JP2017040803A - Polarizer for terahertz waveband - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、テラヘルツ波帯の偏光や検光等に主に用いられる偏光子に関する。 The present invention relates to a polarizer mainly used for polarization of terahertz wave band, analysis, and the like.
テラヘルツ波帯は周波数が０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３０００μｍ）の電磁波とされており、波長が遠赤外〜ミリ波領域とほぼ一致する。テラヘルツ波帯は、「光」と「ミリ波」に挟まれた周波数領域に存在しているため、テラヘルツ電磁波は光と同様に高い空間分解能でものを見分ける能力と、ミリ波と同様の物質を透過する能力を併せ持っている。テラヘルツ波帯はこれまで未開拓電磁波であったが、この周波数帯の電磁波の特徴を生かした時間領域分光、イメージング及びトモグラフィーによる材料のキャラクタリゼーションへの応用などが検討されてきている。テラヘルツ電磁波を用いると、物質透過性と直進性を兼ね備えるためＸ線に替わる安全かつ革新的なイメージングが可能になったり、数100Gbps級の超高速無線通信を可能とすることができる。 The terahertz wave band is an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 to 10 THz (wavelength is 30 μm to 3000 μm), and the wavelength substantially matches the far infrared to millimeter wave region. Since the terahertz wave band exists in the frequency region between “light” and “millimeter wave”, terahertz electromagnetic waves have the same ability to distinguish at high spatial resolution as light, and the same substances as millimeter waves. It also has the ability to penetrate. The terahertz wave band has been an undeveloped electromagnetic wave so far, and its application to characterization of materials by time-domain spectroscopy, imaging and tomography utilizing the characteristics of electromagnetic waves in this frequency band has been studied. When terahertz electromagnetic waves are used, both material permeability and straightness can be achieved, enabling safe and innovative imaging instead of X-rays and ultra-high-speed wireless communication of several hundred Gbps.
従来、主にテラヘルツ波帯の偏光や検光等にはワイヤーグリッドを用いる偏光子が提案されており、このワイヤーグリッドの実現に向けて研究が進められている。
従来の自立型ワイヤーグリッドの一例は、直径５μｍ〜５０μｍ程度の金属細線を、１本づつ設定された間隔で平行に並べ、金属枠に接着剤で貼り付けて作成されている。この自立型ワイヤーグリッドは、適用可能な周波数に限界があり、概ね１．５ＴＨｚ以上の偏光子に適用可能な構造とすると、微細な構造になってしまうことから実現することが困難とされている。
Conventionally, a polarizer using a wire grid has been proposed mainly for polarization and analysis of the terahertz wave band, and research is being carried out toward the realization of this wire grid.
An example of a conventional self-supporting wire grid is formed by arranging metal thin wires having a diameter of about 5 μm to 50 μm in parallel at intervals set one by one and affixing them to a metal frame with an adhesive. This self-supporting wire grid has a limit in the frequency that can be applied, and if it is a structure that can be applied to a polarizer of approximately 1.5 THz or more, it is difficult to realize it because it becomes a fine structure. .
テラヘルツ波帯の偏光子に適用可能なワイヤーグリッド用金属板が特許文献１に開示されており、このワイヤーグリッド用金属板１０１の構成を示す平面図を図１４に、ワイヤーグリッド用金属板１０１の一部の拡大平面図を図１５に、図１５の一部を更に拡大して示す平面図を図１６（ａ）に、そのＡ−Ａ線で切断した断面図を図１６（ｂ）に示す。 A wire grid metal plate applicable to a terahertz wave band polarizer is disclosed in Patent Document 1. FIG. 14 is a plan view showing the configuration of the wire grid metal plate 101. FIG. 15 is a partially enlarged plan view, FIG. 16 (a) is a plan view showing a part of FIG. 15 further enlarged, and FIG. 16 (b) is a sectional view taken along the line AA. .
ワイヤーグリッド用金属板１０１は例えば直径２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度のニッケルの円板形状とされ、図１４〜図１６（ａ）（ｂ）に示すように、縦方向に桟状（細線状）に延びる複数の縦桟部１１１と、各縦桟部１１１にほぼ直交する少なくとも１つの横桟部１１２とを有し、縦桟部１１１及び横桟部１１２は、それぞれの両端部が円形又は矩形のフランジ部１１３につながっている。
縦桟部１１１の幅（ワイヤー幅）や間隔は、ワイヤーグリッド用金属板１０１の性能を決定するパラメータであり、適用する光の周波数に応じて定まる。そして、ワイヤーグリッド用金属板１０１は、１．５ＴＨｚ以上のテラヘルツ波帯にも適用可能な構造とすることができ、縦桟部１１１の幅Ｗａは１．５μｍ〜５０μｍとすることができる。
The wire grid metal plate 101 has a nickel disk shape with a diameter of, for example, about 20 mm to 100 mm, and extends in a bar shape (thin line shape) in the vertical direction as shown in FIGS. 14 to 16A and 16B. Vertical crosspieces 111 and at least one horizontal crosspiece 112 substantially orthogonal to each vertical crosspiece 111, each of the vertical crosspiece 111 and the horizontal crosspiece 112 has a circular or rectangular flange portion. 113.
The width (wire width) and interval of the vertical crosspiece 111 are parameters that determine the performance of the wire grid metal plate 101 and are determined according to the frequency of light to be applied. And the metal plate 101 for wire grids can be made into a structure applicable also to the terahertz wave band of 1.5 THz or more, and the width Wa of the vertical beam part 111 can be 1.5 micrometers-50 micrometers.
ワイヤーグリッド用金属板１０１においては、横桟部１１２が、少なくとも所定幅以上であって縦桟部１１１の幅以上に幅広とされている。これにより、幅Ｗａが１．５μｍ〜５０μｍの細線構造の縦桟部１１１を製造可能となる。また、ワイヤーグリッド用金属板１０１の板厚は、基板からの引き剥がし等における物理的強度や透過光特性の劣化を考慮して定める必要があり、板厚は１０μｍとされている。
なお、縦桟部１１１の幅Ｗａはワイヤーグリッド用金属板１０１の性能を決定するパラメータとして一義的に定まるが、横桟部１１２の幅Ｗｂや間隔（個数）等は、主にワイヤーグリッド用金属板１０１の強度を確保する観点から定まる。このため、横桟部１１２の幅Ｗｂは、縦桟部１１１の幅以上の幅広に形成されている。具体的には、縦桟部１１１の幅Ｗａを１．５μｍ〜５０μｍとし、横桟部１１２を１５μｍ以上であって縦桟部１１１より幅広に形成する。
In the wire grid metal plate 101, the horizontal rail 112 is at least a predetermined width and wider than the vertical rail 111. Thereby, the vertical crosspiece 111 having a thin wire structure with a width Wa of 1.5 μm to 50 μm can be manufactured. Further, the thickness of the wire grid metal plate 101 needs to be determined in consideration of physical strength in peeling off from the substrate or the like and deterioration of transmitted light characteristics, and the thickness is set to 10 μm.
The width Wa of the vertical beam 111 is uniquely determined as a parameter for determining the performance of the wire grid metal plate 101. The width Wb and interval (number) of the horizontal beam 112 are mainly used for the wire grid metal. It is determined from the viewpoint of securing the strength of the plate 101. For this reason, the width Wb of the horizontal rail portion 112 is formed wider than the width of the vertical rail portion 111. Specifically, the width Wa of the vertical beam portion 111 is set to 1.5 μm to 50 μm, and the horizontal beam portion 112 is formed to be 15 μm or larger and wider than the vertical beam portion 111.
図１７に、縦桟部１１１の幅Ｗａが２０μｍ、縦桟部１１１の間隔が６０μｍ、横桟部１１２の幅Ｗｂが２０μｍ、横桟部１１２の間隔が５ｍｍ、厚みが５０μｍとされたワイヤーグリッド用金属板１０１を使用した場合の特性を示す。図１７を参照すると、透過配置の特性線α２および阻止配置の特性線β２の周波数特性から、周波数０．１〜１．５ＴＨｚのテラヘルツ光に対して偏光子として動作していることが分かる。この場合、テラヘルツ光の電場の振幅方向が縦桟部１１１の延伸方向である縦方向と直交する場合に透過配置となり、テラヘルツ光の電場の振幅方向が縦桟部１１１の延伸方向である縦方向の場合に阻止配置となる。 FIG. 17 shows a wire grid in which the width Wa of the vertical beam portions 111 is 20 μm, the interval between the vertical beam portions 111 is 60 μm, the width Wb of the horizontal beam portions 112 is 20 μm, the interval between the horizontal beam portions 112 is 5 mm, and the thickness is 50 μm. The characteristic at the time of using the metal plate 101 for an object is shown. Referring to FIG. 17, it can be seen from the frequency characteristics of the transmission characteristic line α2 and the blocking characteristic line β2 that it operates as a polarizer for terahertz light having a frequency of 0.1 to 1.5 THz. In this case, when the amplitude direction of the electric field of the terahertz light is orthogonal to the vertical direction that is the extending direction of the vertical beam portion 111, the transmission arrangement is provided, and the vertical direction in which the amplitude direction of the electric field of the terahertz light is the extending direction of the vertical beam portion 111. In this case, the blocking arrangement is used.
しかしながら、従来のテラヘルツ波帯の偏光や検光等に用いられるワイヤーグリッド装置の透過配置の特性線α２で示されるように、透過波の周波数特性は上下に細かく変動するリップルが生じるという問題点があった。
そこで、本発明は、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できるテラヘルツ波帯用の偏光子を提供することを目的としている。
However, there is a problem that the frequency characteristic of the transmitted wave has a ripple that fluctuates in the vertical direction, as indicated by the characteristic line α2 of the transmission arrangement of the wire grid device used for polarization or analysis in the conventional terahertz wave band. there were.
Therefore, an object of the present invention is to provide a terahertz wave band polarizer that can be flattened without causing ripples in the frequency characteristics of transmitted waves.
上記目的を達成するために、本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子は、所定間隔をもって平行に配置した金属製の細長い複数のメタルプレートが入射光の光軸に対して、所定角度傾斜している偏光子であって、前記メタルプレートが傾斜している前記所定角度が、前記メタルプレートの厚さと前記所定間隔とで決定されるブリュースター角とされていることを最も主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, a terahertz wave polarizer according to the present invention is configured such that a plurality of metal elongated metal plates arranged in parallel with a predetermined interval are inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of incident light. The main feature is that the predetermined angle at which the metal plate is inclined is a Brewster angle determined by the thickness of the metal plate and the predetermined interval.
また、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、両側に支持部が形成され、該支持部の間に所定幅のプレート部が形成されている金属製のグリッド板と、前記グリッド板の両側の前記支持部の間に挿入される所定の厚さのスペーサとを備え、前記グリッド板の両側の前記支持部の間に前記スペーサを挿入して、複数の前記グリッド板を積層していくことにより、前記プレート部が所定間隔をもって平行に配置されたグリッド板積層体が構成され、該グリッド板積層体における前記プレート部が、前記グリッド板の厚さと前記スペーサの厚さとで決定されるブリュースター角だけ傾斜して配置されて、該プレート部が入射光の光軸に対してブリュースター角だけ傾斜していることを最も主要な特徴としている。 Further, another terahertz wave band polarizer of the present invention includes a metal grid plate in which support portions are formed on both sides and a plate portion having a predetermined width is formed between the support portions, and the grid plate. A spacer having a predetermined thickness inserted between the support portions on both sides of the grid plate, and inserting the spacer between the support portions on both sides of the grid plate to stack a plurality of grid plates As a result, a grid plate laminate in which the plate portions are arranged in parallel at a predetermined interval is configured, and the plate portion in the grid plate laminate is determined by the thickness of the grid plate and the thickness of the spacer. The most important feature is that the plate section is inclined by the Brewster angle and the plate portion is inclined by the Brewster angle with respect to the optical axis of the incident light.
