal structure array is set so that “the transmitted light intensity or the reflected light intensity is different for two polarization components orthogonal to each other in incident light incident at a desired incident angle”.

即ち、金属構造体配列に入射する入射光の入射角として、所望の入射角が選択されると、この入射角で入射する入射光における「互いに直交する2つの偏光成分」に対する透過光強度または反射光強度が異なるように、金属構造体配列を定めるのである。   That is, when a desired incident angle is selected as the incident angle of incident light incident on the metal structure array, transmitted light intensity or reflection with respect to “two polarization components orthogonal to each other” in incident light incident at this incident angle is selected. The metal structure arrangement is determined so that the light intensities are different.

このように、透過光強度または反射光強度を「互いに直交する2つの偏光成分」に対して異ならせることを「入射光を偏光分離する」という。   Thus, making the transmitted light intensity or the reflected light intensity different from “two polarization components orthogonal to each other” is referred to as “polarizing and separating incident light”.

3次元的な金属構造体配列を構成する「互いに積層配置される2次元的なドットパターン」のうちで最上層のものは、ドットパターンを構成する金属構造体が剥き出しになっていてもよいが、機械力に対するドットパターンの保護の観点から、最上層のドットパターンも保持媒体内に埋没し、偏光分離素子の表面が「保持媒体表面」となっていることが好ましい。   Of the “two-dimensional dot patterns arranged in a stack” that constitute a three-dimensional metal structure array, the uppermost layer may have a bare metal structure constituting the dot pattern. From the viewpoint of protecting the dot pattern against mechanical force, it is preferable that the uppermost dot pattern is also embedded in the holding medium, and the surface of the polarization separation element is the “holding medium surface”.

請求項1記載の偏光分離素子における「金属構造体を2次元的に配列したドットパターン」は、微小なドット状の金属構造体を「そのサイズ以下の距離」を隔して直線状に等間隔に配列した「線状配列パターン要素」を、その長手方向に直交する方向へ所定の周期で配列したパターンであることができる(請求項2)。あるいはまた「複数個の金属構造体をそのサイズ以下の距離を隔して配列した単位配列パターン」を、金属構造体の配向を揃えて「規則的もしくはランダムに2次元配列したパターン」であることができる(請求項3)。上記「金属構造体の配向」とは、1単位の単位配列パターンにおける複数個の金属構造体の配列パターンである。   2. The “dot pattern in which metal structures are two-dimensionally arranged” in the polarization separating element according to claim 1, wherein the minute dot-shaped metal structures are linearly spaced apart by a “distance equal to or smaller than the size”. (Linear arrangement pattern elements) arranged in a pattern can be arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction at a predetermined cycle (Claim 2). Alternatively, “a unit arrangement pattern in which a plurality of metal structures are arranged at a distance equal to or smaller than the size” is a “pattern in which the metal structures are aligned in a two-dimensional arrangement regularly or randomly”. (Claim 3). The “orientation of metal structure” is an arrangement pattern of a plurality of metal structures in a unit arrangement pattern of one unit.

金属構造体の形状は、上記の如く「偏光分離されるべき入射光の波長よりも小さい微小なドット状で、金属構造体配列を構成する全ての金属構造体が同一形状に揃ったもの」であれば良く、その具体的な形状には特に制限が無いが、半球、円柱、四角柱などが可能であるが、回転楕円体形状、ロッド形状、あるいは特定の軸方向に長く延びた形状等の「軸対称形状(回転対称軸を持つ形状)」であることができる(請求項4)。なお、金属構造体の形状も、実現すべき偏光分離特性に対する設計因子となりうる。   As described above, the shape of the metal structure is “a minute dot smaller than the wavelength of incident light to be polarized and separated, and all the metal structures constituting the metal structure array are in the same shape”. There are no particular restrictions on the specific shape, but hemispheres, cylinders, square columns, etc. are possible, but spheroid shapes, rod shapes, or shapes that extend long in a specific axial direction, etc. It can be “axisymmetric shape (shape having a rotationally symmetric axis)”. The shape of the metal structure can also be a design factor for the polarization separation characteristics to be realized.

上記請求項1〜4の任意の1に記載の偏光分離素子の「ドット状の金属構造体」の材質は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、銅(Cu)の何れか、もしくはこれらの組み合わせ、または、これらを主成分とする合金材料・混合材料であることができる(請求項5)。   The material of the “dot-like metal structure” of the polarization separation element according to any one of claims 1 to 4 is gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), nickel Any one of (Ni), chromium (Cr), copper (Cu), a combination thereof, or an alloy material / mixed material containing these as a main component can be used.

請求項1〜5の任意の1に記載の偏光分離素子において「保持媒体中に複数層に積層配置される2次元的なドットパターン」は、互いに合同的であることができ(請求項6)、この場合において、互いに合同な2次元的なドットパターンが「積層方向において互いに重なり合う」ように配置されていてもよいし(請求項7)、互いに層をなして配置される2次元的なドットパターンが「パターン面(ドットパターンを構成する金属構造体の配列面)」に平行な方向において「互いにずれる」ように配置されていることもできる(請求項8)。   The polarization separating element according to any one of claims 1 to 5, wherein the “two-dimensional dot pattern arranged in a plurality of layers in the holding medium” can be congruent to each other (claim 6). In this case, two-dimensional dot patterns that are congruent to each other may be arranged so as to “overlap each other in the stacking direction” (Claim 7), or two-dimensional dots that are arranged in layers. It is also possible to arrange the patterns so as to be “displaced from each other” in a direction parallel to the “pattern surface (arrangement surface of the metal structures constituting the dot pattern)”.

上記請求項1〜8の任意の1に記載の偏光分離素子は「入射角が、略45度に設定され、入射光における互いに直交する2つの偏光成分が、P偏光成分とS偏光成分である」ことができる(請求項9)。   The polarization separating element according to any one of claims 1 to 8, wherein the incident angle is set to about 45 degrees, and two polarization components orthogonal to each other in the incident light are a P polarization component and an S polarization component. (Claim 9).

以上に説明したように、この発明によればワイヤグリッドポラライザやフォトニック偏光素子とは構造が異なり、異なる原理に立脚する偏光分離素子を実現できる。   As described above, according to the present invention, a polarization separation element based on a different principle can be realized because the structure is different from that of a wire grid polarizer and a photonic polarization element.

以下、実施の形態を説明する。
図1は、偏光分離素子の機能を説明する図である。
偏光分離素子POは、ランダム偏光状態で入射する入射光Lの偏光成分のうち、例えば、図面に平行な面内で上下方向に振動する偏光成分LPを透過させ、図面に直交する方向に振動する偏光成分LSを反射することにより、入射光Lを2つの偏光成分LP、LSに分離する。図1に示す角:θが入射角である。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a diagram illustrating the function of the polarization separation element.
The polarization separation element PO transmits, for example, a polarization component LP that vibrates in the vertical direction in a plane parallel to the drawing out of the polarization components of incident light L incident in a random polarization state, and vibrates in a direction orthogonal to the drawing. By reflecting the polarization component LS, the incident light L is separated into two polarization components LP and LS. The angle: θ shown in FIG. 1 is the incident angle.

図1に示す偏光分離素子POは、ランダム偏光状態の入射光の偏光成分LP、LSを透過光と反射光とに完全に分離するが、この発明の偏光分離素子で謂う偏光分離は、例えば、透過光に着目したときに、透過光における「互いに直交する2つの偏光成分」の強度が異なることを指す。   The polarization separation element PO shown in FIG. 1 completely separates the polarization components LP and LS of incident light in a random polarization state into transmitted light and reflected light. In the polarization separation element of the present invention, so-called polarization separation is, for example, When attention is paid to the transmitted light, the intensity of “two polarization components orthogonal to each other” in the transmitted light is different.

この発明の偏光分離素子は、後述のように、素子内部に「複数の微小なドット状の金属構造体による3次元的な金属構造体配列」を有し、金属構造体配列をなす金属構造体の、形状、配列形態、材料の選択により「入射角、動作波長、動作帯域」を設計できる。   As will be described later, the polarization separation element of the present invention has a “three-dimensional metal structure array of a plurality of minute dot-like metal structures” inside the element, and forms a metal structure array. The “incident angle, operating wavelength, operating band” can be designed by selecting the shape, arrangement, and material.

請求項1における「3次元的な金属構造体配列を定める」ことには、このように、金属構造体の形状や材料の選択も含むことができる。   “Defining a three-dimensional metal structure arrangement” in claim 1 can include selection of the shape and material of the metal structure as described above.

第1の実施形態を図2に即して説明する。
図2は、偏光分離素子10の構成を説明図的に示し、(a)は「厚さ方向に平行な方向から見た状態」、(b)は「厚み方向から見た状態」を示す。
図2(a)において、符号BSは「支持基板」、符号HMDは「保持媒体」を示し、符号MSは金属構造体、符号DP1、DP2、DP3はドットパターンを示す。
The first embodiment will be described with reference to FIG.
2A and 2B are explanatory diagrams showing the configuration of the polarization beam splitting element 10. FIG. 2A shows a state viewed from a direction parallel to the thickness direction, and FIG. 2B shows a state viewed from the thickness direction.
In FIG. 2A, the symbol BS indicates a “support substrate”, the symbol HMD indicates a “holding medium”, the symbol MS indicates a metal structure, and the symbols DP1, DP2, and DP3 indicate dot patterns.

