JP2850878B2 - 偏光ビームスプリッタおよびその製造方法 - Google Patents
偏光ビームスプリッタおよびその製造方法Info
- Publication number
- JP2850878B2 JP2850878B2 JP8236954A JP23695496A JP2850878B2 JP 2850878 B2 JP2850878 B2 JP 2850878B2 JP 8236954 A JP8236954 A JP 8236954A JP 23695496 A JP23695496 A JP 23695496A JP 2850878 B2 JP2850878 B2 JP 2850878B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- proton exchange
- exchange region
- beam splitter
- depth
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 44
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 43
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 30
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
- G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1833—Diffraction gratings comprising birefringent materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Optical Head (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディクス用光ヘ
ッド装置等に用いられる、回折を利用した偏光ビームス
プリッタおよびその製造方法に関するものである。
ッド装置等に用いられる、回折を利用した偏光ビームス
プリッタおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回折を利用した偏光ビームスプリッタの
第一の従来例として、特開昭６３−３１４５０２号公報
に記載の構成を図７および図８（ａ）に示す。面内に光
学軸４を有するニオブ酸リチウム基板２１の表面に、矩
形状断面を有するプロトン交換領域２２が周期的に形成
されており、プロトン交換領域２２の上に、矩形状断面
を有する位相補償膜２３が周期的に形成されている。こ
の偏光ビームスプリッタでは、図の下方から入射される
入射光５のうち、光学軸４に垂直な偏光成分（常光成
分）は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光６とな
る。一方、入射光５のうち、光学軸４に平行な偏光成分
（異常光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて
＋１次回折光７および−１次回折光８を生じる。位相補
償膜２３の材質としては、例えばＮｂ2 Ｏ5 が用いられ
る。
第一の従来例として、特開昭６３−３１４５０２号公報
に記載の構成を図７および図８（ａ）に示す。面内に光
学軸４を有するニオブ酸リチウム基板２１の表面に、矩
形状断面を有するプロトン交換領域２２が周期的に形成
されており、プロトン交換領域２２の上に、矩形状断面
を有する位相補償膜２３が周期的に形成されている。こ
の偏光ビームスプリッタでは、図の下方から入射される
入射光５のうち、光学軸４に垂直な偏光成分（常光成
分）は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光６とな
る。一方、入射光５のうち、光学軸４に平行な偏光成分
（異常光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて
＋１次回折光７および−１次回折光８を生じる。位相補
償膜２３の材質としては、例えばＮｂ2 Ｏ5 が用いられ
る。
【０００３】回折を利用した偏光ビームスプリッタの第
二の従来例として、特開平６−２７３２２号公報に記載
の構成を図８（ｂ）に示す。面内に光学軸を有するニオ
ブ酸リチウム基板３１の表面に、矩形状断面を有するプ
ロトン交換領域３２が周期的に形成されており、プロト
ン交換領域３２の上に、矩形状断面を有する溝部３３が
周期的に形成されている。この偏光ビームスプリッタで
は、入射光のうち、光学軸に平行な偏光成分（異常光成
分）は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光とな
る。一方、入射光のうち、光学軸に垂直な偏光成分（常
光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて＋１次
回折光および−１次回折光を生じる。
二の従来例として、特開平６−２７３２２号公報に記載
の構成を図８（ｂ）に示す。面内に光学軸を有するニオ
ブ酸リチウム基板３１の表面に、矩形状断面を有するプ
ロトン交換領域３２が周期的に形成されており、プロト
ン交換領域３２の上に、矩形状断面を有する溝部３３が
周期的に形成されている。この偏光ビームスプリッタで
は、入射光のうち、光学軸に平行な偏光成分（異常光成
分）は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光とな
る。一方、入射光のうち、光学軸に垂直な偏光成分（常
光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて＋１次
回折光および−１次回折光を生じる。
【０００４】ここで、図８において以下のように記号を
定める。 λ：入射光の波長 Δｎo ：プロトン交換による常光の屈折率変化 Δｎe ：プロトン交換による異常光の屈折率変化 ｎs ：ニオブ酸リチウム基板２１，３１の屈折率 ｎp ：位相補償膜２３の屈折率 ｈ5 ：プロトン交換領域２３の深さ ｈ6 ：位相補償膜２３の厚さ ｈ7 ：プロトン交換領域３２の深さと溝部３３の深さの
和 ｈ8 ：溝部３３の深さ λ＝６８５ｎｍとすると、Δｎo ＝−０．０４、Δｎe
＝０．１２、ｎs ＝２．２であり、位相補償膜２３の材
質がＮｂ2 Ｏ5 の場合、ｎp ＝２．２である。
定める。 λ：入射光の波長 Δｎo ：プロトン交換による常光の屈折率変化 Δｎe ：プロトン交換による異常光の屈折率変化 ｎs ：ニオブ酸リチウム基板２１，３１の屈折率 ｎp ：位相補償膜２３の屈折率 ｈ5 ：プロトン交換領域２３の深さ ｈ6 ：位相補償膜２３の厚さ ｈ7 ：プロトン交換領域３２の深さと溝部３３の深さの
和 ｈ8 ：溝部３３の深さ λ＝６８５ｎｍとすると、Δｎo ＝−０．０４、Δｎe
＝０．１２、ｎs ＝２．２であり、位相補償膜２３の材
質がＮｂ2 Ｏ5 の場合、ｎp ＝２．２である。
【０００５】図８（ａ）において、プロトン交換領域２
２および位相補償膜２３が形成された部分を透過する光
と形成されていない部分を透過する光の位相差を、常
光、異常光に対してそれぞれφo ，φe とすると、次式
が成り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔Δｎo ｈ5 ＋（ｎp −１）ｈ6 〕…（１） φe ＝（２π／λ）・〔Δｎe ｈ5 ＋（ｎp −１）ｈ6 〕…（２）
２および位相補償膜２３が形成された部分を透過する光
と形成されていない部分を透過する光の位相差を、常
光、異常光に対してそれぞれφo ，φe とすると、次式
が成り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔Δｎo ｈ5 ＋（ｎp −１）ｈ6 〕…（１） φe ＝（２π／λ）・〔Δｎe ｈ5 ＋（ｎp −１）ｈ6 〕…（２）
【０００６】図８（ｂ）において、プロトン交換領域３
２および溝部３３が形成されていない部分を透過する光
と形成された部分を透過する光の位相差を、常光、異常
光に対してそれぞれφo ，φe とすると、次式が成り立
つ。 φo ＝（２π／λ）・〔−Δｎo （ｈ7 −ｈ8 ）＋（ｎs −１）ｈ8 〕…（３） φe ＝（２π／λ）・〔−Δｎe （ｈ7 −ｈ8 ）＋（ｎs −１）ｈ8 〕…（４）
２および溝部３３が形成されていない部分を透過する光