さらに、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、上基台と、所定角度傾斜して形成された平面状の下面を有する下基台とを、さらに備え、前記上基台と前記下基台との間に、前記グリッド板積層体が挟持され、前記上基台と前記プレート積層体と前記下基台とが固着手段により固着されており、前記所定角度は、前記プレート部が入射光の光軸に対して前記ブリュースター角だけ傾斜する角度とされていてもよい。 Furthermore, another polarizer for a terahertz wave band according to the present invention further includes an upper base, and a lower base having a planar lower surface formed at a predetermined angle, the upper base and the The grid plate laminate is sandwiched between a lower base, the upper base, the plate laminate, and the lower base are fixed by fixing means, and the predetermined angle is determined by the plate portion The angle may be inclined by the Brewster angle with respect to the optical axis of the incident light.
さらに、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、細長い矩形状の金属薄板が一面のほぼ中央に形成されている矩形状のフィルムからなるフィルム基板と、平面状の下面が所定角度傾斜した底部と、該底部の上面から立設した複数本の立設柱とを有する基台と、前記基台の前記立設柱の位置が切り欠かれた前記フィルム基板を複数枚積層することにより、前記金属薄板が所定間隔をもって平行に配置されたフィルム基板積層体と、平面状の平板部と、該平板部において前記基台の前記立設柱の位置が切り欠かれている押さえ板とを備え、前記フィルム基板積層体が前記複数本の立設柱により位置合わせされて前記基台に収納され、該フィルム基板積層体の上に前記押さえ板が載置されて、該押さえ板に挿通されたネジが前記基台に螺着されており、前記所定角度は、前記金属薄板の厚さと前記フィルム基板の厚さとで決定されるブリュースター角だけ、前記金属薄板が入射光の光軸に対して傾斜する角度とされていることを最も主要な特徴としている。 Furthermore, another polarizer for the terahertz wave band according to the present invention includes a film substrate made of a rectangular film in which a long and thin rectangular metal thin plate is formed at substantially the center of one surface, and a flat lower surface inclined at a predetermined angle. By laminating a plurality of bases having a bottom portion, a plurality of standing pillars erected from an upper surface of the bottom part, and a plurality of the film substrates in which the positions of the standing pillars of the base are notched A laminated film substrate in which the thin metal plates are arranged in parallel at a predetermined interval; a flat plate portion; and a pressing plate in which the position of the standing column of the base is cut out in the flat plate portion. The film substrate stack is aligned by the plurality of standing pillars and stored in the base, and the pressing plate is placed on the film substrate stack and inserted into the pressing plate. Screw is screwed onto the base The predetermined angle is most preferably an angle at which the metal thin plate is inclined with respect to the optical axis of incident light by a Brewster angle determined by the thickness of the metal thin plate and the thickness of the film substrate. Main features.
さらに、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、所定間隔をもって平行に配置された多数のスリットが貫通して形成され、所定の奥行きを有する直方体状とされた導電性の枠体からなり、前記スリットが入射光の光軸に対して、所定角度傾斜している偏光子であって、前記スリットが多数形成されることにより、前記スリット間に前記所定角度傾斜した多数のグリッドが形成され、前記傾斜角度が、前記グリッドの厚さと前記所定間隔とで決定されるブリュースター角とされていることを最も主要な特徴としている。 Furthermore, another terahertz wave band polarizer of the present invention is formed from a conductive frame having a rectangular parallelepiped shape in which a large number of slits arranged in parallel with a predetermined interval pass therethrough. The slit is a polarizer inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of incident light, and a large number of grids inclined at the predetermined angle are formed between the slits by forming a large number of the slits. The most important feature is that the inclination angle is a Brewster angle determined by the thickness of the grid and the predetermined interval.
本発明の発明者は、入射波の光軸を傾けて偏光子に入射させると透過波の周波数特性に生じるリップルが少なくなることを見出し、特に傾斜角を偏光子のブリュースター角とすると、透過波の周波数特性に生じるリップルが最も少なくなることを見出した。すなわち、本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子は、所定間隔をもって平行に配置した金属製の細長い複数のメタルプレートの傾斜角度が、メタルプレートの厚さと所定間隔とで決定されるブリュースター角とされていることから、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化することができる。
また、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、金属製のグリッド板の両側に支持部が形成され、該支持部の間に所定幅のプレート部が形成され、前記グリッド板の両側の前記支持部の間に所定の厚さのスペーサを挿入して、複数の前記グリッド板を積層してグリッド板積層体を構成し、グリッド板積層体において所定間隔をもって平行に配置された前記プレート部の傾斜角度が、前記グリッド板の厚さと前記スペーサの厚さとで決定されるブリュースター角とされている。このことから、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる偏光子の構成を、簡易に組み立てることができる簡易な構成とすることができる。
また、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、フィルム基板の一面に細長い矩形状の金属薄板が形成されており、前記フィルム基板を積層してフィルム基板積層体を構成し、フィルム基板積層体において所定間隔をもって平行に配置された前記金属薄板の傾斜角度が、前記フィルム基板の厚さと前記金属薄板の厚さとで決定されるブリュースター角とされている。このことから、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる偏光子の構成を、簡易に組み立てることができる簡易な構成とすることができる。
また、本発明の他のテラヘルツ波帯用の偏光子は、所定間隔をもって平行に配置された多数のスリットが貫通して形成され、所定の奥行きを有する直方体状とされた導電性の枠体からなり、所定間隔をもって平行に配置された多数のスリットの傾斜角度が、前記スリット間に形成されたグリッドの厚さと所定間隔とで決定されるブリュースター角とされている。このことから、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる偏光子の構成を、簡易な構成とすることができる。
The inventors of the present invention have found that when the optical axis of the incident wave is tilted and incident on the polarizer, the ripple generated in the frequency characteristics of the transmitted wave is reduced. In particular, when the tilt angle is the Brewster angle of the polarizer, transmission is performed. It has been found that the ripple generated in the frequency characteristics of the wave is minimized. That is, the terahertz wave polarizer of the present invention has a Brewster angle in which the inclination angle of a plurality of metal elongated metal plates arranged in parallel with a predetermined interval is determined by the thickness of the metal plate and the predetermined interval. Therefore, the frequency characteristics of the transmitted wave can be flattened with as little ripple as possible.
In another terahertz wave polarizer of the present invention, support portions are formed on both sides of a metal grid plate, and plate portions having a predetermined width are formed between the support portions. A spacer having a predetermined thickness is inserted between the support portions, and a plurality of the grid plates are stacked to form a grid plate stack, and the plates arranged in parallel at predetermined intervals in the grid plate stack The inclination angle of the part is a Brewster angle determined by the thickness of the grid plate and the thickness of the spacer. Therefore, the configuration of the polarizer that can be flattened without causing ripples in the frequency characteristics of the transmitted wave can be a simple configuration that can be easily assembled.
In another terahertz wave band polarizer of the present invention, an elongated rectangular metal thin plate is formed on one surface of a film substrate, and the film substrate is laminated to form a film substrate laminate. The inclination angle of the metal thin plates arranged in parallel with a predetermined interval in the laminate is a Brewster angle determined by the thickness of the film substrate and the thickness of the metal thin plate. Therefore, the configuration of the polarizer that can be flattened without causing ripples in the frequency characteristics of the transmitted wave can be a simple configuration that can be easily assembled.
Further, another terahertz wave band polarizer of the present invention is formed from a conductive frame having a rectangular parallelepiped shape in which a large number of slits arranged in parallel with a predetermined interval pass therethrough. Thus, the inclination angle of a large number of slits arranged in parallel with a predetermined interval is a Brewster angle determined by the thickness of the grid formed between the slits and the predetermined interval. Therefore, the configuration of the polarizer that can be flattened without causing ripples in the frequency characteristics of the transmitted wave can be simplified.
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の構成を示す斜視図を図１に示す。
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１は、図１に示すように金属製とされた細長い矩形状のメタルプレート１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを平行に重なるように配置して形成されている。メタルプレート１０ａ〜１０ｄはｚ−ｙ平面に平行に配置され、ｚ方向が幅方向とされている。本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１において特徴的な構成は、入射波Ｉｎにおける進行方向ｋ’が、メタルプレート１０ａ〜１０ｄが配置されたｚ−ｙ平面のｚ軸方向に対して角度θだけ傾斜している構成とされている。これは、入射波の光軸をメタルプレート１０ａ〜１０ｄが置かれた面から傾けて偏光子１に入射させると、透過波の周波数特性に極力リップルが生じることがなく平坦化されることを本発明の発明者が見出し、特に傾斜角を偏光子１のブリュースター角とすると、透過波の周波数特性が最も平坦化されることを見出したことに基づいている。すなわち、角度θは、偏光子１のブリュースター角θBとされており、ブリュースター角θBは、メタルプレート１０ａ〜１０ｄの上面間（下面間）の間隔ｐとメタルプレート１０ａ〜１０ｄ間の間隔ｄとにより決定される。なお、図１に示す例では４枚のメタルプレート１０ａ〜１０ｄが重なって構成されているが、実際にはメタルプレート１０ａ〜１０ｄの上下に互いに平行に多数のメタルプレートが重なるように配置されている。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a terahertz wave polarizer 1 according to the present invention.
The terahertz wave polarizer 1 according to the present invention is formed by arranging elongated rectangular metal plates 10a, 10b, 10c, and 10d that are made of metal so as to overlap each other in parallel as shown in FIG. . The metal plates 10a to 10d are arranged in parallel to the zy plane, and the z direction is the width direction. A characteristic configuration of the terahertz wave polarizer 1 according to the present invention is that the traveling direction k ′ of the incident wave In is an angle θ with respect to the z-axis direction of the yz plane on which the metal plates 10a to 10d are arranged. It is configured to be inclined only. This is because when the optical axis of the incident wave is tilted from the surface on which the metal plates 10a to 10d are placed and is incident on the polarizer 1, the frequency characteristic of the transmitted wave is flattened without generating ripple as much as possible. This is based on the finding of the inventor of the invention, and in particular, that the frequency characteristic of the transmitted wave is most flattened when the tilt angle is the Brewster angle of the polarizer 1. That is, the angle θ is the Brewster angle θ B of the polarizer 1, and the Brewster angle θ B is the distance p between the upper surfaces (between the lower surfaces) of the metal plates 10a to 10d and the metal plates 10a to 10d. It is determined by the interval d. In the example shown in FIG. 1, four metal plates 10a to 10d are configured to overlap each other. However, in reality, a large number of metal plates are arranged in parallel to each other above and below the metal plates 10a to 10d. Yes.
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の寸法の一例を図２に示すが、メタルプレート１０ａ〜１０ｄの幅ａが約２．０ｍｍ、その厚さｔが約２０μｍ、メタルプレート１０ａ〜１０ｄ間の間隔ｄが約５０μｍ、メタルプレート１０ａ〜１０ｄの上面間（下面間）の間隔ｐが約７０μｍとされている。偏光子１のブリュースター角θBは、図２に示す下記（１）式で示され、
θB＝ｃｏｓ-1（ｄ／ｐ） （１）
（１）で算出されたブリュースター角θBは、上記寸法の場合は約４４．４°と算出される。すなわち、入射光Ｉｎをｚ−ｙ平面のｚ軸方向に対してブリュースター角θB（約４４．４°）だけ傾斜させて入射させる。これにより、入射光Ｉｎの電界成分Ｅがｘ軸からブリュースター角θBだけ傾斜する。
FIG. 2 shows an example of the dimensions of the terahertz wave polarizer 1 of the present invention. The width a of the metal plates 10a to 10d is about 2.0 mm, the thickness t is about 20 μm, and between the metal plates 10a to 10d. The distance d is about 50 μm, and the distance p between the upper surfaces (lower surfaces) of the metal plates 10a to 10d is about 70 μm. The Brewster angle θ B of the polarizer 1 is expressed by the following equation (1) shown in FIG.
