JP2022519015A - 直線偏光変換素子、製造方法及び直線偏光変換システム - Google Patents
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Abstract
直線偏光変換素子、製造方法及び直線偏光変換システムが提供される。直線偏光変換素子は、基板（１）と、基板（１）に位置するメタサーフェス（２）と、を含み、ここで、メタサーフェス（２）は少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域（１００）を含み、各ライトフィールド調整制御領域（１００）は少なくとも１つのメタサーフェス機能ユニット（２０）を含み、メタサーフェス機能ユニット（２０）は異方性のサブ波長構造（２０１）を含み、同一のライトフィールド調整制御領域（１００）において、各サブ波長構造（２０１）の長軸方向は一致する。
Description
本出願は２０１９年１月４日で中国特許局に出願され、出願番号が２０１９１０００７５８０．Ｘである中国特許出願の優先権を主張し、該出願の全ての内容は引用により本願に援用する。
本願の実施例はメタサーフェスの技術分野に関し、例えば直線偏光変換素子、製造方法及び直線偏光変換システムに関する。
液晶は液体と結晶体の両方の性質を兼ねる独特な材料であり、各種の液晶ディスプレイに広く用いられる。液晶分子は電界の作用下で、その配列構造が変化し、同時にその光学特性も変化し、これも液晶表示の基礎である。液晶の表示パネルにおける秩序的な配列は液晶とベース板界面での事前配向により実現され、液晶配向はこの目的を達成するために開発された技術である。
現在、液晶配向技術は主にラビング配向法及び光配向法などを含む。液晶光配向技術は、偏光照射によって液晶配向を実現する非接触式方法であって、ラビング配向法と異なり、汚染がなく、静電気がなく、かつ領域のマルチ配向を実現しやすいなどの利点を有する。光配向技術は感光性材料を利用して紫外線の偏光照射によって、有向光架橋、異性化又は光開裂反応を発生して、さらに液晶分子の有向配列を誘導する。
しかしながら、従来の液晶光配向技術の多くは均等な配向分布しか実現できない。制御可能な不均等な配向分布を実現するために、一般的に複雑な光学系を必要とし、体積が膨大であり、コストが高い。完成するには複数回の露光が必要であり、大面積及び高精度の液晶フォトニクスデバイスの製造を実現することに不利である。また、空間光変調器及びデジタルマイクロミラーアレイに基づく実施形態は高空間解像度（例えば１μｍ）の液晶分子配向を実現することが難しい。
これに鑑みて、本願は、ビームの偏光方向に対する調整制御を実現するために、直線偏光変換素子、製造方法及び直線偏光変換システムを提供し、これにより高空間解像度の液晶光配向を容易に実現することができる。
本願の実施例は、基板と、前記基板に位置するメタサーフェスと、を含む直線偏光変換素子であって、前記メタサーフェスは、少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域を含み、各前記ライトフィールド調整制御領域は、少なくとも１つのメタサーフェス機能ユニットを含み、各前記メタサーフェス機能ユニットは異方性のサブ波長構造を含み、同一の前記ライトフィールド調整制御領域において、各前記サブ波長構造の長軸方向は一致する、直線偏光変換素子を提供する。
本願の実施例は、レーザ、ビーム整形器、直線偏光板及び本願のいずれかの実施例の直線偏光変換素子を含み、前記レーザはレーザ光源を提供するように設けられ、前記ビーム整形器は前記レーザから出射されたレーザを整形するように設けられ、前記直線偏光板は整形されたレーザを直線偏光入射光に変換して前記直線偏光変換素子のメタサーフェスに伝播するように設けられる、直線偏光変換システムを提供する。
本願の実施例は、基板を提供することと、前記基板にはメタサーフェスを形成することとを含む直線偏光変換素子の製造方法であって、前記メタサーフェスは複数のメタサーフェス機能ユニットを含み、前記メタサーフェス機能ユニットは異方性のサブ波長構造を含み、前記サブ波長構造は直線偏光した入射光の偏光方向及び所望の出射光の直線偏光状態分布に基づいて配列される、直線偏光変換素子の製造方法を提供する。
以下、本願の例示的な実施例について添付の図面を参照して詳細に説明することによって、当業者に本願の上述及びその他の特徴及び利点をより明確にさせる。添付の図面は以下の通りである。
