JP2016114777A - 偏光子および当該偏光子を有する光学素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】回折格子を有する偏光子であって、フレネル反射を低減して、ＴＥ偏光の光に対しては高い反射回折効率を示し、ＴＭ偏光の光に対しては高い透過回折効率を示す偏光子を提供すること。【解決手段】本発明に係る偏光子は、誘電体からなる厚さが一定の薄膜と、前記薄膜に形成され、第１の方向に延在し、同一の幅を有するスリット状の複数の貫通孔と、を有し、前記複数の貫通孔は、前記薄膜の表面において前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に一定の間隔で配置されている。【選択図】図４

Description

本発明は、モード共鳴効果を利用した偏光子および当該偏光子を有する光学素子に関する。
近年、リソグラフィーを含む微細加工技術は、目覚ましい発展を遂げている。この発展に伴い、照射される波長未満の周期構造を有するサブ波長回折格子の応用研究が盛んに行われている。この応用研究の例として、回折格子を利用した導波モード共鳴フィルター（「導波モード共振フィルター」ともいう）が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。
特許文献１には、回折格子を利用した導波モード共鳴フィルターが記載されている。また、特許文献２には、２つの異なる誘電率を有する平面型の回折格子において、当該回折格子による回折光や導波路で導波モードが結合する条件などが知られた導波モード共鳴フィルターが記載されている。
導波モード共鳴フィルターとしては、いくつかの基本的構造が知られている。図１は、導波モード共鳴フィルターを説明するための断面図である。図１Ａは、基板１２と、回折格子部１４とを有する導波モード共鳴フィルター１０の断面図であり、図１Ｂは、基板２２と、基板２２上に形成された導波層（回折格子）２４とを有する導波モード共鳴フィルター２０の断面図である。なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、ハッチングを省略している。
図１Ａに示されるように、このタイプの導波モード共鳴フィルター１０は、基板１２と、基板１２上に配置された回折格子部１４とを有する。回折格子部１４は、複数の高屈折率部１６と、複数の低屈折率部１８とを有する。このタイプの導波モード共鳴フィルター１０では、回折格子部１４自体が導波層として機能する。図１Ａに示された導波モード共鳴フィルター１０は、単純な構造であり、ＴＥ偏光の光に対してはピーク波長において高い反射回折効率を示す。一方、この導波モード共鳴フィルター１０は、ＴＭ偏光の光に対してはフレネル反射が大きいため、低い透過回折効率を示す。
また、図１Ｂに示されるように、このタイプの導波モード共鳴フィルター２０は、基板２２と、基板２２上に配置された導波層２４を有する。また、導波層２４は、複数の高屈折率部２６と、複数の低屈折率部２８とを有する。図１Ｂに示された導波モード共鳴フィルター２０において、基板２２の屈折率ｎｓｕｂを１．５２、高屈折率部分２６の屈折率ｎＨを２．２０、低屈折率部分２８の屈折率ｎＬを１．８０、回折格子の周期Λを３５９ｎｍ、回折格子の充填率ｆを０．５０、低屈折率部分２８の深さｈを２６７ｎｍとする。この回折格子にＴＥ偏光の光と、ＴＭ偏光の光とが入射した場合の透過回折効率および反射回折効率をそれぞれＲＣＷＡ法により算出した結果を図２に示す。
図２Ａは、光の波長λが６００〜７００ｎｍの範囲でのＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率を示すグラフであり、図２Ｂは、光の波長λが６００〜７００ｎｍの範囲でのＴＭ偏光の光についての透過回折効率および反射回折効率を示すグラフである。図２Ａおよび図２Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図２Ａの縦軸は、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示しており、図２Ｂの縦軸は、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図２Ａの実線は、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光の光に対する反射回折効率を示している。また、図２Ｂの実線は、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光の光についての反射回折効率を示している。図２Ａおよび図２Ｂに示されるように、ＴＥ偏光の光では、反射スペクトルのピーク波長λが６５０ｎｍであり、ＴＭ偏光の光では、反射スペクトルのピーク波長λが６４０ｎｍであった。
このように、基板２２上に２つの異なる屈折率を有する媒質からなる回折格子が形成されている導波モード共鳴フィルターは、一般的に少し離れた波長においてＴＥ偏光の光およびＴＭ偏光の光のそれぞれで反射型のバンドパスフィルター（ノッチフィルター）として機能することが知られている。この場合には、回折格子−空気の界面および回折格子−基板の界面のそれぞれにおいて大きな屈折率差が生じているためフレネル反射が大きく、ＴＭ偏光の光についての反射回折効率が最大になる波長において、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率の低下がかなり大きいため、偏光子として十分に機能できない。偏光子として十分に機能するためには、所定の波長領域において、ＴＥ偏光の光に対する反射回折効率は１００％に近く、同時にＴＭ偏光の光についての透過回折効率は１００％に近いことが好ましい。
このような回折格子−空気の界面および回折格子−基板の界面のそれぞれにおいて生じるフレネル反射を小さくする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、微細凹凸を有する基板と、微細凹凸を覆う誘電体層とを有する波長フィルターが記載されている。特許文献１に記載の波長フィルターでは、フレネル反射を低減するために、微細凹凸を高次回折光が生じない大きさとして、かつ微細凹凸の断面形状を三角形とすることで、誘電体層と空気との平均的な屈折率を徐々に変えている。
特開２００２−２５８０３４号公報
L. Mashev, and E. Popov, "Zero order anomaly of dielectric coated gratings", Optics Communivations, Vol.55, No.6, pp.377-380. S. S. Wang and R. Magusson, "Theory and applications of guided-mode resonance filters", Applied Optics, Vol.32, No.14, pp.2606-2613.
