JP2882234B2 - 偏光分離素子の製造方法および光情報処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光情報処理、光通信等に
用いる偏光分離素子の製造方法、および光情報処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光情報処理、光通信等に用いる偏光分離
素子としては特開昭６３−３１４５０２号公報などがあ
る。従来の偏光分離素子の構造を図６に示す。

【０００３】２０はｘ面のニオブ酸リチウム基板、２１
はニオブ酸リチウム基板２０表面に周期的に形成された
プロトン交換層、２３はプロトン交換層２１の表面に形
成された誘電体膜である。

【０００４】プロトン交換層２１はニオブ酸リチウム基
板２０の屈折率に比べ常光（結晶のｙ軸方向に電界ベク
トルを持つ光）の屈折率ｎoは０．０４減少し異常光
（結晶のｚ軸方向に電界ベクトルを持つ光）の屈折率ｎ
eは０．１４１増加する。

【０００５】まずこの偏光分離素子に異常光が入射した
場合を考える。偏光分離素子に入射する異常光で誘電体
２３およびプロトン交換層２１を通過する光はニオブ酸
リチウム基板２０のみを通過する光に比べ位相が遅れ
る。これは誘電体２３と空気の屈折率の違いと、プロト
ン交換層２１とニオブ酸リチウム基板２０の屈折率の違
いによるものである。このようにして生じた位相の違い
により異常光は回折が生じる。

【０００６】一方、偏光分離素子に常光が入射した場
合、この光が回折しないためには上記の様な位相差をな
くす必要がある。プロトン交換層２１の常光の屈折率
は、ニオブ酸リチウム基板２０の常光の屈折率に比べ
０．０４減少する。このために誘電体２３を導入し、誘
電体２３と空気の屈折率の違いと、プロトン交換層２１
とニオブ酸リチウム基板２０の屈折率の違いが光の位相
変化を相殺し合い、入射した常光を回折しない様にして
いる。

【０００７】この偏光分離素子に常光および異常光の両
方の成分を持つ光を入射させると、異常光を回折し常光
を回折せず偏光分離が可能となる。

【０００８】なお、この偏光分離素子において、誘電体
２３をニオブ酸リチウム基板２０の屈折率に近い値のも
のを用いることにより、ＳｉＯ₂等による反射防止膜も
作製可能である（特開昭６３−３１４５０２号公報）。

【０００９】次に、従来の偏光分離素子の製造方法につ
いて説明する。図７にその製造方法を示す。まず、ニオ
ブ酸リチウム基板２０の表面にアルミ３０を蒸着する
（図７（ａ））。次に、アルミ３０の表面にフォトリソ
グラフィによりレジスト３１のパターンを形成し（図７
（ｂ））、このレジスト３１をマスクとしてドライエッ
チングによりアルミ３０をパターンニングし（図７
（ｃ））、このパターンニングしたアルミ３０をマスク
として安息香酸中で熱処理を行うことによりプロトン交
換層２１を形成する（図７（ｄ））。さらに、アルミ３
０を硫酸水等の酸により除去し（図７（ｅ））、表面へ
誘電体２３を蒸着する（図７（ｆ））。誘電体２３の表
面にフォトリソグラフィによりレジスト３２のパターン
を形成し（図７（ｇ））、このレジスト３２をマスクと
してドライエッチングによりプロトン交換層２１表面に
誘電体２３をパターンニングする（図７（ｈ））。以上
のようにして従来の偏光分離素子を作製できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の偏
光分離素子は誘電体２３を作製するために、(1)誘電体
膜の蒸着、(2)フォトリソグラフィによるレジストのパ
ターン形成、(3)誘電体膜のドライエッチングの工程が
必要であった。

【００１１】フォトリソグラフィ工程は、プロトン交換
層２１の上に高精度な位置合わせを行いパターンを形成
する工程が必要である。しかしながらこの場合基板が透
明であるからアライメントキーの識別が難しく、この作
業には多大な時間を必要とした。また、マスク合わせに
おいて発生するマスクずれは、偏光分離素子の偏光分離
の消光比の劣化を引き起こし、素子の歩留り低下の大き
な原因であった。