θ B = cos −1 (d / p) (1)
The Brewster angle θ B calculated in (1) is calculated to be about 44.4 ° in the case of the above dimensions. That is, the incident light In is incident with a Brewster angle θ B (about 44.4 °) inclined with respect to the z-axis direction of the yz plane. Thereby, the electric field component E of the incident light In is inclined by the Brewster angle θ B from the x-axis.
図１に示す偏光子１は波長に対して十分に大きく、ｙ軸方向は無限一様構造とされ、ｘ軸方向は周期構造とされている。ｘ軸方向に周期境界壁を仮想し、メタルプレートの１枚分を抜き出した解析モデルで設計できる。この解析は、有限要素法電磁界シミュレータを用いて解析することができる。後述する図３および図４は、メタルプレートを金（Ａｕ）としたモデルの場合の解析結果である。
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の寸法が図２に示す寸法とされ、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが０°〜８０°とされた際のＴＭモードの透過電力の等高線図を図３に示す。
図３の横軸は０°〜８０°の範囲の入射角度θであり、縦軸は０．３ＴＨｚ〜２．３ＴＨｚの周波数とされている。図３を参照すると、入射角度θが約３５°ないし約５０°の範囲において、約０．３ＴＨｚ〜約１．０ＴＨｚの周波数帯域において約９５％以上の透過電力が得られ、約４４．４°の入射角度θにおいては約０．３ＴＨｚ〜約１．３ＴＨｚの周波数帯域において約９８％以上の透過電力が得られており、入射角度θがブリュースター角（θB＝４４．４°）付近においてインピーダンス整合が取れていることがわかる。
The polarizer 1 shown in FIG. 1 is sufficiently large with respect to the wavelength, the y-axis direction has an infinite uniform structure, and the x-axis direction has a periodic structure. It is possible to design with an analysis model in which the periodic boundary wall is virtually assumed in the x-axis direction and one metal plate is extracted. This analysis can be performed using a finite element electromagnetic field simulator. FIGS. 3 and 4 to be described later are analysis results in the case of a model in which the metal plate is gold (Au).
The size of the terahertz wave polarizer 1 of the present invention is the size shown in FIG. 2, and the transmission power of the TM mode when the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is 0 ° to 80 °. A contour map is shown in FIG.
The horizontal axis of FIG. 3 is an incident angle θ in the range of 0 ° to 80 °, and the vertical axis is a frequency of 0.3 THz to 2.3 THz. Referring to FIG. 3, when the incident angle θ is in the range of about 35 ° to about 50 °, a transmission power of about 95% or more is obtained in the frequency band of about 0.3 THz to about 1.0 THz, and about 44.4 °. The transmission power of about 98% or more is obtained in the frequency band of about 0.3 THz to about 1.3 THz, and the incident angle θ is near the Brewster angle (θ B = 44.4 °). It can be seen that impedance matching is achieved.
また、本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の寸法が図２に示す寸法とされ、偏光子１に入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θがブリュースター角（θ＝４４．４°）で入射された時の透過電力の周波数特性を、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが傾斜することなく入射（θ=０°）した場合の透過電力の周波数特性と対比して図４に示すと共に、入射角度（光軸）θが０°の場合の消光比の周波数特性を図４に示す。
図４に示す透過電力の周波数特性を参照すると、入射光Ｉｎの入射角度θが０°の時は、０．３ＴＨｚ〜２．３ＴＨｚの全周波数帯域において透過電力の周波数特性にリップルが生じており、周期的に約１０％の幅で上下に変動している。これに対して、入射光Ｉｎの入射角度θが４４．４°（ブリュースター角）の時は、０．３ＴＨｚ〜約１．１ＴＨｚの周波数帯域において透過電力の周波数特性にほぼリップルが生じておらず、約９５％〜１００％の透過電力が得られ、約１．１ＴＨｚ〜約２．０ＴＨｚの周波数帯域ではリップルが生じるが、入射角度θが０°の時よりリップル幅が抑えられている。また、約２．０ＴＨｚを超えると、入射角度θが０°の時よりリップル幅が大きくなる。このように、入射光Ｉｎの入射角度θをブリュースター角とすることにより、テラヘルツ波帯において偏光子１の透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化することができる。
図４に示す消光比の周波数特性は、入射光Ｉｎの入射角度θが０°の場合であり、０．３ＴＨｚから２．３ＴＨｚの全周波数帯域でおおむね−５０ｄＢ以下の消光比が得られている。なお、図２に示す寸法とされた偏光子１のカットオフ周波数は３．０ＴＨｚとなっている。
Further, the size of the terahertz wave polarizer 1 of the present invention is the size shown in FIG. 2, and the incident angle (optical axis) θ of the incident light In on the polarizer 1 is the Brewster angle (θ = 44.4 °). ) Is compared with the frequency characteristic of the transmitted power when the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is incident without being inclined (θ = 0 °). 4 and FIG. 4 shows the frequency characteristics of the extinction ratio when the incident angle (optical axis) θ is 0 °.
Referring to the frequency characteristics of the transmitted power shown in FIG. 4, when the incident angle θ of the incident light In is 0 °, a ripple occurs in the frequency characteristics of the transmitted power in the entire frequency band from 0.3 THz to 2.3 THz. The frequency fluctuates up and down periodically with a width of about 10%. On the other hand, when the incident angle θ of the incident light In is 44.4 ° (Brewster angle), there is almost no ripple in the frequency characteristics of the transmitted power in the frequency band of 0.3 THz to about 1.1 THz. However, a transmitted power of about 95% to 100% is obtained, and a ripple occurs in a frequency band of about 1.1 THz to about 2.0 THz, but the ripple width is suppressed compared to when the incident angle θ is 0 °. Moreover, when it exceeds about 2.0 THz, the ripple width becomes larger than when the incident angle θ is 0 °. As described above, by setting the incident angle θ of the incident light In to the Brewster angle, the frequency characteristic of the transmitted power of the polarizer 1 in the terahertz wave band can be flattened as much as possible.
The frequency characteristic of the extinction ratio shown in FIG. 4 is when the incident angle θ of the incident light In is 0 °, and an extinction ratio of approximately −50 dB or less is obtained in the entire frequency band from 0.3 THz to 2.3 THz. . The cut-off frequency of the polarizer 1 having the dimensions shown in FIG. 2 is 3.0 THz.
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の具体的構成である第１実施例の偏光子２の構成を示す斜視図を図５に、その偏光子２の正面図を図６（ａ）に、その偏光子２のＢで示す一部の拡大図を図６（ｂ）に、その偏光子２のＡ−Ａ断面図で示す側面図を図６（ｃ）に示す。
これらの図に示すように、第１実施例の偏光子２は、所定の奥行きを有する直方体状とされた導電性の枠体２ａと、枠体２ａの前面から後面まで斜め方向に枠体２ａを貫通して多数形成されたスリット２ｂとから構成されている。枠体２ａは金属製等の導電性とされ、枠体２ａの奥行きはスリット２ｂの奥行きがａとされる長さとされる。多数のスリット２ｂの横方向の長さはｌ（小文字のエル）とされ、スリット２ｂは互いに平行に配置されている。スリット２ｂ間の枠体２ａの領域によりグリッド２ｃが形成される。スリット２ｂの奥行きはａ、スリット２ｂの幅はｄ、グリッド２ｃの厚さはｔとされている。第１実施例の偏光子２では、枠体２ａに多数のスリット２ｂが形成されることにより、平行配置された多数のグリッド２ｃが形成されており、このグリッド２ｃが偏光子１のメタルプレートとして機能するので偏光子として機能するようになる。なお、ｌはグリッド２ｃの長さでもあって、偏光子２の開口の寸法ともされている。
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the polarizer 2 of the first embodiment, which is a specific configuration of the polarizer 1 for the terahertz wave band of the present invention, and FIG. 6A is a front view of the polarizer 2. FIG. 6B is a partially enlarged view of the polarizer 2 indicated by B, and FIG. 6C is a side view of the polarizer 2 taken along the line AA.
As shown in these drawings, the polarizer 2 of the first embodiment includes a conductive frame 2a having a rectangular parallelepiped shape having a predetermined depth, and a frame 2a obliquely extending from the front surface to the rear surface of the frame 2a. And a plurality of slits 2b formed so as to penetrate therethrough. The frame 2a is made of a conductive material such as a metal, and the depth of the frame 2a is set so that the depth of the slit 2b is a. The lengths of the plurality of slits 2b in the horizontal direction are set to l (lower case el), and the slits 2b are arranged in parallel to each other. A grid 2c is formed by the region of the frame 2a between the slits 2b. The depth of the slit 2b is a, the width of the slit 2b is d, and the thickness of the grid 2c is t. In the polarizer 2 of the first embodiment, a large number of grids 2 c arranged in parallel are formed by forming a large number of slits 2 b in the frame body 2 a, and this grid 2 c is used as a metal plate of the polarizer 1. Because it functions, it will function as a polarizer. In addition, l is also the length of the grid 2c and is the dimension of the opening of the polarizer 2.
多数本のスリット２ｂは、偏光子２の前面がｘ−ｙ平面に平行に置かれた際に、図６（ｃ）に示すようにｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜して形成されている。すなわち、グリッド２ｃもｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜して形成されており、ブリュースター角θBは、グリッド２ｃの厚さｔと、グリッド２ｃ間の間隔に相当するスリット２ｂの幅ｄとにより決定される。この場合のブリュースター角θBは、下記（２）式で算出できる。
θB＝ｃｏｓ-1（ｄ／（ｄ＋ｔ）） （２）
ここで、スリット２ｂの幅ｄを約５０μｍ、グリッド２ｃの厚さｔを約２０μｍに形成すると、ブリュースター角θBは、約４４．４°となる。第１実施例の偏光子２に入射する入射光の進行方向ｋはｚ軸方向となり、スリット２ｂおよびグリッド２ｃに対してブリュースター角θBだけ傾斜すると共に、ｘ軸方向となる入射光の電界成分Ｅも、スリット２ｂおよびグリッド２ｃに対してブリュースター角θBだけ傾斜する。
第１実施例の偏光子２においても、入射光の入射角度θをブリュースター角θBとすることにより、テラヘルツ波帯において偏光子２の透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できるようになる。なお、スリット２ｂおよびグリッド２ｃの寸法は、図２に示す寸法と同様とされるが、この場合、メタルプレートの幅ａがスリット２ｂの奥行きａに相当し、メタルプレートの厚さｔがグリッド２ｃの厚さｔに相当し、メタルプレート間の間隔ｄがスリット２ｂの幅ｄに相当する。また、透過特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる第１実施例の偏光子２の構成は、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように簡易な構成となる。
When the front surface of the polarizer 2 is placed parallel to the xy plane, the multiple slits 2b are inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction as shown in FIG. 6C. Is formed. That is, the grid 2c is also inclined with respect to the z-axis direction by the Brewster angle θ B , and the Brewster angle θ B is a slit 2b corresponding to the thickness t of the grid 2c and the interval between the grids 2c. Width d. In this case, the Brewster angle θ B can be calculated by the following equation (2).
θ B = cos −1 (d / (d + t)) (2)
Here, if the width d of the slit 2b is about 50 μm and the thickness t of the grid 2c is about 20 μm, the Brewster angle θ B is about 44.4 °. The traveling direction k of the incident light incident on the polarizer 2 of the first embodiment is the z-axis direction, is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the slit 2b and the grid 2c, and the electric field of the incident light is in the x-axis direction. The component E is also inclined by the Brewster angle θ B with respect to the slit 2b and the grid 2c.
