JP7221320B2 - Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder - Google Patents

Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder Download PDF

Info

Publication number
JP7221320B2
JP7221320B2 JP2021035644A JP2021035644A JP7221320B2 JP 7221320 B2 JP7221320 B2 JP 7221320B2 JP 2021035644 A JP2021035644 A JP 2021035644A JP 2021035644 A JP2021035644 A JP 2021035644A JP 7221320 B2 JP7221320 B2 JP 7221320B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase difference
fresnel
wave
total reflection
incident
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.)
Active
Application number
JP2021035644A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022135685A (en
Inventor
伸一郎 戸田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KOGAKUGIKEN CORP.
Original Assignee
KOGAKUGIKEN CORP.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KOGAKUGIKEN CORP. filed Critical KOGAKUGIKEN CORP.
Priority to JP2021035644A priority Critical patent/JP7221320B2/en
Publication of JP2022135685A publication Critical patent/JP2022135685A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7221320B2 publication Critical patent/JP7221320B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Polarising Elements (AREA)

Description

本発明は、位相子に係り、特に広帯域で使用可能な広帯域位相子、該広帯域位相子を備えた計測装置及び光アッテネーターに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a retarder, and more particularly to a broadband retarder that can be used in a wide band, a measuring device having the broadband retarder, and an optical attenuator.

波長板は、直交する2つの偏光成分に所定の位相差(光路差)を与えて、入射偏光の状態を変える光学素子である。一般的に、波長板としては、1/2波長板(λ/2板)と1/4波長板(λ/4板)の2種類がよく利用されている。 A wave plate is an optical element that changes the state of incident polarized light by giving a predetermined phase difference (optical path difference) to two orthogonal polarized light components. In general, two types of wave plates are commonly used: a half-wave plate (λ/2 plate) and a quarter-wave plate (λ/4 plate).

1/2波長板(Half-wave plate:HWP)は、入射光線に対して1/2の位相差を与える波長板であり、具体的には、入射光線の電界振動方向(偏光面)にλ/2(180°)の位相差を与える光学素子である。1/2波長板は、入射光線に対して位相差をλ/2(180°)与え、直線偏光を回転させて出射させるために用いられる。 A half-wave plate (HWP) is a wave plate that gives a 1/2 phase difference to an incident light beam. Specifically, λ It is an optical element that provides a phase difference of /2 (180°). A half-wave plate is used to give a phase difference of λ/2 (180°) to an incident light beam and rotate linearly polarized light to emit the light.

1/4波長板(Quarter-wave plate:QWP)は、入射光線に対して1/4の位相差を与える波長板であり、具体的には、入射光線の電界振動方向(偏光面)にλ/4(90°)の位相差を与える光学素子である。1/4波長板は、入射光線に対して位相差をλ/4(90°)与え、直線偏光を円偏光に変えたり、円偏光を直線偏光に変えたりするために用いられる。 A quarter-wave plate (QWP) is a wave plate that gives a 1/4 phase difference to an incident light beam. Specifically, λ It is an optical element that provides a phase difference of /4 (90°). A quarter-wave plate is used to give a phase difference of λ/4 (90°) to an incident light beam to convert linearly polarized light into circularly polarized light or circularly polarized light into linearly polarized light.

特許文献1及び2には、水晶などの複屈折製の波長板について、3枚の1/2波長板や、1枚の1/2波長板と2枚の1/4波長板の結晶軸をずらして組み合わせることで広帯域波長板としたパンカラトナム型広帯域波長板が記載されている。 Patent Documents 1 and 2 disclose three half-wave plates, one half-wave plate and two quarter-wave plates with crystal axes of birefringent wave plates such as crystal. Pankaratnam-type broadband waveplates are described that are staggered and combined to form a broadband waveplate.

S.PANCHARATNAM, “ACHROMATIC COMBINATIONS OF BIREFRINGENT PLATES PartI. An Achromatic Circular Polarizer”, Proc. Indian Acad. Sci., A41, p.130-, 1955.S.PANCHARATNAM, "ACHROMATIC COMBINATIONS OF BIREFRINGENT PLATES PartI. An Achromatic Circular Polarizer", Proc. Indian Acad. Sci., A41, p.130-, 1955. S.PANCHARATNAM, “ACHROMATIC COMBINATIONS OF BIREFRINGENT PLATES PartII. An Achromatic Quarter-Wave Plate”, Proc. Indian Acad. Sci., A41 P.137-, 1955.S.PANCHARATNAM, "ACHROMATIC COMBINATIONS OF BIREFRINGENT PLATES PartII. An Achromatic Quarter-Wave Plate", Proc. Indian Acad. Sci., A41 P.137-, 1955.

偏光計測は、膜物質、異物分析などで有効な手法で、その中でも分光偏光計測は、波長というパラメーターも加わることで、材料などの分散特性なども調べることが出来る有用な分析処方の一つである。また、自然物、人工物に限らず、偏光に依存した吸収、散乱特性を持つ物質は数多く存在するため、理化学用途としても有用である。 Polarization measurement is an effective method for analyzing film materials and foreign substances. Among them, spectroscopic polarization measurement is one of the useful analysis prescriptions that can investigate the dispersion characteristics of materials, etc. by adding the parameter of wavelength. be. In addition, there are many substances that have polarization-dependent absorption and scattering properties, not only natural substances and artificial substances, so they are also useful for physics and chemistry.

また、角度測定、黒色物体の形状解析などp波、s波の反射率差を利用した計測にも分光偏光計測は有効である。そのため、従来から波長帯域が広く、偏光状態を変換することが可能な素子として広帯域位相子は、多くの構造や方式で考案されて使用されているが、深紫外から赤外域までの広い波長範囲で位相差変化が少ない(換言すると、位相差の波長依存性が少ない)素子は、ほとんどなかった。 Spectral polarimetry is also effective for angle measurement, shape analysis of a black object, and other measurements that utilize the difference in reflectance between p-wave and s-wave. For this reason, broadband retarders, which have a wide wavelength band and can convert the polarization state, have been devised and used in many structures and methods. There were almost no elements in which the change in phase difference was small (in other words, the wavelength dependence of the phase difference was small).

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、広帯域で使用可能であり、特に、従来の広帯域位相子よりも位相差の波長依存性が少ない光学素子、該光学素子を備えた計測装置及びアッテネーターを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical element that can be used in a broadband and, in particular, has less wavelength dependence of phase difference than a conventional broadband retarder. An object of the present invention is to provide a measuring device and an attenuator provided with an optical element.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、従来から知られている複屈折性のλ/2板とλ/4板を組み合わせた広帯域波長板と、広帯域位相子として知られているフレネルロムを組み合わせることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive research to solve the above problems, the present inventors have found a broadband wave plate combining a conventionally known birefringent λ/2 plate and a λ/4 plate, and a broadband retarder. The present invention was completed by finding a combination of Fresnel rhombs.

前記課題は、本発明の広帯域位相子によれば、第1位相差発生部と、第2位相差発生部と、第3位相差発生部と、を備え、前記第2位相差発生部の入射面側に前記第1位相差発生部が配置され、前記第2位相差発生部の出射面側に前記第3位相差発生部が配置され、前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与え、入射光線軸を回転軸として、前記第2位相差発生部の入射面は前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部の入射面に対して回転して配置されており、前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、フレネルロムで構成されており、入射光線と出射光線の光軸が同軸であり、前記第1位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与える第1フレネルロムを有し、前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第2フレネルロムを有し、前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与える第3フレネルロムを有し、入射光線軸を回転軸として、前記第2フレネルロムの入射面は前記第1フレネルロム及び前記第3フレネルロムの入射面に対して67.5°±10%回転して配置されており、波長200~2600nmにおいて入射光線に対する出射光線の位相差が90°±5°であること、により解決される。
また、前記課題は、本発明の広帯域位相子によれば、第1位相差発生部と、第2位相差発生部と、第3位相差発生部と、を備え、前記第2位相差発生部の入射面側に前記第1位相差発生部が配置され、前記第2位相差発生部の出射面側に前記第3位相差発生部が配置され、前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、入射光線軸を回転軸として、前記第2位相差発生部の入射面は前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部の入射面に対して回転して配置されており、前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、フレネルロムで構成されており、入射光線と出射光線の光軸が同軸であり、前記第1位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第1フレネルロムを有し、前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第2フレネルロムを有し、前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第3フレネルロムを有し、入射光線軸を回転軸として、前記第2フレネルロムの入射面は前記第1フレネルロム及び前記第3フレネルロムの入射面に対して60°±10%回転して配置されており、波長200~2600nmにおいて入射光線に対する出射光線の位相差が180°±5°であること、により解決される。
According to the broadband phase shifter of the present invention, the above problem is provided with a first phase difference generating section, a second phase difference generating section, and a third phase difference generating section, and the incidence of the second phase difference generating section The first phase difference generator is arranged on the surface side, the third phase difference generator is arranged on the output surface side of the second phase difference generator, and the second phase difference generator has a wavelength of 200 to 2600 nm. gives a phase difference of 1 80° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at the wavelength of 200 to 2600 nm . A phase difference of 90 ° ± 10% is given between the wave and the s-wave, and the incident surface of the second phase difference generating portion is the first phase difference generating portion and the third phase difference generating portion with the incident light beam axis as the rotation axis. The first phase difference generating part, the second phase difference generating part, and the third phase difference generating part are arranged to rotate with respect to the incident surface of the phase difference generating part, and the first phase difference generating part, the second phase difference generating part, and the third phase difference generating part are composed of Fresnel rhombs. The optical axes of the light beam and the emitted light beam are coaxial, and the first phase difference generating section provides a phase difference of 90° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm. Having a Fresnel rhomb, the second phase difference generating unit has a second Fresnel rhomb that gives a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm, and the third The phase difference generator has a third Fresnel rhomb that gives a phase difference of 90°±10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm. The plane of incidence of the Fresnel ROM is rotated by 67.5°±10% with respect to the planes of incidence of the first Fresnel ROM and the third Fresnel ROM. °±5° .
Further, according to the broadband phase shifter of the present invention, the above-mentioned problem is provided with a first phase difference generating section, a second phase difference generating section, and a third phase difference generating section, and the second phase difference generating section The first phase difference generator is arranged on the incident surface side of the second phase difference generator, the third phase difference generator is arranged on the exit surface side of the second phase difference generator, and the second phase difference generator has a wavelength of 200 A phase difference of 180° ± 10% is given between the p-wave and the s-wave by total reflection at ~2600 nm, and the first phase difference generating section and the third phase difference generating section are generated by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm. A phase difference of 180°±10% is given between the p-wave and the s-wave, and the incident surface of the second phase difference generating section is the first phase difference generating section and the third phase difference generating section, with the incident light beam axis as the rotation axis. The first phase difference generating part, the second phase difference generating part, and the third phase difference generating part are arranged to rotate with respect to the incident surface of the phase difference generating part, and the first phase difference generating part, the second phase difference generating part, and the third phase difference generating part are composed of Fresnel rhombs. The optical axes of the light beam and the emitted light beam are coaxial, and the first phase difference generating section is a first Fresnel rhomb that provides a phase difference of 180°±10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm. and the second phase difference generator has a second Fresnel rhomb that gives a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm, and the third The phase difference generator has a third Fresnel lobe that provides a phase difference of 180°±10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm, and the second Fresnel lobe with the axis of the incident light beam as the axis of rotation. is rotated by 60°±10% with respect to the incident surfaces of the first Fresnel ROM and the third Fresnel ROM, and the phase difference of the emitted light with respect to the incident light is 180°±5 at a wavelength of 200 to 2600 nm. ° is resolved by