非特許文献１、２および特許文献１に記載の導波モード共鳴フィルターでは、基板を有するため、軽量化および薄型化することができなかった。また、これらの導波モード共鳴フィルターでは、各層間の屈折率差が大きいため、フレネル反射が大きくなってしまう問題があった。
そこで、本発明の目的は、回折格子を有する偏光子であって、フレネル反射を低減して、ＴＥ偏光の光に対しては高い反射回折効率を示し、ＴＭ偏光の光に対しては高い透過回折効率を示す偏光子および当該偏光子を有する光学素子を提供することである。
本発明に係る偏光子は、誘電体からなる厚さが一定の薄膜と、前記薄膜に形成され、第１の方向に延在し、同一の幅を有するスリット状の複数の貫通孔と、を有し、前記複数の貫通孔は、前記薄膜の表面において前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に一定の間隔で配置されている。
また、本発明に係る光学素子は、本発明に係る偏光子と、前記複数の貫通孔を塞がないように前記偏光子を保持するホルダーと、を有する。
本発明によれば、軽量かつ薄型の偏光分離特性に優れる偏光子および当該偏光子を有する光学素子を提供することができる。
図１Ａは、基板と、回折格子部とを有する導波モード共鳴フィルターの断面図であり、図１Ｂは、基板と、基板上に形成された導波層とを有する導波モード共鳴フィルターの断面図である。 図２Ａは、非特許文献２に記載の導波モード共鳴フィルターにおいて、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図２Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図３は、本発明の一実施の形態に係る光学素子を示す斜視図である。 図４Ａ、Ｂは、偏光子の構成を示す図である。 図５Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５０とした場合において、貫通孔の深さと、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図５Ｂは、貫通孔の深さと、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図６Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５０とし、貫通孔の深さｈを３３０ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図６Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図７は、２面を透過した場合におけるフレネル反射による光の喪失を示すグラフである。 図８Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５１とした場合において、貫通孔の深さと、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図８Ｂは、貫通孔の深さと、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図９Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５１とし、貫通孔の深さｈを３１０ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図９Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１０Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５５とし、貫通孔の深さｈを２５５ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１０Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１１Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５６とし、貫通孔の深さｈを２１０ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１１Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１２Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５７とし、貫通孔の深さｈを１９５ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１２Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１３Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．７０とした場合において、貫通孔の深さと、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１３Ｂは、貫通孔の深さと、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１４Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．４０とし、貫通孔の深さｈを１２０ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１４Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１５は、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．４０とし、貫通孔の深さｈを４３５ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光についての回折効率との関係を示すグラフである。 図１６Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．６５とした場合において、貫通孔の深さと、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１６Ｂは、貫通孔の深さと、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。 図１７Ａは、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．６５とし、貫通孔の深さｈを３３５ｎｍとした場合において、光の波長と、ＴＥ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフであり、図１７Ｂは、光の波長と、ＴＭ偏光の光についての透過回折効率または反射回折効率との関係を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
［偏光子の構成］
図３は、本発明の一実施の形態に係る光学素子１００の構成を示す斜視図である。図４Ａ、Ｂは、偏光子１２０の構成を示す図である。図３および図４Ａ、Ｂに示されるように、本実施の形態に係る光学素子１００は、偏光子１２０と、ホルダー１４０とを有する。