と形成された部分を透過する光の位相差を、常光、異常
光に対してそれぞれφo ，φe とすると、次式が成り立
つ。 φo ＝（２π／λ）・〔−Δｎo （ｈ7 −ｈ8 ）＋（ｎs −１）ｈ8 〕…（３） φe ＝（２π／λ）・〔−Δｎe （ｈ7 −ｈ8 ）＋（ｎs −１）ｈ8 〕…（４）
【０００７】さらに、偏光ビームスプリッタの常光、異
常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次および−
１次回折効率をη1o，η1eとすると、次式が成り立つ。 η0o＝ｃｏｓ2 （φo ／２）…（５） η0e＝ｃｏｓ2 （φe ／２）…（６） η1o＝（４／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）…（７） η1e＝（４／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）…（８）
常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次および−
１次回折効率をη1o，η1eとすると、次式が成り立つ。 η0o＝ｃｏｓ2 （φo ／２）…（５） η0e＝ｃｏｓ2 （φe ／２）…（６） η1o＝（４／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）…（７） η1e＝（４／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）…（８）
【０００８】図８（ａ）において、φo ＝０、φe ＝π
とすれば、η0o＝１、η0e＝０となるため、常光は完全
に透過し、異常光は完全に回折される。この時、
（１），（２）式よりｈ5 ＝２．１４μｍ、ｈ6 ＝７
１．４ｎｍとなる。また、η1e＝０．４０５である。
とすれば、η0o＝１、η0e＝０となるため、常光は完全
に透過し、異常光は完全に回折される。この時、
（１），（２）式よりｈ5 ＝２．１４μｍ、ｈ6 ＝７
１．４ｎｍとなる。また、η1e＝０．４０５である。
【０００９】図８（ｂ）において、φo ＝π、φe ＝０
とすれば、η0o＝０、η0e＝１となるため、異常光は完
全に透過し、常光は完全に回折される。この時、
（３），（４）式よりｈ7 ＝２．３５μｍ、ｈ8 ＝２１
４ｎｍとなる。また、η1o＝０．４０５である。
とすれば、η0o＝０、η0e＝１となるため、異常光は完
全に透過し、常光は完全に回折される。この時、
（３），（４）式よりｈ7 ＝２．３５μｍ、ｈ8 ＝２１
４ｎｍとなる。また、η1o＝０．４０５である。
【００１０】このように、図８（ａ），（ｂ）に示す各
従来例においては、偏光ビームスプリッタで回折される
偏光成分の＋１次および−１次回折効率が共に０．４０
５であるため、＋１次および−１次回折光の片方のみを
利用した場合は効率が低く、両方を利用した場合は光学
系がその分複雑になるという課題がある。
従来例においては、偏光ビームスプリッタで回折される
偏光成分の＋１次および−１次回折効率が共に０．４０
５であるため、＋１次および−１次回折光の片方のみを
利用した場合は効率が低く、両方を利用した場合は光学
系がその分複雑になるという課題がある。
【００１１】これに対して、＋１次および−１次回折光
の片方のみを利用した場合の効率を高めた第三の従来例
として、特開平６−２７４９２７号公報に記載の構成を
図９に示す。等方性媒質であるガラス４１と異方性媒質
である水晶４２が、鋸歯上断面を有する境界面で接合さ
れている。入射光のうち、水晶４２の光学軸に垂直な偏
光成分（常光成分）は、偏光ビームスプリッタを透過し
て透過光となる。一方、入射光のうち、水晶４２の光学
軸に平行な偏光成分（異常光成分）は、偏光ビームスプ
リッタで回折されて＋１次回折光を生じる。
の片方のみを利用した場合の効率を高めた第三の従来例
として、特開平６−２７４９２７号公報に記載の構成を
図９に示す。等方性媒質であるガラス４１と異方性媒質
である水晶４２が、鋸歯上断面を有する境界面で接合さ
れている。入射光のうち、水晶４２の光学軸に垂直な偏
光成分（常光成分）は、偏光ビームスプリッタを透過し
て透過光となる。一方、入射光のうち、水晶４２の光学
軸に平行な偏光成分（異常光成分）は、偏光ビームスプ
リッタで回折されて＋１次回折光を生じる。
【００１２】図９において、以下のように記号を定め
る。 λ…入射光の波長 ｎQ ：ガラス４１の屈折率 ｎqo：水晶４２の常光の屈折率 ｎqe：水晶４２の異常光の屈折率 ｈg ：鋸歯状部の高さ 前記公報によれば、例えばλ＝６５６．３ｎｍ、ｎQ ＝
１．５４１９、ｎqo＝１．５４１９、ｎqe＝１．５５０
９である。
る。 λ…入射光の波長 ｎQ ：ガラス４１の屈折率 ｎqo：水晶４２の常光の屈折率 ｎqe：水晶４２の異常光の屈折率 ｈg ：鋸歯状部の高さ 前記公報によれば、例えばλ＝６５６．３ｎｍ、ｎQ ＝
１．５４１９、ｎqo＝１．５４１９、ｎqe＝１．５５０
９である。
【００１３】図９において、偏光ビームスプリッタの常
光、異常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次回
折効率をη+1o ，η+1e とすると、次式が成り立つ。 η0o＝ｓｉｎ2 φo ／φo 2 …（９） η0e＝ｓｉｎ2 φe ／φe 2 …（１０） η+1o ＝ｓｉｎ2 φo ／（φo −π）2 …（１１） η+1e ＝ｓｉｎ2 φe ／（φe −π）2 …（１２） 但し、φo ，φe は次式で与えられる。 φo ＝（２π／λ）・（ｎqo−ｎQ ）ｈg ／２…（１３） φe ＝（２杯／λ）・（ｎqe−ｎQ ）ｈg ／２…（１４）
光、異常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次回
折効率をη+1o ，η+1e とすると、次式が成り立つ。 η0o＝ｓｉｎ2 φo ／φo 2 …（９） η0e＝ｓｉｎ2 φe ／φe 2 …（１０） η+1o ＝ｓｉｎ2 φo ／（φo −π）2 …（１１） η+1e ＝ｓｉｎ2 φe ／（φe −π）2 …（１２） 但し、φo ，φe は次式で与えられる。 φo ＝（２π／λ）・（ｎqo−ｎQ ）ｈg ／２…（１３） φe ＝（２杯／λ）・（ｎqe−ｎQ ）ｈg ／２…（１４）
【００１４】したがって、（１３）式よりφo ＝０であ
り、φe ＝πとすれば、η0o＝１、η0e＝０となるた
め、常光は完全に透過し、異常光は完全に回折される。
この時、（１４）式よりｈg ＝７２．９μｍとなる。ま
た、η+1e ＝１である。このように、図９に示す従来例
においては、偏光ビームスプリッタで回折される偏光成
分の＋１次回折効率が１であるため、＋１次回折光のみ
を利用した場合でも高い効率が得られる。
り、φe ＝πとすれば、η0o＝１、η0e＝０となるた
め、常光は完全に透過し、異常光は完全に回折される。
この時、（１４）式よりｈg ＝７２．９μｍとなる。ま
た、η+1e ＝１である。このように、図９に示す従来例
においては、偏光ビームスプリッタで回折される偏光成
分の＋１次回折効率が１であるため、＋１次回折光のみ
を利用した場合でも高い効率が得られる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示す従
来例には以下のような問題がある。第一に、等方性媒質
の屈折率と異方性媒質の常光または異常光の屈折率が等
しくなるような媒質の組合わせを選ぶことは困難であ
る。第二に、数十μｍもの高さの鋸歯状部の等方性媒
質、異方性媒質の双方に対して形成し、さらにそれらを
接合することは困難である。第三に、回折格子のパタン
が曲線状の場合や複数の異なる形状の組合わせの場合、
鋸歯状部の形成そのものが極めて困難である。
来例には以下のような問題がある。第一に、等方性媒質
の屈折率と異方性媒質の常光または異常光の屈折率が等
しくなるような媒質の組合わせを選ぶことは困難であ
る。第二に、数十μｍもの高さの鋸歯状部の等方性媒
質、異方性媒質の双方に対して形成し、さらにそれらを
接合することは困難である。第三に、回折格子のパタン
が曲線状の場合や複数の異なる形状の組合わせの場合、
鋸歯状部の形成そのものが極めて困難である。
【００１６】本発明の目的は、このような従来の課題を
解決し、＋１次および−１次回折光の片方のみを利用し
た場合でも高い効率が得られ、かつ製造が容易な偏光ビ