このように、広帯域性をもったフレネルロム位相子を、さらに広帯域性構造で組み合わせることで、真空紫外から近赤外の波長領域で使用可能な超広帯域特性を有し、直線偏光を回転させたり、精度の高い円偏光を作り出したりすることが可能で、入射光線と出射光線が同軸にある広帯域位相子を提供することができる。 In this way, by combining a broadband Fresnel rhomb phase shifter with a broadband structure, it has ultra-wideband characteristics that can be used in the wavelength region from vacuum ultraviolet to near infrared, and can rotate linearly polarized light, Circularly polarized light with high precision can be produced, and broadband retarders with coaxial input and output beams can be provided.

このとき、前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部を構成する前記フレネルロムは、石英、CaF及びLiFからなる群から選択される少なくとも一種の材料で形成されているとよい。
このとき、前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部を構成する前記フレネルロムは、少なくとも1以上の全反射面に多層膜が形成されているとよい
At this time, the Fresnel rhombs constituting the first phase difference generating portion, the second phase difference generating portion, and the third phase difference generating portion are made of at least one material selected from the group consisting of quartz, CaF2, and LiF. It is good to be formed with.
At this time, it is preferable that the Fresnel rhombs constituting the first phase difference generating portion, the second phase difference generating portion, and the third phase difference generating portion have a multilayer film formed on at least one or more total reflection surfaces. .

また、前記課題は、本発明の計測装置によれば、上記の広帯域位相子を備えること、により解決される。
また、前記課題は、本発明の光アッテネーターによれば、上記の広帯域位相子を備えること、により解決される。
Moreover, according to the measuring apparatus of this invention, the said subject is solved by providing said wide-band retarder.
Moreover, according to the optical attenuator of the present invention, the above object is solved by providing the broadband phase shifter.

本発明の広帯域位相子によれば、真空紫外から近赤外の波長領域(例えば、200~2600nm)で使用可能であり、直線偏光を回転させたり、精度の高い円偏光を作り出したりすることが可能となる。 According to the broadband retarder of the present invention, it can be used in the vacuum ultraviolet to near infrared wavelength range (for example, 200 to 2600 nm), and can rotate linearly polarized light or create highly accurate circularly polarized light. It becomes possible.

また、本発明のフレネルロムは、上記の特性を備えているため、各種の測定装置、分析装置、検査装置、観察装置を含む計測装置に適用することで、微細領域の検査、微小領域を観察、様々な偏光計測を行うことが可能となる。さらに、本発明のフレネルロムは、光アッテネーターに適用することで、レーザー装置の発振光の光量や、白色光の光量を調整することも可能となる。 In addition, since the Fresnel ROM of the present invention has the above characteristics, it can be applied to various measurement devices, such as measurement devices, analysis devices, inspection devices, and observation devices. Various polarization measurements can be performed. Furthermore, by applying the Fresnel rhomb of the present invention to an optical attenuator, it becomes possible to adjust the light intensity of the oscillation light of the laser device and the light intensity of the white light.

パンカラトナム構造広帯域波長板の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a broadband wave plate with a pancalatnam structure; パンカラトナム構造を構成するλ/4板(QWP)の位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing retardation characteristics of a λ/4 plate (QWP) that constitutes the Pankaratnam structure. パンカラトナム構造を構成するλ/2板(HWP)の位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing retardation characteristics of a λ/2 plate (HWP) that constitutes the Pankaratnam structure. パンカラトナム構造λ/4広帯域波長板の位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing retardation characteristics of a λ/4 broadband waveplate with a pancalatnam structure. パンカラトナム構造λ/4広帯域波長板の楕円率特性を示すグラフである。4 is a graph showing ellipticity characteristics of a λ/4 broadband wave plate with a pancalatnam structure; パンカラトナム構造λ/4広帯域波長板の偏光軸方向を示すグラフである。4 is a graph showing the polarization axis directions of a λ/4 broadband waveplate with a pancalatnam structure; パンカラトナム構造λ/2広帯域波長板の位相差特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing retardation characteristics of a λ/2 broadband waveplate with a pancalatnam structure; FIG. パンカラトナム構造λ/2広帯域波長板の楕円率特性を示すグラフである。2 is a graph showing ellipticity characteristics of a pancalatnam structure λ/2 broadband waveplate. パンカラトナム構造λ/2広帯域波長板の偏光軸方向を示すグラフである。4 is a graph showing polarization axis directions of a λ/2 broadband wave plate with a pancalatnam structure; 標準的なλ/4フレネルロム(BK-7製)の模式図である。1 is a schematic diagram of a standard λ/4 Fresnel ROM (manufactured by BK-7); FIG. 標準的なλ/2フレネルロム(BK-7製)の模式図である。1 is a schematic diagram of a standard λ/2 Fresnel ROM (manufactured by BK-7); FIG. BK-7から空気への入射角と位相差の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the angle of incidence from BK-7 to air and the phase difference. 石英から空気への入射角と位相差の関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the angle of incidence from quartz to air and the phase difference. BK-7製フレネルロム(λ/4)の位相差の波長依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the wavelength dependence of the phase difference of a BK-7 Fresnel rhomb (λ/4). BK-7製フレネルロム(λ/2)の位相差の波長依存性を示すグラフである。2 is a graph showing the wavelength dependence of the phase difference of a BK-7 Fresnel rhomb (λ/2). 石英製フレネルロム(λ/4)の位相差の波長依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the wavelength dependence of the retardation of a Fresnel rhomb (λ/4) made of quartz. 石英製フレネルロム(λ/2)の位相差の波長依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the wavelength dependence of the retardation of a Fresnel rhomb (λ/2) made of quartz. パンカラトナム型λ/4フレネルロムの構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a Pankaratnam-type λ/4 Fresnel rhomb. パンカラトナム型λ/2フレネルロムの構造を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of a Pankaratnam-type λ/2 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムの位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing retardation characteristics of a Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムの楕円率特性を示すグラフである。4 is a graph showing ellipticity characteristics of a Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムの偏光軸方向を示すグラフである。4 is a graph showing the polarization axis direction of a Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムの位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing retardation characteristics of a Pankaratnam-type quartz λ/2 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムの楕円率特性を示すグラフである。4 is a graph showing ellipticity characteristics of a Pankaratnam-type quartz λ/2 Fresnel rhomb. パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムの偏光軸方向を示すグラフである。2 is a graph showing the polarization axis direction of a Pankaratnam-type quartz λ/2 Fresnel rhomb. 水晶製フレネルプリズムの構造を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing the structure of a crystal Fresnel prism; FIG. 水晶製フレネルプリズムの円偏光分離角の例を示すグラフである。4 is a graph showing an example of the circular polarization separation angle of a quartz Fresnel prism. 反射による直線偏光の90°回転を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing 90° rotation of linearly polarized light due to reflection; パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロム(実施例1)の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel rhomb (Example 1). 実施例1の素子の位相差特性を示すグラフである。4 is a graph showing phase difference characteristics of the element of Example 1. FIG. 実施例1の素子の楕円率特性を示すグラフである。4 is a graph showing ellipticity characteristics of the element of Example 1. FIG. 実施例1の素子の偏光軸方向を示すグラフである。4 is a graph showing the polarization axis directions of the element of Example 1. FIG. パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロム(実施例2)の構造を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a Pankaratnam-type quartz λ/2 Fresnel rhomb (Example 2). 実施例2の素子の位相差特性を示すグラフである。10 is a graph showing retardation characteristics of the element of Example 2. FIG. 実施例2の素子の楕円率特性を示すグラフである。10 is a graph showing the ellipticity characteristics of the device of Example 2. FIG. 実施例2の素子の偏光軸方向を示すグラフである。7 is a graph showing the polarization axis directions of the device of Example 2. FIG. 実施例3の素子の位相差特性を示すグラフである。10 is a graph showing retardation characteristics of the element of Example 3. FIG. 実施例3の素子の楕円率特性を示すグラフである。10 is a graph showing the ellipticity characteristics of the element of Example 3. FIG. 実施例3の素子の偏光軸方向を示すグラフである。10 is a graph showing the polarization axis directions of the element of Example 3. FIG. 実施例4の素子の位相差特性を示すグラフである。10 is a graph showing phase difference characteristics of the element of Example 4. FIG. 実施例4の素子の楕円率特性を示すグラフである。10 is a graph showing the ellipticity characteristics of the element of Example 4. FIG. 実施例4の素子の偏光軸方向を示すグラフである。10 is a graph showing the polarization axis directions of the element of Example 4. FIG. 光学膜付きキング型パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロム(実施例5)の構造を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the structure of a king-type Pankaratnam-type quartz-made λ/4 Fresnel rhomb with an optical film (Example 5). 実施例5の素子の位相差特性を示すグラフである。10 is a graph showing retardation characteristics of the element of Example 5. FIG. 実施例5の素子の楕円率特性を示すグラフである。10 is a graph showing the ellipticity characteristics of the element of Example 5. FIG. 実施例5の素子の偏光軸方向を示すグラフである。10 is a graph showing the polarization axis directions of the element of Example 5. FIG. 実施例6の素子の位相差特性を示すグラフである。10 is a graph showing phase difference characteristics of the element of Example 6. FIG. 実施例6の素子の楕円率特性を示すグラフである。10 is a graph showing the ellipticity characteristics of the device of Example 6. FIG. 実施例6の素子の偏光軸方向を示すグラフである。10 is a graph showing the polarization axis directions of the device of Example 6. FIG.

