JP5626740B1 - ワイヤーグリッド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 テラヘルツ波帯において、強度透過率で約１０-6クラスの消光比を１素子で簡易に実現する。【解決手段】 細長い矩形状の金属薄板１２が一面のほぼ中央に形成されている矩形状のポリマーフィルム１１からなるフィルム基板１０を複数枚積層することにより構成されている。金属薄板１２の幅ａを約１．０ｍｍ、金属薄板１２の長さｌを約１２．０ｍｍ〜約３０ｍｍ、フィルム基板１０の厚さｄを約０．５μｍ〜約５０μｍとすることにより、テラヘルツ波帯において、強度透過率で約１０-6クラスの消光比を１素子で簡易に実現することができる。【選択図】 図４

Description

この発明は、主にテラヘルツ電磁波の偏光や検光等に用いられるワイヤーグリッド装置に関する。

テラヘルツ電磁波は周波数が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。テラヘルツ電磁波は、「光」と「ミリ波」に挟まれた周波数領域に存在しているため、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。

従来、主にテラヘルツ電磁波の偏光や検光等にはワイヤーグリッドを用いることが提案されており、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以上のテラヘルツ電磁波の偏光子に適用可能な構造のものは、微細な構造となることから実現することが困難とされている。

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。

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の性能を決定するバラメータであり、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以上のテラヘルツ電磁波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。

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の性能を決定するバ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。

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に示す透過配置の特性線α２、阻止配置の特性線β２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。

特許第５１４１３２０号公報

しかしながら、テラヘルツ電磁波の偏光や検光等に用いられるワイヤーグリッド装置の消光比として、強度透過率で約１０^-6クラスの特性が求められているが、特許文献１に記載のワイヤーグリッド用金属板１０１においては、このような高い消光比を達成することができなかった。
そこで、本発明は、従来のワイヤーグリッド装置では実現不可能であった強度透過率で約１０^-6クラスの消光比を１素子で簡易に実現できるワイヤーグリッド装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のワイヤーグリッド装置は、細長い矩形状の金属薄板が一面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を複数枚積層することにより構成されており、前記フィルム基板が複数枚積層された状態において、前記金属薄板が相互に重なるように配置され、各フィルム基板に形成された前記金属薄板により構成された平行平板により、テラヘルツ光の偏光子として動作するワイヤーグリッドが構成されていることを最も主要な特徴としている。

本発明のワイヤーグリッド装置は、細長い矩形状の金属薄板が一面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を複数枚積層することにより構成されている、テラヘルツ光の偏光子として動作するワイヤーグリッドを備えている。この場合、ワイヤーグリッドを構成する平行平板とされる金属薄板の間隔は、ワイヤーグリッド装置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、本発明のワイヤーグリッド装置は、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、ワイヤーグリッド装置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、ワイヤーグリッド装置の性能を変更することができるようになる。なお、金属薄板の幅ａを約１．０ｍｍ、金属薄板の長さｌを約１２．０ｍｍ、フィルム基板の厚さｄを約０．５μｍ〜約５０μｍとすることにより、テラヘルツ波帯において強度透過率で約１０^−６クラスの消光比を１素子で簡易に実現することができる。

本発明の第１実施例のワイヤーグリッド装置の構成を示す斜視図、一部拡大図および各部の寸法の例を示す図表である。 本発明の第１実施例のワイヤーグリッド装置の解析モデルを示す図である。 本発明の第１実施例のワイヤーグリッド装置の解析モデルによる解析結果を示す図である。 本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置の構成およびフィルム基板の構成を示す斜視図、各部の寸法の例を示す図表である。 本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置の解析モデルを示す図である。 本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置の解析モデルによる解析結果を示す図である。 本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置の解析モデルによる他の解析結果を示す図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置の構成を示す正面図および平面図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置の構成を示す分解組立図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置におけるフィルム基板の構成を示す平面図およびフィルム基板積層体の構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置における基台の構成を示す平面図および正面図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置における押さえ板の構成を示す平面図および正面図である。 本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置の解析結果を示す図である。 従来のワイヤーグリッド用金属板の構成を示す斜視図である。 従来のワイヤーグリッド用金属板の構成を示す一部の拡大平面図である。 従来のワイヤーグリッド用金属板の構成を示す他の一部の拡大平面図である。 従来のワイヤーグリッド用金属板の特性を示す図である。