【００１２】さらにこの作製方法においては、その他の
工程でも高価な装置を長時間使用する必要があり、この
点からも生産性が良くなく、コスト高で問題である。ま
た、誘電体２３を結晶上に蒸着する構成のため、環境の
変化により誘電体２３が剥離する等の問題もあり信頼性
の点でも問題があった。

【００１３】また、従来の偏光分離素子を用いた光情報
処理装置では、偏光分離素子の消光比の劣化に起因し、
信号強度が低いという課題があった。

【００１４】そこで本発明は、マスク合わせのいらない
簡単な作製工程で作製可能な信頼性が高く生産性が良
く、かつ消光比の良好な偏光分離素子を実現することを
目的とする。

【００１５】さらに、上述の製法により製造した偏光分
離素子を用いることにより、信号強度を向上した光情報
処理装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の偏光分離素子の
製造方法は、ＬｉＮｂ _x Ｔａ _1-x Ｏ ₃ （０≦ｘ≦１）結晶
のＸ面もしくはＹ面の何れかに周期的なプロトン交換領
域を形成するためのプロトン交換マスクを形成し、前記
周期的なプロトン交換領域をプロトン交換により形成
し、プロトン交換領域と前記結晶とのエッチング速度の
差でエッチングし溝を形成する工程を含むことをことを
特徴とする。

【００１７】また、本発明の光情報処理装置は、入射す
る光を一定の効率で回折光と非回折光に偏光分離する請
求項１記載の方法で作製した偏光分離素子と、前記回折
光を検出する第１の受光素子と、前記第１の受光素子に
より検出した信号を増幅する第１の増幅器と、前記非回
折光を検出する第２の受光素子と、前記第２の受光素子
により検出した信号を増幅する第２の増幅器を有し、前
記第１の増幅器からの信号と前記第２の増幅器からの信
号を差動検出する光情報処理装置において、前記第１の
増幅器の増幅率と前記第２の増幅器の増幅率の比が、前
記偏光分離素子の非回折光の効率と前記偏光分離素子の
回折光の効率の比に等しいことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の偏光分離素子作製方法によれば、従来
の偏光分離素子の作製工程で必要であった、(1)誘電体
膜の蒸着、(2)フォトリソグラフィによるレジストのパ
ターン形成、(3)誘電体膜のドライエッチングの工程
を、１回のエッチングに置き換えることができる。

【００１９】本発明はプロトン交換層２１のエッチング
速度が特定の薬品を用いた場合、ニオブ酸リチウム基板
２０のエッチング速度に比べて早いことに注目してなさ
れたものであり、さらに本発明を用いることにより、エ
ッチングマスク無しに選択エッチングで溝２４を形成す
ることが可能である。

【００２０】また、従来の偏光分離素子の作製で必要で
あったプロトン交換マスクの除去の工程も、このエッチ
ングにより同時に行うことができ、さらに工程の簡略化
ができる。

【００２１】これらの工程の簡略化により、高価な装置
を長時間使用する必要もなくなり、大幅な生産性の向上
を実現でき、生産コストの低減も可能となる。

【００２２】さらに、本作製方法はプロトン交換層のみ
を選択的にエッチングするため、従来問題であったマス
ク合わせずれによる偏光分離素子の消光比の劣化も全く
無く、大幅な特性向上と歩留り向上も実現できる。

【００２３】以上のように本発明によれば、高信頼性で
生産性の良い高性能の偏光分離素子が実現でき、従来に
比べ歩留りも大幅に改善できる。

【００２４】なお、本発明の製造方法で作製した偏光分
離素子は、プロトン交換層と溝を透過する光の位相が、
Ｌｉ_xＴａ_1-xＮｂＯ₃（０≦x≦１）結晶のプロトン交換
がなされていない領域を透過する光の位相から常光では
（２ｎ＋１）π［ｎは任意の整数］、異常光では２ｍπ
［ｍは任意の整数］ずれており、異常光の位相差が相殺
されており常光のみが回折され、異常光は回折されない
素子、またはプロトン交換層と溝を透過する光の位相
が、Ｌｉ_xＴａ_1-xＮｂＯ₃（０≦x≦１）結晶のプロトン
交換がなされていない領域を透過する光の位相から常光
では２ｍπ［ｍは任意の整数］、異常光では（２ｎ＋
１）π［ｎは任意の整数］ずれており常光の位相差が相
殺されており異常光のみが回折され、異常光は回折され
ない素子の何れにも対応でき得る。