Also in the polarizer 2 of the first embodiment, by setting the incident angle θ of the incident light to the Brewster angle θ B , the frequency characteristics of the transmitted power of the polarizer 2 are flattened without causing ripples as much as possible in the terahertz wave band. become able to. The dimensions of the slit 2b and the grid 2c are the same as those shown in FIG. 2, but in this case, the width a of the metal plate corresponds to the depth a of the slit 2b, and the thickness t of the metal plate is the grid 2c. The distance d between the metal plates corresponds to the width d of the slit 2b. Further, the configuration of the polarizer 2 of the first embodiment that can be flattened without generating ripples as much as possible in the transmission characteristics is simple as shown in FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c).
本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の具体的構成である第２実施例の偏光子３の構成を示す正面図を図７（ａ）に、その偏光子２のＢ２で示す一部の拡大図を図７（ｂ）に、その偏光子２のＣ−Ｃ断面図で示す側面図を図７（ｃ）に示す。
これらの図に示すように、第２実施例の偏光子３は、所定の奥行きを有する直方体状とされ、奥に向かって傾斜して立つ導電性の枠体３ａと、枠体３ａの下面に装着された平板状の支持台３ｄとから構成されている。枠体３ａは金属製等の導電性とされ、枠体３ａには、前面から後面まで枠体３ａを貫通してスリット３ｂが多数形成されており、スリット３ｂは互いに平行に配置されている。スリット３ｂ間の枠体３ａの領域によりグリッド３ｃが形成される。枠体３ａの下面は傾斜しており、その傾斜角は、偏光子３がｘ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する角度に形成されている。すなわち、ｙ−ｚ面に対する偏光子３の傾斜角は（９０°−θB）となる。第２実施例の偏光子３では、枠体３ａに多数のスリット３ｂが形成されることにより、平行配置されたメタルプレートとされる多数のグリッド３ｃが形成されており、このグリッド３ｃが偏光子１のメタルプレートとして機能するので偏光子として機能するようになる。なお、第２実施例の偏光子３では、枠体３ａの奥行きはａ、多数のスリット３ｂの横方向の長さはｌ、スリット３ｂの幅はｄ、グリッド３ｃの厚さはｔとされている。ｌはグリッド３ｃの長さでもあって、偏光子３の開口の寸法ともされている。枠体３ａの下面に装着された平板状の支持台３ｄは、枠体３ａの下面が傾斜していることから、偏光子３が傾斜して安定に立つようにする支持台であり、金属製に限るものではない。
FIG. 7A is a front view showing the configuration of the polarizer 3 of the second embodiment, which is a specific configuration of the terahertz wave polarizer 1 of the present invention, and FIG. FIG. 7B shows an enlarged view, and FIG. 7C shows a side view of the polarizer 2 taken along the line C-C.
As shown in these drawings, the polarizer 3 of the second embodiment has a rectangular parallelepiped shape having a predetermined depth, and is formed on the lower surface of the frame 3a with a conductive frame 3a that is inclined toward the back. It is comprised from the mounted flat support stand 3d. The frame 3a is made of metal or the like, and the frame 3a is formed with a large number of slits 3b penetrating the frame 3a from the front surface to the rear surface, and the slits 3b are arranged in parallel to each other. A grid 3c is formed by the region of the frame 3a between the slits 3b. The lower surface of the frame 3a is inclined, and the inclination angle is formed such that the polarizer 3 is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the x-axis direction. That is, the inclination angle of the polarizer 3 with respect to the yz plane is (90 ° −θ B ). In the polarizer 3 of the second embodiment, a large number of slits 3b are formed in the frame 3a, so that a large number of grids 3c serving as metal plates arranged in parallel are formed. This grid 3c is the polarizer. Since it functions as one metal plate, it functions as a polarizer. In the polarizer 3 of the second embodiment, the depth of the frame 3a is a, the length of the slits 3b in the lateral direction is l, the width of the slits 3b is d, and the thickness of the grid 3c is t. Yes. l is also the length of the grid 3 c and is the size of the opening of the polarizer 3. The flat support 3d mounted on the lower surface of the frame 3a is a support that allows the polarizer 3 to stand stably by inclining because the lower surface of the frame 3a is inclined. It is not limited to.
多数本のスリット３ｂは、図７（ｂ）に示すようにｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜して形成されている。すなわち、グリッド３ｃも同様にｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜して形成されている。ブリュースター角θBは、上記（２）式で算出できる。ここで、スリット３ｂの幅ｄを約５０μｍ、グリッド３ｃの厚さｔを約２０μｍに形成すると、ブリュースター角θBは、約４４．４°となる。第２実施例の偏光子３に入射する入射光の進行方向ｋはｚ軸方向となり、スリット３ｂおよびグリッド３ｃは、進行方向ｋに対してブリュースター角θBだけ傾斜すると共に、入射光の電界成分Ｅはｘ軸方向となり、スリット３ｂおよびグリッド３ｃは、電界成分Ｅの方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する。
これにより、本発明の第２実施例の偏光子３において、偏光子３の寸法が上記寸法とされ、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが０°〜８０°とされた際のＴＭモードの透過電力の等高線図は図３と同様となり、透過電力の周波数特性は図４と同様になる。このように、入射光の入射角度θがブリュースター角θBとなって、テラヘルツ波帯において偏光子３の透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できるようになる。なお、スリット３ｂおよびグリッド３ｃの寸法は、図２に示す寸法と同様とされるが、この場合、メタルプレートの幅ａが枠体３ａの奥行きａに相当し、メタルプレートの厚さｔがグリッド３ｃの厚さｔに相当し、メタルプレート間の間隔ｄがスリット３ｂの幅ｄに相当する。透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる第２実施例の偏光子３の構成は、図７（ａ）（ｂ）に示すように簡易な構成となる。
As shown in FIG. 7B, the multiple slits 3b are formed so as to be inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction. That is, the grid 3c is similarly formed to be inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction. The Brewster angle θ B can be calculated by the above equation (2). Here, if the width d of the slit 3b is about 50 μm and the thickness t of the grid 3c is about 20 μm, the Brewster angle θ B is about 44.4 °. The traveling direction k of the incident light incident on the polarizer 3 of the second embodiment is the z-axis direction, and the slit 3b and the grid 3c are inclined by the Brewster angle θ B with respect to the traveling direction k, and the electric field of the incident light The component E is in the x-axis direction, and the slit 3b and the grid 3c are inclined by the Brewster angle θ B with respect to the direction of the electric field component E.
Thus, in the polarizer 3 according to the second embodiment of the present invention, the dimensions of the polarizer 3 are set to the above dimensions, and the TM when the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is 0 ° to 80 °. The contour diagram of the transmitted power in the mode is the same as that in FIG. 3, and the frequency characteristic of the transmitted power is the same as that in FIG. As described above, the incident angle θ of the incident light becomes the Brewster angle θ B, and the frequency characteristic of the transmitted power of the polarizer 3 in the terahertz wave band can be flattened as much as possible. The dimensions of the slit 3b and the grid 3c are the same as those shown in FIG. 2, but in this case, the width a of the metal plate corresponds to the depth a of the frame 3a, and the thickness t of the metal plate is the grid. This corresponds to the thickness t of 3c, and the distance d between the metal plates corresponds to the width d of the slit 3b. The configuration of the polarizer 3 of the second embodiment that can be flattened without generating ripples as much as possible in the frequency characteristics of the transmitted power is a simple configuration as shown in FIGS.
次に、本発明のテラヘルツ波帯用の偏光子１の具体的構成である本発明の第３実施例の偏光子４の構成を図８，図９に示す。第３実施例の偏光子４の構成を示す正面図を図８（ａ）に、その偏光子４のＤ−Ｄ断面図で示す側面図を図８（ｂ）に、その偏光子４におけるグリッド板積層体の構成を示す斜視図を図９（ａ）に、その偏光子４におけるグリッド板積層体の構成を示す上面図を図９（ａ）に示す。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、第３実施例の偏光子４は、奥に向かって傾斜して立っており、後述するグリッド板積層体４ａと、このグリッド板積層体４ａを上下から挟持する上基台４２と下基台４３と、下基台４３の傾斜した下面に装着された支持台４４とから構成されている。この場合、グリッド板積層体４ａが、上基台４２と下基台４３とで挟持されて固着されるよう、上基台４２から挿通された２本の取付ネジ４５が、グリッド板積層体４ａを貫通して下基台４３に螺着されている。下基台４３の傾斜した下面に装着された支持台４４は、下基台４３の下面が傾斜していることから、偏光子４が傾斜して安定に立つようにする支持台であり、金属製に限るものではない。
Next, the configuration of the polarizer 4 of the third embodiment of the present invention, which is a specific configuration of the terahertz wave polarizer 1 of the present invention, is shown in FIGS. FIG. 8A is a front view showing the configuration of the polarizer 4 of the third embodiment, FIG. 8B is a side view showing a DD sectional view of the polarizer 4, and a grid in the polarizer 4 is shown. FIG. 9A shows a perspective view showing the configuration of the plate laminate, and FIG. 9A shows a top view showing the configuration of the grid plate laminate in the polarizer 4.
As shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the polarizer 4 of the third embodiment stands inclined toward the back, and a grid plate laminate 4a, which will be described later, and the grid plate laminate 4a are arranged. The upper base 42 and the lower base 43 are sandwiched from above and below, and the support base 44 is mounted on the inclined lower surface of the lower base 43. In this case, the two mounting screws 45 inserted from the upper base 42 are attached to the grid plate laminated body 4a so that the grid board laminated body 4a is sandwiched and fixed between the upper base 42 and the lower base 43. And is screwed to the lower base 43. The support base 44 mounted on the inclined lower surface of the lower base 43 is a support base that allows the polarizer 4 to be tilted and stably stands because the lower surface of the lower base 43 is inclined. It is not limited to manufacturing.
ここで、グリッド板積層体４ａの構成を図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。グリッド板積層体４ａは、金属製の平板状のグリッド板４０の両側にスペーサ４１を介して多数枚積層することにより形成されている。図９（ａ）（ｂ）に示すように、グリッド板４０は、厚みの薄い細長い矩形状の金属板の一方の長辺の中央部を矩形状に切り欠くことにより、他方の長辺に沿って細長い矩形状のプレート部４０ａが形成されている。このプレート部４０ａの両側には、ほぼ正方形状の支持部４０ｂが形成されており、それぞれの支持部４０ｂのほぼ中央に円形の取付孔４０ｃが形成されている。このプレート部４０ａの横方向の長さがＬ２、その幅がａ２とされ、グリッド板４０の厚さはｔ２とされる。 Here, the structure of the grid board laminated body 4a is demonstrated with reference to Fig.9 (a) (b). The grid plate laminated body 4 a is formed by laminating a large number of sheets on both sides of a metal flat grid plate 40 via spacers 41. As shown in FIGS. 9A and 9B, the grid plate 40 is formed along the other long side by cutting out the center of one long side of the thin and long rectangular metal plate in a rectangular shape. Thus, an elongated rectangular plate portion 40a is formed. On both sides of the plate portion 40a, a substantially square support portion 40b is formed, and a circular mounting hole 40c is formed in the approximate center of each support portion 40b. The horizontal length of the plate portion 40a is L2, the width is a2, and the thickness of the grid plate 40 is t2.