偏光子１２０は、スリット状の複数の貫通孔１２２が設けられた薄膜である。複数の貫通孔１２２は、第１の方向に延在している。第１の方向における各貫通孔１２２の長さは、特に限定されない。本実施の形態では、第１の方向における各貫通孔１２２の長さは、同じである。複数の貫通孔１２２は、偏光子１２０の第１面（表面）および第１面と表裏関係にある第２面（裏面）に開口している。複数の貫通孔１２２は、第１の方向に直交する第２の方向に一定の間隔で配置されている。複数の貫通孔１２２および隣接する貫通孔１２２の間に位置する薄膜（実体部１２４）は、回折格子として機能する。なお、実体部１２４は、後述する各シミュレーションにおける「高屈折率部分」に相当し、貫通孔１２２は、「低屈折率部分」に相当する。
複数の貫通孔１２２の中心間距離（ピッチΛ）は、照射する光の波長λより短いことが好ましい。貫通孔１２２のピッチΛを照射する光の波長λより短くすることで、０次回折光のみを存在させることができる。本実施の形態では、波長λが６５０ｎｍの光で使用する偏光子１２０における貫通孔１２２のピッチΛは、５８０〜６００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、波長λが５３０ｎｍの光で使用する偏光子１２０における貫通孔１２２のピッチΛは、４７０〜４９０ｎｍの範囲内であることが好ましい。第２の方向における貫通孔１２２の長さ（幅）は、下記の充填率ｆを用いて算出することができる。また、波長λが６５０ｎｍの光で使用する偏光子１２０および波長λが５３０ｎｍの光で使用する偏光子において、充填率（貫通孔１２２の中心間距離Λ対する貫通孔１２２間の実体部１２４の割合）ｆは、０．２５〜０．３５または０．４５〜０．５５の範囲内であることが好ましい。充填率ｆが前述の範囲内にない場合、ＴＭ偏光の透過率が低くなったり、ＴＥ偏光の反射率の帯域幅が狭くなったりするおそれがある。
偏光子１２０の材料は、誘電体であり、かつ後述の機能を確保することができれば特に限定されない。偏光子１２０の材料の例には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィン樹脂などの樹脂や、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、石英ガラスなどのガラスが含まれる。また、偏光子１２０の屈折率ｎは、偏光子１２０としての機能を確保することができれば特に限定されない。偏光子１２０の最適な屈折率ｎは、照射される光の波長λや貫通孔１２２のピッチΛなどによって変化する。たとえば、照射される光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．４４〜１．５３の範囲内または１．５７以上であることが好ましく、より好ましくは１．５７〜１．６０の範囲内である。また、照射される光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが５９０ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．５１〜２．０８の範囲内でことが好ましい。また、照射される光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが５８０ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．６０〜２．１０の範囲内でことが好ましい。さらに、照射される光の波長λが５３０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが４８９ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．４６〜１．５４または１．５６〜１．５９の範囲内であることが好ましい。また、照射される光の波長λが５３０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが４８１ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．５３以上であることが好ましく、１．５３〜２．１１の範囲内であることがより好ましい。また、照射される光の波長λが５３０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが４７２ｎｍの場合、偏光子１２０の屈折率ｎは、１．６３〜２．０７の範囲内であることがより好ましい。
樹脂製の偏光子１２０の屈折率ｎの調整方法は、特に限定されない。例えば、特開２００７−２７００９７号公報や特開２０００−３２７８３６号公報などに記載されているように、樹脂製の偏光子１２０の屈折率ｎは、高屈折率を有する金属酸化物の微粒子を樹脂中に分散することにより、樹脂媒質の屈折率ｎを高屈折率の領域にまで調整することができる。また、ガラス製の偏光子１２０の屈折率ｎの調整方法も特に限定されない。例えば、ガラス製の偏光子１２０の屈折率ｎは、後述する偏光子１２０の製造方法において、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの異なる物質を同時にコーティング（蒸着）することにより調整することができる。
偏光子１２０の膜厚（貫通孔１２２の深さ）は、一定である。偏光子１２０の膜厚（貫通孔１２２の深さ）は、偏光子１２０としての機能を確保することができれば特に限定されない。偏光子１２０の膜厚（貫通孔１２２の深さ）は、１７０〜１９５または２３５〜４１０ｎｍの範囲内であることが好ましい。なお、偏光子１２０の最適な膜厚（貫通孔１２２の深さ）は、偏光子１２０に照射される光の波長λおよび偏光子１２０の屈折率ｎにより変化する。
次いで、貫通孔１２２のピッチΛに関する制限について説明する。回折格子に入射される光の入射角度をθｉとし、回折角度をθｍとし、貫通孔１２２のピッチをΛとし、光の波長をλとし、回折次数をｍとし、偏光子１２０の平均屈折率をｎとしたときに以下の式（１）が成り立つ。
ｎ・ｓｉｎθｍ＝ｓｉｎθｉ＋ｍ（λ／Λ）・・・（１）
ここで、単純化のため、入射角度θｉ＝０とし、回折次数ｍ＝１とすると、以下の式（１）は、以下の式（２）となる。
ｓｉｎθｍ＝（λ／ｎ・Λ） ・・・（２）
ここで、回折格子内に１次回折光が存在するためには、ｓｉｎθｍの右辺が以下の式（３）を満たす必要がある。
λ／ｎ≦Λ ・・・（３）
なお、偏光子１２０の平均屈折率ｎは、ＴＥ偏光の光についての値と、ＴＭ偏光の光についての値とで異なる。また、偏光子１２０の平均屈折率ｎは、回折格子の充填率ｆによって変化する。ここで、ｎ１およびｎ２の２つの屈折率が異なる媒質が交互に一定のピッチで配置されている場合、ＴＥ偏光における平均屈折率ｎＴＥと、ＴＭ偏光における平均屈折率ｎＴＭは、貫通孔１２２のピッチΛが光の波長λに対して十分小さい場合において、有効媒質理論（有効媒質近似）により以下の式（４）および以下の式（５）のように示すことができる。
ｎＴＥ＝｛（１−ｆ）・ｎ１ ２＋ｆ・ｎ２ ２｝１／２ ・・・（４）
ｎＴＭ＝１／｛（１−ｆ）／ｎ１ ２＋ｆ／ｎ２ ２｝１／２ ・・・（５）
前述したように、本実施の形態に係る偏光子１２０は、誘電体からなる薄膜であるため強度が弱く、その取り扱いが困難である。そこで、本実施の形態に係る光学素子１００では、偏光子１２０をホルダー１４０によって保持することで取り扱いを容易にしている。ホルダー１４０は、偏光子１２０を保持する。ホルダー１４０の構成は、複数の貫通孔１２２を塞がないように偏光子１２０を保持することができれば特に限定されない。本実施の形態では、ホルダー１４０は、一対の個別ホルダー１６０、１６０から構成されている。ホルダー１４０は、偏光子１２０を表面および裏面から挟むように保持する。