図2(b)は、ドットパターンDP1、DP2を説明図的に示している。ドットパターンDP1を例にとって説明すると、ドットパターンDP1は入射光の波長よりも小さい微小なドット状の金属構造体MSを「規則正しく2次元的に配列」させた配列形態である。この実施の形態において、ドットパターンDP1、DP2、DP3は「金属構造体MSの2次元的な配列パターン」としては同一であり、ドットパターンDP1、DP2、DP3は、図2(a)の上下方向(厚み方向)において所定の間隔を隔して互いに重なり合うように積層配列されている。   FIG. 2B illustrates the dot patterns DP1 and DP2 in an explanatory manner. The dot pattern DP1 will be described as an example. The dot pattern DP1 has an arrangement form in which minute dot-shaped metal structures MS smaller than the wavelength of incident light are “regularly arranged two-dimensionally”. In this embodiment, the dot patterns DP1, DP2, and DP3 are the same as the “two-dimensional arrangement pattern of the metal structures MS”, and the dot patterns DP1, DP2, and DP3 are in the vertical direction of FIG. The layers are arranged so as to overlap each other with a predetermined interval in the (thickness direction).

このようにして、金属構造体MSの3次元的な配列である「金属構造体配列」が構成されるが、この金属構造体配列を構成する個々の金属構造体MSは、保持媒体HMDに保持されている。そして、このように金属構造体配列を保持する保持媒体HMDは支持基板BS上に支持されている。金属構造体配列は「所望の偏光分離機能を実現する」ように、金属構造体MSの形状、配列形態、材料等が選定される。   In this way, a “metal structure array” that is a three-dimensional array of metal structures MS is configured. The individual metal structures MS that constitute the metal structure array are held in the holding medium HMD. Has been. The holding medium HMD that holds the metal structure array in this way is supported on the support substrate BS. For the metal structure arrangement, the shape, arrangement form, material, and the like of the metal structure MS are selected so that “a desired polarization separation function is realized”.

第1の実施の形態においては、図2(b)に示すように、ドットパターンDP1等は、金属構造体MSが、図の横方向へ「金属構造体のサイズ以下の距離」を隔して直線状に等間隔に配列されて「線状配列パターン要素Li(i=1,2,・・)」を構成し、これら線状配列パターン要素Liが長手方向に直交する方向(図2(b)で上下方向)に所定の周期で互いに平行に配列した2次元的なパターンとなっている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2B, the dot pattern DP1 and the like have a metal structure MS spaced apart by a distance equal to or smaller than the size of the metal structure in the horizontal direction of the figure. Linearly arranged at equal intervals to form “linear array pattern elements Li (i = 1, 2,...)”, And these linear array pattern elements Li are perpendicular to the longitudinal direction (FIG. 2B ) In a vertical direction) and a two-dimensional pattern arranged in parallel with each other at a predetermined period.

以下、第1の実施の形態の偏光分離素子10に即して、偏光分離素子10の「各部の材料」や製造方法につき説明する。   Hereinafter, in accordance with the polarization separation element 10 of the first embodiment, the “materials of each part” and the manufacturing method of the polarization separation element 10 will be described.

まず、支持基板BSは、偏光分離の高効率化のために、可視領域の波長において吸収が低く、偏光に対する異方性の少ない材料で形成することが好ましく、石英ガラスや、BK7、パイレックス(登録商標)などの硼珪酸ガラス、CaF、Si、ZnSe、Alなどの光学結晶材料を材料として用いることが好ましい。 First, the support substrate BS is preferably formed of a material that has low absorption at wavelengths in the visible region and low anisotropy with respect to polarized light in order to increase the efficiency of polarization separation, such as quartz glass, BK7, Pyrex (registered). It is preferable to use an optical crystal material such as borosilicate glass such as trademark), CaF 2 , Si, ZnSe, Al 2 O 3 as a material.

3次元の金属構造体配列を保持する保持媒体HMDの材料も同様に、可視領域の波長において吸収が低く、偏光に対する異方性の少ない材料が良く、「光学素子のコーティング材料」として一般的に使用される石英ガラス、BK7、パイレックス(登録商標)、ZnS−SiOなどの硼珪酸ガラス、CaF、Si、ZnSe、Al、ZnOなどを好適に利用できる。 Similarly, the material of the holding medium HMD that holds the three-dimensional metal structure array is preferably a material that has low absorption at a wavelength in the visible region and little anisotropy with respect to polarized light, and is generally used as an “optical element coating material”. Quartz glass, BK7, Pyrex (registered trademark), borosilicate glass such as ZnS—SiO 2 , CaF 2 , Si, ZnSe, Al 2 O 3 , ZnO, and the like can be suitably used.

また、偏光分離素子に対して「電気、光、圧力等の外部信号」を作用させ、偏光分離特性をアクティブに変化させるようにすることも可能である。例えば「電気光学結晶効果を示す強誘電体材料」であるBBO、LiTaO、KTB、LiNb、KTB、KTP、KTNなどの無機結晶、「非線形光学効果を示す光学結晶材料」であるBBO、LBO、BIBO、KTP、KDPなどの無機結晶、「電歪効果を示す無機材料」である水晶、ZnO、LiNbO、LiTaO、Li、AlNなどを材料として保持媒体HMDを形成し、電気、光、圧力等の外部信号を保持媒体HMDに作用させ、電気光学効果や非線形光学効果、あるいは電歪効果により金属構造体配列による偏光分離特性をアクティブに変化させることができる。 It is also possible to cause the polarization separation characteristic to actively change by applying an “external signal such as electricity, light, pressure, etc.” to the polarization separation element. For example, BBO, LiTaO 3 , KTB, LiNb 3 , KTB, KTP, KTN and other inorganic crystals that are “ferroelectric materials showing electro-optic crystal effect”, BBO, LBO that are “optical crystal materials showing nonlinear optical effect” A holding medium HMD is formed using inorganic crystals such as BIBO, KTP, and KDP, quartz that is “inorganic material exhibiting electrostrictive effect”, ZnO, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 B 4 O 7 , AlN, and the like. By applying external signals such as electricity, light and pressure to the holding medium HMD, it is possible to actively change the polarization separation characteristics by the metal structure arrangement by the electro-optic effect, the nonlinear optical effect, or the electrostrictive effect.

ここで、偏光分離素子の偏光分離機能を説明すると、この発明の偏光分離素子は「金属中の電子の集団運動である表面プラズモンまたは局在表面プラズモンと入射光との相互作用」により偏光分離機能を実現する。
「表面プラズモン」は、金属と誘電体の界面領域の金属側に励起される電子の集団運動であり、「局在表面プラズモン」とは、金属による構造が微小になった場合に、金属材料全体に渡って励起される電子の集団運動である。以下では表面プラズモン・局在表面プラズモンを共にプラズモンと呼ぶ。
Here, the polarization separation function of the polarization separation element will be explained. The polarization separation element according to the present invention has a polarization separation function based on "the interaction between surface plasmon or localized surface plasmon which is collective motion of electrons in metal and incident light". To realize.
“Surface plasmon” is the collective motion of electrons excited on the metal side of the interface region between metal and dielectric. “Localized surface plasmon” is the entire metal material when the structure of the metal becomes minute. Collective motion of electrons excited over Hereinafter, both surface plasmons and localized surface plasmons are called plasmons.

従って、偏光分離素子における金属構造体の材料は「プラズモンを励振できるもの」であり、前述のAu、Ag、Pt、Al、Ni、Cr、Cuの何れか、あるいはこれらを主とした合金材料、これらを組み合わせて空間的に配置した構成、さらには、これらと非金属材料からなる混合材料を好適に用いることができる。   Therefore, the material of the metal structure in the polarization separation element is “a material that can excite plasmons”, and any one of the aforementioned Au, Ag, Pt, Al, Ni, Cr, Cu, or an alloy material mainly composed of these, A configuration in which these are combined and spatially arranged, and further, a mixed material composed of these and a nonmetallic material can be preferably used.

偏光分離素子10を透過した光または反射した光が「空間的に均一な強度を有する」ためには金属構造体のサイズおよび「金属構造体間の間隔」は、入射光の回折限界よりも十分に微小である必要がある。また、透過光・反射光に偏光異方性を生じさせるために、請求項2記載のように、ドットパターンDP1等は、金属構造体MSを直線上に等間隔に配列した線状配列パターン要素Liを有している。   The size of the metal structure and the “interval between the metal structures” are sufficiently larger than the diffraction limit of the incident light so that the light transmitted through or reflected by the polarization separation element 10 has “spatial uniform intensity”. It must be very small. Further, in order to cause polarization anisotropy in transmitted light and reflected light, the dot pattern DP1 and the like are linear array pattern elements in which metal structures MS are arrayed on a straight line at equal intervals. Li is included.