図９（ａ）に示すように、複数枚のグリッド板４０は両側の支持部４０ｂの間にそれぞれスペーサ４１を配置して積層され、積層された際にプレート部４０ａがスペーサ４１の厚さの間隔で配置された平行平板を構成し、このプレート部４０ａが偏光子１のメタルプレートとして機能するので、テラヘルツ波帯の偏光子として機能するようになる。この場合、スペーサ４１の形状を支持部４０ｂと同形状とすると、グリッド板４０の両側の支持部４０ｂの上に、縁を合わせると共に取付孔４０ｃにスペーサ４１の貫通孔の位置を合わせながらそれぞれ載置して、その上にスペーサ４１の貫通孔に取付孔４０ｃの位置を合わせながら次のグリッド板４０を載置する。そして、次のグリッド板４０の両側の支持部４０ｂの上に、取付孔４０ｃにスペーサ４１の貫通孔の位置を合わせながら次のスペーサ４１をそれぞれ載置して、その上にスペーサ４１の貫通孔に取付孔４０ｃの位置を合わせながらさらに次のグリッド板４０を載置する。この作業を繰り返し行うことにより、プレート部４０ａが所定間隔で配置された平行平板を構成しているグリッド板積層体４ａを組み立てることができる。 As shown in FIG. 9A, the plurality of grid plates 40 are stacked with spacers 41 disposed between the support portions 40b on both sides, and when stacked, the plate portions 40a have the thickness of the spacers 41. Since parallel plates arranged at intervals are formed and the plate portion 40a functions as a metal plate of the polarizer 1, it functions as a terahertz wave band polarizer. In this case, if the shape of the spacer 41 is the same as the shape of the support portion 40b, the edges are aligned on the support portions 40b on both sides of the grid plate 40, and the positions of the through holes of the spacer 41 are aligned with the mounting holes 40c. Then, the next grid plate 40 is placed thereon while aligning the position of the mounting hole 40c with the through hole of the spacer 41. Then, the next spacers 41 are respectively placed on the support portions 40b on both sides of the next grid plate 40 while the positions of the through holes of the spacers 41 are aligned with the mounting holes 40c, and the through holes of the spacers 41 are placed thereon. Next, the next grid plate 40 is placed while adjusting the position of the mounting hole 40c. By repeating this operation, it is possible to assemble the grid plate laminate 4a that constitutes a parallel plate in which the plate portions 40a are arranged at predetermined intervals.
スペーサ４１の厚さはｄ２とされ、グリッド板４０間の間隔、すなわち、プレート部４０ａ間の間隔をｄ２とする機能を奏している。スペーサ４１は、支持部４０ｂとほぼ同形状とすることができ、中央部には貫通孔が形成されている。スペーサ４１は、金属製でも合成樹脂製でも良い。貫通孔の内径は、グリッド板４０の両側の支持部４０ｂに形成された２つの取付孔４０ｃの内径とほぼ一致している。また、グリッド板４０とスペーサ４１との位置合わせのために、取付孔４０ｃと貫通孔の形状を同じ形状の多角形としてもよい。グリッド板４０は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル等の導電率の高い金属性とされている。
上記したグリッド板積層体４ａの下に下基台４３を配置し、グリッド板積層体４ａの上に上基台４２を配置して、上基台４２に形成された孔部に上面から２本の取付ネジ４５を挿通し、さらに、グリッド板積層体４ａを構成するグリッド板４０の取付孔４０ｃおよびスペーサ４１の貫通孔に取付ネジ４５を順次挿通し、下基台４３に形成されたネジ孔に螺着する。これにより、下基台４３、グリッド板積層体４ａおよび上基台４２が２本の取付ネジ４５により固着されて、第３実施例の偏光子４が構成される。下基台４３の下面は図８（ｂ）に示すように傾斜しており、その傾斜角は、偏光子４がｘ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する角度に形成されている。すなわち、ｙ−ｚ面に対する傾斜角は（９０°−θB）となる。これにより、グリッド板積層体４ａにおけるプレート部４０ａは、ｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜するようになる。上記説明した第３実施例の偏光子４は、堅牢で再現性に優れ歩留まり良く組み立てられる構造となる。
The thickness of the spacer 41 is d2, and the distance between the grid plates 40, that is, the distance between the plate portions 40a is d2. The spacer 41 can have substantially the same shape as the support portion 40b, and a through hole is formed in the central portion. The spacer 41 may be made of metal or synthetic resin. The inner diameter of the through hole substantially coincides with the inner diameters of the two mounting holes 40 c formed in the support portions 40 b on both sides of the grid plate 40. Further, in order to align the grid plate 40 and the spacer 41, the mounting holes 40c and the through holes may have the same polygonal shape. The grid plate 40 is made of metal having high conductivity such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, and the like.
The lower base 43 is disposed under the grid plate laminate 4a described above, the upper base 42 is disposed on the grid plate laminate 4a, and two holes are formed in the hole formed in the upper base 42 from the upper surface. The mounting screws 45 are inserted, and the mounting screws 45 are sequentially inserted into the mounting holes 40c of the grid plate 40 and the through holes of the spacer 41 constituting the grid plate laminate 4a, and screw holes formed in the lower base 43 Screw on. Thereby, the lower base 43, the grid plate laminate 4a, and the upper base 42 are fixed by the two mounting screws 45, and the polarizer 4 of the third embodiment is configured. The lower surface of the lower base 43 is inclined as shown in FIG. 8B, and the inclination angle is formed such that the polarizer 4 is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the x-axis direction. . That is, the inclination angle with respect to the yz plane is (90 ° −θ B ). Thereby, the plate part 40a in the grid plate laminated body 4a is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction. The polarizer 4 according to the third embodiment described above has a structure that is robust and has excellent reproducibility and can be assembled with a high yield.
第３実施例の偏光子４は、グリッド板積層体４ａが、上基台４２の傾斜してない下面と下基台４３の傾斜してない上面との間に挟持されることから、グリッド板積層体４ａにおけるプレート部４０ａは、ｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜するようになる。また、偏光子４の前面がｘ−ｙ平面に対してブリュースター角θBだけ傾斜する。ブリュースター角θBは、グリッド板４０の上面間（下面間）の間隔ｐ２と、グリッド板４０間の間隔に相当するスペーサ４１の厚さｄ２とにより決定される。この場合、グリッド板４０の上面間（下面間）の間隔ｐ２は、スペーサ４１の厚さｄ２にグリッド板４０の厚さｔ２を加算した値となり、偏光子４のブリュースター角θBは、下記（３）式で算出できる。
θB＝ｃｏｓ-1（ｄ２／ｐ２）＝ｃｏｓ-1（ｄ２／（ｄ２＋ｔ２）） （３）
ここで、スペーサ４１の厚さｄ２を約５０μｍ、グリッド板４０の厚さｔ２を約２０μｍに形成すると、ブリュースター角θBは、約４４．４°となる。第３実施例の偏光子４に入射する入射光の進行方向ｋはｚ軸方向となり、プレート部４０ａは進行方向ｋに対してブリュースター角θBだけ傾斜すると共に、入射光の電界成分Ｅはｚ軸方向となり、プレート部４０ａは電界成分Ｅの方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する。
本発明の第３実施例の偏光子４において、偏光子４の寸法が上記寸法とされ、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが０°〜８０°とされた際のＴＭモードの透過電力の等高線図は図３と同様となり、透過電力の周波数特性は図４と同様になる。このように、入射光の入射角度θがブリュースター角θBとなって、テラヘルツ波帯において偏光子４の透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できるようになる。なお、スペーサ４１およびグリッド板４０の寸法は、図２に示す寸法と同様とされるが、この場合、メタルプレートの幅ａがグリッド板４０のプレート部４０ａの幅ａ２に相当し、メタルプレートの厚さｔがグリッド板４０の厚さｔ２に相当し、メタルプレート間の間隔ｄがスペーサ４１の厚さｄ２に相当する。透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる第３実施例の偏光子４の構成は、図８、図９に示すように簡易な構成とすることができる。
In the polarizer 4 of the third embodiment, the grid plate stack 4a is sandwiched between the lower surface of the upper base 42 that is not inclined and the upper surface of the lower base 43 that is not inclined. The plate portion 40a in the stacked body 4a is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction. Further, the front surface of the polarizer 4 is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the xy plane. The Brewster angle θ B is determined by the distance p2 between the upper surfaces (the lower surfaces) of the grid plates 40 and the thickness d2 of the spacer 41 corresponding to the interval between the grid plates 40. In this case, the distance p2 between the upper surfaces (between the lower surfaces) of the grid plate 40 is a value obtained by adding the thickness t2 of the grid plate 40 to the thickness d2 of the spacer 41, and the Brewster angle θ B of the polarizer 4 is It can be calculated by equation (3).
θ B = cos −1 (d2 / p2) = cos −1 (d2 / (d2 + t2)) (3)
Here, if the thickness d2 of the spacer 41 is about 50 μm and the thickness t2 of the grid plate 40 is about 20 μm, the Brewster angle θ B is about 44.4 °. The traveling direction k of the incident light incident on the polarizer 4 of the third embodiment is the z-axis direction, the plate portion 40a is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the traveling direction k, and the electric field component E of the incident light is In the z-axis direction, the plate portion 40a is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the direction of the electric field component E.
In the polarizer 4 according to the third embodiment of the present invention, the dimensions of the polarizer 4 are the above dimensions, and the TM mode is transmitted when the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is 0 ° to 80 °. The power contour map is the same as in FIG. 3, and the frequency characteristic of the transmitted power is the same as in FIG. Thus, the incident angle θ of the incident light becomes the Brewster angle θ B, and the frequency characteristic of the transmitted power of the polarizer 4 can be flattened as much as possible in the terahertz wave band. The dimensions of the spacer 41 and the grid plate 40 are the same as those shown in FIG. 2, but in this case, the width a of the metal plate corresponds to the width a2 of the plate portion 40a of the grid plate 40, and The thickness t corresponds to the thickness t2 of the grid plate 40, and the distance d between the metal plates corresponds to the thickness d2 of the spacer 41. The configuration of the polarizer 4 of the third embodiment that can be flattened without generating ripples as much as possible in the frequency characteristics of the transmitted power can be a simple configuration as shown in FIGS.
次に、本発明の第４実施例の偏光子５の構成を図１０ないし図１２に示す。図１０（ａ）（ｂ）は第４実施例の偏光子５の構成を示す正面図および側面図であり、図１１は第４実施例の偏光子５の構成を示す分解組立図であり、図１２（ａ）（ｂ）は第４実施例の偏光子５におけるフィルム基板５０の構成を示す平面図およびフィルム基板積層体５ａの構成を示す斜視図である。
これらの図に示すように、第４実施例の偏光子５は、奥に向かって傾斜して立っており、基台５２と、複数のフィルム基板５０を積層したフィルム基板積層体５ａと、押さえ板５３と、基台５２の傾斜した下面に装着された支持台５５とから構成されている。基台５２はアルミニウム合金等の金属製とされており、図１０（ｂ）に示すように底部の平面状の下面が傾斜しており、その傾斜角は、偏光子５がｘ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する角度に形成されている。底部の矩形状の上面において１つの隅を除く３つの隅から所定の高さで３本の立設柱が立設されている。３本の立設柱の断面は、横長の矩形状とされている。また、底部には４つのネジ孔５６が形成されている。
Next, the structure of the polarizer 5 of the fourth embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIGS. 10A and 10B are a front view and a side view showing the configuration of the polarizer 5 of the fourth embodiment, and FIG. 11 is an exploded view showing the configuration of the polarizer 5 of the fourth embodiment. 12A and 12B are a plan view showing the configuration of the film substrate 50 in the polarizer 5 of the fourth embodiment and a perspective view showing the configuration of the film substrate laminate 5a.