本発明の第１実施例のワイヤーグリッド装置１の構成を示す斜視図を図１（ａ）に、その一部拡大図を図１（ｂ）に、第１実施例のワイヤーグリッド装置１の各部の寸法の例を示す図表を図１（ｃ）に示す。
本発明の第１実施例のワイヤーグリッド装置１は、図１（ａ）（ｂ）に示すように所定の奥行きを有する直方体状とされた導電性の枠体１ａと、枠体１ａの縦方向に、枠体１ａを貫通するよう多数形成されたスリット１ｂとから構成されている。枠体１ａは金属製等の導電性とされ、枠体１ａの奥行きはａとされる。多数のスリット１ｂの縦方向の長さはｌ（小文字のエル）とされ、スリット１ｂは互いに平行に配置されている。スリット１ｂ間の枠体１ａの領域によりグリッド１ｃが形成される。スリット１ｂの幅はｄ、グリッド１ｃの幅はｗとされている。第１実施例のワイヤーグリッド装置１では、枠体１ａに多数のスリット１ｂが形成されることにより、平行平板とされる多数のグリッド１ｃが形成されて、ワイヤーグリッド装置として機能するようになる。なお、ｌはグリッド１ｃの長さでもあって、ワイヤーグリッド装置１の開口の寸法ともされている。

次に、第１実施例のワイヤーグリッド装置１の透過率と消光比を解析するための解析モデルを図２に示す。
第１実施例のワイヤーグリッド装置１に入射したｚ軸方向に進行するテラヘルツ光は、スリット１ｂが形成された枠体１ａに入射し、奥行きａとされた枠体１ａに形成されているグリッド１ｃ間を通過して出射されるようになる。これをモデル化したのが図２に示す解析モデルであり、入射するまでの枠体１ａの前の領域を仮想した周期境界壁１ｅの領域と、周期境界壁１ｅにステップ構造＃１で連結された間隔ｄで対向すると共に奥行きａとされた電気壁１ｄの領域と、この領域にステップ構造＃２で連結された枠体１ａの後の領域を仮想した周期境界壁１ｅの領域とからなる。なお、電気壁１ｄは奥行きａ、幅ｗとされたグリッド１ｃにより構成されることから、ステップ構造＃１，＃２のステップ高さはｗ／２とグリッド１ｃの幅ｗの１／２となる。

１つ目のステップ構造＃１と２つ目のステップ構造＃２とを距離ａで散乱行列Ｓ１を接続し、周期境界壁１ｅと電気壁１ｄとが接続される高さｗ／２のステップをモードマッチング法により解析する。モードマッチング法による解析では、既知の特性を有する区間に分割し、各区間の接続部の領域における場を計算によって求め、全体の応答を計算している。第１実施例のワイヤーグリッド装置１のモードマッチング法の解析について説明する。
入射波はＴＭモード（Transverse Magnetic mode）であり、磁界Ｈ（ベクトル）の入射波Ｈⁱ _y、反射波Ｈ^r _y、透過波Ｈ^t _yは、

とおける。ここで、Ｉ_m、Ｉ_n、Ｉ_lは基底関数を表し、

と表せる。さらに、

である。Ａ_m、Ｂ_n、Ｃ_lは励振関数を表す。電界Ｅ（ベクトル）は磁界Ｈ（ベクトル）より一意に決まり、開口面上で電界と磁界の境界条件をたてる。境界条件に３種類の基底関数Ｉ_m、Ｉ_n、Ｉ_lを重み付けのためそれぞれ乗算して、境界面上で積分し、行列式を導出する。この行列式を解くことで励振関数Ａ_m、Ｂ_n、Ｃ_lが求まる。
１つ目のステップ構造＃１の散乱行列は励振関数Ａ_m、Ｂ_n、Ｃ_lにより導出でき、２つ目のステップ構造＃２の散乱行列と距離（奥行き）ａで接続することにより、図１（ａ）に示すワイヤーグリッド装置１の全体構造でのＴＭモードのテラヘルツ光を入射した際の透過、反射特性が求まる。また、消光比はＴＥモード（Transverse ElectroMagnetic mode）の伝搬定数を考慮して求めることができる。これは、テラヘルツ光の電場の振幅方向がグリッド１ｃの延伸方向である縦方向と直交する（ＴＭモード）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グリッド１ｃの延伸方向である縦方向（ＴＥモード）の場合に阻止配置となるからである。