【００２５】上述の偏光分離素子は何れも、従来の偏光
分離素子の比べて非常に簡単な構成になっている。すな
わち、従来の偏光分離素子では必要不可欠の誘電体２３
を無くし、プロトン交換層２１の上部に形成した溝２４
を配置しているものである。このように構成が簡単なた
め、信頼性が高い素子を実現できる。

【００２６】また、上述の製法により作製した偏光分離
素子を光情報処理装置に適用することにより、偏光分離
素子の回折光による信号強度と、非回折光による信号強
度との比を等しくすることができるため、各信号に重み
付けし差動検出することができ、高次の回折ロスに起因
する偏光方向に対する違いを是正する目的で偏光分離素
子の結晶軸をずらし、入射する光の回折光方向の割合を
増加させる形態であっても、信号強度を等しくすること
ができ、良好な差動検出が可能な装置が実現できる。

【００２７】

【実施例】まず、本発明の製造方法で作製した２種類の
態様の偏光分離素子について説明する。

【００２８】図１は、上述の偏光分離素子の第１の態様
の偏光異方性ホログラム素子の構造断面図である。２０
はｘ面のニオブ酸リチウム基板、２１はニオブ酸リチウ
ム基板２０表面に周期的に形成された深さｄpのプロト
ン交換層であり、ニオブ酸リチウム基板２０の表面はプ
ロトン交換層２１の領域のみをエッチングされ深さｄa
の溝２４が形成されている。

【００２９】基板の屈折率とプロトン交換層の屈折率を
図２に示す。屈折率は基板の作製条件、プロトン交換条
件により若干ことなるがその代表的な値を示しておく。
ｎoはニオブ酸リチウム基板２０の常光の屈折率、ｎeは
ニオブ酸リチウム基板２０の異常光の屈折率、ｎopはプ
ロトン交換層２１の常光の屈折率、ｎepはプロトン交換
層２１の異常光の屈折率である。Δｎo，Δｎeは、常光
および異常光のプロトン交換層２１とニオブ酸リチウム
基板２０との差であり次式で与えられる。

【００３０】 Δｎo＝ｎop−ｎo （式１） Δｎe＝ｎep−ｎe （式２） プロトン交換層２１の屈折率は、ニオブ酸リチウム基板
２０の屈折率と比較して異常光の屈折率ｎeが０．１４
５増加し、逆に常光の屈折率ｎoは０．０４減少する。
本発明で作製した偏光分離素子は、従来の偏光分離素子
同様、この常光と異常光との屈折率変化の違いを利用す
るものであり、プロトン交換層２１の表面に形成された
溝２４により、異常光の屈折率変化を相殺することを特
徴としている。

【００３１】以下その動作について説明する。まず、こ
の偏光分離素子に常光（結晶のｘ軸方向に電界ベクトル
を持つ光）が入射した場合を考える。プロトン交換層２
１を通過しない、つまりニオブ酸リチウム基板２０のみ
を通過する光の位相を基準とすると、プロトン交換層２
１および溝２４の屈折率はニオブ酸リチウム基板２０の
屈折率より小さいため、この領域を通過する光は位相の
進みが生じる。位相の変化量Δφoは位相の進みを負、
遅れを正で表すと次式で与えられる。

【００３２】 Δφo＝（２π／λ）（Δｎo・ｄp＋Δｎoa・ｄa） （式３） ここでλは入射光の波長、またΔｎoaは基板の常光屈折
率ｎoと空気の屈折率１との差で、次式で与えられる。