As shown in these drawings, the polarizer 5 of the fourth embodiment stands inclined toward the back, a base 52, a film substrate laminate 5a in which a plurality of film substrates 50 are laminated, and a presser. The plate 53 and a support base 55 mounted on the inclined lower surface of the base 52 are configured. The base 52 is made of a metal such as an aluminum alloy. As shown in FIG. 10 (b), the bottom flat surface is inclined, and the inclination angle of the polarizer 5 is relative to the x-axis direction. The angle is inclined by the Brewster angle θ B. Three standing pillars are erected at a predetermined height from three corners except one corner on the rectangular upper surface of the bottom. The cross section of the three standing pillars is a horizontally long rectangle. Also, four screw holes 56 are formed at the bottom.
また、押さえ板５３はアルミニウム合金等の金属製とされており、横長の矩形の平板状とされ、１の隅を除く３つの隅には、３本の立設柱の断面形状とそれぞれほぼ同じ形状とされた３つの切欠部が形成されている。基台５２に押さえ板５３を組み合わせた時に、３つの切欠部に３本の立設柱がそれぞれ嵌合するようになる。また、基台５２に設けられているネジ孔５６と同じ位置に４つの挿通孔がそれぞれ形成されている。なお、４つの挿通孔には座繰り加工が施されている。基台５２の傾斜した下面に装着された支持台５５は、基台５２の下面が傾斜していることから、偏光子５が傾斜して安定に立つようにする支持台であり、金属製に限るものではない。 The pressing plate 53 is made of a metal such as an aluminum alloy, and is a horizontally long rectangular flat plate. The three corners except for one corner are substantially the same as the cross-sectional shapes of the three standing columns. Three cutouts having a shape are formed. When the pressing plate 53 is combined with the base 52, the three standing pillars are fitted into the three notches. In addition, four insertion holes are formed at the same positions as the screw holes 56 provided in the base 52. The four insertion holes are countersunk. The support base 55 mounted on the inclined lower surface of the base 52 is a support base that allows the polarizer 5 to be tilted and stably stands because the lower surface of the base 52 is inclined. It is not limited.
第４実施例の偏光子５におけるフィルム基板５０は、外形形状がほぼ押さえ板５３と同様の外形形状とされたポリマーフィルム６１と、ポリマーフィルム６１上に設けられた横に細長い金属薄板５１とから構成されている。ポリマーフィルム６１は、シクロオレフィンポリマーフィルムとされ、その比誘電率は約２．３４、ｔａｎδは約０．００１６の低損失とされる。ポリマーフィルム６１は、横長の矩形の平板状とされ、取付部６１ｂおよび取付部６１ｃが両側に形成され、取付部６１ｂと取付部６１ｃとの間に矩形状切欠部６６が形成されて、金属薄板５１を保持する横に細長い保持部６１ａが中央部の一側に形成されている。基台５２の３本の立設柱の位置に対応する取付部６１ｂの１つの隅と取付部６１ｃの２つの隅には、３本の立設柱の断面形状と同じ形状とされた第１切欠部６３、第２切欠部６４、第３切欠部６５がそれぞれ形成されている。保持部６１ａの一面には、横長の矩形状とされた金属薄板５１が蒸着あるいは貼着、または、ポリマーフィルム６１の一面に成膜したＣｕ等の金属薄膜をエッチングすることにより形成されている。金属薄板５１の長さはＬ３、幅はａ３、厚さはｔ３とされる。この場合、保持部６１ａの縁部から金属薄板５１の長辺までの長さが両側ともｂ３とされ、金属薄板５１は保持部６１ａのほぼ中央に形成されている。また、取付部６１ｂと取付部６１ｃには、基台５２に形成されている４つのネジ孔５６に対応する位置に４つの孔部６７が形成されている。
また、フィルム基板積層体５ａのパラメータとなる寸法は、金属薄板５１間の間隔がｄ３とされ、金属薄板５１の厚さはｔ３とされ、金属薄板５１が配置される周期がｐ３とされる。ｐ３＝ｄ３＋ｔ３となる。
The film substrate 50 in the polarizer 5 of the fourth embodiment includes a polymer film 61 whose outer shape is substantially the same as that of the pressing plate 53, and a horizontally elongated metal thin plate 51 provided on the polymer film 61. It is configured. The polymer film 61 is a cycloolefin polymer film, and has a relative dielectric constant of about 2.34 and a low loss of tan δ of about 0.0016. The polymer film 61 has a horizontally long rectangular flat plate shape, the attachment portion 61b and the attachment portion 61c are formed on both sides, and the rectangular cutout portion 66 is formed between the attachment portion 61b and the attachment portion 61c, and the metal thin plate A horizontally elongated holding portion 61 a for holding 51 is formed on one side of the central portion. The first corner which is the same shape as the cross-sectional shape of the three standing columns is formed at one corner of the mounting portion 61b corresponding to the positions of the three standing columns of the base 52 and at the two corners of the mounting portion 61c. A notch 63, a second notch 64, and a third notch 65 are formed. On one surface of the holding portion 61a, a horizontally thin rectangular metal plate 51 is formed by vapor deposition or sticking, or etching a metal thin film such as Cu formed on one surface of the polymer film 61. The metal thin plate 51 has a length L3, a width a3, and a thickness t3. In this case, the length from the edge of the holding portion 61a to the long side of the thin metal plate 51 is b3 on both sides, and the thin metal plate 51 is formed at substantially the center of the holding portion 61a. In addition, four holes 67 are formed in the attachment portion 61 b and the attachment portion 61 c at positions corresponding to the four screw holes 56 formed in the base 52.
In addition, as dimensions of the film substrate laminate 5a, the interval between the thin metal plates 51 is d3, the thickness of the thin metal plate 51 is t3, and the period in which the thin metal plate 51 is arranged is p3. p3 = d3 + t3.
このような構成のフィルム基板５０を図１２（ｂ）に示すように位置合わせしながら複数枚積層してフィルム基板積層体５ａを構成する。図１２（ｂ）に示すフィルム基板５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆは図１２（ａ）に示すフィルム基板５０と同じ構成とされている。フィルム基板積層体５ａは、図１２（ｂ）では６枚のフィルム基板５０ａ〜５０ｆから構成されているが、図１２（ｂ）は模式的に示す図であり実際には数十枚以上のフィルム基板５０を積層してフィルム基板積層体５ａが構成される。そして、フィルム基板積層体５ａにおいては、フィルム基板５０ａ〜５０ｆに形成されている金属薄板５１ａ〜５２ｆが同じ位置で重ねられると共に、隣接する金属薄板５１間の間隔は、ポリマーフィルム６１の厚さであるｄとなる。これにより、上下にわたり重ねられた複数の金属薄板５１が平行平板を構成し、この金属薄板５１が偏光子１のメタルプレートとして機能するので、テラヘルツ波帯の偏光子として機能するようになる。 A plurality of film substrates 50 having such a configuration are stacked while being aligned as shown in FIG. 12B to form a film substrate laminate 5a. The film substrates 50a, 50b, 50c, 50d, 50e, and 50f shown in FIG. 12B have the same configuration as the film substrate 50 shown in FIG. The film substrate laminate 5a is composed of six film substrates 50a to 50f in FIG. 12 (b), but FIG. 12 (b) is a diagram schematically showing actually several tens or more films. The substrate 50 is laminated to form a film substrate laminate 5a. And in the film board | substrate laminated body 5a, while the metal thin plates 51a-52f currently formed in the film substrates 50a-50f are piled up in the same position, the space | interval between the adjacent metal thin plates 51 is the thickness of the polymer film 61. It becomes a certain d. Accordingly, the plurality of thin metal plates 51 stacked in the upper and lower directions constitute a parallel plate, and this thin metal plate 51 functions as the metal plate of the polarizer 1, so that it functions as a terahertz wave polarizer.
このようにして構成されたフィルム基板積層体５ａを図１１に示すように基台５２上に配置して基台５２内に収納する。収納した際にフィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０の第１切欠部６３〜第３切欠部６５に、基台５２の３本の立設柱がそれぞれ嵌合されることにより、基台５２に対してフィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０が位置合わせされて収納されるようになる。また、フィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０の４つの孔部６７が基台５２の４つのネジ孔５６に位置合わせされる。
フィルム基板積層体５ａを基台５２に収納した後に、基台５２上に押さえ板５３を配置して基台５２に収納したフィルム基板積層体５ａの上に載置する。この時、押さえ板５３の３つの切欠部に、基台５２の３本の立設柱がそれぞれ嵌合されて、基台５２に対して押さえ板５３が位置合わせされるようになる。また、押さえ板５３に形成された４つの挿通孔が、フィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０の４つの孔部６７および基台５２の４つのネジ孔５６に位置合わせされる。
The film substrate laminate 5a thus configured is placed on the base 52 as shown in FIG. When the three standing columns of the base 52 are fitted into the first notch 63 to the third notch 65 of each film substrate 50 in the film substrate laminate 5a when stored, the base 52 In contrast, each film substrate 50 in the film substrate laminate 5a is aligned and stored. Further, the four hole portions 67 of each film substrate 50 in the film substrate laminate 5 a are aligned with the four screw holes 56 of the base 52.
After the film substrate stack 5 a is stored in the base 52, a pressing plate 53 is disposed on the base 52 and placed on the film substrate stack 5 a stored in the base 52. At this time, the three standing columns of the base 52 are fitted into the three notches of the presser plate 53, respectively, so that the presser plate 53 is aligned with the base 52. Further, the four insertion holes formed in the pressing plate 53 are aligned with the four hole portions 67 of each film substrate 50 and the four screw holes 56 of the base 52 in the film substrate laminate 5a.
そこで、押さえ板５３の４つの挿通孔にそれぞれ取付ネジ５４を挿通して、フィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０の孔部６７を貫通した４本の取付ネジ５４を、それぞれ基台５２のネジ孔５６に螺着する。これにより、フィルム基板５０同士が密着されて図１０（ａ）（ｂ）に示す第４実施例の偏光子５が組み立てられるようになる。第４実施例の偏光子５においては、押さえ板５３により、金属薄板５１が形成されているフィルム基板５０の保持部６１ａが圧接されて、金属薄板５１間の間隔が安定して保持されるようになる。また、フィルム基板積層体５ａにおける各フィルム基板５０の金属薄板５１が上下にわたり平行に配置された平行平板とされて、偏光子１のメタルプレートに相当することを理解できる。この場合、平行平板とされる金属薄板５１の間隔は、第４実施例の偏光子５の性能を決定するパラメータであるが、この間隔はフィルム基板５０の厚さで一義的に決定される。すなわち、第４実施例の偏光子５では、４本の取付ネジ５４で固着される基台５２と押さえ板５３との間に平行平板とされている金属薄板５１を備えるフィルム基板積層体５ａが挟持されることから、平行平板とされる金属薄板５１間の間隔がきわめて安定化されており、大量生産した場合にも上記間隔を安定して一定の値に保つことができ、第４実施例の偏光子５の歩留まりを向上することができる。なお、４本の取付ネジ５４は皿ネジとされており、押さえ板５３の４つの座繰り加工された挿通孔４６内に頭部が収まるようになり、取付ネジ５４を螺着することにより基台５２、フィルム基板積層体５ａおよび押さえ板５３が位置合わせされて固着されるようになる。 Therefore, the mounting screws 54 are respectively inserted into the four insertion holes of the holding plate 53, and the four mounting screws 54 penetrating through the holes 67 of the film substrates 50 in the film substrate laminate 5 a are respectively attached to the base 52. Screwed into the screw hole 56. Thereby, the film substrates 50 are brought into close contact with each other, and the polarizer 5 of the fourth embodiment shown in FIGS. 10A and 10B is assembled. In the polarizer 5 of the fourth embodiment, the holding portion 61 a of the film substrate 50 on which the metal thin plate 51 is formed is pressed by the pressing plate 53 so that the interval between the metal thin plates 51 is stably held. become. Further, it can be understood that the metal thin plates 51 of the film substrates 50 in the film substrate laminate 5a are parallel flat plates arranged in parallel in the vertical direction and correspond to the metal plate of the polarizer 1. In this case, the interval between the thin metal plates 51 that are parallel flat plates is a parameter that determines the performance of the polarizer 5 of the fourth embodiment, but this interval is uniquely determined by the thickness of the film substrate 50. That is, in the polarizer 5 of the fourth embodiment, the film substrate laminate 5 a including the metal thin plate 51 that is a parallel plate between the base 52 and the pressing plate 53 fixed by the four mounting screws 54 is provided. Since the gaps are sandwiched, the distance between the thin metal plates 51 that are parallel plates is extremely stabilized, and the distance can be stably maintained at a constant value even in mass production. The yield of the polarizer 5 can be improved. Note that the four mounting screws 54 are countersunk screws, and the heads can be accommodated in the four countersunk insertion holes 46 of the presser plate 53, and the mounting screws 54 are screwed into the base screws. The base 52, the film substrate laminate 5a, and the pressing plate 53 are aligned and fixed.