第１実施例のワイヤーグリッド装置１において、スリット１ｂの幅ｄを約５０μｍ、枠体の奥行きａを約２．０ｍｍ、スリット１ｂの長さｌを約１８ｍｍと図１（ｃ）に示す寸法とし、グリッド１ｃの幅ｗを約２０μｍ、約３０μｍ、約５０μｍとして、０．１ＴＨｚ〜２．９８ＴＨｚの周波数のテラヘルツ光を第１実施例のワイヤーグリッド装置１に入射させた際の解析を、図２に示す解析モデルで解析し、その解析結果のグラフを図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。これらの図においては、横軸が０．１ＴＨｚ〜２．９８ＴＨｚの周波数、縦軸が百分率で表したTransmission Power［％］（以下、「透過電力％」という）、あるいは、強度透過率で表した消光比（Extinction Ratio）とされている。入射されたテラヘルツ光の電場の振幅方向がグリッド１ｃの縦方向であるｙ軸方向と直交する場合に透過配置となり、その透過電力％が実線で示され、テラヘルツ光の電場の振幅方向がグリッド１ｃの縦方向であるｙ軸方向と平行する場合に阻止配置となり、その消光比が破線で示されている。図３（ａ）はグリッド１ｃの幅ｗが約２０μｍの時の解析結果であり、この図を参照すると、透過配置の透過電力％では周波数が０．１ＴＨｚから２．９８ＴＨｚまで高くなるに従って上下に振動しているが、約８５％以上の良好な透過電力％が得られている。また、阻止配置の消光比は０．１ＴＨｚ〜２．９８ＴＨｚにおいて１０^-12以下となる良好な消光比が得られている。図３（ｂ）はグリッド１ｃの幅ｗが約３０μｍの時の解析結果であり、この図を参照すると、透過配置の透過特性では周波数が０．１ＴＨｚから２．９８ＴＨｚまで高くなるに従って上下に振動しているが、約７０％以上の良好な透過電力％が得られている。また、阻止配置の消光比は０．１ＴＨｚ〜２．９８ＴＨｚにおいて１０^-12以下となる良好な消光比が得られている。図３（ｃ）はグリッド１ｃの幅ｗが約５０μｍの時の解析結果であり、この図を参照すると、透過配置の透過電力％では周波数が０．１ＴＨｚから２．９８ＴＨｚまで高くなるに従って上下に振動しているが、約１．５０ＴＨｚまでは約６０％以上の良好な透過電力％が得られ、１．５ＴＨｚを超えると透過電力％は次第に低下するが２０％以上の透過電力％が得られている。また、阻止配置の消光比は０．１ＴＨｚ〜２．９８ＴＨｚにおいて１０^-12以下となる良好な消光比が得られている。このように、グリッド１ｃの幅ｗは狭くなるに従って透過電力％が向上することが分かり、グリッド１ｃの幅ｗは約５０μｍ以下とすることが好適とされる。このように、第１実施例のワイヤーグリッド装置１において上記したパラメータ値とすると、周波数０．１〜２．９８ＴＨｚのテラヘルツ光に対する図３（ａ）〜（ｃ）に示す透過配置の透過電力％、阻止配置の消光比（強度透過率）において、透過電力％の最悪値が２０％とされるが、その際の消光比は１０^-12以下となるから、周波数０．１〜２．９８ＴＨｚのテラヘルツ光に対して従来得ることができなかった良好な特性の偏光子として動作することが分かる。

本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置２の構成を示す斜視図を図４（ａ）に、本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置２のフィルム基板１０の構成を示す斜視図を図４（ｂ）に、本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置２の各部の寸法の例を示す図表を図４（ｃ）に示す。
本発明の第２実施例のワイヤーグリッド装置２は、図４（ａ）（ｂ）に示すように細長い矩形状の金属薄板１２が一面のほぼ中央に形成されている矩形状のポリマーフィルム１１からなるフィルム基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ・・・・を複数枚積層することにより構成されている。ポリマーフィルム１１は、例えばテラヘルツ波帯において低損失なシクロオレフィンポリマーフィルムとされ、厚さがｄとされている。金属薄板１２は、ポリマーフィルム１１の一面に蒸着あるいは貼着したり、ポリマーフィルム１１の全面に成膜したＣｕ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１２の長さはｌ（小文字のエル）、幅はａ、厚さはｔとされ、ポリマーフィルム１１のほぼ中央に金属薄板１２が配置されている。この場合、ポリマーフィルム１１の長辺から金属薄板１２の長辺までの長さが両辺ともｂとされている。なお、ポリマーフィルム１１の厚さｄはフィルム基板１０の厚さｄとなる。