ホルダー１４０の材料は、偏光子１２０を保持することができれば特に限定されない。ホルダー１４０の材料の例には、セラミックや樹脂などが含まれる。
［偏光子の製造方法］
本実施の形態に係る偏光子１２０の製造方法は、特に限定されない。本実施の形態に係る偏光子１２０は、例えば以下の方法により製造できる。Ｓｉなどからなる基板上にＣｒなどからなる金属膜を製膜して、この金属膜上に真空蒸着などでＳｉＯ２の薄膜を数百ｎｍ程度の厚さにコーティングする。その後、ＥＢ描画用のレジストをスピンナーにより塗布して、例えば幅３００ｎｍ程度のラインパターンを電子ビーム描画装置で描画する。この後に、現像してレジストの描画部分のパターンを抜く。次いで、レジストパターンをマスクして、ドライエッチング装置を用いてＣＦ４やＣ４Ｆ８のエッチングガスなどを用いて、ＳｉＯ２薄膜部分を完全にエッチングして貫通させる。最後に、金属Ｃｒを溶かす硝酸第二セリウムアンモンと過塩素酸の混合液などを用いて、下地のＣｒ薄膜を剥離することでＳｉＯ２薄膜に複数の貫通孔１２２を形成できる（リフトオフ法）。以上の工程により偏光子１２０を製造することができる。
［シミュレーション］
次に、貫通孔１２２のピッチΛ（回折格子）を有する偏光子１２０に対してＴＥ偏光の光およびＴＭ偏光の光を照射した場合の透過回折特性および反射回折特性についてシミュレーションした。シミュレーション１〜３では、特に記載がない場合には、貫通孔１２２のピッチΛを６００ｎｍ、高屈折部分（貫通孔１２２間の薄膜の一部）の幅を３００ｎｍ、低屈折率部分（貫通孔１２２）の幅を３００ｎｍ、低屈折率部分の屈折率ｎＬを１．０とした。また、使用する光の波長λは、赤色の可視光である６５０ｎｍとした。このような所定の構造を有する回折格子の透過特性および反射特性は、ＲＣＷＡ法（Rigorous Coupled-Wave Analysis）またはＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を用いて計算することができる。なお、以下の各シミュレーションは、ＲＣＷＡ法により行った。また、各シミュレーションでは、ＲＣＷＡ法での誘電率をフーリエ展開する級数項において、２０項まで取り込んだ。各シミュレーションにおいて、屈折率ｎと、貫通孔１２２のピッチΛまたは波長λの組み合わせとでは、ファーフィールド領域において、屈折光は、透過光および反射光とも０次回折光しか存在しない。
（シミュレーション１）
シミュレーション１では、まず高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５０とした場合において、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光の光についての回折効率およびＴＭ偏光の光についての回折効率との関係をシミュレーションした。図５Ａは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図５Ｂは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＭ偏光にいての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図５Ａおよび図５Ｂの横軸は、貫通孔１２２の深さｈ（ｎｍ）を示している。また、図５Ａおよび図５Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図５Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図５Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、貫通孔１２２の深さｈが３３０ｎｍで最大であった。これは、回折格子の一次回折光と、導波路としての０次の導波モードであるＴＥ０モードが結合した状態を示している。また、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、貫通孔１２２の深さｈが約６００ｎｍで大きく落ち込んでいる。これは、貫通孔１２２の深さｈを深くすることにより、導波路の伝搬モードと結合しなくなることを示している。さらに、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、貫通孔１２２の深さｈが約９００ｎｍで１００％程度を示していた。これは、回折光と、導波路の高次の伝搬モードであるＴＥ１とが結合していることを示している。このように、ＴＥ偏光についての反射回折効率が一番高い貫通孔１２２の深さｈが３３０ｎｍにおいて、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、９９．９％であり、ＴＭ偏光についての透過回折効率は、９９．７６％であった。以上のことから、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５０とし、低屈折率部分の屈折率ｎＬを１．０とし、貫通孔１２２のピッチΛを６００ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての反射回折効率を１００％近いものとし、かつＴＭ偏光についての透過回折効率を１００％近いものとするためには、貫通孔１２２の深さｈは、３３０ｎｍが好ましいことがわかった。
次いで、ＴＥ偏光についての反射回折効率が最大となる貫通孔１２２の深さｈが３３０ｎｍの場合において、光の波長λが６２０〜６８０ｎｍの範囲でのＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図６Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図６Ｂは、光の波長λと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図６Ａおよび図６Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図６Ａおよび図６Ｂの縦軸は、ＴＭ偏光についての透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図６Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率（％）を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率（％）を示している。また、図６Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図６Ｂに示されるように、ＴＭ偏光についての透過回折効率は、６２０〜６６０ｎｍの広い帯域範囲内において約１００％であった。これはショートウェーブパスフィルターに近い透過特性を示している。また、光の波長λが６７０ｎｍ以上の長波長の領域においては、ＴＭ偏光についての透過回折効率は低下した。また、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、光の波長λが６５０ｎｍにおいて約１００％あった（図６Ａ参照）。これらは、本実施の形態に係る偏光子１２０は、１層の回折格子のみからなる単純構造であるにも関わらず、ほとんどフレネル反射が生じていないことを示している。