第４実施例の偏光子５は、基台５２の底部の下面が傾斜しており、フィルム基板積層体５ａが、基台５２の傾斜してない上面と傾斜してない押さえ板５３との間に挟持されることから、フィルム基板積層体５ａにおける金属薄板５１は、ｚ軸方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜するようになる。また、偏光子５の前面がｘ−ｙ平面に対してブリュースター角θBだけ傾斜する。ここで、第４実施例の偏光子５の寸法の一例を示すと、フィルム基板５０の厚さｄ３が約５０μｍ、金属薄板５１の幅ａ３が約２ｍｍ、金属薄板５１の厚さｔ３が約２０μｍとされ、金属薄板５１が配置される周期ｐ３（＝ｄ３＋ｔ３）が約７０μｍとされる。第４実施例の偏光子５に入射する入射光の進行方向ｋはｚ軸方向となり、金属薄板５１は進行方向ｋに対してブリュースター角θBだけ傾斜すると共に、入射光の電界成分Ｅはｚ軸方向となり、金属薄板５１は電界成分Ｅの方向に対してブリュースター角θBだけ傾斜する。 In the polarizer 5 of the fourth embodiment, the bottom surface of the base 52 is inclined, and the film substrate laminate 5 a is between the non-inclined upper surface of the base 52 and the non-inclined holding plate 53. Therefore, the thin metal plate 51 in the film substrate laminate 5a is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the z-axis direction. Further, the front surface of the polarizer 5 is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the xy plane. Here, as an example of the dimensions of the polarizer 5 of the fourth embodiment, the thickness d3 of the film substrate 50 is about 50 μm, the width a3 of the metal thin plate 51 is about 2 mm, and the thickness t3 of the metal thin plate 51 is about 20 μm. The period p3 (= d3 + t3) in which the metal thin plate 51 is arranged is about 70 μm. The traveling direction k of the incident light incident on the polarizer 5 of the fourth embodiment is the z-axis direction, the thin metal plate 51 is inclined by the Brewster angle θ B with respect to the traveling direction k, and the electric field component E of the incident light is In the z-axis direction, the thin metal plate 51 is inclined with respect to the direction of the electric field component E by the Brewster angle θ B.
図１０ないし図１２に示す第４実施例の偏光子５は波長に対して十分に大きく、ｙ軸方向は無限一様構造とされ、ｘ軸方向は周期構造とされている。ｘ軸方向に周期境界壁を仮想し、メタルプレートの１枚分を抜き出した解析モデルで設計できる。この解析は、有限要素法電磁界シミュレータを用いて解析することができる。図１３（ａ）（ｂ）は、メタルプレートを完全導体としたモデルの場合の解析結果である。
本発明の第４実施例の偏光子５の寸法が上記寸法とされ、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが０°〜８０°とされた際のＴＭモードの透過電力の等高線図を図１３（ａ）に示す。
図１３（ａ）の横軸は０°〜８０°の範囲の入射角度θであり、縦軸は０．１ＴＨｚ〜１．９５ＴＨｚの周波数とされている。図１３（ａ）を参照すると、入射角度θが約４０°ないし約５５°の範囲において、約０．１ＴＨｚ〜約１．４ＴＨｚの周波数帯域において約９５％以上の透過電力が得られ、約５１°の入射角度θにおいては約０．１ＴＨｚ〜約１．９５ＴＨｚの周波数帯域において約９８％以上の透過電力が得られており、入射角度θが約５１°付近においてインピーダンス整合が取れていることがわかる。この等高線図における平均透過電力がピークなる角度がブリュースター角θBと推定できることから、ブリュースター角θBは約５１°と推定できる。なお、ブリュースター角θBは、金属薄板５１の上面間（下面間）の間隔ｐ３と、金属薄板５１間の間隔に相当するフィルム基板５０の厚さｄ３により決定されるが、フィルム基板５０の比誘電率も影響することから、第４実施例の偏光子５ではブリュースター角θBが約５１°と推定される。この場合、金属薄板５１の上面間（下面間）の間隔ｐ３は、フィルム基板５０の厚さｄ３に金属薄板５１の厚さｔ３を加算した値となる。
The polarizer 5 of the fourth embodiment shown in FIGS. 10 to 12 is sufficiently large with respect to the wavelength, has an infinite uniform structure in the y-axis direction, and has a periodic structure in the x-axis direction. It is possible to design with an analysis model in which the periodic boundary wall is virtually assumed in the x-axis direction and one metal plate is extracted. This analysis can be performed using a finite element electromagnetic field simulator. FIGS. 13A and 13B show the analysis results in the case of a model in which the metal plate is a complete conductor.
The contour diagram of the transmission power in the TM mode when the dimensions of the polarizer 5 of the fourth embodiment of the present invention are the above dimensions and the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is 0 ° to 80 °. As shown in FIG.
The horizontal axis of FIG. 13A is the incident angle θ in the range of 0 ° to 80 °, and the vertical axis is the frequency of 0.1 THz to 1.95 THz. Referring to FIG. 13A, when the incident angle θ is in the range of about 40 ° to about 55 °, a transmission power of about 95% or more is obtained in the frequency band of about 0.1 THz to about 1.4 THz, and about 51 At an incident angle θ of °, a transmitted power of about 98% or more is obtained in a frequency band of about 0.1 THz to about 1.95 THz, and impedance matching is achieved when the incident angle θ is about 51 °. Recognize. Since the angle at which the average transmission power is the peak in the contour plot can be estimated that Brewster angle theta B, Brewster angle theta B can be estimated to be about 51 °. The Brewster angle θ B is determined by the distance p3 between the upper surfaces (between the lower surfaces) of the thin metal plates 51 and the thickness d3 of the film substrate 50 corresponding to the distance between the thin metal plates 51. Since the dielectric constant also affects, the Brewster angle θ B is estimated to be about 51 ° in the polarizer 5 of the fourth embodiment. In this case, the distance p3 between the upper surfaces (between the lower surfaces) of the thin metal plate 51 is a value obtained by adding the thickness t3 of the thin metal plate 51 to the thickness d3 of the film substrate 50.
また、本発明の第４実施例の偏光子５の寸法が上記した寸法とされ、偏光子５に入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θがブリュースター角（θ＝５１°）で入射された時の透過電力の周波数特性を、入射光Ｉｎの入射角度（光軸）θが傾斜することなく入射（θ=０°）した場合の透過電力の周波数特性と対比して図１３（ｂ）に示すと共に、入射角度（光軸）θが０°の場合の消光比の周波数特性を図１３（ｂ）に示す。
図１３（ｂ）に示す透過電力の周波数特性を参照すると、入射光Ｉｎの入射角度θが０°の時は、０．１ＴＨｚ〜１．９５ＴＨｚの全周波数帯域において透過電力の周波数特性にリップルが生じており、周期的に約１８％の幅で上下に変動している。これに対して、入射光Ｉｎの入射角度θが５１°（ブリュースター角）の時は、０．１ＴＨｚ〜約１．２ＴＨｚの周波数帯域において透過電力の周波数特性にほぼリップルが生じておらず、約９８％〜１００％の透過電力が得られ、約１．２ＴＨｚ〜約１．９５ＴＨｚの周波数帯域ではリップルが生じるが、入射角度θが０°の時よりリップル幅が抑えられている。このように、入射光Ｉｎの入射角度θをブリュースター角とすることにより、第４実施例の偏光子５はテラヘルツ波帯の透過電力の周波数特性に極力リップルが生じることなく平坦化することができる。なお、０．１ＴＨｚ〜１．９５ＴＨｚの全周波数帯域における平均透過電力は、入射角度θが０°の時は約９１．２％となるが、入射角度θが５１°（ブリュースター角）の時は約９９．４％が得られる。
図１３（ｂ）に示す消光比の周波数特性は、入射光Ｉｎの入射角度θが０°の場合であり、０．１ＴＨｚから１．９５ＴＨｚの全周波数帯域でおおむね−５０ｄＢ以下の消光比が得られている。
第４実施例の偏光子５においても、入射光の入射角度θをブリュースター角θBとすることにより、偏光子５の透過電力の周波数特性がテラヘルツ波帯においてリップル上下に変動することを防止できるようになる。このように、透過特性に極力リップルが生じることなく平坦化できる偏光子５の構成を、簡易に組み立てることができる簡易な構成とすることができる。
Further, the size of the polarizer 5 of the fourth embodiment of the present invention is the above-described size, and the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is incident on the polarizer 5 at a Brewster angle (θ = 51 °). 13B is compared with the frequency characteristic of the transmitted power when the incident angle (optical axis) θ of the incident light In is incident without tilting (θ = 0 °). FIG. 13B shows the frequency characteristics of the extinction ratio when the incident angle (optical axis) θ is 0 °.
Referring to the frequency characteristics of the transmitted power shown in FIG. 13B, when the incident angle θ of the incident light In is 0 °, ripples appear in the frequency characteristics of the transmitted power in the entire frequency band of 0.1 THz to 1.95 THz. It occurs and fluctuates up and down periodically with a width of about 18%. On the other hand, when the incident angle θ of the incident light In is 51 ° (Brewster angle), there is almost no ripple in the frequency characteristic of the transmitted power in the frequency band of 0.1 THz to about 1.2 THz, A transmitted power of about 98% to 100% is obtained, and a ripple is generated in a frequency band of about 1.2 THz to about 1.95 THz, but the ripple width is suppressed from when the incident angle θ is 0 °. As described above, by setting the incident angle θ of the incident light In to the Brewster angle, the polarizer 5 of the fourth embodiment can be flattened without generating ripples as much as possible in the frequency characteristics of the transmitted power in the terahertz wave band. it can. The average transmitted power in the entire frequency band of 0.1 THz to 1.95 THz is about 91.2% when the incident angle θ is 0 °, but when the incident angle θ is 51 ° (Brewster angle). About 99.4% is obtained.
The frequency characteristic of the extinction ratio shown in FIG. 13B is when the incident angle θ of the incident light In is 0 °, and an extinction ratio of approximately −50 dB or less is obtained in the entire frequency band from 0.1 THz to 1.95 THz. It has been.
Also in the polarizer 5 of the fourth embodiment, the frequency characteristic of the transmitted power of the polarizer 5 is prevented from fluctuating up and down in the terahertz wave band by setting the incident angle θ of the incident light to the Brewster angle θ B. become able to. In this way, the configuration of the polarizer 5 that can be flattened with as little ripple as possible in the transmission characteristics can be a simple configuration that can be easily assembled.