【００３３】 Δｎoa＝１−ｎo （式４） 一方、偏光分離素子に異常光（結晶のｚ軸方向に電界ベ
クトルを持つ光）が入射した場合を考え、プロトン交換
層２１を通過しない、つまりニオブ酸リチウム基板２０
のみを通過する光を基準として光の位相を考える。溝２
４の屈折率はニオブ酸リチウム基板２０の屈折率より小
さいため、この領域を通過する光は位相の進みが生じ
る。これに対しプロトン交換層２１の屈折率はニオブ酸
リチウム基板２０の屈折率より大きいため、この領域を
通過する光は位相の遅れが生じ溝２４による位相の進み
を打ち消す方向に作用する。位相の変化量Δφeは位相
の進みを負、遅れを正で表すと次式で与えられる。

【００３４】 Δφe＝（２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄa） （式５） ここでλは入射光の波長、またΔｎeaは基板の異常光屈
折率ｎｅと空気の屈折率１との差で、次式で与えられ
る。

【００３５】 Δｎea＝１−ｎe （式６） 本発明の製法で作製した第１の態様の偏光分離素子は、
常光を回折し、異常光を回折しない機能を有するもの
で、以下の様にしてこれを実現できる。つまり（式３）
で与えられる異常光の位相差Δφeを２πの整数倍と
し、常光のみ位相差Δφoを２πの整数倍としない様に
プロトン交換層２１の深さｄpと溝２４の深さｄaを適当
に選択するものである。特にΔφoがπの奇数倍場合そ
の消光比は最大となる。この条件を式で表すと、 （２π／λ）（Δｎo・ｄp＋Δｎoa・ｄa）＝−（２ｎ＋１）π （式７） （２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄa）＝２ｍπ （式８） となる。ここでｎ，ｍは任意の整数である。

【００３６】特にｎ＝０，ｍ＝０の場合、上式より ｄa＝（λ／２）｛Δｎe／（ΔｎoΔｎea−ΔｎeΔｎoa）｝ （式９） ｄp＝（λ／２）｛Δｎea／（ΔｎeΔｎoa−ΔｎoΔｎea）｝ （式１０） 波長０．７８μｍの光の偏光分離素子を実現するには、
（式９）および（式１０）より溝２４の深さｄaを０．
２５μｍとし、プロトン交換層２１の深さｄpを２．０
０μｍとすれば良い。実際はプロトン交換層の屈折率は
作製条件等により異なり、また深さ方向に若干の分布を
持つため、これに応じて深さ溝２４の深さｄa、プロト
ン交換層２１の深さｄpを若干調整する必要がある。

【００３７】図３に後述の実施例１の方法により製作し
た素子の特性を示す。素子の作製パラメータは実験的に
求め決定した。プロトン交換深さは２.３８μｍとし、
溝を弗酸により順次選択エッチングしながら回折効率、
透過率を測定した。入射波長は７８０ｎｍで、(ａ)は常
光、(ｂ)は異常光の測定結果である。溝深さの増加に伴
い、常光は位相差が増大し回折効率η_o1は増加、透過率
η_o0は減少している。一方、異常光は溝によりプロトン
交換領域の屈折率増加が相殺され、回折効率η_e1が減
少、透過率が増加している。異常光の透過率η_e0は、エ
ッチング深さ０.１３μｍで最大となり、この時の消光
比は透過光が２４dB、回折光が１７dBと良好な特性が得
られた。

【００３８】以上のように本発明の製法で作製した第１
の態様の偏光分離素子は、偏光分離機能を従来の偏光分
離素子に比べ誘電体２３の無い簡単な構成で、信頼性の
高い偏光分離素子を実現できる。また、この構成は、後
述の実施例１の作製方法（従来の偏光分離素子の作製工
程で必要であった、(1)誘電体膜の蒸着、(2)フォトリソ
グラフィによるレジストのパターン形成、(3)誘電体膜
のドライエッチング、(4)プロトン交換マスクの除去の
工程を１回のエッチングで置き換える作製方法）が適用
できる構成で、従来に無い生産性のすぐれた低価格な偏
光分離素子である。