金属構造体の具体的なサイズは「可視域域の波長より小さく100nm以下」が好ましい。また、直線配列パターン要素Liにおける「隣接する金属構造体の間隔」はサイズの半分の50nm以下が好ましい。また、前述の如く、金属構造体MSの形状は「全金属構造体が同一形状に揃ったもの」であれば良く、図2の実施の形態ではドットパターンDP1等を構成する面に直交する軸を持つ円柱状であるが、他にも四角柱、多角柱形状などが可能である。   The specific size of the metal structure is preferably “smaller than the wavelength in the visible region and not more than 100 nm”. The “interval between adjacent metal structures” in the linear array pattern element Li is preferably 50 nm or less, which is half the size. Further, as described above, the shape of the metal structure MS may be “all the metal structures are aligned in the same shape”, and in the embodiment of FIG. 2, the axis orthogonal to the surface constituting the dot pattern DP1 and the like. However, other shapes such as a quadrangular column and a polygonal column are possible.

以下に、図2に示す偏光分離素子の製造方法を説明する。
入射光の波長以下のサイズを有する金属構造体MSの形成には、可視光の回折限界以下の加工精度を有する手法を用いる。具体的には、電子ビームリソグラフィによる直接描画、DUV・EUVリソグラフィ、ナノインプリント、材料物性の変質を利用したエッチングなどを利用できる。
Below, the manufacturing method of the polarization splitting element shown in FIG. 2 is demonstrated.
For the formation of the metal structure MS having a size equal to or smaller than the wavelength of incident light, a technique having a processing accuracy equal to or lower than the diffraction limit of visible light is used. Specifically, direct writing by electron beam lithography, DUV / EUV lithography, nanoimprinting, etching utilizing alteration of material properties, and the like can be used.

例えば、支持基板BSとして「平行平板状の光学ガラス」を用い、その平坦な面にAu等の金属材料をスパッタ法や真空蒸着法により成膜した金属膜上にフォトレジスト層を形成し、電子線描画により「ドットパターンに対応するネガパターン」を露光する。   For example, a “parallel plate optical glass” is used as the support substrate BS, and a photoresist layer is formed on a metal film formed by sputtering or vacuum deposition of a metal material such as Au on the flat surface. The “negative pattern corresponding to the dot pattern” is exposed by line drawing.

現像を行うと、金属膜上に「形成すべきドットパターンと対応するフォトレジストのパターン」が得られ、フォトレジストの無い部分は金属膜が剥き出しになっている。   When the development is performed, a “photoresist pattern corresponding to the dot pattern to be formed” is obtained on the metal film, and the metal film is exposed at a portion without the photoresist.

この状態で、剥き出しになっている金属膜部分をRIEなどによりエッチングして除去し、その後、エッチングマスクとして用いられたフォトレジストを除去すれば、金属構造体のドットパターンが支持基板BS上に得られる。   In this state, the exposed metal film portion is removed by etching using RIE, and then the photoresist used as an etching mask is removed to obtain a dot pattern of the metal structure on the support substrate BS. It is done.

このようにして得られた金属構造体のドットパターンの上から、石英ガラス等の誘電体材料をスパッタ法などにより所定の厚みを持つ誘電体材料膜として堆積する。
このように形成された誘電体材料膜の上に上記の「Au等の金属膜を成膜する金属膜成膜プロセス」、「フォトレジストによるマスクパターン(ドットパターンに対応するパターン)を形成するマスクパターン形成プロセス」、「RIE等による、金属膜部分のエッチングプロセス」、「誘電体材料を所定膜厚に堆積する誘電体堆積プロセス」を行うと、先に形成された第1のドットパターン上に所定の間隔を隔して第2のドットパターンを積層して得ることができる。
A dielectric material such as quartz glass is deposited as a dielectric material film having a predetermined thickness on the dot pattern of the metal structure thus obtained by sputtering or the like.
On the dielectric material film thus formed, the above-mentioned “metal film forming process for forming a metal film such as Au”, “mask for forming a mask pattern (pattern corresponding to a dot pattern) using a photoresist When the “pattern formation process”, “etching process of the metal film portion by RIE”, “dielectric deposition process for depositing a dielectric material to a predetermined thickness” are performed, the first dot pattern formed previously is The second dot pattern can be obtained by stacking at a predetermined interval.

さらに、上記金属膜成膜プロセス、マスクパターン形成プロセス、エッチングプロセス、誘電体堆積プロセスを「一連のプロセス」として繰り返すことにより、支持基板BS上に所望の層数を持った多層構造のドットパターンによる「3次元の金属構造体配列」を得ることができる。この際、繰り返される誘電体堆積プロセスにより堆積される誘電体が保持媒体HMDを構成する。各「誘電体堆積プロセス」ごとに堆積される誘電体の厚さが、隣接ドットパターン間の「所定の間隔」となる。   Further, by repeating the above metal film forming process, mask pattern forming process, etching process, and dielectric deposition process as a “series of processes”, a multi-layered dot pattern having a desired number of layers on the support substrate BS is obtained. A “three-dimensional metal structure arrangement” can be obtained. At this time, the dielectric deposited by the repeated dielectric deposition process constitutes the holding medium HMD. The thickness of the dielectric deposited for each “dielectric deposition process” is a “predetermined spacing” between adjacent dot patterns.

別の製造方法として、薄膜やフィルムの表面に金属構造体を2次元的に配列したドットパターンを形成して「1層構造のドットパターン」を得、このような1層構造のドットパターンを所望の数だけ、厚み方向に重ねて張り合わせることにより、3次元的な金属構造体配列を作製し、このようにして得られた3次元的な金属構造体配列を適宜の支持基板上に固定することにより上記と同様の「偏光分離素子」を得ることができる。この場合、金属構造体のドットパターンを形成された薄膜やフィルムが「保持媒体」を構成し、薄膜やフィルムの厚さが3次元的な金属構造体配列における隣接ドットパターン間の「所定の間隔」となる。   As another manufacturing method, a dot pattern in which metal structures are two-dimensionally arranged on the surface of a thin film or film is formed to obtain a “single-layer dot pattern”, and such a single-layer dot pattern is desired. The three-dimensional metal structure array is manufactured by stacking and stacking in the thickness direction by the number of layers, and the three-dimensional metal structure array thus obtained is fixed on an appropriate support substrate. As a result, a “polarized light separating element” similar to the above can be obtained. In this case, the thin film or film on which the dot pattern of the metal structure is formed constitutes a “holding medium”, and the thickness of the thin film or film is “predetermined distance between adjacent dot patterns in the three-dimensional metal structure array. "

また、レーザーアブレーション法で溶液中の金属材料を粉砕することにより作製した金属微粒子や、化学合成の手法により作製した金属微粒子を、微細加工した基板を用いて自己組織的に配列させることにより、金属配列パターンを作製することも可能である。この場合は、上記金属微粒子が金属構造体である。   In addition, metal fine particles produced by pulverizing metal materials in a solution by laser ablation and metal fine particles produced by a chemical synthesis technique are arranged in a self-organized manner using a microfabricated substrate. It is also possible to produce an array pattern. In this case, the metal fine particles are a metal structure.

次に、偏光分離素子10の偏光分離機能を「数値シミュレーションの結果」に基づいて説明する。数値シミュレーションは、伝搬関数を用いる自己無撞着法に基づいて行った。   Next, the polarization separation function of the polarization separation element 10 will be described based on “results of numerical simulation”. The numerical simulation was performed based on a self-consistent method using a propagation function.

参考文献:大津 元一 小林 潔 共著
「近接場光の基礎―ナノテクノロジーのための新光学―」(2003年 オーム社刊)
このシミュレーション手法は、電磁場を記述するマクスウェル方程式に対する伝搬行列:T(r,r’)、即ち「デルタ関数を光源とした場合の電場ベクトルの応答関数」と、物質の分極ベクトル:P(r)を用いて、任意の座標における電場ベクトルを次式(1)により算出する手法である。
References: Genichi Otsu Kiyoshi Kobayashi Co-author
"Basics of Near Field Light-New Optics for Nanotechnology-" (2003, published by Ohm)
In this simulation method, a propagation matrix for Maxwell's equation describing an electromagnetic field: T (r, r ′), that is, “response function of an electric field vector when a delta function is used as a light source”, and a polarization vector of a substance: P (r) Is used to calculate an electric field vector at an arbitrary coordinate by the following equation (1).

E(r)=E(r)+∫T(r,r’)P(r’)dr’ (1)
ここに、E(r)は「微小なドット状の金属構造体による散乱が無い場合の電場ベクトル」である。分極ベクトル:P(r)と電場ベクトル::P(r)の間には、
P(r)=αE(r) (2)
の関係があるので、αを「金属構造体の分極率」とし、(2)式の右辺を(1)式に代入すると、
E(r)=E(r)+α∫T(r,r’)E(r’)dr’ (3)
となるので、電場ベクトル:E(r)を逐次近似(右辺のE(r’)として、始動場量:E(r’)を代入して左辺のE(r)を求め、求められたE(r)を右辺のE(r’)として新たに左辺のE(r)を求める。このプロセスを繰り返して、右辺のE(r’)と、これから求められる左辺のE(r)が実質的に等しくなるときのE(r)を「求める解」とする。)により求めることができる。
E (r) = E 0 (r) + ∫T (r, r ′) P (r ′) dr ′ (1)
Here, E 0 (r) is “an electric field vector when there is no scattering by a minute dot-shaped metal structure”. Between the polarization vector: P (r) and the electric field vector :: P (r),
P (r) = αE (r) (2)
Therefore, if α is “polarizability of metal structure” and the right side of equation (2) is substituted into equation (1),
E (r) = E 0 (r) + α∫T (r, r ′) E (r ′) dr ′ (3)
Therefore, the electric field vector: E (r) is successively approximated (E (r ′) on the right side and the starting field amount: E 0 (r ′) is substituted to obtain E (r) on the left side. E (r) is newly obtained as E (r ') on the right side, and E (r) on the left side is newly obtained.By repeating this process, E (r') on the right side and E (r) on the left side to be calculated are substantially E (r) when they are equal to each other is referred to as “determined solution”).