ームスプリッタおよびその製造方法を提供することにあ
る。
解決し、＋１次および−１次回折光の片方のみを利用し
た場合でも高い効率が得られ、かつ製造が容易な偏光ビ
ームスプリッタおよびその製造方法を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光ビームスプ
リッタは、面内に光学軸を有するニオブ酸リチウムまた
はタンタル酸リチウム基板と、この基板の表面に周期的
に形成されたプロトン交換領域と、該プロトン交換領域
の上に周期的に形成された位相補償膜から構成される偏
光ビームスプリッタにおいて、前記プロトン交換領域は
２n 段階（ｎは２以上の整数、以下同じ）の深さの階段
状断面を有し、前記位相補償膜は前記プロトン交換領域
の深さに対応する２n 段階の厚さの階段状断面を有する
ことを特徴とする。また、本発明の偏光ビームスプリッ
タは、面内に光学軸を有するニオブ酸リチウムまたはタ
ンタル酸リチウム基板と、該基板の表面に周期的に形成
されたプロトン交換領域と、該プロトン交換領域の上に
周期的に形成された溝部から構成される偏光ビームスプ
リッタにおいて、前記プロトン交換領域および前記溝部
は２n 段階の深さの階段状断面を有することを特徴とす
る。
リッタは、面内に光学軸を有するニオブ酸リチウムまた
はタンタル酸リチウム基板と、この基板の表面に周期的
に形成されたプロトン交換領域と、該プロトン交換領域
の上に周期的に形成された位相補償膜から構成される偏
光ビームスプリッタにおいて、前記プロトン交換領域は
２n 段階（ｎは２以上の整数、以下同じ）の深さの階段
状断面を有し、前記位相補償膜は前記プロトン交換領域
の深さに対応する２n 段階の厚さの階段状断面を有する
ことを特徴とする。また、本発明の偏光ビームスプリッ
タは、面内に光学軸を有するニオブ酸リチウムまたはタ
ンタル酸リチウム基板と、該基板の表面に周期的に形成
されたプロトン交換領域と、該プロトン交換領域の上に
周期的に形成された溝部から構成される偏光ビームスプ
リッタにおいて、前記プロトン交換領域および前記溝部
は２n 段階の深さの階段状断面を有することを特徴とす
る。
【００１８】一方、本発明の製造方法は、面内に光学軸
を有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム基
板の表面に周期的にｈａの深さの第１のプロトン交換領
域を形成する工程と、その後第ｎ−１のプロトン交換領
域の一部にｈａ／２n-1 の深さの第ｎのプロトン交換領
域に達するまで順次繰り返し形成する工程と、前記第１
のプロトン交換領域上にｈｂの厚さの第１の位相補償膜
を形成する工程と、その後第ｎ−１の位相補償膜の一部
にｈｂ／２n-1 の厚さの第ｎの位相補償膜を繰り返し形
成する工程を含むことを特徴とする。あるいは、面内に
光学軸を有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチ
ウム基板の表面に周期的に深さｈａの第１のプロトン交
換領域を形成する工程と、この第１のプロトン交換領域
を表面からｈｃの深さだけエッチングして溝部を形成す
る工程と、その後第ｎのプロトン交換領域の一部をマス
クして他の部分にｈａ／２n-1 の深さの第ｎのプロトン
交換領域を形成し、かつその表面をｈｃ／２n-1 の深さ
だけエッチングして第ｎの溝部を形成するまでの工程を
繰り返し行うことを特徴とする。
を有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウム基
板の表面に周期的にｈａの深さの第１のプロトン交換領
域を形成する工程と、その後第ｎ−１のプロトン交換領
域の一部にｈａ／２n-1 の深さの第ｎのプロトン交換領
域に達するまで順次繰り返し形成する工程と、前記第１
のプロトン交換領域上にｈｂの厚さの第１の位相補償膜
を形成する工程と、その後第ｎ−１の位相補償膜の一部
にｈｂ／２n-1 の厚さの第ｎの位相補償膜を繰り返し形
成する工程を含むことを特徴とする。あるいは、面内に
光学軸を有するニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチ
ウム基板の表面に周期的に深さｈａの第１のプロトン交
換領域を形成する工程と、この第１のプロトン交換領域
を表面からｈｃの深さだけエッチングして溝部を形成す
る工程と、その後第ｎのプロトン交換領域の一部をマス
クして他の部分にｈａ／２n-1 の深さの第ｎのプロトン
交換領域を形成し、かつその表面をｈｃ／２n-1 の深さ
だけエッチングして第ｎの溝部を形成するまでの工程を
繰り返し行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１および図２（ａ）に、本
発明の偏光ビームスプリッタの第１の実施形態を示す。
面内に光学軸４を有するニオブ酸リチウム基板１の表面
に、０を含む４段階の深さの階段状断面を有するプロト
ン交換領域２が周期的に形成されており、かつ各プロト
ン交換領域２の上に、０を含む４段階の厚さの階段状断
面を有する位相補償膜３が周期的に形成されている。す
なわち、ここではｎを２としており、前記プロトン交換
領域２は２2 ＝４段階の深さの階段状断面を有し、前記
位相補償膜は２2 ＝４段階の厚さの階段状断面を有する
ことになる。
図面を参照して説明する。図１および図２（ａ）に、本
発明の偏光ビームスプリッタの第１の実施形態を示す。
面内に光学軸４を有するニオブ酸リチウム基板１の表面
に、０を含む４段階の深さの階段状断面を有するプロト
ン交換領域２が周期的に形成されており、かつ各プロト
ン交換領域２の上に、０を含む４段階の厚さの階段状断
面を有する位相補償膜３が周期的に形成されている。す
なわち、ここではｎを２としており、前記プロトン交換
領域２は２2 ＝４段階の深さの階段状断面を有し、前記
位相補償膜は２2 ＝４段階の厚さの階段状断面を有する
ことになる。
【００２０】この構成の偏光ビームスプリッタでは、入
射光５のうち、光学軸４に垂直な偏光成分（常光成分）
は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光６となる。
一方、入射光５のうち、光学軸４に平行な偏光成分（異
常光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて＋１
次回折光７を生じる。位相補償膜３の材質としては、例
えばＮｂ2 Ｏ5 が用いられる。
射光５のうち、光学軸４に垂直な偏光成分（常光成分）
は、偏光ビームスプリッタを透過して透過光６となる。
一方、入射光５のうち、光学軸４に平行な偏光成分（異
常光成分）は、偏光ビームスプリッタで回折されて＋１
次回折光７を生じる。位相補償膜３の材質としては、例
えばＮｂ2 Ｏ5 が用いられる。
【００２１】図２（ｂ）に、本発明の偏光ビームスプリ
ッタの第２の実施形態を示す。面内に光学軸を有するニ
オブ酸リチウム基板１１の表面に、０を含む４段階の深
さの階段状断面を有するプロトン交換領域１２が周期的
に形成されており、プロトン交換領域１２の上に、０を
含む４段階の深さの階段状断面を有する溝部１３が周期
的に形成されている。すなわち、ここではｎを２してお
り、前記プロトン交換領域および前記溝部は２2 ＝４段
階の深さの階段状断面を有することになる。
ッタの第２の実施形態を示す。面内に光学軸を有するニ
オブ酸リチウム基板１１の表面に、０を含む４段階の深
さの階段状断面を有するプロトン交換領域１２が周期的
に形成されており、プロトン交換領域１２の上に、０を
含む４段階の深さの階段状断面を有する溝部１３が周期
的に形成されている。すなわち、ここではｎを２してお
り、前記プロトン交換領域および前記溝部は２2 ＝４段
階の深さの階段状断面を有することになる。
【００２２】この構成の偏光スプリッタでは、入射光の
うち、光学軸に平行な偏光成分（異常光成分）は、偏光
ビームスプリッタを透過して透過光となる。一方、入射
光のうち、光学軸に垂直な偏光成分（常光成分）は、偏
光ビームスプリッタで回折されて＋１次回折光を生じ
る。
うち、光学軸に平行な偏光成分（異常光成分）は、偏光
ビームスプリッタを透過して透過光となる。一方、入射
光のうち、光学軸に垂直な偏光成分（常光成分）は、偏
光ビームスプリッタで回折されて＋１次回折光を生じ
る。
【００２３】ここで、図２（ａ），（ｂ）において、以