第２実施例のワイヤーグリッド装置２は、図４（ａ）に示すように複数枚のフィルム基板１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，・・・を積層して構成されているが、複数枚のフィルム基板１０ａ〜１０ｅ，・・・のそれぞれは図４（ｂ）に示すフィルム基板１０と同様の構成とされている。また、複数枚のフィルム基板１０ａ〜１０ｅ，・・・が積層された際に、各フィルム基板１０ａ〜１０ｅに形成されている金属薄板１２が相互に重なるように配置される。この場合、隣接する金属薄板１２間の間隔は、ポリマーフィルム１１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１２が平行平板を構成し、ワイヤーグリッドを構成することができる。この場合、平行平板とされる金属薄板１２の間隔は、ワイヤーグリッド装置２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１０の厚さで一義的に決定される。すなわち、第２実施例のワイヤーグリッド装置２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、ワイヤーグリッド装置２の歩留まりを向上することができる。
ここで、第２実施例のワイヤーグリッド装置２の各部の寸法の例を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）に示す図表のように、金属薄板１２の幅ａは約１．０ｍｍとされ、厚さｔは約０．５μｍとされ、長さｌは約１２．０ｍｍとされる。また、ポリマーフィルム１１の長辺から金属薄板１２の長辺までの長さｂは約２．０ｍｍとされ、ポリマーフィルム１１の厚さｄは約５０μｍとされる。なお、フィルム基板１０を積層する枚数は、フィルム基板１０を積層していった寸法が、ワイヤーグリッド装置１に必要とされる開口の高さの寸法になる枚数とされる。

次に、第２実施例のワイヤーグリッド装置２の透過率と消光比を解析するための解析モデルを図５に示す。
第２実施例のワイヤーグリッド装置２に入射したｚ軸方向に進行するテラヘルツ光は、まずポリマーフィルム１１に入射し、ポリマーフィルム１１を長さｂだけ通過すると金属薄板１２に達する。次いで、幅ａとされた金属薄板１２の間を通過すると再びポリマーフィルム１１に達し、ポリマーフィルム１１を長さｂだけ通過すると出射されるようになる。これをモデル化したのが図５に示す解析モデルであり、ポリマーフィルム１１の領域を仮想した長さｂの周期境界壁１５の領域Ａと、周期境界壁１５の領域Ａにステップ状に連結された間隔ｄで対向すると共に幅（長さ）ａとされた電気壁１６ａの領域Ｂと、この領域Ｂにステップ状に連結されたポリマーフィルム１１の領域を仮想した長さｂの周期境界壁１７の領域Ｃとからなる。なお、領域Ｂは幅ａ、厚さｔ、間隔ｄで対向する金属薄板１２からなる領域に相当することから、領域Ａと領域Ｂとが接続されるステップのステップ高さは金属薄板１２の厚さｔの１／２であるｔ／２となると共に、領域Ｂと領域Ｃとが接続されるステップのステップ高さもｔ／２となる。

領域Ａでは散乱行列Ｓ２を接続し、領域Ａと領域Ｂとが接続される高さｔ／２のステップをモードマッチング法により解析する。領域Ｂでは散乱行列ｓ３を接続し、領域Ｂと領域Ｃとが接続される高さｔ／２のステップをモードマッチング法により解析する。そして、領域Ｃでは散乱行列Ｓ３を接続する。モードマッチング法の解析については、第１実施例のワイヤーグリッド装置１の解析と同様にして行われるので、その説明は省略する。

第２実施例のワイヤーグリッド装置２において、金属薄板１２の幅ａ、長さｌおよび厚さｔと、フィルム基板１０の厚さｄを上記した図４（ｃ）に示す寸法とし、ポリマーフィルム１１の複素屈折率を１．５３＋ｊ０．００６４として、長さｂを約０ｍｍ、約１．０ｍｍ、約２．０ｍｍ、約３．０ｍｍとした時の、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数のテラヘルツ光を第２実施例のワイヤーグリッド装置２に入射させた際の解析を、図５に示す解析モデルで解析し、その解析結果のグラフを図６に示す。図６においては、横軸が０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数、縦軸が透過電力％（Transmission Power［％］）、あるいは、強度透過率で表した消光比（Extinction Ratio）とされている。入射されたテラヘルツ光の電場の振幅方向が金属薄板１２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と直交する（ＴＭモード）場合に透過配置となり、その透過電力％が実線で示され、テラヘルツ光の電場の振幅方向が金属薄板１２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と平行な（ＴＥモード）場合に阻止配置となり、その消光比が破線で示されている。図６を参照すると、透過配置の透過電力％では周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い上下に若干振動しながら低下していく。この時、長さｂが０ｍｍの時に透過電力％が最も良好となり、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約９４％〜約４０％の透過電力％が得られ、約１．０ｍｍの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約８３％〜約１０％の透過電力％が得られ、約２．０ｍｍの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約７８％〜約２％の透過電力％が得られ、約３．０ｍｍの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約７０％〜約１％の透過電力％が得られ、長さｂが長くなるに従って透過電力％が劣化するようになる。これは、長さｂが長くなるに従いフィルム基板１０による減衰が大きくなるからと考えられる。また、阻止配置の消光比は０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて１０^-12以下の良好な消光比が得られ、消光比は長さｂが０ｍｍから３．０ｍｍまで変化してもほぼ同じとなる。