計算上は分極率:αを「金属構造体を1点に位置する電気双極子」として近似した。
図3は、シミュレーションを行ったドットパターンのモデルを説明する図である。
図3(a)に示すように、ドット状の金属構造体MSを「x軸方向に中心間隔:50nmで配列した線状配列パターン要素」を、y方向に周期:100nmで平行に配列したものをドットパターンとして上記逐次近似の計算を行った。xy面が「ドットパターンのパターン面」である。
In the calculation, the polarizability: α was approximated as “an electric dipole with the metal structure positioned at one point”.
FIG. 3 is a diagram for explaining a model of a dot pattern for which simulation has been performed.
As shown in FIG. 3 (a), dot-like metal structures MS are arranged in parallel in the y-direction with a period of 100 nm arranged in a “linear arrangement pattern element arranged in the x-axis direction with a center interval of 50 nm”. Using the dot pattern, the successive approximation was calculated. The xy plane is a “dot pattern pattern plane”.

金属構造体MSの材料としてはAuを想定し、Au球に対する分極率の理論式:
α=4πaε(εAu―ε)/(εAu+2ε) (4)
に「金属中の電子の運動(分散)を記述するドルーデの式」を代入することにより、Auの金属構造体による電界強度:E(r)の計算を行った。(4)式において「εAu」はAuの誘電率であり、「a」は金属構造体をなす球の半径である。ドルーデの式を用いるにあたり、電磁波の波長:500nmにおけるAuの誘電率を、
εAu=0.0717+1.4965i (iは虚数単位)
とし、この値を中心として短波長側および長波長側の誘電率を見積もった。
Assuming that Au is the material of the metal structure MS, the theoretical formula of the polarizability for the Au sphere:
α = 4πa 3 ε 0Au −ε 0 ) / (ε Au + 2ε 0 ) (4)
By substituting “Drude's equation describing the motion (dispersion) of electrons in the metal”, the electric field strength E (r) by the Au metal structure was calculated. In the equation (4), “ε Au ” is a dielectric constant of Au, and “a” is a radius of a sphere forming the metal structure. In using Drude's formula, the wavelength of electromagnetic waves: the dielectric constant of Au at 500 nm,
ε Au = 0.0717 + 1.4965i (i is an imaginary unit)
The dielectric constants on the short wavelength side and the long wavelength side were estimated around this value.

またAu球のサイズとしては「半径:a=10nm」としたが、実際には金属構造体の形状等に依存して決められる必要があり厳密な値を設定できないため、この数値シミュレーションでは、線状配列パターン要素において隣接する金属構造物MSの間隔:50nmでの「光と物質または電子の相互作用」が十分に影響を及ぼすような値として、α=10nmに設定したものである。   The size of the Au sphere is set to “radius: a = 10 nm”. However, since it is actually necessary to be determined depending on the shape of the metal structure and the like, a precise value cannot be set. Α = 10 nm is set as a value such that the “interaction between light and matter or electrons” at an interval between adjacent metal structures MS in the shape array pattern element: 50 nm is sufficiently affected.

図3(b)に示す入射角:θは任意に定めるものとし、S偏光(図面に直交する方向の偏光成分:θS)、P偏光(図面内に振動面を持つ偏光成分:θP)をそれぞれ入射した際の、金属構造体MSによるドットパターン面から100nm離れたz軸上の点(観測点)における電場強度を評価した。   The incident angle: θ shown in FIG. 3B is arbitrarily determined, and S-polarized light (polarized component in the direction orthogonal to the drawing: θS) and P-polarized light (polarized component having a vibration plane in the drawing: θP) are respectively provided. The electric field intensity at a point (observation point) on the z axis 100 nm away from the dot pattern surface by the metal structure MS when incident was evaluated.

S偏光:θは「金属構造体MSの配列された図のx軸に直交するy方向に電場ベクトルをもつ偏光成分」であり、P偏光:θはx軸方向に電場ベクトル成分をもつ偏光成分である。 S-polarized light: θ S is a “polarized component having an electric field vector in the y-direction orthogonal to the x-axis in the diagram in which the metal structures MS are arranged”, and P-polarized light: θ P has an electric field vector component in the x-axis direction. It is a polarization component.

簡単のため、背景物質(保持媒体)は真空(n=1.0)とした。
図4(a)は数値シミュレーションによる結果を示す図で、振幅:1.0の平面波を、図3のドットパターンに垂直入射(θ=0)させたときの「透過光強度の波長依存性」を示す。図4(b)は同様の条件で、平面波をxz面内で入射角:θ=45°で入射させたときの結果である。
For simplicity, the background material (retention medium) was vacuum (n = 1.0).
FIG. 4A shows the result of numerical simulation. “Wavelength dependence of transmitted light intensity” when a plane wave having an amplitude of 1.0 is perpendicularly incident (θ = 0) on the dot pattern of FIG. Indicates. FIG. 4B shows a result when a plane wave is incident at an incident angle of θ = 45 ° in the xz plane under the same conditions.

図4(b)に示されているように、平面波を入射角:45°で入射させた場合、波長:500nmの近傍で「S偏光θSの透過光強度:≒1.0に対して、P偏光θPの透過光強度:0.8程度となっている。   As shown in FIG. 4B, when a plane wave is made incident at an incident angle of 45 °, “P transmitted light intensity of S-polarized light θS: ≈1.0 with respect to a wavelength of about 500 nm. The transmitted light intensity of the polarized light θP is about 0.8.

図4から、金属構造体の2次元的なドットパターンにより「透過光強度に、入射光の2つの偏光成分に対する異方性が生じる」ことが分る。このような「金属構造体の2次元的なドットパターン」を多層に積層配置し、積層方向において隣接するドットパターンの間隔を「積層方向において隣接する金属構造体間に光相互作用がない」大きさ、即ち「金属構造体のサイズ以上の間隔」とすることにより、各ドットパターンの有する「入射光の2つの直交する偏光成分に対する透過光強度の異方性」を、積層されるドットパターンごとに加重して増大させることにより、所望の偏光分離機能を実現できる。   It can be seen from FIG. 4 that the two-dimensional dot pattern of the metal structure causes “anisotropy of the transmitted light intensity with respect to the two polarization components of the incident light”. Such a “two-dimensional dot pattern of a metal structure” is stacked in multiple layers, and the interval between adjacent dot patterns in the stacking direction is “no optical interaction between adjacent metal structures in the stacking direction”. That is, by setting the “interval larger than the size of the metal structure”, the “anisotropy of transmitted light intensity with respect to two orthogonal polarization components of incident light” possessed by each dot pattern is determined for each stacked dot pattern. A desired polarization separation function can be realized by weighting and increasing.

例えば(厳密には遠方場の強度を算出する必要があるが)得られている透過光強度と透過率は同等なものと考えられるので、図4(b)に示す「入射角:45°で入射する、波長:500nmの平面波に対して、S偏光θSの透過光強度:≒1.0、P偏光θPの透過光強度:0.8程度の特性を持つドットパターン」を10層に積層すると、S偏光成分の透過率は1であるが、P偏光成分の透過率は0.810=0.107となり、P偏光成分の90%程度は反射されることになる。従って、波長:500nmの光に対し「透過率比にして、S偏光:P偏光=10:1であるような偏光分離機能」を持った偏光分離素子を実現できる。 For example (though strictly speaking, it is necessary to calculate the intensity of the far field), it is considered that the obtained transmitted light intensity and the transmittance are equivalent to each other. Therefore, “incident angle: 45 ° shown in FIG. When 10 dots of “dot pattern having characteristics of transmitted light intensity of S-polarized light θS: ≈1.0 and transmitted light intensity of P-polarized light θP: about 0.8 with respect to an incident plane wave of wavelength: 500 nm” The transmittance of the S-polarized component is 1, but the transmittance of the P-polarized component is 0.8 10 = 0.107, and about 90% of the P-polarized component is reflected. Accordingly, it is possible to realize a polarization separation element having a “polarization separation function such that S-polarized light: P-polarized light = 10: 1 in terms of transmittance ratio” with respect to light having a wavelength of 500 nm.