【００３９】さらに、上述の偏光分離素子は、プロトン
交換層のみを選択的にエッチングし作製可能なため、従
来問題であったマスク合わせずれによる消光比の劣化も
全く無い高性能な偏光分離素子であり、歩留りも良い。

【００４０】以上のように本発明の製法で作製した第１
の態様の偏光分離素子によれば、信頼性が高く、生産性
の良い高性能の偏光分離素子を実現でき、歩留りも大幅
に改善できる。

【００４１】なお、格子の方向は任意で、図８に示す様
にｚ軸方向に水平な方向、図９に示す様にｙ軸方向に水
平な方向でも良く、また図１０の様なｙ軸，ｚ軸に斜め
方向でも良い。

【００４２】さらに、格子パターンは直線に限られず任
意で、図１１の様な曲線を用い回折光に対してレンズ作
用のような波面操作をすることも可能である。また、こ
れらのパターンを複数配置することも可能である。

【００４３】また、基板としてｘ面のニオブ酸リチウム
を用いた例を述べたがこの限りではなく、ｙ面のニオブ
酸リチウムでも同等の効果が得られる。また、ニオブ酸
リチウムの代わりに、リチウムタンタレートを用いても
同等の効果が得られ、ニオブ酸リチウムとリチウムタン
タレートの混晶も用いることもできる。また、本偏光分
離素子は従来の偏光分離素子同様、誘電体による無反射
コート可能である。

【００４４】（実施例１） 次に、上述の第１の態様の偏光分離素子の製造方法であ
る第１の実施例について図４を用いて説明する。

【００４５】まず、ｘ面のニオブ酸リチウム基板２０の
表面にタンタル３３を蒸着する（図４（ａ））。次に、
タンタル３３の表面にフォトリソグラフィによりレジス
ト３１のパターンを形成し（図４（ｂ））、このレジス
ト３１をマスクとしてエッチングによりタンタル３３を
パターンニングし（図４（ｃ））、このパターンニング
したタンタル３３をマスクとして２３０℃のピロ燐酸中
で約１１０分熱処理を行うことによりプロトン交換層２
１を形成する。（図４（ｄ））。なお、この時基板表面
はピロリン酸により若干エッチングされわずかな溝が形
成されるが、後述の選択エッチング量をこれに合わせ調
整すれば問題は無い。

【００４６】次に、これをフッ酸を含むエッチング液に
よりエッチングする。このときタンタル３３はエッチン
グにより除去される。

【００４７】このエッチング液はプロトン交換層２１を
エッチングし、ニオブ酸リチウム基板２０をエッチング
しない性質を持つことが知られている（特開昭６３−１
５８５０６号公報）。

【００４８】これを利用し、プロトン交換層２１のみを
一部選択エッチングし、従来必要だったエッチングマス
ク無しに溝２４を形成することができる。溝の深さは時
間制御等によりプロトン交換層２１のエッチング量を調
整し溝２４を形成する。エッチング液にフッ酸４５％・
水５５％（重量比）を用いると、約７分の時間によりこ
れを形成できる。エッチング液としては他に、フッ酸と
フッ化アンモニウムの混合液、フッ酸と硝酸の混合液等
フッ素系のエッチング液であれば良い。また、フッ素系
のガスによるエッチングによっても同じ様な選択エッチ
ングが可能である。

【００４９】なお、ここではフッ素系のエッチング液お
よびフッ素系のエッチングガスによるエッチングについ
て述べたがこの限りではなく、プロトン交換層２１をニ
オブ酸リチウム基板２０に対して選択エッチングが可能
で、かつプロトン交換のマスクをエッチング可能なエッ
チング方法ならばこの限りではない。

【００５０】第１の実施例の偏光分離素子作製方法によ
れば、従来の偏光分離素子の作製工程で必要であった、
(1)誘電体膜の蒸着、(2)フォトリソグラフィによるレジ
ストのパターン形成、(3)誘電体膜のドライエッチング
の工程を１回のエッチングに置き換えることができる。

【００５１】また、従来の偏光分離素子の作製で必要で
あったプロトン交換マスクの除去の工程もこのエッチン
グにより同時に行うことができ、さらに工程の簡略化が
できる。