本願の実施例に係る直線偏光変換素子の平面構造の模式図である。
本願の実施例に係る直線偏光変換素子の断面構造の模式図である。
本願の実施例に係る直線偏光変換システムの構成及び原理の模式図である。
本願の実施例に係る渦巻ビームと参照光のフォーク状干渉パターンである。
本願の実施例に係るサブ波長構造の配列模式図である。
本願の実施例に係る直線偏光変換素子の製造方法のフローチャートである。
本願の実施例に係る直線偏光変換素子の具体的な製造方法のフローチャートである。
本願の実施例に係る直線偏光変換素子の製造方法における各プロセスフローに対応する構造模式図である。
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以下図面を参照して具体的な実施形態によって本願の技術案をさらに説明する。理解できることは、ここで説明される具体的な実施例は、本願を説明するためのものに過ぎず、本発明に限定されるものではない。また説明すべきことは、説明の便宜上、図面では、本発明に関連する部分のみを示しており、全ての構成を示すわけではない。
現在、一般的な光配向法では、まず基板に感光性分子材料（光配向層）を塗布し、次に紫外線偏光を光配向層に照射し液晶分子の配向を誘導する。光学マスク変換及び複数回の露光による方法で不均等な配向分布を実現することができる。空間光変調器（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ，ＳＬＭ）に基づく光配向法は必要に応じて局部偏光の偏光方向を柔軟に制御し、これにより液晶分子配向を柔軟に制御することができる。また、デジタルマイクロミラーアレイ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ－ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ，ＤＭＤ）に基づくマイクロプロジェクションシステムは、微小電気機械システム（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭＥＭＳ）によって、ＤＭＤの単一の画素（単一のマイクロミラー）が異なる反転状態を呈するように制御して動的マスクを実現し、液晶配向構造パターン及び配向方向に対する動的制御を実現する。
しかし、上述の光配向法は、複雑な光学系を必要とし、体積が膨大であり、コストが高い。完成するには複数回の露光が必要であり、大面積、高精度の液晶フォトニクスデバイスの製造を実現することに不利である。かつ空間光変調器及びデジタルマイクロミラーアレイに基づく実施形態は高空間解像度（例えば１μｍ）の液晶分子配向を実現することが難しい。
本願の実施例は直線偏光変換素子を提供し、１つの直線偏光入射光に対して少なくとも１つの種類の偏光方向の調整制御を行い、サブ波長空間解像度を有するベクトルライトフィールド分布（少なくとも１つの種類の直線偏光状態分布）を生成することを実現することができる。
図１は本願の実施例に係る直線偏光変換素子の平面構造の模式図であり、図２は本願の実施例に係る直線偏光変換素子の断面構造の模式図である。該直線偏光変換素子は液晶光配向技術に適用し、図１及び図２に示すように、本実施例に係る直線偏光変換素子は、基板１と、基板１に位置するメタサーフェス２とを含み、メタサーフェス２は少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域１００を含み、各ライトフィールド調整制御領域１００は少なくとも１つのメタサーフェス機能ユニット２０を含み、メタサーフェス機能ユニット２０は異方性のサブ波長構造２０１を含み、同一のライトフィールド調整制御領域１００において、各サブ波長構造２０１の長軸方向は一致する。
本実施例において、メタサーフェスは空間変化を有するメタサーフェス機能ユニット（サブ波長メタサー機能セル）で構成された界面であり、光の偏光、振幅及び位相を効果的に調整制御することができ、高効率の光学ホログラフィック結像、高開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ，ＮＡ）レンズ及び光学軌道角運動量の生成等を実現するために用いることができる。メタサーフェスの２次元特性は加工の難易度を低下させ、かつ体積がコンパクトで、損失が少ないという利点を有し、従来の相補型金属酸化膜物半導体（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）技術に適応する。