次いで、比較のため、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．４０〜１．７０の範囲内の誘電体で構成された直方体の試験片において、光が表面側から裏面側を透過するときのフレネル反射の影響をシミュレーションした。図７は、２面を透過した場合におけるフレネル反射による光の喪失を示すグラフである。１面（表面または裏面）でのフレネル反射による損失は、｛（１−ｎ）／（１＋ｎ）｝２により求めることができる。また、透過回折効率は、１−｛（１−ｎ）／（１＋）｝２により求めることができる。なお、２面間の多重干渉によるエタロン効果は考慮していない。図７の横軸は、試験片の屈折率ｎを示しており、縦軸は、試験片における透過回折効率を示している。
図７に示されるように、試験片の屈折率ｎが大きくなるにつれて、フレネル反射が大きくなることがわかった。具体的には、試験片の屈折率ｎが１．４で光の透過回折効率は９４．５２％であったが、試験片の屈折率ｎが１．７では光の透過回折効率は８７％まで低下していた。これらのことから、本実施の形態に係る偏光子１２０は、単純な構造であるのにも関わらず比較の試験片と比較してフレネル反射が大幅に減少していた。
（シミュレーション２）
次いで、高屈折率部分の屈折率ｎＨの影響を調べるために、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５１としてシミュレーション１と同様のシミュレーションを行った。シミュレーション２では、まず高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５１とした場合において、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率との関係をシミュレーションした。図８Ａは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図８Ａは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂの横軸は、貫通孔１２２の深さｈ（ｎｍ）を示している。また、図８Ａおよび図８Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図８Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図８Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図８Ａおよび図８Ｂに示されるように、ＴＥ偏光についての反射回折効率は、貫通孔１２２の深さｈが３１０ｎｍで最大であった。
次いで、ＴＥ偏光についての反射回折効率が最大となる貫通孔１２２の深さｈが３１０ｎｍの場合において、光の波長λが６２０〜６８０ｎｍの範囲でのＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図９Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図９Ｂは、光の波長λと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図９Ａおよび図９Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図９Ａおよび図９Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図９Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図９Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、光の波長λが６５０ｎｍの場合において、ＴＥ偏光についての反射回折効率は約１００％であり、ＴＭ偏光についての透過回折効率は約１００％であった。図５、図６、図８および図９に示されるように、高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させると、光の波長λが６５０ｎｍの場合においてＴＥ偏光についての反射回折効率が最大になる貫通孔１２２の深さｈも変化することがわかった。また、屈折率ｎを１．５０から増やしていくとＴＭ偏光についての透過回折効率スペクトルのエッジに対応する波長が短波長側にシフトしていくこともわかった。
以下のシミュレーション３〜８では、高屈折率部分の屈折率ｎおよび貫通孔１１２の深さを変えた場合に、ＴＥ偏光についての透過回折効率と反射回折効率、およびＴＭ偏光についての透過回折効率と反射回折効率の影響について調べた。
（シミュレーション３）
シミュレーション３では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５５とし、貫通孔１２２の深さｈを２５５ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１０Ａは、光の波長λと、透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１０Ｂは、光の波長λと、透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１０Ａおよび図１０Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１０Ａおよび図１０Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１０Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１０Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１０Ａおよび図１０Ｂに示されるように、光の波長λが６５０ｎｍの場合において、ＴＭ偏光についての透過回折効率は、８０％程度維持されていた。これにより、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．５５であり、貫通孔１２２の深さｈが２５５ｎｍの偏光子１２０は、偏光子としての機能を十分に適切に発揮することができることが分かった。
（シミュレーション４）
シミュレーション４では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５６とし、貫通孔１２２の深さｈを２１０ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１１Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１１Ｂは、光の波長λと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１１Ａおよび図１１Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１１Ａおよび図１１Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１１Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１１Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．５６の場合では、ＴＭ偏光も透過せずに大半の光は反射しており、この領域では偏光子１２０として機能しないことがわかった。このように、高屈折率部分の屈折率ｎＨを大きくしていくと、ＴＥ偏光と同時にＴＭ偏光においても導波モードと結合する条件が成立することがわかった。