【００５２】これらの工程の簡略化により、高価な装置
を長時間使用する必要もなくなり、大幅な生産性の向上
を実現でき、生産コストの低減も可能となる。

【００５３】さらに、本作製方法は、プロトン交換層の
みを選択的にエッチングするため、従来問題であったマ
スク合わせずれによる偏光分離素子の消光比の劣化も全
く無く、大幅な特性向上と歩留り向上も実現できる。

【００５４】以上のように本発明によれば、高性能の偏
光分離素子を、生産性良く生産でき、歩留りも大幅に改
善できる。

【００５５】なお、プロトン交換の方法としてタンタル
３３をマスクとしてピロ燐酸で熱処理をする方法につい
て説明したが、金属をマスクと酸で熱処理する方法なら
ばこの限りではなく、たとえば従来と同様にアルミをマ
スクとして安息香酸中で熱処理を行っても良い。

【００５６】また、基板としてｘ面のニオブ酸リチウム
を用いた例を述べたがこの限りではなく、ｙ面のニオブ
酸リチウムでも同等の効果が得られる。また、ニオブ酸
リチウムの代わりにリチウムタンタレートを用いても同
等の効果が得られ、ニオブ酸リチウムとリチウムタンタ
レートの混晶も用いることもできる。

【００５７】次に、本発明の製法で作製した第２の態様
の偏光分離素子について説明する。基本的構成は図１に
示す第１の実施例と同じである。本第２の態様の偏光分
離素子は、プロトン交換層２１の深さｄpと溝２４の深
さを適当に選択し、異常光を回折し常光を回折しない偏
光分離素子を実現したものである。

【００５８】異常光を回折し、常光を回折しない機能を
有するためには（式５）で与えられる常光の位相差Δφ
oを２πの整数倍とし、（式３）で与えられる異常光の
位相差Δφeを２πの整数倍としないことが条件であ
る。特にΔφeがπの奇数倍場合その消光比は最大とな
る。この条件を式で表すと、 （２π／λ）（Δｎo・ｄp＋Δｎoa・ｄa）＝２ｍπ （式１１） （２π／λ）（Δｎe・ｄp＋Δｎea・ｄa）＝−（２ｎ＋１）π （式１２） となる。ここでｎ，ｍは任意の整数である。

【００５９】特にｎ＝０，ｍ＝１の場合、上式より ｄa＝（λ／２）｛（２Δｎe−Δｎo）／（ΔｎoΔｎea−ΔｎeΔｎoa）｝（ 式１３） ｄp＝−（λ＋Δｎoa・ｄa）／Δｎo （式１４） 波長０．７８μｍの光の偏光分離素子を実現するには、
（式１３）および（式１４）より溝２４の深さｄaを
０．５６μｍとし、プロトン交換層２１の深さｄpを
１．８５７μｍとすれば良い。

【００６０】以上のように本発明の製法で作製される第
２の態様の偏光分離素子は、偏光分離機能を従来の偏光
分離素子に比べ誘電体２３の無い簡単な構成で実現で
き、信頼性の高い偏光分離素子を実現できる。また、こ
の構成も実施例１と同様の本発明の製造方法により作製
できる。すなわち、従来の偏光分離素子の作製工程で必
要であった、(1)誘電体膜の蒸着、(2)フォトリソグラフ
ィによるレジストのパターン形成、(3)誘電体膜のドラ
イエッチング、(4)プロトン交換マスクの除去の工程を
１回のエッチングで置き換える作製方法が適用できるた
め、従来に無い生産性のすぐれた低価格な偏光分離素子
を製造できる。

【００６１】さらに、本発明の製法で作製される第２の
態様の偏光分離素子は、プロトン交換層のみを選択的に
エッチングし作製可能なため、従来問題であったマスク
合わせずれによる消光比の劣化も全く無い高性能な偏光
分離素子であり、歩留りも良い。

【００６２】以上のように本発明によれば、信頼性が高
く生産性の良い高性能の偏光分離素子を実現でき、歩留
りも大幅に改善できる。

【００６３】なお、格子の方向は任意で、図８に示す様
にｚ軸方向に水平な方向、図９に示す様にｙ軸方向に水
平な方向でも良く、また図１０の様なｙ軸，ｚ軸に斜め
方向でも良い。