下のように記号を定める。 λ：入射光の波長 Δｎo ：プロトン交換による常光の屈折率変化 Δｎe ：プロトン交換による異常光の屈折率変化 ｎs ：ニオブ酸リチウム基板１，１１の屈折率 ｎp ：位相補償膜３の屈折率 ｈ1 ／２：プロトン交換領域２の隣接する各段階の部分
の深さの差 ｈ2 ／２：位相補償膜３の隣接する各段階の部分の厚さ
の差 ｈ3 ／２：プロトン交換領域１２の隣接する各段階の部
分の深さの差と、溝部１３の隣接する各段階の部分の深
さの差の和 ｈ4 ／２：溝部１３の隣接する各段階の部分の深さの差 λ＝６８５ｎｍとすると、Δｎo ＝−０．０４、Δｎe
＝０．１２、ｎs ＝２．２であり、位相補償膜３の材質
がＮｂ2 Ｏ5 の場合、ｎp ＝２．２である。
下のように記号を定める。 λ：入射光の波長 Δｎo ：プロトン交換による常光の屈折率変化 Δｎe ：プロトン交換による異常光の屈折率変化 ｎs ：ニオブ酸リチウム基板１，１１の屈折率 ｎp ：位相補償膜３の屈折率 ｈ1 ／２：プロトン交換領域２の隣接する各段階の部分
の深さの差 ｈ2 ／２：位相補償膜３の隣接する各段階の部分の厚さ
の差 ｈ3 ／２：プロトン交換領域１２の隣接する各段階の部
分の深さの差と、溝部１３の隣接する各段階の部分の深
さの差の和 ｈ4 ／２：溝部１３の隣接する各段階の部分の深さの差 λ＝６８５ｎｍとすると、Δｎo ＝−０．０４、Δｎe
＝０．１２、ｎs ＝２．２であり、位相補償膜３の材質
がＮｂ2 Ｏ5 の場合、ｎp ＝２．２である。
【００２４】図２（ａ）に示した第１の実施形態におい
て、プロトン交換領域２および位相補償膜３の隣接する
各段階の部分を透過する光の位相差を、常光、異常光に
対してそれぞれφo ／２，φe ／２とすると、次式が成
り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔Δｎo ｈ1 ＋（ｎp −１）ｈ2 〕…（１５） φe ＝（２π／λ）・〔Δｎe ｈ1 ＋（ｎp −１）ｈ2 〕…（１６）
て、プロトン交換領域２および位相補償膜３の隣接する
各段階の部分を透過する光の位相差を、常光、異常光に
対してそれぞれφo ／２，φe ／２とすると、次式が成
り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔Δｎo ｈ1 ＋（ｎp −１）ｈ2 〕…（１５） φe ＝（２π／λ）・〔Δｎe ｈ1 ＋（ｎp −１）ｈ2 〕…（１６）
【００２５】また、図２（ｂ）に示した第２の実施形態
において、プロトン交換領域１２および溝部１３の隣接
する各段階の部分を透過する光の位相差を、常光、異常
光に対してそれぞれφo ／２、φe ／２とすると、次式
が成り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔−Δｎo （ｈ3 −ｈ4 ）＋（ｎs −１）ｈ4 〕 …（１７） φe ＝（２π／λ）・〔−Δｎe （ｈ3 −ｈ4 ）＋（ｎs −１）ｈ4 〕 …（１８）
において、プロトン交換領域１２および溝部１３の隣接
する各段階の部分を透過する光の位相差を、常光、異常
光に対してそれぞれφo ／２、φe ／２とすると、次式
が成り立つ。 φo ＝（２π／λ）・〔−Δｎo （ｈ3 −ｈ4 ）＋（ｎs −１）ｈ4 〕 …（１７） φe ＝（２π／λ）・〔−Δｎe （ｈ3 −ｈ4 ）＋（ｎs −１）ｈ4 〕 …（１８）
【００２６】さらに、偏光ビームスプリッタの常光、異
常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次回折効率
をη+1o ，η+1e 、−１次回折効率をη-1o ，η-1e と
すると、次式が成り立つ。 η0o＝ｃｏｓ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 （φo ／４）…（１９） η0e＝ｃｏｓ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 （φe ／４）…（２０） η+1o ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 〔（φo −π）／４〕 …（２１） η+1e ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 〔（φe −π）／４〕 …（２２） η-1o ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 〔（φo ＋π）／４〕 …（２３） η-1e ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 〔（φe ＋π）／４〕 …（２４）
常光に対する透過率をη0o，η0e、また＋１次回折効率
をη+1o ，η+1e 、−１次回折効率をη-1o ，η-1e と
すると、次式が成り立つ。 η0o＝ｃｏｓ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 （φo ／４）…（１９） η0e＝ｃｏｓ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 （φe ／４）…（２０） η+1o ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 〔（φo −π）／４〕 …（２１） η+1e ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 〔（φe −π）／４〕 …（２２） η-1o ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φo ／２）ｃｏｓ2 〔（φo ＋π）／４〕 …（２３） η-1e ＝（８／π2 ）ｓｉｎ2 （φe ／２）ｃｏｓ2 〔（φe ＋π）／４〕 …（２４）
【００２７】図２（ａ）の第１の実施形態において、φ
o ＝０、φe ＝πとすれば、η0o＝１、η0e＝０となる
ため、常光は完全に透過し、異常光は完全に回折され
る。この時、（１５），（１６）式よりｈ1 ＝２．１４
μｍ、ｈ2 ＝７１．４ｎｍとなる。また、η+1e ＝０．
８１、η-1e ＝０である。
o ＝０、φe ＝πとすれば、η0o＝１、η0e＝０となる
ため、常光は完全に透過し、異常光は完全に回折され
る。この時、（１５），（１６）式よりｈ1 ＝２．１４
μｍ、ｈ2 ＝７１．４ｎｍとなる。また、η+1e ＝０．
８１、η-1e ＝０である。
【００２８】図２（ｂ）の第２の実施形態において、φ
o ＝π、φe ＝０とすれば、η0o＝０、η0e＝１となる
ため、異常光は完全に透過し、常光は完全に回折され
る。この時、（１７）、（１８）式よりｈ3 ＝２．３５
μｍ、ｈ4 ＝２１４ｎｍとなる。また、η+1o ＝０．８
１、η-1o ＝０である。
o ＝π、φe ＝０とすれば、η0o＝０、η0e＝１となる
ため、異常光は完全に透過し、常光は完全に回折され
る。この時、（１７）、（１８）式よりｈ3 ＝２．３５
μｍ、ｈ4 ＝２１４ｎｍとなる。また、η+1o ＝０．８
１、η-1o ＝０である。
【００２９】このように、図２に示した第１及び第２の
各実施形態においては、変更ビームスプリッタで回折さ
れる偏光成分の＋１次回折効率が０．８１、−１次回折
効率が０であるため、＋１次回折光のみを利用した場合
でも高い効率が得られる。
各実施形態においては、変更ビームスプリッタで回折さ
れる偏光成分の＋１次回折効率が０．８１、−１次回折
効率が０であるため、＋１次回折光のみを利用した場合
でも高い効率が得られる。
【００３０】ここで、前記した第１及び第２の実施形態
においては、基板としてニオブ酸リチウムが用いられて
いるが、タンタル酸リチウムを用いることも可能であ
る。また、第２の実施形態においては、位相補償膜の材
質としてＮｂ2 Ｏ5 が用いられているが、Ｔａ2 Ｏ5 ，
ＴｉＯ2 等を用いることも可能である。
においては、基板としてニオブ酸リチウムが用いられて
いるが、タンタル酸リチウムを用いることも可能であ
る。また、第２の実施形態においては、位相補償膜の材
質としてＮｂ2 Ｏ5 が用いられているが、Ｔａ2 Ｏ5 ，
ＴｉＯ2 等を用いることも可能である。
【００３１】図３に、本発明の偏光ビームスプリッタの
第３、第４の実施形態を示す。図３（ａ）に示す第３の
実施形態においては、図２（ａ）に示した第１の実施形
態のニオブ酸リチウム基板１の表面側に反射防止膜１
０、裏面側に反射防止膜９がそれぞれ形成されている。
図３（ｂ）に示す第４の実施形態においては、図２