上述のライトフィールド調整制御領域１００はサブ波長構造２０１の配列又は必要な出射光の直線偏光状態分布によって対応して区画された領域と理解することができ、１つのライトフィールド調整制御領域１００において、サブ波長構造２０１の配列が一致し、該ライトフィールド調整制御領域１００から出射された光の偏光方向が一致し、このライトフィールド調整制御領域１００の区画は、サブ波長構造２０１の全体的な配列状況を理解しやすくするものである。上述の基板１の材料はシリコン、ガラス、又はＩＴＯなどの透明材料であってもよく、サブ波長構造２０１の形状は棒状又は楕円形である。
上述の技術案に基づいた、本実施例に係る直線偏光変換素子の設計原理は以下のとおりである。ベリー幾何位相原理、即ち、円偏光と異方性のサブ波長構造との相互作用により、入射された円偏光の円偏光状態を反転させるとともに、幾何学的位相係数e-2iσφを導入することができ、ここで、σ＝±１は入射光の円偏光状態を表し、φは異方性のサブ波長構造の平面における方位角（サブ波長構造の長軸方向と直線偏光変換素子に入射された直線偏光入射光の偏光方向との間のなす角）であり、したがって、異方性のサブ波長構造の方位角を簡単に変更することにより、入射光の位相の０～２πの連続する調整制御を実現することができ、かつ異なる円偏光状態の入射光による位相変化は符号が逆になる。入射された直線偏光は左円偏光と右円偏光に分解することができ、左円偏光と右円偏光はサブ波長構造を経て、大きさが等しく、符号が逆の位相変化を生じ、左円偏光と右円偏光を合成すれば、再び直線偏光を形成することができ、かつ偏光方向は２φである。これからわかるように、異方性のサブ波長構造の方位角を単純に変更することで、入射された直線偏光の偏光方向に調整制御を行うことを実現することができ、サブ波長構造の方位角はサブ波長構造の長軸方向及び直線偏光入射光の偏光方向に関連するため、直線偏光入射光の偏光方向が一定である場合、所望の出射光の直線偏光状態分布に応じて、サブ波長構造を配列すること、即ちサブ波長構造の長軸方向を設置することによって、直線偏光入射光の偏光方向に対する調整制御を実現することができ、出射光が所望の出射光の直線偏光状態分布を満たす。
一実施例において、液晶光配向技術について、所望の液晶分子配向分布によって、光配向層を露光するための出射光の直線偏光状態分布を特定することができ、ここで、液晶分子の配向方向は出射光の直線偏光方向と一致する。これにより、該出射光の直線偏光状態分布に基づいてサブ波長構造の配列を特定し、該配列を有するサブ波長構造のメタサーフェスの製造を行って直線偏光変換素子を得る。これにより、サブ波長スケールにおいて、液晶分子配向を制御することができ、高空間解像度の液晶光配向を実現する。
本実施例はメタサーフェスを利用して直線偏光変換素子を設計し、メタサーフェスを少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域に区画することによって、各ライトフィールド調整制御領域は少なくとも１つのメタサーフェス機能ユニットを含み、各メタサーフェス機能ユニットは１つの異方性のサブ波長構造を含み、かつ同一のライトフィールド調整制御領域において、各サブ波長構造の長軸方向（配列）が一致する。これによって、同一の偏光方向の直線偏光入射光は直線偏光変換素子のメタサーフェスで反射又は透過した後、各ライトフィールド調整制御領域のサブ波長構造の配列に基づいて、各ライトフィールド調整制御領域は、対応して入射された直線偏光入射光の偏光方向を他の偏光方向変換する光を出射することができ、これによりビームの偏光方向に対する調整制御を実現し、かつ安定して複数回繰り返して使用することができる。同時に、所望の出射光の直線偏光状態分布によって、メタサーフェスにおけるサブ波長構造の配列を設計することができ、これにより本願の直線偏光変換素子を得て、さらに該直線偏光変換素子を利用することができ、該直線偏光変換素子によって直線偏光入射光を少なくとも１つの直線偏光に変換し、光配向層の少なくとも１つの露光フィールド（中国語：曝光場）に対して一回の露光を行い、光配向層に対して少なくとも１つの種類の配向を実現することができ、ひいては液晶分子に対応する配向を実現し、プロセスフローが簡単で、コストが低く、かつサブ波長スケールにおいて、液晶分子配向を制御することができ、高空間解像度の液晶光配向を実現する。