【００６４】さらに、格子パターンは直線に限られず任
意で、図１１の様な曲線を用い回折光に対してレンズ作
用のような波面操作をすることも可能である。また、こ
れらのパターンを複数配置することも可能である。

【００６５】なお、基板としてｘ面のニオブ酸リチウム
を用いた例を述べたがこの限りではなく、ｙ面のニオブ
酸リチウムでも同等の効果が得られる。また、ニオブ酸
リチウムの代わりにリチウムタンタレートを用いても同
等の効果が得られ、ニオブ酸リチウムとリチウムタンタ
レートの混晶も用いることもできる。また、本発明の製
法で作製される第２の態様の偏光分離素子は、従来の偏
光分離素子同様誘電体による無反射コートが可能であ
る。

【００６６】（実施例２） 次に、本発明の製法で作製できる第１または第２の態様
の偏光分離素子を用いた第２の実施例の光情報処理装置
について説明する。

【００６７】図５は本実施例の光情報処理装置の構成図
である。１は半導体レーザ、２は情報が記録された光磁
気ディスク、３，４，５はレンズ、６は受光素子、７は
偏光ビームスプリッタ、１０は第１のまたは第２の態様
の偏光分離素子である。

【００６８】半導体レーザ１は、放射光Ｌ１が偏光分離
素子１０に対して紙面に垂直の偏光（ｓ偏光）で入射す
る方向に設置されており、ＬＤ放射光Ｌ１はレンズ３で
コリメートされ偏光ビームスプリッタ７を透過する。こ
こで偏光ビームスプリッタ２２の反射率はｓ偏光成分で
は５０％（＝ｒｓ）、ｐ偏光成分ではほぼ１００％（＝
ｒｐ）とする。

【００６９】偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、
レンズ４により光ディスク２表面に集光される。集光さ
れた光は、記録された情報により右回りもしくは左回り
のカー回転（カー回転角＝θ）を受け反射される（Ｌ
２）。

【００７０】反射された光は、レンズ４によりコリメー
トされ偏光ビームスプリッタ７へ至る。偏光ビームスプ
リッタ２２ではＰ２のｐ偏光成分はほぼ１００％反射
し、ｓ成分は５０％透過する。偏光ビームスプリッタ７
で反射された光は、Ｐ偏光方向およびＳ偏光方向に対し
て偏光分離方向を４５°回転し配置した偏光分離素子１
０により、回折光（Ｌ３，Ｌ３’）と非回折光（Ｌ４）
に偏光分離され、それぞれ受光素子６の異なる領域で検
出する。

【００７１】光磁信号は、非回折（Ｌ４）と回折光の総
和（Ｌ３＋Ｌ３’）との差動により検出する。

【００７２】フォーカスエラー信号、トラッキングエラ
ー信号等の制御信号の検出は、偏光分離素子１０の回折
格子の格子ベクトルを場所により変化させ回折光の波面
操作を行うことにより、従来のホログラム素子を用いた
サーボ信号の検出方法（たとえば特開昭５６−５７０１
３号公報，特開昭６２−１３７７３６号公報，特開昭６
３−２２９６４０号公報など）を適用できる。

【００７３】以上の構成により、従来の光情報処理装置
に用いていたウォラストンプリズム等のバルクの光学素
子を、厚さ５００μｍ程度の偏光分離素子１０に置き換
えることができ、光情報処理装置の小型軽量化、高信頼
性化、低価格化が可能となる。

【００７４】ところで、本発明の製法により作製される
偏光分離素子は、従来の偏光分離素子同様、高次の回折
ロスにより、偏光方向に対し効率の違いが生じる。

【００７５】偏光分離素子１０の効率は、非回折光（Ｌ
４）に対しては約１００％であるのに対し、回折光（Ｌ
３＋Ｌ３’）は約８０％である。この効率の違いは、作
動検出により同相ノイズ成分を除去するという観点から
は好ましくない。