（ｂ）に示した第２の実施形態のニオブ酸リチウ基板１
の表面側に反射防止膜１５、裏面側に反射防止膜１４が
それぞれ形成されている。これらにおいて、反射防止膜
９，１０，１４，１５の材質としては、例えばＳｉＯ2
が用いられる。反射防止膜の条件は、屈折率をｎa 、厚
さをｈa とすると、ｎa ＝ｎp 1/2 （または
ｎs 1/2 ）、かつｈa ＝λ／４ｎa である。λ＝６８５
ｎｍとすると、反射防止膜９，１０，１４，１５の材質
がＳｉＯ2 の場合、ｎa ＝１．４６であるから前者の条
件はほぼ満たされ、ｈa ＝１１７ｎｍとすれば後者の条
件も満たされる。
第３、第４の実施形態を示す。図３（ａ）に示す第３の
実施形態においては、図２（ａ）に示した第１の実施形
態のニオブ酸リチウム基板１の表面側に反射防止膜１
０、裏面側に反射防止膜９がそれぞれ形成されている。
図３（ｂ）に示す第４の実施形態においては、図２
（ｂ）に示した第２の実施形態のニオブ酸リチウ基板１
の表面側に反射防止膜１５、裏面側に反射防止膜１４が
それぞれ形成されている。これらにおいて、反射防止膜
９，１０，１４，１５の材質としては、例えばＳｉＯ2
が用いられる。反射防止膜の条件は、屈折率をｎa 、厚
さをｈa とすると、ｎa ＝ｎp 1/2 （または
ｎs 1/2 ）、かつｈa ＝λ／４ｎa である。λ＝６８５
ｎｍとすると、反射防止膜９，１０，１４，１５の材質
がＳｉＯ2 の場合、ｎa ＝１．４６であるから前者の条
件はほぼ満たされ、ｈa ＝１１７ｎｍとすれば後者の条
件も満たされる。
【００３２】図４に本発明の偏光ビームスプリッタの製
造方法の第一の実施形態を工程順に示す。これは図２
（ａ），図３（ａ）に示した第１、第３の各実施形態に
対応するものである。先ず、図４（ａ）に示すように、
ニオブ酸リチウム基板１の上に、周期的なマスクＭ１の
パタンを形成する。マスクＭ１の材質としては、例えば
Ｔｉ、Ａｌ等が用いられる。そして、図４（ｂ）に示す
ように、ニオブ酸リチウム基板１を安息香酸等に浸漬す
ることにより、マスクＭ１の形成されていない部分に深
さｈ1のプロトン交換を行い、矩形状断面を有する周期
的なプロトン交換領域２ａを形成する。
造方法の第一の実施形態を工程順に示す。これは図２
（ａ），図３（ａ）に示した第１、第３の各実施形態に
対応するものである。先ず、図４（ａ）に示すように、
ニオブ酸リチウム基板１の上に、周期的なマスクＭ１の
パタンを形成する。マスクＭ１の材質としては、例えば
Ｔｉ、Ａｌ等が用いられる。そして、図４（ｂ）に示す
ように、ニオブ酸リチウム基板１を安息香酸等に浸漬す
ることにより、マスクＭ１の形成されていない部分に深
さｈ1のプロトン交換を行い、矩形状断面を有する周期
的なプロトン交換領域２ａを形成する。
【００３３】次いで、図４（ｃ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１の上のマスクＭ１を除去し、マスクＭ
１の半分の周期を有する周期的なマスクＭ２のパタン
を、前記マスクＭ１が形成されていた周期に合わせて形
成する。そして、図４（ｄ）に示すように、ニオブ酸リ
チウム基板１を安息香酸等に浸漬することにより、マス
クＭ２の形成されていない部分に深さｈ1 ／２のプロト
ン交換を行い、４段階の深さの階段状断面を有する周期
的なプロトン交換領域２を形成する。
酸リチウム基板１の上のマスクＭ１を除去し、マスクＭ
１の半分の周期を有する周期的なマスクＭ２のパタン
を、前記マスクＭ１が形成されていた周期に合わせて形
成する。そして、図４（ｄ）に示すように、ニオブ酸リ
チウム基板１を安息香酸等に浸漬することにより、マス
クＭ２の形成されていない部分に深さｈ1 ／２のプロト
ン交換を行い、４段階の深さの階段状断面を有する周期
的なプロトン交換領域２を形成する。
【００３４】次いで、図４（ｅ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１の上およびマスクＭ２の上に、厚さｈ
2 ／２の位相補償膜をスパッタリング等により成膜し、
矩形状断面を有する周期的な位相補償膜３ａを形成す
る。そして、図４（ｆ）に示すように、ニオブ酸リチウ
ム基板１の上のマスクＭ２を除去することにより、マス
クＭ２の上に成膜された位相補償膜を同時に除去する。
さらに、図４（ｇ）に示すように、ニオブ酸リチウム基
板１の上に、マスクＭ１と同じ周期を有する周期的なマ
スクＭ３のパタンを形成する。そして、図４（ｈ）に示
すように、ニオブ酸リチウム基板１の上およびマスクＭ
３の上に、厚さｈ2 の位相補償膜をスパッタリング等に
より成膜し、４段階の厚さの階段状断面を有する周期的
な位相補償膜３を形成する。
酸リチウム基板１の上およびマスクＭ２の上に、厚さｈ
2 ／２の位相補償膜をスパッタリング等により成膜し、
矩形状断面を有する周期的な位相補償膜３ａを形成す
る。そして、図４（ｆ）に示すように、ニオブ酸リチウ
ム基板１の上のマスクＭ２を除去することにより、マス
クＭ２の上に成膜された位相補償膜を同時に除去する。
さらに、図４（ｇ）に示すように、ニオブ酸リチウム基
板１の上に、マスクＭ１と同じ周期を有する周期的なマ
スクＭ３のパタンを形成する。そして、図４（ｈ）に示
すように、ニオブ酸リチウム基板１の上およびマスクＭ
３の上に、厚さｈ2 の位相補償膜をスパッタリング等に
より成膜し、４段階の厚さの階段状断面を有する周期的
な位相補償膜３を形成する。
【００３５】次いで、図４（ｉ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１の上のマスクＭ３を除去することによ
り、マスクＭ３の上に成膜された位相補償膜を同時に除
去する。以上で偏光ビームスプリッタが完成する。しか
る上で、図４（ｊ）に示すように、必要があれば、ニオ
ブ酸リチウム基板１の表面側に反射防止膜１０、裏面側
に反射防止膜９をスパッタリング等によりそれぞれ成膜
する。
酸リチウム基板１の上のマスクＭ３を除去することによ
り、マスクＭ３の上に成膜された位相補償膜を同時に除
去する。以上で偏光ビームスプリッタが完成する。しか
る上で、図４（ｊ）に示すように、必要があれば、ニオ
ブ酸リチウム基板１の表面側に反射防止膜１０、裏面側
に反射防止膜９をスパッタリング等によりそれぞれ成膜
する。
【００３６】図５に、本発明の偏光ビームスプリッタの
製造方法の第二の実施形態を工程順に示す。これは図２
（ｂ），図３（ｂ）の第２、第４の各実施形態に対応す
るものである。先ず、図５（ａ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１１の上に、周期的なマスクＭ１１のパ
タンを形成する。マスクＭ１１の材質としては、例えば
Ｔｉ，Ａｌ等が用いられる。ついで、図５（ｂ）に示す
ように、ニオブ酸リチウム基板１１を安息香酸等に浸漬
することにより、マスクＭ１１の形成されていない部分
に深さｈ3 のプロトン交換を行い、矩形状断面を有する
周期的なプロトン交換領域１２ａを形成する。そして、
図５（ｃ）に示すように、ニオブ酸リチウム基板１１を
フッ酸等に浸漬することにより、マスクＭ１１の形成さ
れていないプロトン交換領域１２ａに深さｈ4 のエッチ
ングを行い、矩形状断面を有する周期的なプロトン交換
領域１２ｂおよび溝部１３ａを形成する。
製造方法の第二の実施形態を工程順に示す。これは図２
（ｂ），図３（ｂ）の第２、第４の各実施形態に対応す
るものである。先ず、図５（ａ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１１の上に、周期的なマスクＭ１１のパ
タンを形成する。マスクＭ１１の材質としては、例えば
Ｔｉ，Ａｌ等が用いられる。ついで、図５（ｂ）に示す
ように、ニオブ酸リチウム基板１１を安息香酸等に浸漬
することにより、マスクＭ１１の形成されていない部分
に深さｈ3 のプロトン交換を行い、矩形状断面を有する
周期的なプロトン交換領域１２ａを形成する。そして、
図５（ｃ）に示すように、ニオブ酸リチウム基板１１を
フッ酸等に浸漬することにより、マスクＭ１１の形成さ
れていないプロトン交換領域１２ａに深さｈ4 のエッチ
ングを行い、矩形状断面を有する周期的なプロトン交換
領域１２ｂおよび溝部１３ａを形成する。
【００３７】次いで、図５（ｄ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１１の上のマスクＭ１１を除去し、マス