以下、図1乃至図21Cを参照しながら、本発明の一実施形態(以下、本実施形態)に係る広帯域位相子について説明する。本実施形態に係る広帯域位相子は、真空紫外から近赤外の波長領域において位相差の波長依存性が小さい広帯域の位相子である。 A broadband retarder according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the present embodiment) will be described below with reference to FIGS. 1 to 21C. The broadband retarder according to this embodiment is a broadband retarder in which the wavelength dependence of the phase difference is small in the vacuum ultraviolet to near-infrared wavelength region.

本明細書において、○nm~△nmは、○nm以上△nm以下を意味する。
本明細書において、略とは、数値として±10%、好ましくは±5%、より好ましくは±3%、更に好ましくは±2%、特に好ましくは±1%を意味する。
本明細書において、「コンタクト」とは、一対の隣接するフレネルロム(プリズム素子、菱面体)が相互に接触して配置されていることをいい、直接接合されているオプティカル・コンタクトのほか、接着による接合も含まれる。
また、本明細書において、フレネルロム(プリズム素子、菱面体)が「対向」するとは、直接接合されているオプティカル・コンタクトの場合と、接着剤など、何かを介在させて接合されている接着の場合、空気層を介在させている場合とを含む。
In the present specification, ◯ nm to Δnm mean ◯ nm or more and Δ nm or less.
As used herein, approximately means a numerical value of ±10%, preferably ±5%, more preferably ±3%, even more preferably ±2%, and particularly preferably ±1%.
As used herein, the term “contact” refers to a pair of adjacent Fresnel rhombs (prism elements, rhombohedrons) arranged in contact with each other. It also includes splicing.
Further, in this specification, Fresnel rhombs (prism elements, rhombohedrons) "facing" means optical contacts that are directly bonded, and bonding that is bonded with something interposed, such as an adhesive. The case includes the case where an air layer is interposed.

[1.基本的となるアイディア]
本実施形態に係る広帯域位相子は、従来から知られている複屈折性のλ/2板とλ/4板を組み合わせた広帯域波長板と広帯域位相子として知られているフレネルロムを組み合わせたものである。まず、複屈折性のλ/2板とλ/4板を組み合わせた広帯域波長板について説明する。
[1. basic ideas]
The broadband retarder according to the present embodiment is a combination of a broadband wavelength plate that combines a conventionally known birefringent λ/2 plate and a λ/4 plate and a Fresnel rhomb known as a broadband retarder. be. First, a broadband wavelength plate that combines a birefringent λ/2 plate and a λ/4 plate will be described.

(1)3枚の複屈折性波長板を組み合わせた広帯域波長板(パンカラトナム構造波長板)
図1及び表1にパンカラトナム型広帯域波長板の構造図(配置図)を示す。図1、表1に示す様に、3枚の波長板から構成されており、第一、三波長板は、同一波長板であり、第二波長板は、位相差180°で第一、三波長板と異なる軸方向で構成される波長板である。波長板は一枚の複屈折素材からなる波長板であっても、複数の複屈折素材の板を組み合わせた波長板であっても良い。この様な構成とすることで、より帯域の広い波長板を作る事が出来る。
(1) Broadband wave plate (pankaratnam structure wave plate) combining three birefringent wave plates
FIG. 1 and Table 1 show a structural diagram (arrangement diagram) of a Pankaratnam-type broadband wavelength plate. As shown in FIG. 1 and Table 1, it consists of three wave plates. The first and third wave plates are the same wave plate, and the second wave plate has a phase difference of 180°. It is a wave plate configured in an axial direction different from that of the wave plate. The wave plate may be a single wave plate made of a birefringent material, or a wave plate made of a combination of a plurality of birefringent material plates. With such a configuration, a wave plate with a wider band can be produced.

Figure 0007221320000001
Figure 0007221320000001

図2A及び図2Bに組合せ要素とした、水晶とMgF結晶を組み合わせた位相差90°と180°の波長板の位相差の波長依存性を示す。これらを組み合わせたパンカラトナム型位相子の光学特性を図2C~図2Hに示す。図2C、図2Fに位相差の波長依存性を示しているが、パンカラトナム型位相子は、位相差で出射偏光状態を表すことが出来ない。出射偏光状態は、図2D、図2Gの楕円率、図2E、図2Hの偏光軸方向が表している。図2C~図2Hから分かる様にパンカラトナム型は、どちらかと言うとλ/2板として優れた性能を示す素子である。 FIG. 2A and FIG. 2B show the wavelength dependence of the phase difference of the wave plates with a phase difference of 90° and 180°, which are combined elements of quartz and MgF 2 crystal. The optical properties of these combined Pankaratnam-type retarders are shown in FIGS. 2C-2H. 2C and 2F show the wavelength dependence of the phase difference, but the Pankaratnam type retarder cannot express the output polarization state by the phase difference. The output polarization state is represented by the ellipticity in FIGS. 2D and 2G and the polarization axis directions in FIGS. 2E and 2H. As can be seen from FIGS. 2C to 2H, the Pankaratnam type is a device that exhibits rather excellent performance as a λ/2 plate.

(2)フレネルロム
図3A及び図3Bに標準的なフレネルロムの形状を示す。図3Aはλ/4フレネルロム(BK-7製)の模式図であり、図3Bはλ/2フレネルロム(BK-7製)の模式図である。
(2) Fresnel rom Figs. 3A and 3B show the shape of a standard Fresnel rom. FIG. 3A is a schematic diagram of a λ/4 Fresnel ROM (manufactured by BK-7), and FIG. 3B is a schematic diagram of a λ/2 Fresnel ROM (manufactured by BK-7).

図3Aに示すように、λ/4フレネルロムを構成する第一菱面体10は、第一入射端面11と、第一入射端面11と平行に配置された第一出射端面12と、第一入射端面11及び第一出射端面12と交わる第一全反射面13と、第一全反射面13と平行に配置された第二全反射面14と、を有している。 As shown in FIG. 3A, the first rhombohedron 10 forming the λ/4 Fresnel rhomb has a first incident end face 11, a first exit end face 12 arranged parallel to the first incident end face 11, and a first incident end face 11 and the first output end face 12, and a second total reflection surface 14 arranged parallel to the first total reflection surface 13. As shown in FIG.

第一菱面体10において、第一入射端面11及び第一出射端面12は互いに平行であり、かつ、第一全反射面13及び第二全反射面14は互いに平行である。また、第一菱面体10において、第一入射端面11と第一全反射面13との間、及び、第一出射端面12と第二全反射面14との間は、互いに90度よりも小さい角度(楔角α)で交わっている。さらに、第一菱面体10において、第一入射端面11と第二全反射面14との間、及び、第一出射端面12と第一全反射面13との間は、互いに90度よりも大きい角度で交わっている。 In the first rhombohedron 10, the first entrance end face 11 and the first exit end face 12 are parallel to each other, and the first total reflection surface 13 and the second total reflection surface 14 are parallel to each other. Further, in the first rhombohedron 10, the angles between the first incident end surface 11 and the first total reflection surface 13 and between the first exit end surface 12 and the second total reflection surface 14 are less than 90 degrees each other. They intersect at an angle (wedge angle α). Further, in the first rhombohedron 10, the angles between the first incident end surface 11 and the second total reflection surface 14 and between the first output end surface 12 and the first total reflection surface 13 are greater than 90 degrees to each other. intersect at an angle.

図3Bに示すように、λ/2フレネルロムは、平行四辺形状のプリズム素子を2つ組み合わせた構造(屋根型のフレネルロム)である。具体的には、λ/2フレネルロムは、断面(図3Bの面と平行な断面、つまり、後述する各入射端面、出射端面、全反射面と直交する断面)が平行四辺形の平行四辺形状の第一菱面体10及び第二菱面体20を備えている。第一菱面体10及び第二菱面体20は、同一形状であり、等方性材料で形成されている。 As shown in FIG. 3B, the λ/2 Fresnel Rhomb has a structure (roof-shaped Fresnel Rhomb) in which two parallelogram-shaped prism elements are combined. Specifically, the λ/2 Fresnel rhomb has a parallelogram-shaped cross section (a cross section parallel to the surface of FIG. 3B, that is, a cross section orthogonal to each incident end face, outgoing end face, and total reflection surface described later). A first rhombohedron 10 and a second rhombohedron 20 are provided. The first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20 have the same shape and are made of an isotropic material.

第二菱面体20は、第二入射端面21と、第二入射端面21と平行に配置された第二出射端面22と、第二入射端面21及び第二出射端面22と交わる第三全反射面23と、第三全反射面23と平行に配置された第四全反射面24と、を有している。 The second rhombohedron 20 has a second incident end face 21, a second exit end face 22 arranged parallel to the second incident end face 21, and a third total reflection surface intersecting the second incident end face 21 and the second exit end face 22. 23 and a fourth total reflection surface 24 arranged parallel to the third total reflection surface 23 .