一実施例において、図１を参照し続けると、少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域１００は２つ又は複数のライトフィールド調整制御領域１００（図に４つのライトフィールド調整制御領域１００を示す）を含み、異なるライトフィールド調整制御領域１００におけるサブ波長構造２０１の長軸方向が異なる。
これによって、同一の直線偏光入射光が同時にメタサーフェスの異なるライトフィールド調整制御領域１００を通過した後、直線偏光入射光の偏光方向と異なる出射光を出力することができ、かつ異なるライトフィールド調整制御領域１００に対応する出射光の偏光方向が異なり、ひいては複数のベクトルライトフィールドを同時に生成することができ、単回露光したサンプルの数を増加させ、製造効率を向上させる。一実施例において、該直線偏光変換素子を利用して液晶分子に光配向を行う場合に、一回の露光だけで液晶分子の不均等な配向分布を実現することができ、露光の回数を減少させ、光配向のプロセスフローを単純化する。同時に、上述のベリー幾何位相原理に基づいてわかるように、異方性のサブ波長構造の方位角を簡単に変更することにより、入射光の位相の０～２πの連続する調整制御を実現することができ、入射光の異なる位相は、反射光の異なる角度の偏向を引き起すことができ、ひいてはサブ波長構造の方位角を設定することにより反射光の偏向角度を調節することができる。本実施例について、サブ波長構造の方位角が一定である場合、光配向層に投射された露光フィールドの出射光の出射角度を決定した後、放射線光学及び広義の反射法則に合わせて、直線偏光変換素子（メタサーフェス）に入射された直線偏光入射光の入射角を決定することができる。これにより、直線偏光入射光の入射角を調整することによって出射光の出射角に対する調整を実現して、光配向層の露光フィールドに対する露光及び対応する液晶分子の配向を実現することができる。
なお、図１はサブ波長構造の配列状況のみを例示的に説明するために用いられ、具体的な配列は実際の状況に応じて決定される。
また、上述の直線偏光変換素子は直線偏光入射光を反射する又は透過することによって直線偏光入射光の偏光方向に対する調整制御を実現することができ、それに応じて、直線偏光変換素子におけるメタサーフェスは反射型メタサーフェス又は透過型メタサーフェスであってもよい。一実施例において、反射型メタサーフェスについて、メタサーフェス／メタサーフェス機能ユニットは金属反射層２０２、誘電体層２０３及び金属サブ波長構造２０１の積層構造（図２を参照する）を含んでもよく、又はメタサーフェス機能ユニットは金属反射層及び金属サブ波長構造の積層構造を含んでもよく、又はメタサーフェス機能ユニットは金属反射層及び誘電体サブ波長構造の積層構造を含んでもよい。透過型メタサーフェスについて、メタサーフェス機能ユニットは誘電体サブ波長構造を含んでもよい。本願の実施例はメタサーフェス／メタサーフェス機能ユニットの具体的な膜層構造を制限せず、具体的には実際の状況に応じて決定される。
上述の実施例に基づいて、本願の他の実施例は直線偏光変換システムを提供し、図３に示すように、該直線偏光変換システム１０は、レーザ１０１、ビーム整形器１０２、直線偏光板１０３及び上述の実施例に係る直線偏光変換素子１０４を含む。
ここで、レーザ１０１はレーザ光源を提供するように設けられ、ビーム整形器１０２はレーザ１０１から出射されたレーザを整形するように設けられ、直線偏光板１０３は整形されたレーザを直線偏光入射光に変換して直線偏光変換素子１０４のメタサーフェスに伝播するように設けられる。
上述のビーム整形器１０２はガウシアン－トゥ－トップハットコンバータ（Ｇａｕｓｓ－ｔｏ－ＴｏｐＨａｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）又は空間フィルタリングコリメーションシステム（Ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
一実施例において、直線偏光変換システム１０は液晶光配向システムであってもよい。このとき、図３を参照して、レーザ１０１から発射されたレーザはビーム整形器１０２及び直線偏光板１０３を経て、直線偏光入射光を形成して直線偏光変換素子１０４のメタサーフェスに入射し、上述のいずれかの実施例に係る直線偏光変換素子１０４の作用を参照し、直線偏光変換素子１０４は直線偏光入射光を必要に応じた直線偏光分布状態の出射光に変換し、かつ出射光を予め導電ガラス基板３０にスピンコートされた光配向層３１に投射し、光配向層３１に対する配向を完成し、これにより光配向層３１の間の液晶分子３２の高解像度空間配列分布を実現する。