また、第２実施例のワイヤーグリッド装置２において、金属薄板１２の幅ａ、長さｌと、フィルム基板１０の厚さｄおよび長さｂを図４（ｃ）に示す寸法とし、ポリマーフィルム１１の複素屈折率を１．５３＋ｊ０．００６４として、金属薄板１２の厚さｔを約０．５μｍ、約１０μｍ、約５０μｍとした時の、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数のテラヘルツ光を第２実施例のワイヤーグリッド装置２に入射させた際の解析を、図５に示す解析モデルで解析し、その解析結果のグラフを図７に示す。図７においては、横軸が０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数、縦軸が透過電力％（Transmission Power［％］）、あるいは、強度透過率で表した消光比（Extinction Ratio）とされている。透過配置の透過電力％が実線で示され、阻止配置の消光比が破線で示されている。図７を参照すると、透過配置の透過電力％では周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い上下に若干振動しながら低下していく。この時、厚さｔが約０．５μｍの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約９４％〜約４２％の透過電力％が得られ、厚さｔが約１０μの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約９４％〜約３８％の透過電力％が得られ、約５０μｍの時に０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚで約９４％〜約１９％の透過電力％が得られるが、所定間隔毎の周波数において透過電力％が劣化するようになる。また、阻止配置の消光比は０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて強度透過率が１０^-12以下の良好な消光比が得られ、消光比は厚さｔが０．５μｍから５０μｍまで変化してもほぼ同じとなる。
このように、第２実施例のワイヤーグリッド装置２において上記したパラメータ値とすると、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対する図６，７に示す透過配置の透過電力％、阻止配置の消光比（強度透過率）において、透過電力％の最悪値が１％とされるが、その際の消光比は１０^-12以下となるから、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対して従来得ることができなかった良好な特性の偏光子として動作することが分かる。

次に、本発明の第３実施例のワイヤーグリッド装置３の構成を図８ないし図１２に示す。図８（ａ）（ｂ）は第３実施例のワイヤーグリッド装置３の構成を示す正面図および平面図であり、図９は第３実施例のワイヤーグリッド装置３の構成を示す分解組立図であり、図１０（ａ）（ｂ）は第３実施例のワイヤーグリッド装置３におけるフィルム基板およびフィルム基板積層体の構成を示す斜視図であり、図１１（ａ）（ｂ）は第３実施例のワイヤーグリッド装置３における基台の構成を示す平面図および正面図であり、図１２（ａ）（ｂ）は第３実施例のワイヤーグリッド装置３における押さえ板の構成を示す平面図および正面図である。
これらの図に示すように、第３実施例のワイヤーグリッド装置３は、基台５０と、複数のフィルム基板２０を積層したフィルム基板積層体３０と、押さえ板４０を備えている。図１１（ａ）（ｂ）に示す基台５０はアルミニウム合金等の金属製とされており、矩形の横長の平板状とされた底部５１と、底部５１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立設された第１立設柱５２、第２立設柱５３、第３立設柱５４とを備えている。第１立設柱５２〜第３立設柱５４の断面は、横長の矩形状とされており、基台５０の中心に面している角にはＲ部が形成されて丸みを帯びている。また、底部５１には４つのネジ孔５５が形成されている。

また、図１２（ａ）（ｂ）に示す押さえ板４０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た平板部４１を備え、平板部４１の１の隅を除く３つの隅には、第１立設柱５２〜第３立設柱５４の断面形状とそれぞれほぼ同じ形状とされた第１切欠部４２、第２切欠部４３、第３切欠部４４が形成されている。基台５０に押さえ板４０を組み合わせた時に、第１切欠部４２〜第３切欠部４４に第１立設柱５２〜第３立設柱５４がそれぞれ嵌合するようになる。また、平板部４１には、基台５０に設けられているネジ孔５５と同じ位置に４つの挿通孔４６が形成されている。なお、４つの挿通孔４６には座繰り加工が施されている。