上記「積層方向に隣接する金属構造体間に光相互作用がないような間隔」は、請求項1の「ドットパターンを、所定の間隔を隔して保持媒体中に複数層に配置した3次元的な金属構造体配列」における「所定の間隔」の1態様である。   The “interval between the metal structures adjacent to each other in the stacking direction” is “a three-dimensional arrangement in which dot patterns are arranged in a plurality of layers in a holding medium at a predetermined interval”. This is one mode of “predetermined intervals” in “general metal structure arrangement”.

上記偏光分離素子の構成において、ドットパターンの積層方向における金属構造体間の光相互作用を利用することにより、入射光の偏光成分に対する異方性(偏光異方性)を制御することができる。
例えば、図5に示すように、金属構造体MSの「ドットパターンDP1における配列パターン」と「ドットパターンDP2における配列パターン」とが、パターン面に平行な方向において「相対的な位置ずれ:ΔS」を有する場合、S偏光成分およびP偏光成分に対する偏光異方性が「相対的な位置ずれがない場合(ドットパターンが積層方向から見て合同的に重なり合うように配列している場合)」に対して変化することが確認できている。
In the configuration of the polarization separation element, the anisotropy (polarization anisotropy) of the incident light with respect to the polarization component can be controlled by utilizing the optical interaction between the metal structures in the stacking direction of the dot pattern.
For example, as shown in FIG. 5, the “array pattern in the dot pattern DP1” and the “array pattern in the dot pattern DP2” of the metal structure MS are “relative displacement: ΔS” in the direction parallel to the pattern surface. When the polarization anisotropy with respect to the S-polarization component and the P-polarization component is “when there is no relative positional deviation (when the dot patterns are arranged so as to overlap each other when viewed from the stacking direction)” Have been confirmed to change.

このように、偏光異方性は、金属構造体配列におけるドットパターンのパターン面および積層方向における「ドットパターン間の相対的な位置」に依存しており、従って、3次元的な金属構造体配列における「金属構造体の配列を最適に選択する」ことにより、偏光分離素子としての動作波長や入射角特性など、使用条件に適した設計が可能となる。   Thus, the polarization anisotropy depends on the pattern surface of the dot pattern in the metal structure array and the “relative position between the dot patterns” in the stacking direction, and thus the three-dimensional metal structure array. By “optimally selecting the arrangement of the metal structures” in, it is possible to design suitable for the use conditions such as the operating wavelength and the incident angle characteristics as the polarization separation element.

上に説明した数値シミュレーションにおいては、ドットパターンとして「x軸方向に中心間隔:50nmで配列した線状配列パターン要素」を、y方向に周期:100nmで平行に配列したものの場合の結果を示したが、入射光の2つの偏光成分(S偏光、P偏光)に対する偏光異方性は、金属構造体MSのサイズ、間隔、形状、さらには線状配列パターン要素の周期(上の例で100nm)に依存して変化する。従って、金属構造体MSのサイズ、間隔、形状、線状配列パターン要素の周期を最適化することにより、偏光分離素子の動作波長および入射角依存性を任意に設定することが可能となる。   In the numerical simulation described above, the result is shown in the case where “linear arrangement pattern elements arranged in the x-axis direction with a center interval of 50 nm” are arranged in parallel in the y direction with a period of 100 nm as the dot pattern. However, the polarization anisotropy with respect to the two polarization components of incident light (S-polarized light and P-polarized light) depends on the size, spacing, and shape of the metal structure MS, and the period of the linear array pattern elements (100 nm in the above example). Varies depending on Therefore, by optimizing the size, interval, shape, and period of the linear array pattern elements of the metal structure MS, it is possible to arbitrarily set the operating wavelength and incident angle dependency of the polarization separation element.

上に図2〜図5に即して説明した実施の形態では、金属構造体MSを3次元的に配列することにより、偏光分離特性を高い自由度で設計できる偏光分離素子が実現できている。また、金属構造体配列が全体として保持媒体内に配列することにより、外的損傷に強い光学素子が実現できている。   In the embodiment described above with reference to FIGS. 2 to 5, a polarization separation element capable of designing polarization separation characteristics with a high degree of freedom can be realized by three-dimensionally arranging the metal structures MS. . Further, by arranging the metal structure arrangement as a whole in the holding medium, an optical element resistant to external damage can be realized.

以下に、第2の実施の形態を説明する。
図6は、第2の実施の形態の偏光分離素子20を説明する図であり、ドットパターン積層方向の断面を説明図的に示している。第1の実施の形態では、ドット状の金属構造体MSを「x軸方向に等間隔で配列して線状配列パターン要素Li」を、y方向に所定の周期で平行に配列したものをドットパターンとして偏光異方性をもたせているが、第2の実施の形態では、2個の金属構造体MS1、MS2を、そのサイズ以下の距離を隔して配列した単位配列パターンUPを「金属構造体MS1、MS2の配向」を揃えて、規則的もしくはランダムに2次元配列したパターンとしてドットパターンを構成している。
The second embodiment will be described below.
FIG. 6 is a diagram illustrating the polarization separation element 20 according to the second embodiment, and illustrates a cross section in the dot pattern stacking direction. In the first embodiment, the dot-like metal structures MS are arranged in such a manner that “linear arrangement pattern elements Li arranged at equal intervals in the x-axis direction” are arranged in parallel in a predetermined cycle in the y-direction. Although the polarization anisotropy is given as a pattern, in the second embodiment, a unit arrangement pattern UP in which two metal structures MS1 and MS2 are arranged at a distance equal to or smaller than the size is referred to as “metal structure”. The dot pattern is configured as a pattern that is regularly or randomly arranged two-dimensionally by aligning the orientations of the bodies MS1 and MS2.

単位配列パターンUPの配列は上記の如く「規則的あるいはランダム」であるが、代表的な例として「2個の金属構造体MS1、MS2による単位配列パターンUP」の配列例を図7に3例示す。繁雑を避けるため、図7(a)〜(c)において、隣接して積層される2つのドットパターンを何れも符号DP1、DP2で示した。
図7(a)に示す例は、金属構造体MS1、MW2を図の左右方向に配向して単位配列パターンUPとなし、これらの単位配列パターンUPを「図の左右方向を長手方向とする直線」に沿って等間隔に配置し、このような直線状の配列を、図の上下方向へ周期的に配置することによりドットパターンDP1、DP2等を構成している。
The arrangement of the unit arrangement pattern UP is “regular or random” as described above. As a typical example, three arrangement examples of “unit arrangement pattern UP by two metal structures MS1 and MS2” are shown in FIG. Show. In order to avoid complications, in FIGS. 7A to 7C, two dot patterns stacked adjacent to each other are indicated by reference numerals DP1 and DP2.
In the example shown in FIG. 7A, the metal structures MS1 and MW2 are oriented in the horizontal direction in the drawing to form unit arrangement patterns UP, and these unit arrangement patterns UP are expressed as “straight lines with the horizontal direction in the drawing as the longitudinal direction. The dot patterns DP1, DP2, etc. are configured by arranging such a linear array periodically in the vertical direction of the figure.

金属構造体MS1、MS2の間隔、単位配列パターンUPの「左右方向の線状の配列」における単位配列パターンUP間の間隔、上下方向における周期的な配列の配列周期を設計パラメータとして偏光異方性の設計が可能である。
図7(b)に示す例は、金属構造体MS1、MS2を図の上下方向に配向して単位配列パターンUPとなし、これらを図の左右方向を長手方向とする直線に沿って配置して、金属構造体が近接する2本の平行線上に配列するようにし、このような2本の平行線状の配列を、図の上下方向へ周期的に配置することにドットパターンDP1、DP2等を構成している。このような構成では、図7(a)とは異なる偏光異方性を設計可能である。
Polarization anisotropy using the design parameters as the spacing between the metal structures MS1 and MS2, the spacing between the unit arrangement patterns UP in the “linear arrangement in the left-right direction” of the unit arrangement pattern UP, and the arrangement period of the periodic arrangement in the vertical direction Can be designed.
In the example shown in FIG. 7B, the metal structures MS1 and MS2 are oriented in the vertical direction of the figure to form a unit arrangement pattern UP, which is arranged along a straight line with the horizontal direction of the figure as the longitudinal direction. The dot structures DP1, DP2, etc. are arranged in such a manner that the metal structures are arranged on two parallel lines that are close to each other, and such two parallel lines are periodically arranged in the vertical direction in the figure. It is composed. With such a configuration, it is possible to design a polarization anisotropy different from that in FIG.

図7(c)に示す例は、金属構造体MS1、MW2を図の左右方向に配向して単位配列パターンUPとなし、このような単位配列パターンUPを「同一面内にランダムに配列」してドットパターンDP1、DP2等としている。
金属構造体MS1、MS2を図7(b)のように図の上下方向に配向した単位配列パターンを、同一面内にランダムに配列してドットパターンとしてもよい。
図7において、単位配列パターンを構成する2個の金属構造体MS1、MS2は互いに接触するように描いてあるが、実際には、金属構造体のサイズ以下の間隙を隔して近接して配向される。
In the example shown in FIG. 7C, the metal structures MS1 and MW2 are aligned in the horizontal direction in the drawing to form a unit arrangement pattern UP. Such unit arrangement pattern UP is “randomly arranged in the same plane”. The dot patterns DP1, DP2, etc.
Unit arrangement patterns in which the metal structures MS1 and MS2 are oriented in the vertical direction as shown in FIG. 7B may be randomly arranged in the same plane to form a dot pattern.
In FIG. 7, the two metal structures MS1 and MS2 constituting the unit array pattern are drawn so as to be in contact with each other, but in reality, they are oriented close to each other with a gap equal to or smaller than the size of the metal structure. Is done.