本実施例に係る直線偏光変換システムは、本願の実施例に係る直線偏光変換素子を含み、対応する機能及び有益な効果を備える。
また、上述の直線偏光変換システムを利用して製造された特殊な液晶フォトニクスデバイス（例えばビームスプリッター（ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ））は、製造された液晶フォトニクスデバイスによって特殊ライトフィールド（例えば渦巻ビーム、ベッセルビーム及びエアリービームなど）を生成し調整制御することもできる。
一実施例において、本願の直線偏光変換システムによって、渦巻ビームを生成する及び調整制御することができる液晶フォトニクスデバイスを製造することを例として説明する。渦巻ビームは螺旋状の等位相面を有し、各フォトンが
の軌道角運動量を有し、ここでｍはトポロジー量子数（Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｑｕａｎｔｕｍ ｎｕｍｂｅｒ）であり、任意の整数であってもよく、軌道角運動量指数を示し、異なる値は互いに直交する角運動量状態に対応し、
は換算プランク定数（ｒｅｄｕｃｅｄ Ｐｌａｎｃｋ ｃｏｎｓｔａｎｔ）である。渦巻ビームの中心は位相特異点であり、該箇所の振幅はゼロであるため、環状のライトフィールド分布を呈する。渦巻ビームは光ピンセット（ｏｐｔｉｃａｌ ｔｗｅｅｚｅｒｓ）、光通信、超解像イメージング、及び天文観測等の分野において広く応用されている。
ホログラフィックの原理に基づいて、渦巻ビーム及び参照光（例えばガウシアンビーム、理想的な平面波）が角度をもって干渉する時にフォーク状干渉パターン（図４に示すように）を得られる。このとき、製造する対象である液晶フォトニクスデバイスにおける液晶分子の配向分布は、図４に示すフォーク状干渉パターンを呈して配列されるべきであり、ひいては該フォーク状干渉パターンに基づいてサブ波長構造の配列パターン（図５に示すように）を設計することができ、その後、図５に示すサブ波長構造を有するメタサーフェス有向液晶分子を利用し、液晶分子配向分布を図４に示すフォーク状干渉パターンを呈すようにして、さらに参照光を照射することで渦巻光を発生させることができる。
上述の実施例に基づいて、本願の他の実施例は直線偏光変換素子の製造方法を提供し、図６に示すように、該直線偏光変換素子の製造方法は、ステップ１１０及びステップ１２０を含む。
ステップ１１０において、基板を提供する。
ここで、基板１の材料はシリコン、ガラス、又はＩＴＯなどの透明材料であってもよい。
ステップ１２０において、基板にはメタサーフェスを形成する。
ここで、メタサーフェスは複数のメタサーフェス機能ユニットを含み、メタサーフェス機能ユニットは異方性のサブ波長構造を含み、前記サブ波長構造は直線偏光入射光の偏光方向及び所望の出射光の直線偏光状態分布に基づいて配列される。
一実施例において、基板にメタサーフェスを形成することには以下のことが含まれる。所望の出射光の直線偏光状態分布によって、メタサーフェスにおけるサブ波長構造の平面での方位角の分布を決定し、ここで、方位角はサブ波長構造の長軸方向と直線偏光変換素子に入射された直線偏光入射光の偏光方向との間のなす角であることと、直線偏光入射光の偏光方向及び方位角の分布によって、サブ波長構造の配列パターンを特定することと、サブ波長構造の配列パターンに基づいて、基板に少なくともサブ波長構造を形成することである。
一実施例において、サブ波長構造の配列パターンに基づいて、基板に少なくともサブ波長構造を形成することには以下のことが含まれる。基板に順に積層された金属反射層及び誘電体層を蒸着して形成することと、誘電体層の基板から離れた一方側の表面にフォトレジスト又は電子ビーム接着剤をスピンコートすることと、一部のフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を除去ように、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤をフォトエッチングして、且つフォトレジスト又は電子ビーム接着剤が除去された箇所でサブ波長構造の配列パターンを形成することと、全面に一層の金属を蒸着することと、残りの金属がサブ波長構造を形成するように、残りのフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を溶解し、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤に蒸着された金属を除去することである。