第３実施例のワイヤーグリッド装置３におけるフィルム基板２０は、外形形状がほぼ押さえ板４０と同様の外形形状とされたポリマーフィルム２１と、ポリマーフィルム２１上に設けられた横に細長い金属薄板２２とから構成されている。ポリマーフィルム２１は、横長の矩形の平板状とされ、取付部２１ｂおよび取付部２１ｃが両側に形成され、取付部２１ｂと取付部２１ｃとの間に矩形状切欠部２６が形成されて、金属薄板２２を保持する横に細長い保持部２１ａが中央部の一側に形成されている。第１立設柱５２〜第３立設柱５４の位置に対応する取付部２１ｂの１つの隅と取付部２１ｃの２つの隅には、第１立設柱５２〜第３立設柱５４の断面形状と同じ形状とされた第１切欠部２３、第２切欠部２４、第３切欠部２５がそれぞれ形成されている。保持部２１ａの一面には、横長の矩形状とされた金属薄板２２が蒸着あるいは貼着、または、ポリマーフィルム２１の一面に成膜したＣｕ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２２の長さはｌ（小文字のエル）、幅はａ、厚さはｔとされる。この場合、保持部２１ａの縁部から金属薄板２２の長辺までの長さが両側ともｂとされている。また、取付部２１ｂと取付部２１ｃには、基台５０に形成されている４つのネジ孔５５に対応する位置に４つの孔部２７が形成されている。なお、ポリマーフィルム２１の厚さはｄとされる。

このような構成のフィルム基板２０を図１０（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３０を構成する。図１０（ｂ）に示すフィルム基板２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは図１０（ａ）に示すフィルム基板２０と同じ構成とされている。フィルム基板積層体３０は、図１０（ｂ）では６枚のフィルム基板２０ａ〜２０ｆから構成されているが、図１０（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２０を積層してフィルム基板積層体３０が構成される。そして、フィルム基板積層体３０においては、フィルム基板２０ａ〜２０ｆに形成されている金属薄板２２ａ〜２２ｆが同じ位置で重ねられると共に、隣接する金属薄板２２間の間隔は、ポリマーフィルム２１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２２が平行平板を構成し、ワイヤーグリッドが構成される。

このようにして構成されたフィルム基板積層体３０を図９に示すように基台５０上に配置して基台５０内に収納する。収納した際にフィルム基板積層体３０における各フィルム基板２０の第１切欠部２３〜第３切欠部２５に、基台５０の第１立設柱５２〜第３立設柱５４がそれぞれ嵌合されて、基台５０に対してフィルム基板積層体３０における各フィルム基板２０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３０における各フィルム基板２０の４つの孔部２７が基台５０の４つのネジ孔５５に位置合わせされる。
フィルム基板積層体３０を基台５０に収納した後に、基台５０上に押さえ板４０を配置して基台５０に収納したフィルム基板積層体３０の上に載置する。この時、押さえ板４０の第１切欠部４２〜第３切欠部４４に、基台５０の第１立設柱５２〜第３立設柱５４がそれぞれ嵌合されて、基台５０に対して押さえ板４０が位置合わせされるようになる。また、押さえ板４０の４つの挿通孔４６が、フィルム基板積層体３０における各フィルム基板２０の４つの孔部２７および基台５０の４つのネジ孔５５に位置合わせされる。

そこで、押さえ板４０の４つの挿通孔４６にそれぞれ取付ネジ６０を挿通して、フィルム基板積層体３０における各フィルム基板２０の孔部２７を貫通した４本の取付ネジ６０を、それぞれ基台５０のネジ孔５５に螺着する。これにより、フィルム基板２０同士が密着されて図８（ａ）（ｂ）に示す第３実施例のワイヤーグリッド装置３が組み立てられるようになる。第３実施例のワイヤーグリッド装置３においては、押さえ板４０の平板部４１により、金属薄板２２が形成されているフィルム基板２０の保持部２１ａが圧接されて、金属薄板２２間の間隔が安定して保持されるようになる。また、図８（ａ）に示すように、フィルム基板積層体３０における各フィルム基板２０の金属薄板２２が上下にわたり平行に配置されてワイヤーグリッドが構成される様子を理解することができる。この場合、平行平板とされる金属薄板２２の間隔は、ワイヤーグリッド装置３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２０の厚さで一義的に決定される。すなわち、第３実施例のワイヤーグリッド装置３では、４本の取付ネジ６０で固着される基台５０と押さえ板４０との間に平行平板とされている金属薄板２２を備えるフィルム基板積層体３０が挟持されることから、平行平板とされる金属薄板２２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、ワイヤーグリッド装置３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６０は皿ネジとされており、押さえ板４０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６０を螺着することにより基台５０、フィルム基板積層体３０および押さえ板４０が位置合わせされて固着されるようになる。