また、単位配列パターンのランダムな配列に代えて「六方最密充填構造」に配列することもでき、このような配列により単位配列パターン配列の高密度化を図ることができる。これらの単位配列パターンを、積層して3次元構造の金属構造体配列とすることにより偏光分離素子を実現できる。   Moreover, it can replace with the random arrangement | sequence of a unit arrangement | sequence pattern, and it can also arrange in a "hexagonal close-packed structure", and the density of a unit arrangement | sequence pattern arrangement | sequence can be achieved by such an arrangement | sequence. By laminating these unit array patterns to form a three-dimensional metal structure array, a polarization separation element can be realized.

勿論、単位配列パターンUPを構成する金属構造体の個数は、図6、図7に示した実施の形態のように2個である必要はなく、3個あるいはそれ以上の個数の金属構造体により単位配列パターンを構成することができる。   Of course, the number of the metal structures constituting the unit array pattern UP does not have to be two as in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, and the number of metal structures is three or more. A unit array pattern can be constructed.

単位配列パターンをなす複数個の金属構造体間の間隙は「金属構造体のサイズ以下」に設定される。   The gap between the plurality of metal structures forming the unit array pattern is set to “below the size of the metal structure”.

上に説明した第2の実施の形態の偏光分離素子は、金属構造体による単位配列パターンの配向、配列、金属構造体の形状、金属構造体材料の選択により、入射角、動作波長、動作帯域を設計できる。   The polarization separation element according to the second embodiment described above has an incident angle, an operating wavelength, an operating band depending on the orientation of the unit array pattern by the metal structure, the arrangement, the shape of the metal structure, and the metal structure material. Can be designed.

支持基板BSに用いる材料には、第1の実施の形態の場合と同様に、可視領域の波長において吸収が低く、偏光に対する異方性の少ない、石英ガラス、BK7、パイレックス(登録商標)などの硼珪酸ガラス、CaF、Si、ZnSe、Alなどの光学結晶材料を好適に用いることができる。 As in the case of the first embodiment, the material used for the support substrate BS has a low absorption at a wavelength in the visible region and a little anisotropy with respect to polarized light, such as quartz glass, BK7, Pyrex (registered trademark), etc. Optical crystal materials such as borosilicate glass, CaF 2 , Si, ZnSe, and Al 2 O 3 can be preferably used.

保持媒体HMDの材料も、支持基板BSの材料と同様に、可視領域の波長において吸収が低く、偏光に対する異方性の少ない、光学素子のコーティング材料として一般的に使用される、石英ガラス、BK7、パイレックス(登録商標)、ZnS−SiOなどの硼珪酸ガラス、CaF、Si、ZnSe、Al、ZnOなどの材料を好適に用いることができる。 Similarly to the material of the support substrate BS, the material of the holding medium HMD is also commonly used as a coating material for optical elements that has low absorption at a wavelength in the visible region and little anisotropy with respect to polarized light. BK7 Pyrex (registered trademark), borosilicate glass such as ZnS—SiO 2, materials such as CaF 2 , Si, ZnSe, Al 2 O 3 and ZnO can be preferably used.

第1の実施の形態の場合と同様、第2の実施の形態の偏光分離素子も「電気、光、圧力等の外部信号の作用」により変調を行い、偏光分離特性をアクティブに変化させるようにすることができ、この場合も、保持媒体HMDの材料として、電気光学結晶効果を示す強誘電体材料であるBBO、LiTaO、KTB、LiNb、KTB、KTP、KTNなどの無機結晶、非線形光学効果を示す光学結晶材料であるBBO、LBO、BIBO、KTP、KDPなどの無機結晶、電歪効果を示す無機結晶、例えば、水晶、ZnO、LiNbO、LiTaO、LiB4O、AlNなどを利用できる。 As in the case of the first embodiment, the polarization separation element of the second embodiment is also modulated by “the action of an external signal such as electricity, light and pressure” to actively change the polarization separation characteristic. In this case as well, as a material of the holding medium HMD, inorganic materials such as BBO, LiTaO 3 , KTB, LiNb 3 , KTB, KTP, and KTN, which are ferroelectric materials showing the electro-optic crystal effect, nonlinear optics Inorganic crystals such as BBO, LBO, BIBO, KTP, and KDP, which are optical crystal materials showing the effect, and inorganic crystals showing the electrostrictive effect, such as quartz, ZnO, LiNbO 3 , LiTaO 3 , Li 2 B4O 7 , AlN, etc. Available.

金属構造体MSの材料も、第1の実施の形態と同様「可視領域の光でプラズモンを励振できるもの」であれば良く、Au、Ag、Pt、Al、Ni、Cr、Cuの何れか、あるいはこれらを主とした合金材料やこれらを組み合わせて空間的に配置した構成、さらには、これらと非金属材料からなる混合材料を利用できる。   The material of the metal structure MS may be any material that can excite plasmons with light in the visible region as in the first embodiment, and is any one of Au, Ag, Pt, Al, Ni, Cr, Cu, Alternatively, an alloy material mainly composed of these materials, a configuration in which these materials are combined and spatially arranged, or a mixed material composed of these and a nonmetallic material can be used.

偏光分離素子を透過または反射した光が空間的に均一であるように、金属構造体のサイズおよび金属構造体間の間隔は、入射する光の回折限界よりも十分に微小である必要があり、具体的なサイズとしては、可視域領域の波長より小さく100nm以下が好ましい。   The size of the metal structures and the spacing between the metal structures must be sufficiently smaller than the diffraction limit of the incident light so that the light transmitted or reflected by the polarization separation element is spatially uniform. The specific size is preferably smaller than the wavelength in the visible region and not more than 100 nm.

単位配列パターンを構成する複数個の金属構造体の間隔は「金属構造体自体のサイズの半分以下(50nm以下)」が好ましい。金属構造体の形状は、全金属構造体が同一形状に揃ったものであれば良く、半球、円柱、四角柱など、任意の形状が可能である。   The interval between the plurality of metal structures constituting the unit array pattern is preferably “less than half the size of the metal structure itself (50 nm or less)”. The shape of the metal structure may be any shape as long as all the metal structures are arranged in the same shape, and any shape such as a hemisphere, a cylinder, or a quadrangular column is possible.

図6および図7に示すような偏光分離素子も、第1の実施の形態における説明と同様の方法で作製できる。また、レーザーアブレーション法や化学合成の手法により作製した金属微粒子を「特定の分子により表面修飾し、溶液中で少数個の金属微粒子を化学的に結合させ、さらに電界を印加することにより配向させる手法」なども利用できる。この場合、3次元的な金属構造物配列を一括して形成することができる。金属構造物配列の形成後、溶液を固化して保持媒体とする。   The polarization separation element as shown in FIGS. 6 and 7 can also be manufactured by the same method as described in the first embodiment. Also, metal fine particles produced by laser ablation and chemical synthesis techniques are “modified by surface modification with specific molecules, chemically bonded to a small number of metal fine particles in a solution, and then oriented by applying an electric field. Can be used. In this case, a three-dimensional metal structure array can be formed in a lump. After the formation of the metal structure array, the solution is solidified to form a holding medium.

第2の実施の形態の偏光分離素子として、図7(a)に示す例について、数値シミュレーションを行った結果を説明する。   As the polarization separation element of the second embodiment, the result of numerical simulation of the example shown in FIG. 7A will be described.

数値シミュレーションの手法は、第1の実施の形態に即して説明した如く、マクスウェル方程式に基づき、分極ベクトルを電気双極子の分布として表わし、伝搬行列との積分方程式を逐次近似により解くことにより、電気双極子を配した面から100nm離れた面における電場ベクトルの平均値を算出した。平均化は128nm×128nmの2次元面内における16×16点の透過光強度を算出して行った。   As described in the first embodiment, the numerical simulation method represents the polarization vector as a distribution of electric dipoles based on the Maxwell equation, and solves the integral equation with the propagation matrix by successive approximation. The average value of the electric field vector in the surface 100 nm away from the surface where the electric dipole was arranged was calculated. Averaging was performed by calculating the transmitted light intensity at 16 × 16 points in a two-dimensional plane of 128 nm × 128 nm.

図8は、数値シミュレーションを行ったドットパターン構造のモデルであり、単位配列パターンUPを構成する2個の金属構造体MS1、MS2の中心間隔を30nmとし「単位配列パターンUPをx方向およびy方向に周期:100nmで正方格子状」に配列した構成である。
金属構造体の材料としてAuを用い、その誘電率として、
εAu=0.0717+1.4965i (iは虚数単位)
を用いた。平面波の入射角を0°、即ち「垂直入射」として計算を行った。
FIG. 8 is a model of a dot pattern structure in which a numerical simulation was performed. The center interval between the two metal structures MS1 and MS2 constituting the unit array pattern UP is 30 nm, and “the unit array pattern UP is in the x direction and the y direction. In a square lattice shape with a period of 100 nm.
Au is used as the material of the metal structure, and the dielectric constant is
ε Au = 0.0717 + 1.4965i (i is an imaginary unit)
Was used. The calculation was performed with the plane wave incident angle set to 0 °, that is, “normal incidence”.