以上説明した本発明にかかる偏光子においては、テラヘルツ波帯においてなるべくリップルが生じない良好な透過波の周波数特性が得られる。また、本発明の第１，２実施例の偏光子においては、枠体の前面の縦横の寸法を偏光子に必要とされる開口の寸法とし、その開口寸法となる長さおよび本数のスリットを前面から形成するようにしている。さらに、本発明の第３実施例の偏光子においてグリッド板を積層する枚数は、グリッド板を積層していった寸法が、偏光子に必要とされる開口の高さの寸法になる枚数とされ、グリッド板の横方向の長さは開口の幅の寸法とされる。さらに、本発明の第４実施例の偏光子においてフィルム基板を積層する枚数は、フィルム基板を積層していった寸法が、偏光子に必要とされる開口の高さの寸法になる枚数とされ、フィルム基板の横方向の長さは開口の幅の寸法とされる。
また、第１，２実施例の偏光子において、スリットはエッチング等により形成することができ、スリットは枠体の辺に平行に枠体のほぼ全領域に形成すればよい。
さらに、本発明の第３実施例の偏光子における平行平板とされるグリッド板の間隔は、偏光子の性能を決定するパラメータであるが、この間隔はスペーサの厚さで一義的に決定される。すなわち、本発明の第３実施例の偏光子では、大量生産した場合にも上記間隔を安定して一定の値に保つことができ、当該偏光子の歩留まりを向上することができる。また、スペーサの厚さを変更するだけで、適用される周波数帯を変更することができるようになる。
また、第４実施例の偏光子における平行平板とされる金属薄板の間隔は、偏光子の性能を決定するパラメータであるが、この間隔はフィルム基板の厚さで一義的に決定される。すなわち、本発明の第４実施例の偏光子では、大量生産した場合にも上記間隔を安定して一定の値に保つことができ、当該第４実施例の偏光子の歩留まりを向上することができる。また、フィルム基板の厚さを変更するだけで、適用される周波数帯を変更することができるようになる。さらに、ポリマーフィルムは、シクロオレフィンポリマーフィルムを用いるようにしたが、これに限ることはなくテラヘルツ波帯において誘電正接の小さいフィルムならばいずれの材料からなるフィルムでも用いることができる。また、フィルムに替えてフィルム状の物質を金属薄板の面に形成しても良い。例えば、金属薄板の面に所定の厚さになる樹脂等の絶縁性の物質を塗布あるいは貼着することにより、金属薄板を所定間隔で対向させるようにしても良い。
In the polarizer according to the present invention described above, it is possible to obtain a favorable frequency characteristic of a transmitted wave with as little ripple as possible in the terahertz wave band. In the polarizers according to the first and second embodiments of the present invention, the vertical and horizontal dimensions of the front surface of the frame body are the dimensions of the opening required for the polarizer, and the length and number of slits corresponding to the opening dimension are provided. It is formed from the front. Further, in the polarizer of the third embodiment of the present invention, the number of grid plates stacked is the number of grid plates stacked so that the dimension required for the polarizer is the height of the opening. The horizontal length of the grid plate is the width of the opening. Further, in the polarizer of the fourth embodiment of the present invention, the number of laminated film substrates is the number that the dimension obtained by laminating the film substrates becomes the height of the opening required for the polarizer. The lateral length of the film substrate is the dimension of the width of the opening.
In the polarizers of the first and second embodiments, the slit can be formed by etching or the like, and the slit may be formed in almost the entire region of the frame parallel to the side of the frame.
Further, the interval between the grid plates that are parallel plates in the polarizer of the third embodiment of the present invention is a parameter that determines the performance of the polarizer, but this interval is uniquely determined by the thickness of the spacer. . That is, in the polarizer of the third embodiment of the present invention, even when mass-produced, the interval can be stably maintained at a constant value, and the yield of the polarizer can be improved. Moreover, the applied frequency band can be changed simply by changing the thickness of the spacer.
In addition, the interval between the thin metal plates that are parallel plates in the polarizer of the fourth embodiment is a parameter that determines the performance of the polarizer, but this interval is uniquely determined by the thickness of the film substrate. That is, in the polarizer of the fourth embodiment of the present invention, even when mass-produced, the interval can be stably maintained at a constant value, and the yield of the polarizer of the fourth embodiment can be improved. it can. Moreover, the applied frequency band can be changed simply by changing the thickness of the film substrate. Furthermore, although the cycloolefin polymer film is used as the polymer film, the present invention is not limited to this, and any film made of any material can be used as long as it has a small dielectric loss tangent in the terahertz wave band. Moreover, it may replace with a film and may form a film-form substance on the surface of a metal thin plate. For example, the metal thin plates may be opposed to each other at a predetermined interval by applying or sticking an insulating substance such as a resin having a predetermined thickness on the surface of the metal thin plate.
１ 偏光子、２ 偏光子、２ａ 枠体、２ｂ スリット、２ｃ グリッド、３ 偏光子、３ａ 枠体、３ｂ スリット、３ｃ グリッド、３ｄ 支持台、４ 偏光子、４ａ グリッド板積層体、５ 偏光子、５ａ フィルム基板積層体、１０ａ〜１０ｄ メタルプレート、４０ グリッド板、４０ａ プレート部、４０ｂ 支持部、４０ｃ 取付孔、４１ スペーサ、４２ 上基台、４３ 下基台、４４ 支持台、４５ 取付ネジ、４６ 挿通孔、５０ フィルム基板、５０ａ〜５０ｆ フィルム基板、５１ 金属薄板、５１ａ，５１ｂ 金属薄板、５２ 基台、５３ 押さえ板、５４ 取付ネジ、５５ 支持台、５６ ネジ孔、６１ ポリマーフィルム、６１ａ 保持部、６１ｂ 取付部、６１ｃ 取付部、６３ 第１切欠部、６４ 第２切欠部、６５ 第３切欠部、６６ 矩形状切欠部、６７ 孔部、１０１ ワイヤーグリッド用金属板、１１１ 各縦桟部、１１１ 縦桟部、１１２ 横桟部、１１３ フランジ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarizer, 2 Polarizer, 2a Frame, 2b Slit, 2c Grid, 3 Polarizer, 3a Frame, 3b Slit, 3c Grid, 3d Support stand, 4 Polarizer, 4a Grid plate laminated body, 5 Polarizer, 5a film substrate laminate, 10a to 10d metal plate, 40 grid plate, 40a plate part, 40b support part, 40c mounting hole, 41 spacer, 42 upper base, 43 lower base, 44 support base, 45 mounting screw, 46 Insertion hole, 50 film substrate, 50a-50f film substrate, 51 metal thin plate, 51a, 51b metal thin plate, 52 base, 53 presser plate, 54 mounting screw, 55 support base, 56 screw hole, 61 polymer film, 61a holding part 61b mounting part, 61c mounting part, 63 first notch part, 64 second notch part, 65 third notch part, 6 6 rectangular cutouts, 67 holes, 101 wire grid metal plate, 111 vertical bars, 111 vertical bars, 112 horizontal bars, 113 flanges
Claims (5)
前記メタルプレートが傾斜している前記所定角度が、前記メタルプレートの厚さと前記所定間隔とで決定されるブリュースター角とされていることを特徴とするテラヘルツ波帯用の偏光子。 A plurality of metal elongated metal plates arranged in parallel at a predetermined interval are polarizers inclined at a predetermined angle with respect to the optical axis of incident light,
The terahertz wave polarizer according to claim 1, wherein the predetermined angle at which the metal plate is inclined is a Brewster angle determined by a thickness of the metal plate and the predetermined interval.
前記グリッド板の両側の前記支持部の間に挿入される所定の厚さのスペーサとを備え、
前記グリッド板の両側の前記支持部の間に前記スペーサを挿入して、複数の前記グリッド板を積層していくことにより、前記プレート部が所定間隔をもって平行に配置されたグリッド板積層体が構成され、該グリッド板積層体における前記プレート部が、前記グリッド板の厚さと前記スペーサの厚さとで決定されるブリュースター角だけ傾斜して配置されて、該プレート部が入射光の光軸に対してブリュースター角だけ傾斜していることを特徴とするテラヘルツ波帯用の偏光子。 A metal grid plate in which support portions are formed on both sides and a plate portion having a predetermined width is formed between the support portions;
A spacer having a predetermined thickness inserted between the support portions on both sides of the grid plate,
By inserting the spacer between the support portions on both sides of the grid plate and stacking the plurality of grid plates, a grid plate laminate in which the plate portions are arranged in parallel with a predetermined interval is configured. The plate portion in the grid plate laminate is disposed at an inclination of a Brewster angle determined by the thickness of the grid plate and the thickness of the spacer, and the plate portion is arranged with respect to the optical axis of incident light. A terahertz wave polarizer characterized by being tilted by the Brewster angle.
前記上基台と前記下基台との間に、前記グリッド板積層体が挟持され、前記上基台と前記プレート積層体と前記下基台とが固着手段により固着されており、前記所定角度は、前記プレート部が入射光の光軸に対して前記ブリュースター角だけ傾斜する角度とされていることを特徴とする請求項２に記載のテラヘルツ波帯用の偏光子。 An upper base, and a lower base having a flat lower surface formed at a predetermined angle,
The grid plate laminate is sandwiched between the upper base and the lower base, and the upper base, the plate laminate, and the lower base are fixed by fixing means, and the predetermined angle The polarizer for a terahertz wave band according to claim 2, wherein the plate portion is inclined at the Brewster angle with respect to the optical axis of incident light.
平面状の下面が所定角度傾斜した底部と、該底部の上面から立設した複数本の立設柱とを有する基台と、
前記基台の前記立設柱の位置が切り欠かれた前記フィルム基板を複数枚積層することにより、前記金属薄板が所定間隔をもって平行に配置されたフィルム基板積層体と、
平面状の平板部と、該平板部において前記基台の前記立設柱の位置が切り欠かれている押さえ板とを備え、
前記フィルム基板積層体が前記複数本の立設柱により位置合わせされて前記基台に収納され、該フィルム基板積層体の上に前記押さえ板が載置されて、該押さえ板に挿通されたネジが前記基台に螺着されており、前記所定角度は、前記金属薄板の厚さと前記フィルム基板の厚さとで決定されるブリュースター角だけ、前記金属薄板が入射光の光軸に対して傾斜する角度とされていることを特徴とするテラヘルツ波帯用の偏光子。 A film substrate made of a rectangular film in which an elongated rectangular thin metal plate is formed at substantially the center of one surface;
A base having a bottom portion whose planar lower surface is inclined at a predetermined angle, and a plurality of standing pillars erected from the upper surface of the bottom portion;
By laminating a plurality of the film substrates in which the positions of the standing pillars of the base are cut out, a film substrate laminate in which the metal thin plates are arranged in parallel at a predetermined interval;
A flat plate portion, and a pressing plate in which the position of the standing pillar of the base is cut out in the flat plate portion,
The film substrate laminate is aligned by the plurality of standing pillars and stored in the base, the presser plate is placed on the film substrate laminate, and the screw is inserted through the presser plate Is screwed to the base, and the predetermined angle is tilted with respect to the optical axis of incident light by a Brewster angle determined by the thickness of the thin metal plate and the thickness of the film substrate. A polarizer for a terahertz wave band, characterized in that the angle is set to an angle.
前記スリットが多数形成されることにより、前記スリット間に前記所定角度傾斜した多数のグリッドが形成され、前記傾斜角度が、前記グリッドの厚さと前記所定間隔とで決定されるブリュースター角とされていることを特徴とするテラヘルツ波帯用の偏光子。 A plurality of slits arranged in parallel with a predetermined interval are formed through a conductive frame having a rectangular parallelepiped shape having a predetermined depth, and the slit has a predetermined angle with respect to the optical axis of incident light. An inclined polarizer,
By forming a large number of slits, a large number of grids inclined by the predetermined angle are formed between the slits, and the inclination angle is a Brewster angle determined by the thickness of the grid and the predetermined interval. A polarizer for a terahertz wave band.
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