（シミュレーション５）
シミュレーション５では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．５７とし、貫通孔１２２の深さｈを１９５ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１２Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１２Ｂは、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１２Ａおよび図１２Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１２Ａおよび図１２Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１２Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１２Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、光の波長λが６５０ｎｍ以下にシフトしたことにより、光の波長λが６５０ｎｍでの透過回折効率が再び上昇して偏光子１２０として使う事ができることがわかった。
（シミュレーション６）
次に、高屈折率部分の屈折率ｎＨを大きくした場合のＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての反射回折効率に対する影響を調べた。シミュレーション６では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．７０とした場合において、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての反射回折効率との関係をシミュレーションした。図１３Ａは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１３Ｂは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１３Ａおよび図１３Ｂの横軸は、貫通孔１２２の深さｈ（ｎｍ）を示している。また、図１３Ａおよび図１３Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１３Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１３Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、ＴＥ偏光についての反射回折効率が最大となる貫通孔１２２の深さｈは、１２０ｎｍであるが、ＴＭ偏光についての透過回折効率は、６〜７％程度低下していた。このように、高屈折率部分の屈折率ｎＨを高くすると、ＴＥ偏光についての反射回折効率はほとんど変わらないが、ＴＭ偏光についての透過回折効率が下がっていくことがわかった。
（シミュレーション７）
次に、高屈折率部分の屈折率ｎＨを小さくした場合のＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての反射回折効率に対する影響を調べた。シミュレーション７では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．４０とし、貫通孔１２２の深さｈを１２０ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１４Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１４Ｂは、光の波長λと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１４Ａおよび図１４Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１４Ａおよび図１４Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１４Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１４Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるように、ＴＭ偏光についての透過回折効率が低下してしまう原因として、高屈折率部分の屈折率ｎＨが大きくなるにつれて偏光子１２０の平均的な屈折率が大きくなり、空気層とのフレネル反射の絶対値がさらに大きくなるためであると考えられる。一方、高屈折率部分の屈折率ｎＨの屈折率を小さくした場合には、ＴＥ偏光についての反射回折効率の反射スペクトルのバンドの幅が狭くなってしまった。
（シミュレーション８）
シミュレーション８では、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．４０とし、貫通孔１２２の深さｈを４３５ｎｍとした場合において、ＴＥ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１５は、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１５の横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１５の縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１５の実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射折効率を示している。
図６Ａおよび図１５に示されるように、長波長帯域でのＴＥ偏光についての高反射回折効率を示す領域は、がかなり狭くなっていることがわかった。
特にグラフは示さないが、貫通孔１２２のピッチΛを６００ｎｍ、光の波長λを６５０ｎｍとした場合の、各屈折率におけるＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率およびＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表１に示す。
Figure 2016114777
前述したように、偏光子１２０として機能するためには、ＴＥ偏光についての透過回折効率が約１００％を示し、かつＴＭ偏光についての反射回折効率が約１００％を示すことが好ましい。ここでは、ＴＥ偏光についての反射回折効率が９８％超であって、かつＴＭ偏光についての透過回折効率が９８％超の場合に偏光子１２０として機能するものとした。
表１に示されるように、光の波長λが６５０ｎｍの偏光子においては、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．４４〜１．５３の範囲内または１．５７以上である場合に偏光子として機能することが分かった。