上述の技術案に基づいて、本願の一応用実施例において、図７に示すように、直線偏光変換素子の製造方法は、ステップ２１０～ステップ２８０を含む。
ステップ２１０において、基板を提供する。
ステップ２２０において、所望の出射光の直線偏光状態分布によって、メタサーフェスにサブ波長構造は平面における方位角の分布を特定する。
ここで、方位角はサブ波長構造の長軸方向と直線偏光変換素子に入射される直線偏光入射光の偏光方向との間のなす角である。
所望の出射光の直線偏光状態分布によって、メタサーフェスに各領域に出射された光の偏光方向を特定することができ、上述の実施例におけるベリー幾何位相原理から分かるように、出射光の偏光方向はサブ波長構造の方位角の２倍であるため、メタサーフェスにおけるサブ波長構造の平面での方位角の分布を特定することができる。
ステップ２３０において、直線偏光入射光の偏光方向及び方位角の分布によって、サブ波長構造の配列パターンを特定する。
方位角はサブ波長構造の長軸方向と直線偏光変換素子に入射される直線偏光入射光の偏光方向との間のなす角であるため、直線偏光入射光の偏光方向が一定である条件で、ステップ２２０で得られた方位角の分布によってメタサーフェスに各領域のサブ波長構造の長軸方向を特定し、ひいてはサブ波長構造の配列パターンを特定することができる。
ステップ２４０において、基板に順に積層された金属反射層及び誘電体層を蒸着して形成する。
図８を参照して、基板１に順に積層された金属反射層２０２及び誘電体層２０３を蒸着して形成する。ここで、金属反射層２０２の材料はアルミニウム又は金であってもよく、誘電体層２０３の材料はシリカであってもよい。一実施例において、加熱蒸着又は電子ビーム蒸着技術を用いて基板１に順に金属反射層２０２及び誘電体層２０３を蒸着することができる。
ステップ２５０において、誘電体層の基板から離れた一方側の表面にフォトレジスト又は電子ビーム接着剤をスピンコートする。
図９に示すように、誘電体層２０３の基板１から離れた一方側の表面にフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤をスピンコートする。
ステップ２６０において、一部のフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を除去するように、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤をフォトエッチングして、且つフォトレジスト又は電子ビーム接着剤が除去された箇所でサブ波長構造の配列パターンを形成する。
一実施例において、図１０に示すように、紫外線を用いてフォトレジスト４０をフォトエッチングし露光する、又は電子ビームを用いて電子ビーム接着剤をフォトエッチングし露光して、対応する現像液を使用して露光されたフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤を除去することにより、フォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤が除去された箇所でサブ波長構造の配列パターン２００を形成し、最後に残りのフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤を洗浄する。
ステップ２７０において、全面に一層の金属を蒸着する。
一実施例において、図１１に示すように、電子ビーム蒸着プロセス又は加熱蒸着プロセスを用いて、誘電体層２０３の表面と残りのフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤の表面に一層の金属５０を蒸着する。
ステップ２８０において、残りの金属がサブ波長構造を形成するように、残りのフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を溶解し、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤に蒸着された金属を除去する。