第二菱面体20において、第二入射端面21及び第二出射端面22は互いに平行であり、かつ、第三全反射面23及び第四全反射面24は互いに平行である。また、第二菱面体20において、第二入射端面21と第三全反射面23との間、及び、第二出射端面22と第四全反射面24との間は、互いに90度よりも小さい角度(楔角α)で交わっている。さらに、第二菱面体20において、第二入射端面21と第四全反射面24との間、及び、第二出射端面22と第三全反射面23との間は、互いに90度よりも大きい角度で交わっている。 In the second rhombohedron 20, the second entrance end face 21 and the second exit end face 22 are parallel to each other, and the third total reflection surface 23 and the fourth total reflection surface 24 are parallel to each other. Further, in the second rhombohedron 20, the angles between the second incident end surface 21 and the third total reflection surface 23 and between the second exit end surface 22 and the fourth total reflection surface 24 are less than 90 degrees to each other. They intersect at an angle (wedge angle α). Further, in the second rhombohedron 20, the angles between the second incident end surface 21 and the fourth total reflection surface 24 and between the second output end surface 22 and the third total reflection surface 23 are greater than 90 degrees. intersect at an angle.

第一菱面体10及び第二菱面体20は、第一菱面体10の第一出射端面12と、第二菱面体20の第二入射端面21とが互いに平行になるように対向して配置されている。第一出射端面12と第二入射端面21は、オプティカル・コンタクトによる直接接合とすることが好適であるが、紫外線透過接着剤を用いた接着固定とすることや、接合を行わずに隙間を空けて配置することも可能である。 The first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20 are arranged to face each other such that the first emission end face 12 of the first rhombohedron 10 and the second incident end face 21 of the second rhombohedron 20 are parallel to each other. ing. The first emission end face 12 and the second incidence end face 21 are preferably directly joined by optical contact. It is also possible to place

上述したように第一菱面体10の第一入射端面11と第一全反射面13(第一出射端面12と第二全反射面14)は楔角αをなしており、同様に、第二菱面体20の第二入射端面21と第三全反射面23(第二出射端面22と第四全反射面24)も楔角αをなしている。ここで、楔角αは、第一菱面体10及び第二菱面体20を構成する等方性材料の種類に応じて適宜設定することが可能であり、等方性材料がBK-7の場合には楔角α=55°とし、石英の場合には楔角α=54°とし、等方性材料がCaFの場合には楔角α=54°とすればよい。 As described above, the first incident end surface 11 and the first total reflection surface 13 (the first output end surface 12 and the second total reflection surface 14) of the first rhombohedron 10 form a wedge angle α. The second entrance end surface 21 and the third total reflection surface 23 (the second exit end surface 22 and the fourth total reflection surface 24) of the rhombohedron 20 also form a wedge angle α. Here, the wedge angle α can be appropriately set according to the type of isotropic material that constitutes the first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20. When the isotropic material is BK-7, , the wedge angle α=55°, for quartz the wedge angle α=54°, and for the isotropic material CaF2 the wedge angle α=54°.

上記の通り、フレネルロムは、複屈折を持たない等方性の材料で作られるが、全反射時に発生するp波とs波の間の位相差を利用した位相子である。全反射は、光が高屈折材から低屈折材側に、臨界角以上の角度で入射する場合に発生する現象である。図4A及び図4Bに材料が代表的な光学ガラスであるBK-7と石英の場合の反射面への入射角と発生する位相差の関係を示す。 As described above, the Fresnel rhomb is made of an isotropic material that does not have birefringence, but is a phase shifter that utilizes the phase difference between the p-wave and s-wave generated during total internal reflection. Total internal reflection is a phenomenon that occurs when light is incident from a high refractive material to a low refractive material at an angle equal to or greater than the critical angle. 4A and 4B show the relationship between the angle of incidence on the reflecting surface and the generated phase difference when the materials are BK-7, which is a typical optical glass, and quartz.

図4A及び図4Bより、臨界角以下の、通常の反射では位相差は発生しない事が分かる。また、臨界角以上でも角度により、発生する位相差が異なる事が分かる。ロムの材料の屈折率(入射、出射媒質の屈折率差)により、発生する位相差の最大値が異なる事も分かる。 From FIGS. 4A and 4B, it can be seen that normal reflection below the critical angle does not produce a phase difference. Also, it can be seen that the generated phase difference differs depending on the angle even if the critical angle is exceeded. It can also be seen that the maximum value of the generated phase difference differs depending on the refractive index of the ROM material (difference in refractive index between incident and outgoing media).

ロム素材がBK-7の場合、入射角約55°の時、位相差が約45°になる。そのため、2回全反射させる事で、位相差を90°付けることが出来、4回全反射させる事で、位相差を180°付ける事が出来る。 When the ROM material is BK-7, the phase difference is about 45° when the incident angle is about 55°. Therefore, by total reflection twice, a phase difference of 90° can be obtained, and by total reflection four times, a phase difference of 180° can be obtained.

図5A、図5BにBK-7製のフレネルロムの位相差の波長依存性を示す。また、図6A、図6Bに石英製フレネルロムの位相差の波長依存性を示す。図2、図5A及び図5B、図6A及び図6Bよりフレネルロムの位相差の波長依存性は少ないことが分かる。 5A and 5B show the wavelength dependence of the retardation of Fresnel rhombs made of BK-7. Also, FIG. 6A and FIG. 6B show the wavelength dependence of the phase difference of the Fresnel rhomb made of quartz. From FIGS. 2, 5A and 5B, and 6A and 6B, it can be seen that the wavelength dependence of the Fresnel rhomb phase difference is small.

(3)パンカラトナム型フレネルロム(本実施形態の広帯域位相子)
本実施形態に係る広帯域位相子1は、上記二つの広帯域位相子を組み合わせた構造である。広帯域性をもったフレネルロム位相子を、さらに広帯域性構造で構成することで、従来に無い超広帯域特性が得られる。
(3) Pankaratnam type Fresnel rhomb (broadband retarder of this embodiment)
The broadband phase shifter 1 according to this embodiment has a structure in which the above two wideband phase shifters are combined. By constructing a Fresnel Rhomb retarder with a broadband characteristic with a broadband structure, an unprecedented ultra-wideband characteristic can be obtained.

本実施形態に係る広帯域位相子1の一例として、図7A及び図7Bに石英製のパンカラトナム型フレネルロムを示す。また、図8A~図8Cに位相差などの出射偏光パラメーターを示す。本素子は、パンカラトナム構造の波長板がそうである様に、出射光の偏光方向は、波長依存性を持つが、比較的一般的な波長板と同様の特性を示す。 As an example of the broadband phase shifter 1 according to this embodiment, FIGS. 7A and 7B show a pancalatnam-type Fresnel rhomb made of quartz. In addition, output polarization parameters such as phase difference are shown in FIGS. 8A to 8C. Although the polarization direction of emitted light has wavelength dependence in the same way as a wave plate with a pancalatnam structure, this device exhibits characteristics similar to those of a relatively general wave plate.

基本的な構造は、図7A及び図7Bに示す様な構造で、全反射でp波とs波の間に90°または180°の位相差を持たせた2つの位相子の間に、全反射でp波とs波の間に180°の位相差を持たせた位相子を、光線軸(入射光線軸)を回転軸として、所定の角度回転させた構造である。 The basic structure is as shown in FIGS. 7A and 7B, in which total reflection occurs between two phase shifters with a phase difference of 90° or 180° between the p-wave and s-wave. It has a structure in which a phase shifter, in which a phase difference of 180° is provided between the p-wave and the s-wave by reflection, is rotated by a predetermined angle around the axis of the light beam (incident light beam axis) as the rotation axis.

1回の全反射でp波とs波の間に約180°、または、約90°の位相差を発生させる必要は無く、図7A及び図7Bの例では、1回の全反射で発生させる位相差は、約45°で、約180°の位相差を発生させるために、全反射を4回繰り返しており、約90°位相差を発生させるために、全反射を2回繰り返している。 It is not necessary to generate a phase difference of about 180° or about 90° between the p-wave and the s-wave in one total reflection, and in the example of FIGS. 7A and 7B , it is generated in one total reflection. The phase difference is about 45°, total reflection is repeated four times to generate a phase difference of about 180°, and total reflection is repeated twice to generate a phase difference of about 90°.

図7A及び図7Bでは、各ロム(稜面体ブロック)は、接合しているが、接合している必要はない。また、各ロムを接合させる場合も、使用帯域で透明であるならば、接着剤を用いても良い。ただし、深紫外領域で透明な接着剤は、少ないため、オプティカル・コンタクトで接合する方が好ましい。接合する際は、ロム材の等方性材料に応力がかかり、異方性が発生しない様に注意する必要がある。 In Figures 7A and 7B each rom (criscohedral block) is butted, but need not be. Also, when bonding each ROM, an adhesive may be used as long as it is transparent in the operating band. However, since there are few adhesives that are transparent in the deep ultraviolet region, it is preferable to join them by optical contact. When joining, it is necessary to be careful not to apply stress to the isotropic material of the rom material and not to cause anisotropy.

端面にはAR膜(反射防止膜)を施しても良く、使用帯域全体で透過率を向上出来た方が好ましい。ただし、例えば、本発明の素子で素材が石英の場合、使用波長帯域は、λ=180~2600nmになり、一般的には、この帯域全体で効果的な反射防止膜は難しいため、反射率を大幅に低減することは出来ないが、MgF単層膜を用いる方法がある。また、モスアイ構造を持った特殊な反射防止膜を施す方法などもある。当然、反射防止膜を施さなくても良い。この場合も、出射偏光に著しい影響は発生しない。端面とは、入出射面の事だけで無く、各ロムを接合させない場合は、各ロムの入出射面の事も指す。 An AR film (antireflection film) may be applied to the end faces, and it is preferable that the transmittance can be improved over the entire operating band. However, for example, when the material of the element of the present invention is quartz, the usable wavelength band is λ=180 to 2600 nm, and it is generally difficult to form an effective anti-reflection film over this entire band. There is a method using a MgF 2 single layer film, although it cannot be greatly reduced. There is also a method of applying a special antireflection film with a moth-eye structure. Of course, the antireflection film may not be applied. Again, no significant effect on the output polarization occurs. The end face refers not only to the incident/exit surface but also to the incident/exit surface of each ROM when each ROM is not joined.