また、表１に示されるように、光の波長λが６５０ｎｍの波長の光が照射され、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍである偏光子は、ＴＥ偏光についての反射効率が８０％以上を示す光の波長が１０ｎｍ以上のものを使用することが好ましい。これは、半導体レーザーにおいて、温度変動などより発振中心波長が揺らぐことに対応させたものである。また、レーザーを光源として偏光子１２０を用いる場合には、使用する素子の波長帯域も１０ｎｍ以上を確保する必要があるため、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍの場合には、偏光子１２０の屈折率ｎ（高屈折率部分の屈折率ｎＨ）は、１．４４以上であることが好ましい。また、屈折率ｎが１．５５および１．５６の偏光子は、ＴＭ偏光の透過回折効率が９０％以下であるため、偏光子としての機能を十分に発揮することができない。さらに、屈折率ｎが１．６１以上であると、フレネル反射が顕著に観察されるため、この場合も偏光子としての機能を十分に発揮することができない。
次いで、貫通孔１２２のピッチΛが５９０ｎｍの偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表２、３に示した。
Figure 2016114777
Figure 2016114777
次いで、貫通孔１２２のピッチΛが５８０ｎｍの偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表４に示した。
Figure 2016114777
表１〜表４に示されるように、貫通孔１２２のピッチΛが５８０、５９０、６００ｎｍの偏光子１２０は、同様の傾向を示す結果が得られた。しかし、貫通孔１２２のピッチΛが５９０ｎｍの偏光子１２０は、貫通孔１２２のピッチΛが６００の偏光子１２０と比較して、高屈折率部分の屈折率ｎＨを大きくすると、偏光子１２０における反射回折効率の反射幅はかなり広くなることがわかった。また、貫通孔１２２のピッチΛが５８０ｎｍの偏光子１２０は、貫通孔１２２のピッチΛが５９０の偏光子１２０と比較して、高屈折率部分の屈折率ｎＨを大きくすると、偏光子１２０における反射回折効率の反射幅はさらに広くなることがわかった。
前述したように、偏光子１２０として機能するためには、ＴＥ偏光についての透過回折効率が約１００％を示し、かつＴＭ偏光についての反射回折効率が約１００％を示すことが好ましい。ここでは、ＴＥ偏光についての反射回折効率が９８％超であって、かつＴＭ偏光についての透過回折効率が９８％超の場合に偏光子１２０として機能するものとした。
表１〜表４に示されるように、光の波長λが６５０ｎｍの偏光子においては、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．４４〜１．５５の範囲内または１．５７以上である場合に偏光子として機能することが分かった。また、貫通孔１２２のピッチΛが５９０ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．５１〜２．０８の範囲内である場合に偏光子として機能することが分かった。さらに、貫通孔１２２のピッチΛが５８０ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．６０〜２．１０の範囲内である場合に偏光子として機能することが分かった。
（シミュレーション９）
一例として、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．６５の場合において、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光とＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係をシミュレーションした。図１６Ａは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１６Ｂは、貫通孔１２２の深さｈと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１６Ａおよび図１６Ｂの横軸は、貫通孔１２２の深さｈ（ｎｍ）を示している。また、図１６Ａおよび図１６Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１６Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。また、図１６Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１６Ａおよび図１６Ｂに示されるように、反射回折効率は、貫通孔１２２の深さｈが３３０ｎｍで最大（９９．９％）であった。
次いで、高屈折率部分の屈折率ｎＨを１．６５とし、貫通孔１２２の深さｈを３３５ｎｍとし、ＴＥ偏光についての回折効率およびＴＭ偏光についての回折効率をシミュレーションした。図１７Ａは、光の波長λと、ＴＥ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１７Ｂは、光の波長λと、ＴＭ偏光についての透過回折効率および反射回折効率との関係を示すグラフである。図１７Ａおよび図１７Ｂの横軸は、光の波長λ（ｎｍ）を示している。また、図１７Ａおよび図１７Ｂの縦軸は、透過回折効率（％）または反射回折効率（％）を示している。図１７Ａの実線は、ＴＥ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＥ偏光についての反射回折効率を示している。図１７Ｂの実線は、ＴＭ偏光についての透過回折効率を示しており、破線は、ＴＭ偏光についての反射回折効率を示している。
図１７Ａおよび図１７Ｂに示されるように、ＴＥ偏光についての反射回折効率の波長帯域は、かなり広くなっていることがわかった。
次いで、貫通孔１２２のピッチΛが４８９ｎｍ、回折格子の充填率ｆが０．５、光の波長λが５３０ｎｍの偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表５に示した。
Figure 2016114777
次いで、貫通孔１２２のピッチΛが４８１ｎｍ、回折格子の充填率ｆが０．５、光の波長λが５３０ｎｍの偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表６に示した。
Figure 2016114777
次いで、貫通孔１２２のピッチΛが４７２ｎｍ、回折格子の充填率ｆが０．５、光の波長λが５３０ｎｍの偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表７に示した。
Figure 2016114777
表５〜７に示されるように、光の波長λが５３０ｎｍの偏光子においては、貫通孔１２２のピッチΛが４８９ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．４６〜１．５２または１．５６〜１．５９の範囲内である場合に偏光子として機能することが分かった。また、光の波長λが５３０ｎｍの偏光子においては、貫通孔１２２のピッチΛが４８１ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．５３〜２．１１の範囲内である場合に偏光子として機能することが分かった。また、貫通孔１２２のピッチΛが４７２ｎｍ、高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．６３〜２．０７の範囲内である場合に偏光子として機能することが分かった。