一実施例において、図１２に示すように、対応する接着剤除去液を利用して残りのフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤を除去することにより、残りのフォトレジスト４０又は電子ビーム接着剤に位置する金属がそれに伴って脱落し、誘電体層２０３の表面の金属層を保留し、サブ波長構造２０１を形成する。
上述の直線偏光変換素子の製造方法によって、反射型メタサーフェスを有する直線偏光変換素子を製造することができ、上述の実施例は、金属反射層２０２、誘電体層２０３及び金属サブ波長構造２０１を有する反射型メタサーフェスの製造方法を例示的に説明するものに過ぎず、なお、本願において、直線偏光変換素子の反射型メタサーフェスは、金属反射層及び金属サブ波長構造の積層構造、又は金属反射層及び誘電体サブ波長構造の積層構造をさらに含んでもよく、その具体的な製造方法は本実施例の直線偏光変換素子の製造方法に基づいて合理的に導出することができ、ここでは説明を省略する。
また、本願の実施例は透過型メタサーフェスを有する直線偏光変換素子の製造方法をさらに提供し、具体的には以下のステップ３１０～ステップ３９０を含んでもよい。
ステップ３１０において、透明な基板を提供する。
ステップ３２０において、所望の出射光の直線偏光状態分布によって、メタサーフェスにおけるサブ波長構造の平面での方位角の分布を特定する。
ステップ３３０において、直線偏光入射光の偏光方向及び方位角の分布によって、サブ波長構造の配列パターンを特定する。
ステップ３４０において、透明な基板に誘電体層を蒸着する、又は堆積する。
ここで、誘電体層の材料はシリコン、窒化ケイ素、二酸化チタンであってもよい。
ステップ３５０において、誘電体層の基板から離れた一方側の表面にフォトレジスト又は電子ビーム接着剤をスピンコートする。
ステップ３６０において、一部のフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を除去するように、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤をフォトエッチングして、且つフォトレジスト又は電子ビーム接着剤が除去された箇所でサブ波長構造の配列パターンを形成する。
ステップ３７０において、全面に一層の保護層を蒸着する。
ここで、保護層の材料はクロムであってもよい。
ステップ３８０において、残りのフォトレジスト又は電子ビーム接着剤を溶解し、フォトレジスト又は電子ビーム接着剤に蒸着された保護層を除去する。
ステップ３９０において、残りの誘電体層がサブ波長構造を形成するように、残りの保護層をマスクとし、保護層を覆っていない誘電体層をエッチングして、残りの保護層を除去する。
一実施例において、所望の出射光の直線偏光状態分布は、配向する対象である液晶の配向方向によって決定される。これにより、配向する対象である液晶の配向方向に基づいて所望の出射光の直線偏光状態分布を特定することができ、ひいては液晶光配向のための液晶光配向システムを製造し、サブ波長スケールにおいて、液晶分子の配向を制御することができ、高空間解像度の液晶光配向を実現する。
また、本願はさらに表面プラズモン共鳴原理に基づいて、サブ波長構造のパラメータ（例えば長さ及び幅）を調整することによって、メタサーフェスの光学反射効率を向上させ、ひいては直線偏光入射光の利用率を向上させ、直線偏光入射光の損失を低減することができる。
Claims (10)
- 基板と、
前記基板に位置するメタサーフェスと、を含む直線偏光変換素子であって、
前記メタサーフェスは、少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域を含み、各前記ライトフィールド調整制御領域は、少なくとも１つのメタサーフェス機能ユニットを含み、各前記メタサーフェス機能ユニットは異方性のサブ波長構造を含み、同一の前記ライトフィールド調整制御領域において、各前記サブ波長構造の長軸方向は一致する、
直線偏光変換素子。 - 前記少なくとも１つのライトフィールド調整制御領域は少なくとも２つのライトフィールド調整制御領域を含み、異なるライトフィールド調整制御領域における前記サブ波長構造の長軸方向が異なる、
請求項１に記載の直線偏光変換素子。 - 前記メタサーフェス機能ユニットは、（ｉ）金属反射層、誘電体層及び金属サブ波長構造の積層構造と、（ｉｉ）金属反射層及び金属サブ波長構造の積層構造と、（ｉｉｉ）金属反射層及び誘電体サブ波長構造の積層構造と、（ｉｖ）誘電体サブ波長構造のいずれか１つの種類を含む、
請求項１に記載の直線偏光変換素子。 - レーザと、ビーム整形器と、直線偏光板と、請求項１～３のいずれか１項に記載の直線偏光変換素子と、を含む直線偏光変換システムであって、