クＭ１１の半分の周期を有する周期的なマスクＭ１２の
パタンを形成する。そして、図５（ｅ）に示すように、
ニオブ酸リチウム基板１１を安息香酸等に浸漬すること
により、マスクＭ１２の形成されていない部分に深さｈ
3 ／２のプロトン交換を行い、周期的なプロトン交換領
域１２ｃを形成する。次いで、図５（ｆ）に示すよう
に、ニオブ酸リチウム基板１１をフッ酸等に浸漬するこ
とにより、マスクＭ１２の形成されていないプロトン交
換領域１２ｃに深さｈ4 ／２のエッチングを行い、４段
階の深さの階段状断面を有する周期的なプロトン交換領
域１２および溝部１３を形成する。
酸リチウム基板１１の上のマスクＭ１１を除去し、マス
クＭ１１の半分の周期を有する周期的なマスクＭ１２の
パタンを形成する。そして、図５（ｅ）に示すように、
ニオブ酸リチウム基板１１を安息香酸等に浸漬すること
により、マスクＭ１２の形成されていない部分に深さｈ
3 ／２のプロトン交換を行い、周期的なプロトン交換領
域１２ｃを形成する。次いで、図５（ｆ）に示すよう
に、ニオブ酸リチウム基板１１をフッ酸等に浸漬するこ
とにより、マスクＭ１２の形成されていないプロトン交
換領域１２ｃに深さｈ4 ／２のエッチングを行い、４段
階の深さの階段状断面を有する周期的なプロトン交換領
域１２および溝部１３を形成する。
【００３８】次いで、図５（ｇ）に示すように、ニオブ
酸リチウム基板１１の上のマスクＭ１２を除去する。以
上で偏光ビームスプリッタが完成する。しかる上で、図
５（ｈ）に示すように、必要があれば、ニオブ酸リチウ
ム基板１の表面側に反射防止膜１５、裏面側に反射防止
膜１４をスパッタリング等によりそれぞれ成膜する。
酸リチウム基板１１の上のマスクＭ１２を除去する。以
上で偏光ビームスプリッタが完成する。しかる上で、図
５（ｈ）に示すように、必要があれば、ニオブ酸リチウ
ム基板１の表面側に反射防止膜１５、裏面側に反射防止
膜１４をスパッタリング等によりそれぞれ成膜する。
【００３９】図６に、本発明の偏光ビームスプリッタの
変形実施形態を示す。図１に示した実施形態において
は、回折格子の方向が光学軸４と平行であるが、図６
（ａ）においては回折格子の方向は光学軸４と垂直であ
り、図６（ｂ）においては回折格子の方向は光学軸４に
対して斜めであり、図６（ｃ）においては回折格子のパ
タンは曲線状である。さらに、回折格子のパタンは同心
円状等の他の形状でも良く、複数の異なる形状の組合わ
せでも良い。なお、この図６（ａ）〜（ｃ）の実施形態
においては、断面形状が図２（ａ）に示す実施形態と同
じであるが、図２（ｂ）に示す実施形態と同じでも構わ
ない。
変形実施形態を示す。図１に示した実施形態において
は、回折格子の方向が光学軸４と平行であるが、図６
（ａ）においては回折格子の方向は光学軸４と垂直であ
り、図６（ｂ）においては回折格子の方向は光学軸４に
対して斜めであり、図６（ｃ）においては回折格子のパ
タンは曲線状である。さらに、回折格子のパタンは同心
円状等の他の形状でも良く、複数の異なる形状の組合わ
せでも良い。なお、この図６（ａ）〜（ｃ）の実施形態
においては、断面形状が図２（ａ）に示す実施形態と同
じであるが、図２（ｂ）に示す実施形態と同じでも構わ
ない。
【００４０】また、図２（ａ）においては、プロトン交
換領域の深さおよび位相補償膜の厚さは４段階である
が、これはｎを２以上の整数とする時、２n であれば何
段階でも構わない。４段階の場合は、隣接する各段階の
部分を透過する光の位相差を、常光に対しては０、異常
光に対してはπ／２としたが、２n 段階の場合は、常光
に対しては０、異常光に対しては２π／２n とすればよ
い。４段階の場合は、異常光の＋１次回折効率は０．８
１であるが、例えば８段階の場合は、０．９５とさらに
高まる。この時の製造方法としては、図４の（ｄ），
（ｅ）の工程の間に、さらに（ｃ）〜（ｇ）の工程を入
れれば良い。ただし、この場合マスクの周期は半分にす
ることが必要となる。
換領域の深さおよび位相補償膜の厚さは４段階である
が、これはｎを２以上の整数とする時、２n であれば何
段階でも構わない。４段階の場合は、隣接する各段階の
部分を透過する光の位相差を、常光に対しては０、異常
光に対してはπ／２としたが、２n 段階の場合は、常光
に対しては０、異常光に対しては２π／２n とすればよ
い。４段階の場合は、異常光の＋１次回折効率は０．８
１であるが、例えば８段階の場合は、０．９５とさらに
高まる。この時の製造方法としては、図４の（ｄ），
（ｅ）の工程の間に、さらに（ｃ）〜（ｇ）の工程を入
れれば良い。ただし、この場合マスクの周期は半分にす
ることが必要となる。
【００４１】同様に、図２（ｂ）においては、プロトン
交換領域および溝部の深さは４段階であるが、これはｎ
を２以上の整数とする時、２n であれば何段階でも構わ
ない。４段階の場合は、隣接する各段階の部分を透過す
る光の位相差を、常光に対してはπ／２、異常光に対し
ては０としたが、２n 段階の場合は、常光に対しては２
π／２n 、異常光に対しては０とすれば良い。４段階の
場合は常光の＋１次回折効率は０．８１であるが、例え
ば８段階の場合は０．９５とさらに高まる。この時の製
造方法としては、図５（ｆ）の工程の後にさらに（ｄ）
〜（ｆ）の工程を入れれば良い。この場合にも、マスク
の周期は半分にすることが必要である。
交換領域および溝部の深さは４段階であるが、これはｎ
を２以上の整数とする時、２n であれば何段階でも構わ
ない。４段階の場合は、隣接する各段階の部分を透過す
る光の位相差を、常光に対してはπ／２、異常光に対し
ては０としたが、２n 段階の場合は、常光に対しては２
π／２n 、異常光に対しては０とすれば良い。４段階の
場合は常光の＋１次回折効率は０．８１であるが、例え
ば８段階の場合は０．９５とさらに高まる。この時の製
造方法としては、図５（ｆ）の工程の後にさらに（ｄ）
〜（ｆ）の工程を入れれば良い。この場合にも、マスク
の周期は半分にすることが必要である。
【００４２】なお、前記した各実施形態においては、常
光および異常光の一方は完全に透過し、他方は完全に回
折されるように構成している。しかし、本発明の偏光ビ
ームスプリッタはこれらに限定されるものではなく、常
光、異常光に対する透過率、±１次回折効率が異なるも
のであれば全て同様に本発明を適用することが可能であ
る。
光および異常光の一方は完全に透過し、他方は完全に回
折されるように構成している。しかし、本発明の偏光ビ
ームスプリッタはこれらに限定されるものではなく、常
光、異常光に対する透過率、±１次回折効率が異なるも
のであれば全て同様に本発明を適用することが可能であ
る。
【００４３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の偏光ビーム
スプリッタにおいては、面内に光学軸を有するニオブ酸
リチウムまたはタンタル酸リチウム基板の表面に、２n
段階（ｎは２以上の整数）の深さの階段状断面を有する
プロトン交換領域が周期的に形成されており、プロトン
交換領域の上に２n 段階の厚さの階段状断面を有する位
相補償膜または２n 段階の深さの階段状断面を有する溝
部が周期的に形成されている。このため、偏光ビームス
プリッタで回折される偏光成分の＋１次および−１次回
折効率の一方が他方より高くなり、したがって＋１次お
よび−１次回折光の片方のみを利用した場合でも高い効
率が得られる偏光ビームスプリッタを実現できる。
スプリッタにおいては、面内に光学軸を有するニオブ酸
リチウムまたはタンタル酸リチウム基板の表面に、２n
段階（ｎは２以上の整数）の深さの階段状断面を有する
プロトン交換領域が周期的に形成されており、プロトン
交換領域の上に２n 段階の厚さの階段状断面を有する位
相補償膜または２n 段階の深さの階段状断面を有する溝
部が周期的に形成されている。このため、偏光ビームス
プリッタで回折される偏光成分の＋１次および−１次回
折効率の一方が他方より高くなり、したがって＋１次お
よび−１次回折光の片方のみを利用した場合でも高い効
率が得られる偏光ビームスプリッタを実現できる。
【００４４】また、本発明によれば、以下の理由により
製造が容易な偏光ビームスプリッタを実現できる。第一
に、位相補償膜の材質は任意に選ぶことができる。第二
に、プロトン交換領域の深さ、位相補償膜の厚さ、溝部
の深さはいずれも数μｍ以下と小さい。第三に、フォト
リソグラフィのプロセスで製造できるため、任意の回折
格子のパターンへの対応が可能である。
製造が容易な偏光ビームスプリッタを実現できる。第一