また、表１〜表７に示されるように、照射する光の波長λおよび偏光子１２０の屈折率ｎによって、最適な貫通孔１２２の深さｈや貫通孔１２２のピッチΛなどが異なる。したがって、照射する光の波長λおよび偏光子１２０の屈折率ｎによって、最適な貫通孔１２２の深さｈや貫通孔１２２のピッチΛを適宜選択すればよい。
（シミュレーション１０）
シミュレーション１０では、充填率ｆと、最適な貫通孔１２２の深さｈ、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率およびＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λとの関係についてシミュレーションした。
照射する光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍ、偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．４４の場合において、充填率ｆを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表８に示した。
Figure 2016114777
次いで、照射する光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍ、偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．６の場合において、充填率ｆを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表９に示した。
Figure 2016114777
次いで、照射する光の波長λが６５０ｎｍ、貫通孔１２２のピッチΛが６００ｎｍ、偏光子１２０の高屈折率部分の屈折率ｎＨが１．５２の場合において、充填率ｆを変化させた時の、最適な貫通孔１２２の深さｈと、ＴＥ偏光についての反射回折効率、ＴＭ偏光についての透過回折効率、ＴＥ偏光について反射効率が８０％以上を示す光の波長λを表１０に示した。
Figure 2016114777
表８〜１０に示されるように、充填率ｆが０．３５未満または０．４５〜０．５５の範囲にない場合には、ＴＥ偏光についての反射回折効率（％）が低下するとともに、ＴＥ偏光についての反射帯域が狭くなった。
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る偏光子１２０は、基板を有しておらず、複数の貫通孔が一定の間隔で配置されているため、軽量化および薄型化することができる。また、本実施の形態に係る偏光子１２０は、フレネル反射を低減することができるとともに、ＴＥ偏光についての高反射回折効率を示す波長帯域の幅広くすることができる。
本発明に係る偏光子は、例えば、赤色や緑色の半導体レーザーの直後において光源の偏光の消光比を向上させたりするのに有用である。
１０、２０ 導波モード共鳴フィルター
１２、２２ 基板
１４ 回折格子部
１６、２６ 高屈折率部
１８、２８ 低屈折率部
２４ 導波層
１００ 光学素子
１２０ 偏光子
１２２ 貫通孔
１２４ 実体部
１４０ ホルダー

Claims (14)

  1. 誘電体からなる厚さが一定の薄膜と、
    前記薄膜に形成され、第１の方向に延在し、同一の幅を有するスリット状の複数の貫通孔と、
    を有し、
    前記複数の貫通孔は、前記薄膜の表面において前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に一定の間隔で配置されている、
    偏光子。
  2. 前記誘電体は、透明な樹脂またはガラスである、請求項１に記載の偏光子。
  3. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、５８０〜６００ｎｍの範囲内である、請求項１または請求項２に記載の偏光子。
  4. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、６００ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．４４〜１．５３の範囲内または１．５７以上である、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光子。
  5. 前記誘電体の屈折率は、１．５７〜１．６０の範囲内である、請求項４に記載の偏光子。
  6. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、５９０ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．５１〜２．０８の範囲内である、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光子。
  7. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、５８０ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．６０〜２．１０の範囲内である、
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の偏光子。
  8. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、４７０〜４９０ｎｍの範囲内である、請求項１または請求項２に記載の偏光子。
  9. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、４８９ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．４６〜１．５４または１．５６〜１．５９の範囲内である、
    請求項１、２、８のいずれか一項に記載の偏光子。
  10. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、４８１ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．５３以上である、
    請求項１、２、８のいずれか一項に記載の偏光子。
  11. 前記誘電体の屈折率は、１．５３〜２．１１の範囲内である、請求項１０に記載の偏光子。
  12. 前記第２の方向における前記複数の貫通孔の中心間距離は、４７２ｎｍであり、
    前記誘電体の屈折率は、１．６３〜２．０７の範囲内である、
    請求項１、２、８のいずれか一項に記載の偏光子。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の偏光子と、
    前記複数の貫通孔を塞がないように前記偏光子を保持するホルダーと、を有する、
    光学素子。
  14. 前記ホルダーは、セラミックスまたは金属からなる、請求項１３に記載の光学素子。
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