前記レーザはレーザ光源を提供するように設けられ、前記ビーム整形器は前記レーザから出射されたレーザを整形するように設けられ、前記直線偏光板は整形されたレーザを直線偏光入射光に変換して前記直線偏光変換素子のメタサーフェスに伝播するように設けられる、
直線偏光変換システム。 - 前記直線偏光変換システムは、液晶光配向システムである、
請求項４に記載の直線偏光変換システム。 - 基板を提供することと、
前記基板にメタサーフェスを形成することと、を含む直線偏光変換素子の製造方法であって、
前記メタサーフェスは複数のメタサーフェス機能ユニットを含み、前記メタサーフェス機能ユニットは異方性のサブ波長構造を含み、前記サブ波長構造は直線偏光入射光の偏光方向及び所望の出射光の直線偏光状態分布に基づいて配列される、
直線偏光変換素子の製造方法。 - 前記基板にメタサーフェスを形成することは、
所望の出射光の直線偏光状態分布によって、前記メタサーフェスにおける前記サブ波長構造の平面での方位角の分布を決定し、ここで、方位角は前記サブ波長構造の長軸方向と前記直線偏光変換素子に入射された直線偏光入射光の偏光方向との間のなす角であることと、
直線偏光入射光の偏光方向及び前記方位角の分布によって、前記サブ波長構造の配列パターンを特定することと、
前記サブ波長構造の配列パターンに基づいて、前記基板に少なくとも前記サブ波長構造を形成することと、を含む、
請求項６に記載の直線偏光変換素子の製造方法。 - 前記サブ波長構造の配列パターンに基づいて、前記基板に少なくとも前記サブ波長構造を形成することは、
前記基板に順に積層された金属反射層及び誘電体層を蒸着して形成することと、
前記誘電体層の前記基板から離れた一方側の表面にフォトレジスト又は電子ビーム接着剤をスピンコートすることと、
一部の前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤を除去するように、前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤をフォトエッチングして、且つ前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤が除去された箇所で前記サブ波長構造の配列パターンを形成することと、
全面に一層の金属を蒸着することと、
残りの金属が前記サブ波長構造を形成するように、残りの前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤を溶解し、前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤に蒸着された金属を除去することと、を含む、
請求項７に記載の直線偏光変換素子の製造方法。 - 前記サブ波長構造の配列パターンに基づいて、前記基板に少なくとも前記サブ波長構造を形成することは、
透明な基板に誘電体層を蒸着する、又は堆積することと、
前記誘電体層の前記基板から離れた一方側の表面にフォトレジスト又は電子ビーム接着剤をスピンコートすることと、
一部の前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤を除去するように、前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤をフォトエッチングして、且つ前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤が除去された箇所で前記サブ波長構造の配列パターンを形成することと、
全面に一層の保護層を蒸着することと、
残りの前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤を溶解し、前記フォトレジスト又は前記電子ビーム接着剤に蒸着された保護層を除去することと、
残りの前記誘電体層が前記サブ波長構造を形成するように、残りの前記保護層をマスクとし、前記保護層を覆っていない誘電体層をエッチングして、残りの前記保護層を除去することと、を含む、
請求項７に記載の直線偏光変換素子の製造方法。 - 前記所望の出射光の直線偏光状態分布は、配向する対象である液晶の配向方向によって決定される、
請求項６に記載の直線偏光変換素子の製造方法。
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