図9は、この数値シミュレーションにより算出した透過光強度の波長依存性をプロットした図である。図9中の2本の曲線は、S偏光θS(図8の方向に振動する偏光成分)とP偏光θP(図8のx方向に振動する偏光成分)を示している。   FIG. 9 is a graph plotting the wavelength dependence of the transmitted light intensity calculated by this numerical simulation. The two curves in FIG. 9 indicate S-polarized light θS (polarized component oscillating in the direction of FIG. 8) and P-polarized light θP (polarized component oscillating in the x direction of FIG. 8).

図9の結果から、S偏光θSに関しては第1の実施の形態で説明した図4(a)の結果と大きな差異は見られないが、P偏光θPの透過光強度には「金属構造体の共鳴波長である480nm」近傍に大きな差異が現れている。   From the result of FIG. 9, the S-polarized light θS is not significantly different from the result of FIG. 4A described in the first embodiment, but the transmitted light intensity of the P-polarized light θP is “a metal structure of A large difference appears near the resonance wavelength of 480 nm.

図4(a)において透過光強度の凹部となっている波長領域が、図9においては「共鳴的な散乱のために増加」しており、波長:480nmのあたりで、S偏光の透過率は0.5、P偏光の透過率は1.0以上となっている。なお、透過光強度が1.0を越えるのは、100nm離れた観測面における透過光強度に空間的な分布があり、平均化が十分な面積において為されていないためである。   In FIG. 4A, the wavelength region that is the concave portion of the transmitted light intensity is “increased due to resonant scattering” in FIG. 9, and the transmittance of S-polarized light is around 480 nm. The transmittance of 0.5 and P-polarized light is 1.0 or more. The reason why the transmitted light intensity exceeds 1.0 is that there is a spatial distribution in the transmitted light intensity on the observation surface 100 nm apart, and averaging is not performed in a sufficient area.

従って、図9に示す偏光分離機能を持つドットパターンを4層に積層し、波長:480nmのランダム偏光状態の平面波を垂直入射させると、P偏光の透過率は0.5=0.0625となって「P偏光の90%以上」の成分が反射され、S偏光は略100%透過する。 Accordingly, when the dot pattern having the polarization separation function shown in FIG. 9 is laminated in four layers and a plane wave in a random polarization state having a wavelength of 480 nm is perpendicularly incident, the transmittance of P-polarized light is 0.5 4 = 0.0625. Thus, “90% or more of P-polarized light” component is reflected, and S-polarized light is transmitted almost 100%.

従って「第1の実施の形態の偏光分離素子と同様の偏光分離機能」を、第1の実施の形態の場合に比してより簡単な「ドットパターン2層の積層構成」で実現できている。   Therefore, the “polarization separation function similar to that of the polarization separation element of the first embodiment” can be realized with a simple “layered structure of two dot patterns” as compared with the case of the first embodiment. .

上に説明した数値シミュレーションは、2個の金属構造体MS1、MS2による単位配列パターンに対するものであるが、2個以上の少数個の金属構造体を(金属構造体サイズ以下の間隙を隔して)1列に等間隔配列した単位配列パターンでも同様の効果が得られることが確かめられている。単位配列パターンを構成する金属構造体の数を増やすことにより、動作波長や、入射角度に対する最適設計が可能となる。   The numerical simulation described above is for a unit arrangement pattern formed by two metal structures MS1 and MS2. However, a small number of two or more metal structures (with a gap equal to or smaller than the metal structure size) are separated. It has been confirmed that the same effect can be obtained even with unit arrangement patterns arranged at equal intervals in one row. By increasing the number of metal structures constituting the unit array pattern, the optimum design for the operating wavelength and the incident angle becomes possible.

また、図5に即して説明したように「ドットパターンの積層方向における金属構造体間の光相互作用を調整する」ことにより、入射光の偏光に対する異方性を制御できる。したがって、3次元的な金属構造体配列の配列形態を最適に選択することにより、偏光分離素子の動作波長や入射角特性など、使用条件に適した設計が可能となる。   In addition, as described with reference to FIG. 5, the anisotropy of the incident light with respect to the polarization can be controlled by “adjusting the optical interaction between the metal structures in the stacking direction of the dot pattern”. Therefore, by optimally selecting the arrangement form of the three-dimensional metal structure arrangement, a design suitable for the use conditions such as the operating wavelength and the incident angle characteristic of the polarization separation element can be realized.

また、第1の実施の形態の場合と同様、隣接する金属構造体の間隔、金属構造体のサイズや形状、単位配列パターンの2次元的な配置形態なども、設計パラメータとして利用できる。   As in the case of the first embodiment, the interval between adjacent metal structures, the size and shape of the metal structures, the two-dimensional arrangement form of the unit arrangement pattern, and the like can also be used as design parameters.

以下に、第3の実施の形態を説明する。   The third embodiment will be described below.

図10は、第3の実施の形態にかかる偏光分離素子の構成を説明するための図であり、(a)はドットパターン積層方向の断面図、(b)はドットパターンのパターン面の状態を説明する図である。なお、混同の虞が無いと思われるものについては図2以下におけると同一の符号を付した。   10A and 10B are diagrams for explaining the configuration of the polarization beam splitting element according to the third embodiment. FIG. 10A is a cross-sectional view in the dot pattern stacking direction, and FIG. 10B is a state of the pattern surface of the dot pattern. It is a figure explaining. In addition, about the thing which seems not to have the possibility of confusion, the same code | symbol as in FIG.

第2の実施の形態では、2個の金属構造体MS1、MS2による単位配列ユニットUPの「金属構造体MS1、MS2の配向」により、偏光異方性を制御していた。偏光異方性には「非対称な構造」があれば良いことから、複数の金属構造体の配列ではなく「金属構造体の形状に依存した非対称性」も偏光分離機能に利用できる。   In the second embodiment, the polarization anisotropy is controlled by “the orientation of the metal structures MS1 and MS2” of the unit arrangement unit UP of the two metal structures MS1 and MS2. Since it is sufficient that the polarization anisotropy has an “asymmetric structure”, not the arrangement of a plurality of metal structures but “asymmetricity depending on the shape of the metal structures” can be used for the polarization separation function.

第3の実施の形態の偏光分離素子は、回転楕円体形状、ロッド形状などの軸対称な金属構造体MSAによるドットパターンを3次元的に積層配列して金属構造体配列とする。金属構造体のサイズは、形状の長さが最大となる方向のサイズを謂い、このサイズは入射光の波長以下である。   The polarization separation element according to the third embodiment forms a metal structure array by three-dimensionally laminating and arraying dot patterns of axisymmetric metal structures MSA such as a spheroid shape and a rod shape. The size of the metal structure is the size in the direction in which the length of the shape is maximum, which is equal to or smaller than the wavelength of incident light.

図10に示す偏光分離素子30は、(a)に示すように、金属構造体MSAを保持する保持媒体HMDとこれら支持するための支持基板BSを有し、金属構造体MSAの配列形態、金属構造体MSAの形状や材料の選択により、入射角、動作波長、動作帯域を設計できる。   As shown in FIG. 10A, the polarization separation element 30 shown in FIG. 10 includes a holding medium HMD that holds the metal structure MSA and a support substrate BS for supporting these, and the arrangement form of the metal structure MSA, the metal The incident angle, operating wavelength, and operating band can be designed by selecting the shape and material of the structure MSA.

支持基板BSや保持媒体HDM、金属構造体MSAには、第1、第2の実施の形態の場合と同様の材料を用いることができ、偏光分離素子を電気、光、圧力等の外部信号により変調し、偏光分離特性をアクティブに変化させることもできる。   For the support substrate BS, the holding medium HDM, and the metal structure MSA, the same material as in the first and second embodiments can be used, and the polarization separation element can be controlled by an external signal such as electricity, light, or pressure. Modulating and actively changing the polarization separation characteristic.

金属構造体MSAの形状は、回転楕円体形状やロッド形状のように、直交する3方向に対して、少なくとも1方向にサイズの異なる非対称性を有しており、且つ、偏光分離素子を透過または反射した光が空間的に均一であるように「金属構造体のサイズおよび金属構造体間の間隔」は、入射する光の回折限界よりも十分に微小である。   The shape of the metal structure MSA has an asymmetry having a different size in at least one direction with respect to three orthogonal directions such as a spheroid shape and a rod shape, and is transmitted through the polarization separation element. “The size of the metal structure and the distance between the metal structures” are sufficiently smaller than the diffraction limit of the incident light so that the reflected light is spatially uniform.

金属構造体MSAの具体的なサイズは、最も長い軸方向において、可視域領域の波長より小さく100nm以下が好ましい。また、金属構造体間の間隔はサイズの半分の50nm以下が好ましい。   The specific size of the metal structure MSA is preferably smaller than the wavelength in the visible region and not more than 100 nm in the longest axial direction. The interval between the metal structures is preferably 50 nm or less, which is half the size.