第３実施例のワイヤーグリッド装置３の透過率と消光比は、図５に示す解析モデルを用いて解析することができる。第３実施例のワイヤーグリッド装置３において、金属薄板２２の幅ａを約１．０ｍｍ、長さｌを約３０．０ｍｍ、厚さｔを約０．５μｍ、フィルム基板２０の厚さｄを約５０μｍ、長さｂを約０ｍｍ、ポリマーフィルム２１の複素屈折率を１．５３＋ｊ０．００６４とした場合の図５に示す解析モデルを用いて解析した解析結果と、実験結果とのグラフを図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）においては、横軸が０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数、縦軸がＴＭモード時の透過電力％（Transmission power of TM mode［％］）、あるいは、強度透過率で表した消光比（Extinction Ratio）とされている。図１３（ａ）において破線で示す解析結果は、入射されたテラヘルツ光の電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と直交する透過配置の場合の解析結果である。この透過配置の解析結果の透過電力％を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い上下に若干振動しながら低下していき、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて約９４％〜４０％の透過電力％が得られている。
また、入射されたテラヘルツ光がＴＭモードであって、電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と直交する場合（透過配置）の透過電力％の実験結果（Measurement results）が上段の実線で示されている。この実験結果を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い最大３０％の幅で上下に振動しながら若干低下していくが、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて約１００％〜６０％の透過電力％が得られ、解析結果の透過電力％と近似しているがより良好な透過電力％が得られていることが分かる。

さらに、入射されたテラヘルツ光がＴＥモードであって、電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向に平行となる場合（阻止配置）の消光比の実験結果（Measurement results）が下段の実線で示されている。この実験結果を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚでは消光比が約１０^-4程度であるが、約０．７５ＴＨｚ近辺まで高くなると消光比が約１０^-7以下となって向上していき、０．５ＴＨｚ近辺を超えて１．９２ＴＨｚまではほぼ１０^-6前後の消光比が得られていることが分かる。
このように、第３実施例のワイヤーグリッド装置３において上記したパラメータ値とすると、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対する図１３（ａ）に示す透過配置の透過電力％、阻止配置の消光比（強度透過率）において、透過電力％の最悪値が６０％と良好な値が得られると共に、その際の消光比は１０^-4以下が得られることから、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対して従来得ることができなかった良好な特性の偏光子として動作することが分かる。

また、第３実施例のワイヤーグリッド装置３において、金属薄板２２の幅ａを約１．０ｍｍ、長さｌを約１２．０ｍｍ、厚さｔを約０．５μｍ、フィルム基板２０の厚さｄを約５０μｍ、長さｂを約２．０ｍｍ、ポリマーフィルム２１の複素屈折率を１．５３＋ｊ０．００６４とした場合の図５に示す解析モデルを用いて解析した解析結果と、実験結果とのグラフを図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）においても、横軸が０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚの周波数、縦軸がＴＭモード時の透過電力％（Transmission power of TM mode［％］）、あるいは、強度透過率で表した消光比（Extinction Ratio）とされている。図１３（ｂ）において破線で示す解析結果は、入射されたテラヘルツ光の電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と直交する透過配置の場合の解析結果である。この透過配置の解析結果の透過電力％を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い上下に若干振動しながら低下していき、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて約７８％〜約２％の透過電力％が得られている。
また、入射されたテラヘルツ光がＴＭモードであって、電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向と直交する場合（透過配置）の透過電力％の実験結果（Measurement results）が左矢印で示す実線で示されている。この実験結果を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚから高くなるに従い若干振動しながら低下していき、０．１ＴＨｚ〜１．９２ＴＨｚにおいて約８０％〜２％の透過電力％が得られ、解析結果の透過電力％と近似しているがより良好な透過電力％が得られていることが分かる。