図7A及び図7Bでは、3個のロムは同一形状であるが、必ずしも同一で無くても位相差が約180°と約90°位相子(λ/2部Hとλ/4部Q)を組み合わせていれば、広帯域化の効果はある。また、反射回数も4回と2回の組合せである必要はない。全反射面に光学多層膜を施し、広帯域化をしたロムを使う事でより、広帯域化し、出射円偏光の精度も高くなる。 In FIGS. 7A and 7B, the three ROMs have the same shape. If they are combined, there is an effect of widening the band. Also, the number of reflections does not have to be a combination of four and two. By applying an optical multilayer film to the total reflection surface and using a broadband ROM, the band can be broadened and the accuracy of the output circularly polarized light can be improved.

本構造の位相子は、図8C及び図9Cより、出射光の偏光軸方向が波長により変わる。これは、複屈折材料を使ったパンカラトナム構造でも同じである。パンカラトナム型λ/4フレネルロム(位相差90°品)で、直線偏光から円偏光を作る場合は問題にならないが、円偏光から直線偏光を作る場合は、直線偏光の方向が波長により変わるため、問題になる場合もある。パンカラトナム型λ/2フレネルロム(位相差180°品)では、偏光軸方向が多少波長依存性を持つが、大きくはない。そのため、使用用途によっては、問題にならず使用する事が出来る。 As shown in FIGS. 8C and 9C, the retarder of this structure changes the polarization axis direction of emitted light depending on the wavelength. This is also the case with Pankaratnam structures using birefringent materials. This is not a problem when circularly polarized light is generated from linearly polarized light with a Pankaratnam-type λ/4 Fresnel Rhomb (product with a phase difference of 90°), but when linearly polarized light is generated from circularly polarized light, the direction of linearly polarized light changes depending on the wavelength. It may become In the Pankaratnam-type λ/2 Fresnel rhomb (product with a phase difference of 180°), the polarization axis direction has some wavelength dependence, but it is not large. Therefore, depending on the intended use, it can be used without any problem.

(4)本実施形態に係る広帯域位相子の利点及び欠点
本実施形態に係る広帯域位相子の利点としては、広い波長範囲で直線偏光を回転させたり、直線偏光を円偏光に変えたりする事が出来ること、入射光線と出射光線が同軸にあること、製作が容易であることが挙げられる。また、本実施形態に係る広帯域位相子の欠点としては、比較的サイズが大きいことが挙げられる。この様に、本実施形態に係る広帯域位相子は、利点に対して、欠点が少なく、利点である直線偏光の回転や直線偏光を精度の良い円偏光に広い波長帯域で変換する能力に特出した素子である。
(4) Advantages and Disadvantages of the Broadband Retarder According to the Present Embodiment The advantage of the broadband retarder according to the present embodiment is that linearly polarized light can be rotated in a wide wavelength range, and linearly polarized light can be converted into circularly polarized light. It can be done, the incident light beam and the output light beam are coaxial, and the fabrication is easy. A disadvantage of the broadband retarder according to this embodiment is its relatively large size. As described above, the broadband phase shifter according to the present embodiment has advantages and disadvantages, and is characterized by its ability to rotate linearly polarized light and convert linearly polarized light into highly accurate circularly polarized light in a wide wavelength band. It is an element that

[2.従来技術]
以下に従来技術として、広帯域λ/4位相子や円偏光子を示す。パンカラトナム構造は、上述した様に、元のλ/2位相子やλ/4位相子より広帯域性が良く、λ/2板、λ/4板と似た特性の位相子を作る事が出来る構造である。そのため、元の位相子の波長依存性が少なければ、より位相差の波長依存性が少ない位相子を製作することが出来る。
[2. Conventional technology]
Broadband λ/4 phase shifters and circular polarizers are shown below as prior art. As described above, the Pankaratnam structure has better broadband characteristics than the original λ/2 retarder and λ/4 retarder, and is a structure that can create a retarder with characteristics similar to those of a λ/2 plate and a λ/4 plate. is. Therefore, if the wavelength dependence of the original phase shifter is small, a phase shifter having a phase difference with less wavelength dependence can be manufactured.

従来知られている様に、複屈折性の素材を用いたλ/2板とλ/4板よりも、フレネルロムの方が、波長依存性が少ないため、本発明品は、複屈折性の素材を組み合わせた位相子より、広帯域な位相子になり、また、従来のフレネルロムの構成要素として利用するため、従来のフレネルロムよりも広帯域な位相子となることは明らかである。 As is conventionally known, Fresnel rhombs have less wavelength dependence than λ/2 plates and λ/4 plates using birefringent materials. It is clear that a retarder with a wider band than the conventional Fresnel Rhomb can be obtained by using a retarder with a wider band than the conventional Fresnel Rhomb.

また、複屈折性のフィルムを用いて波長帯域を広げる工夫をしたものを使ったパンカラトナム構造の位相子であっても、有機物を用いて作られている以上、紫外域で透明では無く、また、赤外域でも特徴的な吸収線があり、紫外~赤外までを網羅する位相子にはならない。 In addition, even a retarder with a pancalatnam structure that uses a birefringent film to widen the wavelength band is not transparent in the ultraviolet region because it is made using an organic substance. There are characteristic absorption lines even in the infrared region, and it is not a retarder that covers the ultraviolet to infrared region.

位相子ではないが、全く異なる構造で広帯域な円偏光子としては、フレネルプリズムがある。これは、例えば、右回り水晶と左回り水晶を組み合わせる事で、その接合面で、左右の円偏光を分離する円偏光子である。 Although not a retarder, there is a Fresnel prism as a broadband circular polarizer with a completely different structure. This is, for example, a circular polarizer that separates left and right circularly polarized light at the joint surface by combining a right-handed crystal and a left-handed crystal.

図10に水晶製フレネルプリズムの模式図を示す。また、図11に右回り、左回り円偏光の分離角の波長依存性の一例を示す。フレネルプリズムは、広帯域でほぼ完全な円偏光を得ることが出来る素子であるが、大きな分離角を得られる素材が見つかっておらず、実用性に乏しい素子である。また、入射直線偏光を、直線偏光から円偏光へと変える事も出来ないため、λ/4板と同じ様に活用することは出来ない。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a crystal Fresnel prism. FIG. 11 shows an example of the wavelength dependence of the separation angles of right-handed and left-handed circularly polarized light. The Fresnel prism is an element that can obtain almost perfect circularly polarized light in a wide band, but the material that can obtain a large separation angle has not been found, and the element is of poor practical use. In addition, since incident linearly polarized light cannot be changed from linearly polarized light to circularly polarized light, it cannot be used in the same way as a λ/4 plate.

本実施形態に係る広帯域位相子は、透過帯域の広い、等方性材料であれば、材料とすることが可能で、また、位相差を変えたり、直線光を任意の角度に回転させたりと、従来の波長板と似た、使い方が可能であり、実用性の高い位相子である。直線光を広い波長帯域で90°回転させる方法としては、図12の様にミラーを配置する方法が知られているが、この方法では、光路が90°曲がる点や偏光の回転方向を自由に選べない等の欠点がある。 The broadband phase shifter according to this embodiment can be made of any isotropic material with a wide transmission band, and can change the phase difference or rotate the linear light to an arbitrary angle. It is a highly practical retarder that can be used in a manner similar to a conventional wave plate. As a method of rotating linear light by 90° in a wide wavelength band, a method of arranging a mirror as shown in FIG. 12 is known. There are drawbacks such as not being able to choose.

[3.本実施形態の広帯域位相子1の構造の詳説]
本実施形態の広帯域位相子1は、λ/4フレネルロム(図3A、λ/4部Q)とλ/2フレネルロム(図3B、λ/2部H)を組み合わせた構造であり、入射光線Iと出射光線Eの光軸が同軸である光学素子である。
[3. Detailed description of the structure of the broadband phase shifter 1 of the present embodiment]
The broadband retarder 1 of this embodiment has a structure in which a λ/4 Fresnel rhomb (λ/4 part Q in FIG. 3A) and a λ/2 Fresnel rhomb (λ/2 part H in FIG. 3B) are combined. It is an optical element in which the optical axis of the emitted light E is coaxial.

本実施形態の広帯域位相子1は、フレネルロムで構成された第1位相差発生部(λ/2部H又はλ/4部Q)と、第2位相差発生部(λ/2部H)と、第3位相差発生部(λ/2部H又はλ/4部Q)と、を備えている。第2位相差発生部の入射面側に第1位相差発生部が配置され、第2位相差発生部の出射面側に第3位相差発生部が配置されている(図13及び図15)。 The broadband phase shifter 1 of the present embodiment includes a first phase difference generator (λ/2 part H or λ/4 part Q) composed of Fresnel rhombs and a second phase difference generator (λ/2 part H). , and a third phase difference generator (λ/2 part H or λ/4 part Q). A first phase difference generator is arranged on the incident surface side of the second phase difference generator, and a third phase difference generator is arranged on the exit surface side of the second phase difference generator (FIGS. 13 and 15). .

ここで、第2位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与えるλ/2部Hであり、第1位相差発生部及び第3位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略90°の位相差を与えるλ/4部Qであるか、又は、略180°の位相差を与えるλ/2部Hである。 Here, the second phase difference generator is a λ/2 part H that gives a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave by total reflection, and the first phase difference generator and the third phase difference generator The part is either a λ/4 part Q that gives a phase difference of approximately 90° between the p-wave and the s-wave due to total internal reflection, or a λ/2 part H that gives a phase difference of approximately 180°.

本実施形態の広帯域位相子1では、入射光線軸を回転軸として、第2位相差発生部の入射面は第1位相差発生部及び第3位相差発生部の入射面に対して所定角度(θ-θ)回転して配置されている。 In the broadband phase shifter 1 of the present embodiment, the incidence plane of the second phase difference generator is at a predetermined angle ( θ 2 −θ 1 ) are rotated.