に、位相補償膜の材質は任意に選ぶことができる。第二
に、プロトン交換領域の深さ、位相補償膜の厚さ、溝部
の深さはいずれも数μｍ以下と小さい。第三に、フォト
リソグラフィのプロセスで製造できるため、任意の回折
格子のパターンへの対応が可能である。
【図１】本発明の第１の実施形態の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態と第２の実施形態の断
面図である。
面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態と第４の実施形態の断
面図である。
面図である。
【図４】第１の実施形態と第３の実施形態の製造方法を
工程順に示す断面図である。
工程順に示す断面図である。
【図５】第２の実施形態と第４の実施形態の製造方法を
工程順に示す断面図である。
工程順に示す断面図である。
【図６】本発明の変形例を説明するための斜視図であ
る。
る。
【図７】従来の偏光ビームスプリッタの一例の斜視図で
ある。
ある。
【図８】図７の断面図と、異なる従来例の断面図であ
る。
る。
【図９】従来の改良された偏光ビームスプリッタの断面
図である。
図である。
１ ニオブ酸リチウム基板 ２ プロトン交換領域 ３ 位相補償膜 ４ 光学軸 ５ 入射光 ６ 透過光 ７ ＋１次回折光 ９，１０ 反射防止膜 １１ ニオブ酸リチウム基板 １２ プロトン交換領域 １３ 溝部 １４，１５ 反射防止膜 Ｍ１〜Ｍ１２ マスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−262602（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314502（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−109111（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−27322（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−36374（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−274927（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−234317（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−50642（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−102138（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/18 G02B 5/30
Claims (8)
- 【請求項１】 面内に光学軸を有するニオブ酸リチウム
またはタンタル酸リチウム基板と、この基板の表面に周
期的に形成されたプロトン交換領域と、該プロトン交換
領域の上に周期的に形成された位相補償膜から構成され
る偏光ビームスプリッタにおいて、前記プロトン交換領
域は２n 段階（ｎは２以上の整数、以下同じ）の深さの
階段状断面を有し、前記位相補償膜は前記プロトン交換
領域の深さに対応する２n 段階の厚さの階段状断面を有
することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項２】 前記位相補償膜の材質がＮｂ2 Ｏ5 ，Ｔ
ａ2 Ｏ5 またはＴｉＯ2 であることを特徴とする請求項
１記載の偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項３】 前記プロトン交換領域の深さおよび前記
位相補償膜の厚さは、隣接する各段階の部分を透過する
光の位相差が、常光に対しては０、異常光に対しては２
π／２n となるように設定されていることを特徴とする
請求項１記載の偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項４】 面内に光学軸を有するニオブ酸リチウム
またはタンタル酸リチウム基板と、該基板の表面に周期
的に形成されたプロトン交換領域と、該プロトン交換領
域の上に周期的に形成された溝部から構成される偏光ビ
ームスプリッタにおいて、前記プロトン交換領域および
前記溝部は２n 段階の深さの階段状断面を有することを
特徴とする偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項５】 前記プロトン交換領域および前記溝部の
深さは、隣接する各段階の部分を透過する光の位相差
が、常光に対しては２π／２n 、異常光に対しては０と
なるように設定されていることを特徴とする請求項４記
載の偏光ビームスプリッタ。 - 【請求項６】 前記基板の両面に反射防止膜が形成され
ていることを特徴とする請求項１または４記載の偏光ビ
ームスプリッタ。 - 【請求項７】 面内に光学軸を有するニオブ酸リチウム
またはタンタル酸リチウム基板の表面に周期的にｈａの
深さの第１のプロトン交換領域を形成する工程と、その
後第ｎ−１のプロトン交換領域の一部にｈａ／２n-1 の
深さの第ｎのプロトン交換領域に達するまで順次繰り返
し形成する工程と、前記第１のプロトン交換領域上にｈ
ｂの厚さの第１の位相補償膜を形成する工程と、その後
第ｎ−１の位相補償膜の一部にｈｂ／２n-1 の厚さの第
ｎの位相補償膜を繰り返し形成する工程を含むことを特
徴とする偏光ビームスプリッタの製造方法。 - 【請求項８】 面内に光学軸を有するニオブ酸リチウム
またはタンタル酸リチウム基板の表面に周期的に深さｈ
ａの第１のプロトン交換領域を形成する工程と、この第
１のプロトン交換領域を表面からｈｃの深さだけエッチ
ングして溝部を形成する工程と、その後第ｎのプロトン
交換領域の一部をマスクし、他の部分にｈａ／２n-1 の
深さの第ｎのプロトン交換領域を形成し、かつその表面
をｈｃ／２n-1 の深さだけエッチングして第ｎの溝部を
形成するまでの工程を繰り返し行うことを特徴とする偏
光ビームスプリッタの製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8236954A JP2850878B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 偏光ビームスプリッタおよびその製造方法 |
| US08/923,986 US6046851A (en) | 1996-09-06 | 1997-09-05 | Polarization beam splitter and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8236954A JP2850878B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 偏光ビームスプリッタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082911A JPH1082911A (ja) | 1998-03-31 |
| JP2850878B2 true JP2850878B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=17008229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8236954A Expired - Lifetime JP2850878B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 偏光ビームスプリッタおよびその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6046851A (ja) |
| JP (1) | JP2850878B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3832243B2 (ja) * | 1998-03-27 | 2006-10-11 | 株式会社日立製作所 | 偏光性回折格子およびそれを用いた光磁気ヘッド |