上述した金属構造体MSAの配列は種々の配列形態が可能である。図10(b)は、回転楕円体形状の金属構造体MSAを「等間隔で直線上に、長手方向が直線に平行となるように配置」し、この直線状配列を所定の間隔で互いに平行に配列してドットパターンDP1、DP2等とした例であり、金属構造体MSAの内部に励振されるプラズモンの位相が「サイズの異なる軸方向でそれぞれ異なっている」ことにより、偏光に対する異方性が発現する。したがって、この配列のドットパターンを多層に積層することにより、S偏光とP偏光を透過光成分および反射光成分に切り分ける偏光分離機能を実現できる。   Various arrangement forms are possible for the arrangement of the metal structures MSA described above. In FIG. 10B, spheroid-shaped metal structures MSA are “arranged on a straight line at equal intervals so that the longitudinal direction is parallel to the straight line”, and this linear array is parallel to each other at a predetermined interval. In this example, the dot patterns DP1, DP2, etc. are arranged, and the phase of the plasmon excited inside the metal structure MSA is “different in the axial directions having different sizes”, so that the anisotropy with respect to the polarized light Is expressed. Therefore, by laminating the dot patterns of this arrangement in multiple layers, it is possible to realize a polarization separation function that separates S-polarized light and P-polarized light into transmitted light components and reflected light components.

また、第2の実施の形態と同様に、2個以上の金属構造体MSAにより単位配列パターンを構成し、単位配列パターンの配向を揃えて規則的またはランダムに配置して、個々の単位配列パターンに偏光に対する異方性を付与することにより、第2の実施の形態と同様の偏光分離機能を実現できる。金属構造体MSAは、図10では回転楕円体形状としたが、一方向にサイズの異なる非対称性を有するロッドなどの形状であってもよい。   Similarly to the second embodiment, a unit array pattern is constituted by two or more metal structures MSA, and the unit array pattern is aligned regularly or randomly so that individual unit array patterns are arranged. By imparting anisotropy to the polarization to the polarization, a polarization separation function similar to that of the second embodiment can be realized. Although the metal structure MSA has a spheroid shape in FIG. 10, it may have a shape such as a rod having asymmetry with different sizes in one direction.

第3の実施の形態のような偏光分離素子を作製するには、レーザーアブレーション法や、化学合成の手法により、溶液中で非対称な金属構造体MSAを作製し、微細加工基板を用いて自己組織的に配列させればよい。   In order to manufacture the polarization separation element as in the third embodiment, an asymmetric metal structure MSA is prepared in a solution by a laser ablation method or a chemical synthesis method, and self-organization is performed using a microfabricated substrate. It may be arranged in order.

なお、金属構造体が「例えば、楕円柱のように、一方向に非対称性を有する構造」のものであれば、上記と同様の効果を期待でき、このような「高さの揃った非対称構造の金属構造体」は、先に説明した「エッチングを用いる方法」により作製可能である。   In addition, if the metal structure is “a structure having asymmetry in one direction such as an elliptical cylinder”, the same effect as described above can be expected. The “metal structure” can be produced by the “method using etching” described above.

第3の実施の形態の偏光分離素子の設計においても、図5に即して説明したように、ドットパターンの積層方向の「金属構造体間の光相互作用を調整」することにより、入射光の偏光に対する異方性を制御することができる。したがって、3次元的な金属構造体配列の配列形態を最適に選択することにより、偏光分離素子の動作波長や入射角特性など、使用条件に適した設計が可能となる。勿論、隣接する金属構造体MSAの間隔、サイズ、形状、単位金属配列パターンの2次元的は配置なども設計パラメータとして利用できる。   Also in the design of the polarization separation element of the third embodiment, as described with reference to FIG. 5, the incident light is adjusted by “adjusting the light interaction between the metal structures” in the stacking direction of the dot pattern. It is possible to control the anisotropy with respect to the polarization. Therefore, by optimally selecting the arrangement form of the three-dimensional metal structure arrangement, a design suitable for the use conditions such as the operating wavelength and the incident angle characteristic of the polarization separation element can be realized. Of course, the interval, size, shape, and two-dimensional arrangement of unit metal arrangement patterns between adjacent metal structures MSA can also be used as design parameters.

偏光分離素子の機能を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the function of a polarization beam splitting element. 第1の実施の形態の偏光分離素子の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the polarization separation element of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の数値シミュレーションモデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the numerical simulation model of 1st Embodiment. 数値シミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a numerical simulation. 偏光分離素子における偏光特性の調整方法を説明する図である。It is a figure explaining the adjustment method of the polarization characteristic in a polarization separation element. 第2の実施の形態の偏光分離素子の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the polarization splitting element of 2nd Embodiment. 単位配列ユニットの配列形態の例を3例示す図である。It is a figure which shows three examples of the arrangement | sequence form of a unit arrangement | sequence unit. 第2の実施の形態の数値シミュレーションモデルを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the numerical simulation model of 2nd Embodiment. 数値シミュレーションの結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a numerical simulation. 第3の実施の形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

MS 金属構造体
DP1 ドットパターン
HMD 保持媒体
BS 支持基板
MS metal structure DP1 dot pattern HMD holding medium BS support substrate

Claims (9)

入射光の波長より小さい微小なドット状の金属構造体を2次元的に配列したドットパターンを、所定の間隔を隔して保持媒体中に複数層に積層配置した3次元的な金属構造体配列を支持基板上に有し、
所望の入射角で入射する入射光における互いに直交する2つの偏光成分に対する透過光強度または反射光強度を異ならせるように、上記3次元的な金属構造体配列を定めたことを特徴とする偏光分離素子。
A three-dimensional metal structure array in which dot patterns in which minute dot-shaped metal structures smaller than the wavelength of incident light are two-dimensionally arranged are stacked in a plurality of layers in a holding medium at predetermined intervals On the support substrate,
Polarization separation characterized in that the three-dimensional metal structure array is defined so that transmitted light intensity or reflected light intensity is different for two polarization components orthogonal to each other in incident light incident at a desired incident angle. element.
請求項1記載の偏光分離素子において、
金属構造体を2次元的に配列したドットパターンが、金属構造体をそのサイズ以下の距離を隔して直線状に等間隔に配列した線状配列パターン要素を、長手方向に直交する方向へ所定の周期で互いに平行に配列したパターンであることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separating element according to claim 1,
The dot pattern in which the metal structures are two-dimensionally arranged is a linear array pattern element in which the metal structures are arranged in a straight line with a distance equal to or smaller than the size of the dot structure in a direction orthogonal to the longitudinal direction. A polarized light separating element having a pattern arranged in parallel with each other at a period of
請求項1記載の偏光分離素子において、
金属構造体を2次元的に配列したドットパターンが、複数個の金属構造体をそのサイズ以下の距離を隔して配列した単位配列パターンを、金属構造体の配向を揃えて、規則的もしくはランダムに2次元配列したパターンであることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separating element according to claim 1,
A dot pattern in which metal structures are two-dimensionally arranged is a unit arrangement pattern in which a plurality of metal structures are arranged at a distance equal to or smaller than the size of the metal structures. A polarized light separating element having a two-dimensionally arranged pattern.
請求項1〜3の任意の1に記載の偏光分離素子において、
金属構造体が軸対称形状であることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to any one of claims 1 to 3,
A polarization separation element, wherein the metal structure has an axisymmetric shape.
請求項1〜4の任意の1に記載の偏光分離素子において、
ドット状の金属構造体が、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、銅(Cu)の何れか、もしくはこれらの組み合わせ、または、これらを主成分とする合金材料・混合材料で構成されていることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to any one of claims 1 to 4,
The dot-shaped metal structure is any one of gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), aluminum (Al), nickel (Ni), chromium (Cr), copper (Cu), or a combination thereof. Or a polarization separation element comprising an alloy material or a mixed material containing these as a main component.
請求項1〜5の任意の1に記載の偏光分離素子において、
保持媒体中に複数層に積層配置される2次元的なドットパターンが、互いに合同的であることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to any one of claims 1 to 5,
A polarization separation element, wherein two-dimensional dot patterns stacked in a plurality of layers in a holding medium are congruent with each other.
請求項6記載の偏光分離素子において、
2次元的なドットパターンが、積層方向において互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to claim 6,
A polarization separation element, wherein two-dimensional dot patterns are arranged so as to overlap each other in the stacking direction.
請求項6記載の偏光分離素子において、
2次元的なドットパターンが、パターン面に平行な方向において互いにずれるように配置されていることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to claim 6,
A polarization separation element, wherein two-dimensional dot patterns are arranged so as to be shifted from each other in a direction parallel to a pattern surface.
請求項1〜8の任意の1に記載の偏光分離素子において、
入射角が、略45度に設定され、入射光における互いに直交する2つの偏光成分が、P偏光成分とS偏光成分であることを特徴とする偏光分離素子。
The polarization separation element according to any one of claims 1 to 8,
A polarization separation element, wherein an incident angle is set to about 45 degrees, and two polarization components orthogonal to each other in incident light are a P polarization component and an S polarization component.
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