(1)パンカラトナム型λ/4フレネルロム
本実施形態の広帯域位相子1が、パンカラトナム型λ/4フレネルロムである場合、図13や図7Aに示されるように、第1位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略90°の位相差を与える第1フレネルロムFR1(λ/4部Q)を有し、第2位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第2フレネルロムFR2(λ/2部H)を有し、第3位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略90°の位相差を与える第3フレネルロムFR3(λ/4部Q)を有し、入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2(λ/2部H)の入射面は第1フレネルロムFR1(λ/4部Q)及び第3フレネルロムFR3(λ/4部Q)の入射面に対して回転して配置されている。
(1) Pankaratnam-type λ/4 Fresnel Rhomb When the broadband retarder 1 of the present embodiment is a Pankaratnam-type λ/4 Fresnel Rhomb, as shown in FIGS. has a first Fresnel rhomb FR1 (λ/4 part Q) that provides a phase difference of approximately 90° between the p wave and the s wave, and the second phase difference generator has a total reflection between the p wave and the s wave has a second Fresnel rhomb FR2 (λ/2 part H) that gives a phase difference of approximately 180° to the The incident surface of the second Fresnel rhomb FR2 (λ/2 part H) is the first Fresnel rhomb FR1 (λ/4 part Q). and the third Fresnel rhomb FR3 (.lambda./4 portion Q).

より詳細には、入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2(λ/2部H)の入射面は第1フレネルロムFR1(λ/4部Q)及び第3フレネルロムFR3(λ/4部Q)の入射面に対して略67.5°(θ-θ)回転して配置されていることで、入射光線Iに対する出射光線Eの位相差が略90°となっている。 More specifically, with the incident ray axis as the rotation axis, the incident surface of the second Fresnel Rhomb FR2 (λ/2 part H) is the first Fresnel Rhomb FR1 (λ/4 part Q) and the third Fresnel Rhomb FR3 (λ/4 part Q ) is rotated by approximately 67.5° (θ 2 −θ 1 ) with respect to the incident surface of ), the phase difference of the outgoing light beam E with respect to the incident light beam I is approximately 90°.

本実施形態の広帯域位相子1が、パンカラトナム型λ/4フレネルロムである場合、図7Aに示されるように、第1位相差発生部(λ/4部Q)は、全反射によりp波とs波の間に略90°の位相差を与える第1フレネルロムFR1を有し、第2位相差発生部(λ/2部H)は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第2フレネルロムFR2を有しており、第3位相差発生部(λ/4部Q)は、全反射によりp波とs波の間に略90°の位相差を与える第3フレネルロムFR3を有している。入射光線軸を回転軸として、第1フレネルロムFR1の入射面は、第3フレネルロムFR3の入射面に対して略一致して配置されている。入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2の入射面は、第1フレネルロムFR1及び第3フレネルロムFR3の入射面に対して略67.5°回転して配置されている。 When the broadband phase shifter 1 of this embodiment is a Pankaratnam-type λ/4 Fresnel Rhomb, as shown in FIG. It has a first Fresnel rhomb FR1 that provides a phase difference of approximately 90° between waves, and a second phase difference generator (λ/2 portion H) produces a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave due to total reflection. It has a second Fresnel rhomb FR2 that provides a phase difference, and a third phase difference generator (λ/4 part Q) provides a phase difference of approximately 90° between the p-wave and the s-wave by total reflection. It has Fresnel Rhom FR3. With the incident light beam axis as the axis of rotation, the incident surface of the first Fresnel ROM FR1 is arranged to substantially coincide with the incident surface of the third Fresnel ROM FR3. The incident plane of the second Fresnel ROM FR2 is rotated by approximately 67.5° with respect to the incident planes of the first Fresnel ROM FR1 and the third Fresnel ROM FR3, with the axis of incident light as the axis of rotation.

λ/4部Qを構成する第1フレネルロムFR1(第一菱面体10)の第一入射端面11に入射した入射光線Iは、合計8回全反射して(反射光線R)して、λ/4部Qを構成する第3フレネルロムFR3から出射光線Eとして出射する。広帯域位相子1が、パンカラトナム型λ/4フレネルロムである場合、真空紫外から近赤外の波長領域において入射光線Iに対して略90°(具体的には、90°±5°、好ましくは90°±3°、より好ましくは90°±2°、更に好ましくは90°±1°)の位相差を与えた出射光線Eが出射される。 The incident light ray I incident on the first incident end face 11 of the first Fresnel rhomb FR1 (first rhombohedron 10) constituting the λ/4 portion Q is totally reflected eight times (reflected light ray R), resulting in λ/ The emitted light E is emitted from the third Fresnel ROM FR3 constituting the fourth part Q. FIG. When the broadband retarder 1 is a pancalatnam-type λ/4 Fresnel rhomb, it is approximately 90° (specifically, 90°±5°, preferably 90° 90°±2°, more preferably 90°±1°) is emitted.

(2)パンカラトナム型λ/2フレネルロム)
本実施形態の広帯域位相子1が、パンカラトナム型λ/2フレネルロムである場合、図15や図7Bに示されるように、第1位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第1フレネルロムFR1(λ/2部H)を有し、第2位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第2フレネルロムFR2(λ/2部H)を有し、第3位相差発生部は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第3フレネルロムFR3(λ/2部H)を有し、入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2(λ/2部H)の入射面は第1フレネルロムFR1(λ/2部H)及び第3フレネルロムFR3(λ/2部H)の入射面に対して回転して配置されている。
(2) Pankaratnam-type λ/2 Fresnel rhomb)
When the broadband phase shifter 1 of this embodiment is a Pankaratnam-type λ/2 Fresnel Rhomb, as shown in FIGS. 15 and 7B, the first phase difference generator generates a It has a first Fresnel rhomb FR1 (λ/2 part H) that gives a phase difference of approximately 180°, and a second phase difference generator gives a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave by total reflection. The second Fresnel ROM FR2 (λ/2 part H) is provided, and the third phase difference generator provides a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave by total reflection. portion H), and with the axis of incident light as the axis of rotation, the incident surface of the second Fresnel Rhomb FR2 (λ/2 portion H) is the first Fresnel Rhomb FR1 (λ/2 portion H) and the third Fresnel Rhomb FR3 (λ/2 It is arranged rotated with respect to the plane of incidence of part H).

より詳細には、入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2(λ/2部H)の入射面は第1フレネルロムFR1(λ/4部Q)及び第3フレネルロムFR3(λ/4部Q)の入射面に対して略60°(θ-θ)回転して配置されていることで、入射光線Iに対する出射光線Eの位相差が略180°となっている。 More specifically, with the incident ray axis as the rotation axis, the incident surface of the second Fresnel Rhomb FR2 (λ/2 part H) is the first Fresnel Rhomb FR1 (λ/4 part Q) and the third Fresnel Rhomb FR3 (λ/4 part Q ) is rotated by approximately 60° (θ 2 −θ 1 ) with respect to the incident surface of ), the phase difference of the outgoing light beam E with respect to the incident light beam I is approximately 180°.

本実施形態の広帯域位相子1が、パンカラトナム型λ/2フレネルロムである場合、図7Bに示されるように、第1位相差発生部(λ/2部H)は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第1フレネルロムFR1を有し、第2位相差発生部(λ/2部H)は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第2フレネルロムFR2を有しており、第3位相差発生部(λ/2部H)は、全反射によりp波とs波の間に略180°の位相差を与える第3フレネルロムFR3を有している。入射光線軸を回転軸として、第1フレネルロムFR1の入射面は、第3フレネルロムFR3の入射面に対して略一致して配置されている。入射光線軸を回転軸として、第2フレネルロムFR2の入射面は、第1フレネルロムFR1及び第3フレネルロムFR3の入射面に対して略60°回転して配置されている。 When the broadband retarder 1 of the present embodiment is a Pankaratnam-type λ/2 Fresnel Rhomb, as shown in FIG. It has a first Fresnel rhomb FR1 that provides a phase difference of approximately 180° between the waves, and a second phase difference generator (λ/2 portion H) produces a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave due to total reflection. It has a second Fresnel rhomb FR2 that provides a phase difference, and a third phase difference generator (λ/2 part H) provides a phase difference of approximately 180° between the p-wave and the s-wave by total reflection. It has Fresnel Rhom FR3. With the incident light beam axis as the axis of rotation, the incident surface of the first Fresnel ROM FR1 is arranged to substantially coincide with the incident surface of the third Fresnel ROM FR3. The incident surface of the second Fresnel ROM FR2 is rotated by approximately 60° with respect to the incident surfaces of the first Fresnel ROM FR1 and the third Fresnel ROM FR3, with the axis of incident light as the axis of rotation.

λ/2部Hを構成する第1フレネルロムFR1(第一菱面体10)の第一入射端面11に入射した入射光線Iは、合計12回全反射して(反射光線R)して、λ/2部Hを構成する第3フレネルロムFR3から出射光線Eとして出射する。広帯域位相子1がパンカラトナム型λ/2フレネルロムである場合、真空紫外から近赤外の波長領域において入射光線Iに対して略180°(具体的には、180°±5°、好ましくは180°±3°、より好ましくは180°±2°、更に好ましくは180°±1°)の位相差を与えた出射光線Eが出射される。 The incident light ray I incident on the first incident end face 11 of the first Fresnel rhomb FR1 (first rhombohedron 10) constituting the λ/2 portion H is totally reflected 12 times (reflected light ray R), resulting in λ/ The emitted light E is emitted from the third Fresnel ROM FR3 constituting the second part H. When the broadband retarder 1 is a pancalatnam-type λ/2 Fresnel rhomb, it is approximately 180° (specifically, 180°±5°, preferably 180° An output light beam E having a phase difference of ±3°, more preferably 180°±2°, and even more preferably 180°±1° is emitted.