さらに、入射されたテラヘルツ光がＴＥモードであって、電場の振幅方向が金属薄板２２からなるワイヤーグリッドの縦方向であるｙ軸方向に平行となる場合（阻止配置）の消光比の実験結果（Measurement results）が右矢印で示す実線で示されている。この実験結果を参照すると、周波数が０．１ＴＨｚでは消光比が約１０^-4程度であるが、約１．１５ＴＨｚ近辺まで高くなると消光比が約１０^-7クラスとなって向上していき、１．１５ＴＨｚ近辺を超えて１．９２ＴＨｚまではほぼ１０^-5ないし１０^-6前後の消光比が得られていることが分かる。
このように、第３実施例のワイヤーグリッド装置３において上記したパラメータ値とすると、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対する図１３（ｂ）に示す透過配置の透過電力％、阻止配置の消光比（強度透過率）において、透過電力％の最悪値が２％とされるが、その際の消光比は１０^-4程度が得られることから、周波数０．１〜１．９２ＴＨｚのテラヘルツ光に対して従来得ることができなかった良好な特性の偏光子として動作することが分かる。

以上説明した本発明にかかるワイヤーグリッド装置においては、テラヘルツ波帯において良好な透過率が得られると共に約１０^-6クラスの高い消光比を得ることができる。また、第２，３実施例のワイヤーグリッド装置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、ワイヤーグリッド装置に必要とされる開口の高さの寸法になる枚数とされる。さらに、第２，３実施例のワイヤーグリッド装置をテラヘルツ波帯に適用する際に、金属薄板の幅を約１．０ｍｍ、金属薄板の長さを約１２．０ｍｍ〜約３０ｍｍ、フィルム基板の厚さｄを約０．５μｍ〜約５０μｍとすることが好適とされる。
この場合、第２，３実施例のワイヤーグリッド装置におけるワイヤーグリッドを構成する平行平板とされる金属薄板の間隔は、ワイヤーグリッド装置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２，３実施例のワイヤーグリッド装置では、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、当該ワイヤーグリッド装置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。
なお、第１実施例のワイヤーグリッド装置において、スリットを縦方向に形成したが、横方向に形成するようにしても良いことは当然のことであり、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。

１ ワイヤーグリッド装置、１ａ 枠体、１ｂ スリット、１ｃ グリッド、１ｄ 電気壁、１ｅ 周期境界壁、２ ワイヤーグリッド装置、３ ワイヤーグリッド装置、１０ フィルム基板、１０ａ〜１０ｅ フィルム基板、１１ ポリマーフィルム、１２ 金属薄板、１５ 周期境界壁、１６ 電気壁、１７ 周期境界壁、２０ フィルム基板、２０ａ〜２０ｆ フィルム基板、２１ ポリマーフィルム、２１ａ 保持部、２１ｂ 取付部、２１ｃ 取付部、２２ 金属薄板、２２ａ〜２２ｆ 金属薄板、２３ 第１切欠部、２４ 第２切欠部、２５ 第３切欠部、２６ 矩形状切欠部、２７ 孔部、３０ フィルム基板積層体、４０ 押さえ板、４１ 平板部、４２ 第１切欠部、４３ 第２切欠部、４４ 第３切欠部、４６ 挿通孔、５０ 基台、５１ 底部、５２ 第１立設柱、５３ 第２立設柱、５４ 第３立設柱、５５ ネジ孔、６０ 取付ネジ、１０１ ワイヤーグリッド用金属板、１１１ 縦桟部、１１２ 横桟部、１１３ フランジ部

Claims (4)

1. 細長い矩形状の金属薄板が一面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を複数枚積層することにより構成されており、
   前記フィルム基板が複数枚積層された状態において、前記金属薄板が相互に重なるように配置され、各フィルム基板に形成された前記金属薄板により構成された平行平板により、テラヘルツ光の偏光子として動作するワイヤーグリッドが構成されていることを特徴とするワイヤーグリッド装置。
2. テラヘルツ光の偏光子として動作する前記ワイヤーグリッドにおいて、前記金属薄板の短辺の幅ａが１．０ｍｍ、前記フィルム基板の厚さｄが０．５μｍ〜５０μｍとされることを特徴とする請求項１記載のワイヤーグリッド装置。
3. 平板状の底部と、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したフィルム基板積層体と、
   平板状の平板部と、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、該押さえ板に挿通されたネジが前記基台に螺着されていることを特徴とする請求項１または２記載のワイヤーグリッド装置。
4. 所定の奥行きを有する直方体状とされた導電性の枠体と、該枠体の一辺に平行に前記枠体を貫通するよう多数形成されたスリットとから構成されるテラヘルツ光の偏光子として動作するワイヤーグリッド装置であって、
   前記スリットが多数形成されることにより、前記スリット間に多数のグリッドが形成され、前記スリットの幅ｄが５０μｍ、前記枠体の奥行きａが２．０ｍｍ、前記グリッドの幅ｗが５０μｍ以下とされることを特徴とするワイヤーグリッド装置。

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