【００７６】この回折効率の違いを相殺する従来の方法
としては、偏光分離素子の結晶軸を４５°よりずらし、
入射する光の回折光方向の偏光の割合を増加させる方法
がある（特開平３−２９１３７号公報）。しかしなが
ら、光磁気の信号強度は４５°の場合が最大になり、従
来の方法では信号強度の劣化が生じていた。

【００７７】本発明では、偏光分離素子の効率の比Ｒ＝
（Ｌ３＋Ｌ３’）／Ｌ４が常に一定であることに注目
し、各信号に重み付けし、差動検出することによりこの
問題を解決している。

【００７８】つまり図５に示す検出アンプ５０の増幅率
を、検出アンプ５１の増幅率に比べ回折効率の低下分だ
け大きく（効率が８０％の場合は１／０．８倍）すれ
ば、回折光による信号強度と非回折光による信号強度が
等しくなる。

【００７９】本発明によれば、従来の方法に比べ偏光分
離素子の方向を４５°で用いることができ、従来のよう
な光磁気信号の劣化を生じさせることなく信号強度を等
しくすることが可能で、良好な差動検出が可能となる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、構造が簡
単で信頼性が高く、かつ生産性の良い高性能の偏光分離
素子の製造が実現でき、従来に比べ歩留りも大幅に改善
でき、低価格化にも有効で、その実用的効果は大であ
る。

【００８１】また、本発明の光情報処理装置は、本発明
の製法で作製した偏光分離素子を用いるため、装置の小
型軽量化、高信頼性化、低価格化が可能となると共に、
差動検出を良好にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製法で作製できる第１の態様の偏光分
離素子の構造断面図

【図２】ニオブ酸リチウムの常光、異常光の屈折率を示
す図

【図３】図１の偏光分離素子の特性をあらわす図

【図４】本発明の製法で作製できる第２の態様の偏光分
離素子作製方法の工程断面図

【図５】本発明の光情報処理装置の一実施例の構成図

【図６】従来の偏光分離素子の構造断面図

【図７】従来の偏光分離素子作製方法の工程断面図

【図８】本発明の製法で作製できる一実施態様の偏光分
離素子の構成斜視図

【図９】本発明の製法で作製できる一実施態様の偏光分
離素子の構成斜視図

【図１０】本発明の製法で作製できる一実施態様の偏光
分離素子の構成斜視図

【図１１】本発明の製法で作製できる一実施態様の偏光
分離素子の構成斜視図

【符号の説明】

２０ ニオブ酸リチウム基板 ２１ プロトン交換層 ２３ 誘電体 ２４ 溝 ３０ アルミ ３１ レジスト ３２ レジスト ３３ タンタル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−314502（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−196813（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−31803（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−158506（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−177505（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−107206（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 5/30 G02B 5/18 G11B 7/135

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＬｉＮｂ_xＴａ_1-xＯ₃（０≦ｘ≦１）結晶
   のＸ面もしくはＹ面の何れかに周期的なプロトン交換領
   域を形成するためのプロトン交換マスクを形成し、前記
   周期的なプロトン交換領域をプロトン交換により形成
   し、プロトン交換領域と前記結晶とのエッチング速度の
   差でエッチングし溝を形成する工程を含むことを特徴と
   する偏光分離素子の製造方法。
2. 【請求項２】入射する光を一定の効率で回折光と非回折
   光に偏光分離する請求項１記載の方法で作製した偏光分
   離素子と、前記回折光を検出する第１の受光素子と、前
   記第１の受光素子により検出した信号を増幅する第１の
   増幅器と、前記非回折光を検出する第２の受光素子と、
   前記第２の受光素子により検出した信号を増幅する第２
   の増幅器を有し、前記第１の増幅器からの信号と前記第
   ２の増幅器からの信号を差動検出する光情報処理装置に
   おいて、前記第１の増幅器の増幅率と前記第２の増幅器
   の増幅率の比が、前記偏光分離素子の非回折光の効率と
   前記偏光分離素子の回折光の効率の比に等しいことを特
   徴とする光情報処理装置。