λ/2部H及びλ/4部Qを構成する各フレネルロムは、等方性材料から形成されており、上述した図7A及び図7Bは、等方性材料として石英を使用した場合を示している(楔角α=54°)。等方性材料としては、真空紫外から近赤外の波長領域を透過する材料であれば良く、入手性の観点から石英(溶融石英:屈折率n=1.46@550nm)、フッ化カルシウム(CaF:屈折率n=1.44@546nm)及びフッ化リチウム(LiF:屈折率n=1.39@600nm)からなる群から選択される少なくとも一種の材料を用いると好適である。なお、用いる等方性材料については、位相差を劣化させてしまうような素材の欠陥や歪などがないことも重要であり、CaFよりも石英(溶融石英)を用いることが好ましい。 Each of the Fresnel roms constituting the λ/2 part H and the λ/4 part Q is made of an isotropic material, and the above-described FIGS. 7A and 7B show the case of using quartz as the isotropic material. (wedge angle α=54°). The isotropic material may be any material that transmits a wavelength region from vacuum ultraviolet to near infrared. It is preferable to use at least one material selected from the group consisting of CaF 2 (refractive index n=1.44@546 nm) and lithium fluoride (LiF: refractive index n=1.39@600 nm). As for the isotropic material to be used, it is also important that there are no material defects or distortions that deteriorate the phase difference, and it is preferable to use quartz (fused quartz) rather than CaF 2 .

(多層膜M)
λ/2部H及びλ/4部Qを構成するフレネルロムは、少なくとも1以上の全反射面に多層膜Mが形成されているとよい。具体的には、λ/2部H及びλ/4部Qを構成するフレネルロムとしての第一菱面体10の第一全反射面13、第二全反射面14、第二菱面体20の第三全反射面23、第四全反射面24は、その面上に、第一菱面体10及び第二菱面体20を構成する等方性材料とは異なる屈折率の多層膜Mがコーティングされていると好適である。
(Multilayer film M)
The Fresnel rhombs forming the λ/2 portion H and the λ/4 portion Q preferably have a multilayer film M formed on at least one or more total reflection surfaces. Specifically, the first total reflection surface 13 of the first rhombohedron 10, the second total reflection surface 14, the third The total reflection surface 23 and the fourth total reflection surface 24 are coated with a multilayer film M having a refractive index different from that of the isotropic material forming the first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20. and is suitable.

ここで、多層膜Mは、第一菱面体10及び第二菱面体20を構成する等方性材料よりも屈折率の大きい高屈折率材料で形成性された高屈折率膜Mと、第一菱面体10及び第二菱面体20を構成する等方性材料よりも屈折率の小さい低屈折率材料で形成性された低屈折率膜Mと、が交互に積層されている。高屈折率膜Mと低屈折率膜Mの積層の順序は基板となる等方性材料の上に、高屈折率膜M、低屈折率膜Mの順で積層されていてもよいし、基板となる等方性材料の上に、低屈折率膜M、高屈折率膜Mの順で積層されていてもよい。 Here, the multilayer film M includes a high refractive index film MH formed of a high refractive index material having a higher refractive index than the isotropic material forming the first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20; Low refractive index films ML made of a low refractive index material having a lower refractive index than the isotropic material forming the first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20 are alternately laminated. The order of lamination of the high refractive index film MH and the low refractive index film ML is even if the high refractive index film MH and the low refractive index film ML are laminated in this order on the isotropic material serving as the substrate. Alternatively, a low refractive index film M L and a high refractive index film M H may be laminated in this order on an isotropic material that serves as a substrate.

入射光線Iは、各全反射面で全反射し、同時にp偏光とs偏光に位相差が発生する。通常、全反射に伴って生じる位相差は、波長が短くなるにつれて大きくなってしまう。そこで、各フレネルロムにおいて、第一菱面体10及び第二菱面体20を構成する等方性材料(石英やCaF)よりも大きい屈折率の高屈折率膜Mと、小さい屈折率の低屈折率膜Mからなる2種類の膜材料が交互に積層された多層膜Mを全反射面に施すとよい。 The incident light I is totally reflected by each total reflection surface, and at the same time a phase difference occurs between the p-polarized light and the s-polarized light. Generally, the phase difference caused by total reflection increases as the wavelength becomes shorter. Therefore, in each Fresnel rhomb, a high refractive index film MH having a higher refractive index than the isotropic material (quartz or CaF 2 ) constituting the first rhombohedron 10 and the second rhombohedron 20 and a low refractive index film MH having a small refractive index It is preferable to apply a multi-layered film M in which two kinds of film materials consisting of a dielectric film ML are alternately laminated on the total reflection surface.

高屈折率膜Mを構成する高屈折率材料としては、フッ化ガドリニウム(GdF:屈折率n=1.59@550nm)、フッ化ランタン(LaF:屈折率n=1.59@550nm)及びフッ化ネオジム(NdF:1.61@550nm)が例示されるが、これらの物質に限定されるものではない。また、低屈折率膜Mを構成する低屈折率材料としては、フッ化マグネシウム(MgF:屈折率n=1.38~1.40@550nm)が例示されるが、これに限定されるものではない。 As high refractive index materials constituting the high refractive index film MH , gadolinium fluoride (GdF 3 : refractive index n = 1.59 @ 550 nm), lanthanum fluoride (LaF 3 : refractive index n = 1.59 @ 550 nm ) and neodymium fluoride (NdF 3 : 1.61@550 nm), but are not limited to these materials. Further, magnesium fluoride (MgF 2 : refractive index n=1.38 to 1.40 @ 550 nm) is exemplified as a low refractive index material constituting the low refractive index film ML , but is limited to this. not a thing

高屈折率膜M及び低屈折率膜Mは、真空蒸着、CVD、スパッタリング等の方法により形成することが可能である。高屈折率膜M及び低屈折率膜Mの膜厚は、材料の種類に依存し、例えば、100Å以上650Å以下とすればよいが、この範囲に限定されるものではない。 The high refractive index film MH and the low refractive index film ML can be formed by methods such as vacuum deposition, CVD, and sputtering. The thickness of the high refractive index film MH and the low refractive index film ML depends on the type of material, and may be, for example, 100 Å or more and 650 Å or less, but is not limited to this range.

本実施形態の広帯域位相子1においてλ/4部Qとλ/2部Hは、上述の図7A及び図7Bに示す構成に限定されるものではない。例えば、図19に示されるように、位相差90°のキングタイプフレネルロムを光線軸方向に2個並べて180°フレネルロム(λ/2部H)と見なし、位相差90°のキングタイプフレネルロム1つを位相差90°フレネルロム(λ/4部Q)と見なして、各キングタイプフレネルロムを回転させて配置した構造とすることも可能である。 The λ/4 part Q and the λ/2 part H in the broadband phase shifter 1 of this embodiment are not limited to the configurations shown in FIGS. 7A and 7B. For example, as shown in FIG. 19, two king-type Fresnel roms with a phase difference of 90° are arranged in the direction of the beam axis and regarded as a 180° Fresnel rom (λ/2 part H), and a king-type Fresnel rom 1 with a phase difference of 90° It is also possible to adopt a structure in which each king-type Fresnel rom is rotated and arranged by regarding one as a Fresnel rom with a phase difference of 90° (λ/4 part Q).

[4.本実施形態の広帯域位相子の応用例]
本実施形態の広帯域位相子の応用例について、以下に示す。本実施形態の広帯域位相子は、計測装置に応用可能である。ここで、「計測装置」とは、各種の測定装置、分析装置、検査装置、観察装置を含むものとする。
[4. Application example of the broadband phase shifter of the present embodiment]
An application example of the broadband phase shifter of this embodiment is shown below. The broadband retarder of this embodiment can be applied to a measuring device. Here, the "measurement device" includes various measurement devices, analysis devices, inspection devices, and observation devices.

半導体検査装置は、微細領域の検査を行う装置であり、紫外光を積極的に利用するため、真空紫外から近赤外の波長領域で使用可能な本実施形態の広帯域位相子を用いると好適である。白色光の偏光を利用している半導体検査装置であれば、本実施形態の広帯域位相子が利用可能である。 A semiconductor inspection apparatus is an apparatus for inspecting a fine area, and since it actively uses ultraviolet light, it is preferable to use the broadband retarder of this embodiment, which can be used in the wavelength region from vacuum ultraviolet to near infrared. be. The broadband retarder of this embodiment can be used in semiconductor inspection equipment that utilizes polarization of white light.

また、本実施形態の広帯域位相子を、微小領域を観察するための観察装置に適用することも可能である。偏光を制御することでコントラストを向上できる場合がある。より微細な観察を行うためには、短い波長も使った観察が必要になるため、本実施形態の広帯域位相子を使用するメリットがある。 Also, the broadband retarder of this embodiment can be applied to an observation device for observing a minute area. Contrast can sometimes be improved by controlling polarization. In order to observe finer details, observation using a short wavelength is necessary, so there is an advantage in using the broadband retarder of this embodiment.

さらに、異物検知を行うため、異物からの散乱光の偏光状態が正常な部分と異なる特性を利用した観察装置や検査装置、具体的には、半導体ウエハー上の配線パターンの偏光状態を観察して異物を発見する装置に本実施形態の広帯域位相子を適用することができる。装置によって、偏光の利用方法は異なるが、偏光情報から半導体の各プロセスで発生した異常(不良)を発見する際に、本実施形態の広帯域位相子を位相差90°(λ/4)の位相子と組み合わせることで、様々な偏光計測が可能となる。 Furthermore, in order to detect foreign matter, an observation device or an inspection device that utilizes the characteristic that the polarization state of the scattered light from the foreign matter is different from that of the normal portion is used. Specifically, the polarization state of the wiring pattern on the semiconductor wafer is observed. The broadband retarder of this embodiment can be applied to a device for detecting foreign matter. Depending on the device, the method of using polarized light differs. By combining it with the element, various polarization measurements are possible.

また、膜厚計に本実施形態の広帯域位相子を適用することができる。膜厚計は、主に半導体プロセス中の検査などに用いられるが、フィルム厚、塗装厚等を測定するなど、他の膜状の物の検査にも使われている。膜厚計の測定原理は、様々であるが、エリプソメーター同様の偏光解析で膜厚を測定する装置もある。 Also, the broadband retarder of this embodiment can be applied to a film thickness meter. Film thickness gauges are mainly used for inspection during semiconductor processes, but they are also used for inspection of other film-like objects, such as measuring film thickness, coating thickness, and the like. There are various measurement principles of film thickness meters, but there are devices that measure film thickness by ellipsometry similar to ellipsometers.