| US7432320B2 (en) | 1998-08-28 | 2008-10-07 | Kaneka Corporation | Processing aid for vinyl chloride resin and vinyl chloride resin composition |
| JP3662751B2 (ja) * | 1998-11-18 | 2005-06-22 | 日本電気株式会社 | 光ヘッド装置 |
| JP2001343512A (ja) * | 2000-05-31 | 2001-12-14 | Canon Inc | 回折光学素子及びそれを有する光学系 |
| US7352428B2 (en) * | 2003-02-21 | 2008-04-01 | Xtellus Inc. | Liquid crystal cell platform |
| JP2006518880A (ja) * | 2003-02-21 | 2006-08-17 | エクステラス インコーポレイテッド | 液晶可変光学減衰器 |
| US20060007386A1 (en) * | 2003-02-21 | 2006-01-12 | Extellus Usa | Flat top tunable filter with integrated detector |
| US20110043742A1 (en) * | 2003-02-21 | 2011-02-24 | Cavanaugh Shanti A | Contamination prevention in liquid crystal cells |
| US6943941B2 (en) * | 2003-02-27 | 2005-09-13 | Asml Netherlands B.V. | Stationary and dynamic radial transverse electric polarizer for high numerical aperture systems |
| JP2006126338A (ja) * | 2004-10-27 | 2006-05-18 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 偏光子およびその製造方法 |
| KR20080075753A (ko) * | 2007-02-13 | 2008-08-19 | 삼성전자주식회사 | 와이어 그리드 편광자 및 그 제조 방법 |
| TW200928462A (en) * | 2007-12-28 | 2009-07-01 | Ind Tech Res Inst | Wire grid polarizer and method of fabrication |
| US8913321B2 (en) * | 2010-09-21 | 2014-12-16 | Moxtek, Inc. | Fine pitch grid polarizer |
| US9354374B2 (en) | 2013-10-24 | 2016-05-31 | Moxtek, Inc. | Polarizer with wire pair over rib |
| CN115236776B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-07-21 | 中国科学院物理研究所 | 具有亚波长结构的超宽带吸波器及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63314502A (ja) * | 1986-12-16 | 1988-12-22 | Nec Corp | 複屈折回折格子型光偏光板 |
| JP2703930B2 (ja) * | 1988-06-29 | 1998-01-26 | 日本電気株式会社 | 複屈折回折格子型偏光子 |
| US5367403A (en) * | 1992-04-08 | 1994-11-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical element and method of fabricating the same |
| JP2882234B2 (ja) * | 1992-04-08 | 1999-04-12 | 松下電器産業株式会社 | 偏光分離素子の製造方法および光情報処理装置 |
| JPH06274927A (ja) * | 1993-03-24 | 1994-09-30 | Seiko Epson Corp | 光学素子及び光ヘッド及び光磁気記憶装置 |
| US5537252A (en) * | 1993-12-23 | 1996-07-16 | Xerox Corporation | Double blazed binary diffraction optical element beam splitter |
| CN1134677C (zh) * | 1994-04-14 | 2004-01-14 | 株式会社三协精机制作所 | 偏振光束分束器及使用偏振光束分束器的光探头 |
| US5600486A (en) * | 1995-01-30 | 1997-02-04 | Lockheed Missiles And Space Company, Inc. | Color separation microlens |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP8236954A patent/JP2850878B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-09-05 US US08/923,986 patent/US6046851A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1082911A (ja) | 1998-03-31 |
| US6046851A (en) | 2000-04-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2850878B2 (ja) | 偏光ビームスプリッタおよびその製造方法 | |
| JP2703930B2 (ja) | 複屈折回折格子型偏光子 | |
| EP0349309B1 (en) | Birefringence diffraction grating type polarizer | |
| EP1645903A1 (en) | Wire grid polarizer and fabrication method thereof | |
| EP0610727B1 (en) | Optical waveguide for second harmonic generation | |
| JPH0799402B2 (ja) | 波長板 | |
| JP2803181B2 (ja) | 複屈折回折格子型偏光子 | |
| JPH0616121B2 (ja) | フレネルレンズおよびその製造方法 | |
| JP2503538B2 (ja) | 回折格子型偏光板の製造方法 | |
| JPH05107412A (ja) | 複屈折構造 | |
| JP2882234B2 (ja) | 偏光分離素子の製造方法および光情報処理装置 | |
| JPH075316A (ja) | 回折格子型偏光子とその製造方法 | |
| JPH02205802A (ja) | 偏光素子 | |
| JP4164895B2 (ja) | 偏光性回折格子の作成方法 | |
| JPH028802A (ja) | 偏光素子 | |
| JP3686537B2 (ja) | 偏光分離素子及びその偏光分離素子の作成方法 | |
| JPH11311709A (ja) | 偏光性回折格子の作成方法 | |
| JPH0225803A (ja) | 偏光ビームスプリツタ | |
| JPH06194523A (ja) | ホログラム素子及びその製造方法 | |
| JP2001066428A (ja) | 偏光分離素子 | |
| JPH11352326A (ja) | 複屈折回折格子型偏光子及びその製造方法 | |
| JP2000180627A (ja) | 偏光分離素子 | |
| WO1989005473A1 (en) | Method of producing a second harmonic generating element | |
| JPS62262004A (ja) | 回折格子の製造方法 | |
| JP2674318B2 (ja) | ホログラムの製造方法 |