その他、本実施形態の広帯域位相子は、機器偏光を低減させるための偏光解消素子の代わりに使用することができる。反射光学系では、p偏光とs偏光の反射率が異なるため、入射光線の偏光状態が異なる場合や変動する場合、透過率が異なったり、変動したりする。このことを防止するために、入射光線の偏光状態を一定にしたり、光学系からの出射光線の偏光状態を一定にしたりすることがある。精密な計測を行う装置の場合には、入射光線や出射光線の偏光状態を一定にすることが必要になる。本実施形態の広帯域位相子を位相差90°(λ/4)の位相子と組み合わせることで、いかなる偏光状態も作り出すことができるため、入射光線や出射光線の偏光状態を一定にすることが可能となる。 Alternatively, the broadband retarder of this embodiment can be used in place of a depolarizer to reduce instrument polarization. In a reflective optical system, since the reflectances of p-polarized light and s-polarized light are different, when the polarization state of incident light is different or fluctuates, the transmittance also differs or fluctuates. In order to prevent this, the polarization state of the incident light may be made constant, or the polarization state of the outgoing light from the optical system may be made constant. In the case of a device for precise measurement, it is necessary to keep the polarization state of the incident light beam and the outgoing light beam constant. By combining the broadband retarder of this embodiment with a retarder with a phase difference of 90° (λ/4), any polarization state can be created. becomes.

また、本実施形態の広帯域位相子は、光アッテネーターに応用可能である。レーザー装置の発振光の光量調整は、安定性確保のため、レーザー装置外部で波長板と偏光子を組み合わせた光アッテネーターで行う事がある。この光アッテネーターに用いられる波長板を、本実施形態の広帯域位相子とすることで、光量を調整することが可能となる。加えて、本実施形態の広帯域位相子は、広帯域偏光子と組み合わせる事で、従来には実現できなかった、真空紫外~赤外域までの光を一緒に調光することが出来る広帯域な光アッテネーターを構成することが可能である。 Also, the broadband retarder of this embodiment can be applied to an optical attenuator. Light intensity adjustment of the oscillation light of the laser device is sometimes performed by an optical attenuator combining a wave plate and a polarizer outside the laser device in order to ensure stability. By using the broadband phase shifter of the present embodiment as the wave plate used in this optical attenuator, it is possible to adjust the amount of light. In addition, by combining the broadband phase shifter of this embodiment with a broadband polarizer, a broadband optical attenuator capable of dimming light from the vacuum ultraviolet to the infrared region together, which could not be realized in the past, can be created. It is configurable.

以下、実施例に基づき、本発明の広帯域位相子について更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 The broadband phase shifter of the present invention will be described in more detail below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1:パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロム>
実施例1のパンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムは、第一ロム(Q部)と第三ロム(Q部)の位相差が90°で、第二ロム(H部)の位相差が180°で、第一、第三ロムと第二ロムの入射面の角度が、入射光線軸を回転軸として67.5°(θ-θ=67.5°-0°)回転して配置した構造の位相差90°の位相子である(図13、表2)。
<Example 1: Pankaratnam type quartz λ/4 fresnel rom>
In the Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel ROM of Example 1, the phase difference between the first ROM (Q portion) and the third ROM (Q portion) is 90°, and the phase difference between the second ROM (H portion) is 180°. The angles of the incident surfaces of the first, third and second ROMs are rotated by 67.5° (θ 2 - θ 1 = 67.5° - 0°) about the axis of the incident light beam. 90° retardation of the structure (FIG. 13, Table 2).

Figure 0007221320000002
Figure 0007221320000002

全てのフレネルロムの素材は、石英で、反射面に光学薄膜は無い。第二フレネルロムは、位相差180°の屋根型フレネルロムで、位相差が90°のロムを2つ並べた構造である。そのため、位相差90°のフレネルロムを4個、並べた構造で第一、第四ロムに対して第二、第三ロムが67.5°回転していると見ることも出来る。 All Fresnel rhombs are made of quartz and have no optical thin film on the reflective surface. The second Fresnel rom is a roof-type Fresnel rom with a phase difference of 180 degrees, and has a structure in which two roms with a phase difference of 90 degrees are arranged. Therefore, in a structure in which four Fresnel ROMs with a phase difference of 90° are arranged, it can be seen that the second and third ROMs are rotated by 67.5° with respect to the first and fourth ROMs.

全てのロムの境界は、接合されていても、いなくても良く、接合する場合も、使用波長帯域で透明であれば、接着剤で接合しても良い。当然、オプティカル・コンタクトで接合しても良い。光線が入出射する面に接合しない場合は、各ロムの光線の入出射平面は、反射防止膜が施されている方が好ましいが、反射防止膜が無くても良く、反射防止膜の有無によって、位相差特性に大きな影響はない。図14A~図14Cに、実施例1のパンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムの光学特性を示す。 All ROM boundaries may or may not be bonded, and if bonded, they may be bonded with an adhesive as long as they are transparent in the wavelength band used. Naturally, they may be joined by optical contact. In the case of not bonding to the light-incident/outgoing surface, it is preferable that the light-incident/outgoing plane of each ROM is coated with an antireflection film. , there is no significant effect on the retardation characteristics. 14A to 14C show the optical characteristics of the Pankaratnam-type quartz λ/4 Fresnel rhomb of Example 1. FIG.

<実施例2:パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロム>
実施例2のパンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムは、第一~第三フレネルロムの位相差が180°で第一、第三フレネルロムに対して、第二フレネルロムを、入射光線軸を回転軸として59.5°(θ-θ=104.5°-45°)回転して配置した位相差180°の位相子である(図15、表3)。
<Example 2: Pankaratnam type quartz λ/2 fresnel rom>
The pancalatnam-type quartz λ/2 Fresnel rom of Example 2 has a phase difference of 180° between the first to third Fresnel roms, and the second Fresnel rom is 59 degrees with respect to the first and third Fresnel roms, with the axis of incident light as the axis of rotation. It is a phase shifter with a phase difference of 180° arranged rotated by 0.5° (θ 21 =104.5°-45°) (Fig. 15, Table 3).

Figure 0007221320000003
Figure 0007221320000003

各位相差180°のフレネルロムは、位相差90°のフレネルロムを並べて配置した構造であるため、位相差90°のロムを6個配置したロムとみることも出来る。斜面に光学薄膜は施されていない。各ロムの素材は石英で、全反射角は54°である。なお、接合部、光線が入出射する面への反射防止膜については、実施例1と同様である。 Since each Fresnel ROM with a phase difference of 180° has a structure in which Fresnel ROMs with a phase difference of 90° are arranged side by side, it can be regarded as a ROM in which six ROMs with a phase difference of 90° are arranged. No optical thin film is applied to the slope. The material of each ROM is quartz, and the total reflection angle is 54°. The joint portion and the anti-reflection film on the surface from which light rays enter and exit are the same as those in the first embodiment.

図16A~図16Cに、実施例2のパンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムの光学特性を示す。図16A~図16Cより、出射偏光の楕円率(直線性、楕円率は直線偏光の場合、0、円偏光の場合1になる)、位相差、直線偏光の方向の波長依存性など優れており、一般的な波長板同等の使い方が可能で、かつ、非常に広帯域で位相差(直線偏光を入射した場合の出射偏光の直線偏光の度合い)性能が優れていることが分かる。 16A to 16C show the optical characteristics of the Pankaratnam-type quartz λ/2 Fresnel rhomb of Example 2. FIG. From FIGS. 16A to 16C, the ellipticity of the output polarized light (linearity, ellipticity is 0 for linearly polarized light and 1 for circularly polarized light), phase difference, and wavelength dependence of the direction of linearly polarized light are excellent. , it can be used in the same way as a general wavelength plate, and has excellent retardation performance (the degree of linear polarization of outgoing polarized light when linearly polarized light is incident) in a very wide band.

<実施例3:パンカラトナム型CaF製λ/4フレネルロム>
実施例3のパンカラトナム型CaF製λ/4フレネルロムは、第一、第三フレネルロムの位相差が90°、第二フレネルロムの位相差が180°で、第一、第三フレネルロムに対して、第二フレネルロムを、入射光線軸を回転軸として67.5°(θ-θ=67.5°-0°)回転して配置した位相差90°の位相子である(表4)。
<Example 3: λ/4 Fresnel rom made of Pankaratnam type CaF2 >
The Pankaratnam type CaF 2 made λ/4 Fresnel rom of Example 3 has a phase difference of 90° between the first and third Fresnel roms, and a phase difference of 180° between the second Fresnel roms. This is a phase shifter with a phase difference of 90°, in which two Fresnel rhombs are rotated by 67.5° (θ 21 =67.5°-0°) about the incident light axis (Table 4).

Figure 0007221320000004
Figure 0007221320000004

全てのフレネルロムの素材は、CaFで、反射面に光学薄膜は無い。第二フレネルロムは、位相差180°の屋根型フレネルロムで、位相差が90°のロムを2つ並べた構造である。そのため、位相差90°のフレネルロムを4個、並べた構造で第一、第四ロムに対して第二、第三ロムが67.5°回転していると見ることも出来る。 The material of all Fresnel rhombs is CaF2 and there is no optical thin film on the reflective surface. The second Fresnel rom is a roof-type Fresnel rom with a phase difference of 180 degrees, and has a structure in which two roms with a phase difference of 90 degrees are arranged. Therefore, in a structure in which four Fresnel ROMs with a phase difference of 90° are arranged, it can be seen that the second and third ROMs are rotated by 67.5° with respect to the first and fourth ROMs.

CaF結晶は、λ=130~6000nmまで透明な等方性材料であるため、特に広い波長帯域で、位相差変化の少ない位相子とすることが出来る。接合方法、反射防止膜については、実施例1と同様である。 Since CaF 2 crystal is an isotropic material that is transparent in the range of λ=130 to 6000 nm, it can be used as a phase shifter with little change in phase difference in a particularly wide wavelength band. The bonding method and the antireflection film are the same as in the first embodiment.

図17A~図17Cに、実施例3のパンカラトナム型CaF製λ/4フレネルロムの光学特性を示す。図17Bより、広い波長帯域で楕円率が1に近い円偏光が得られることが分かる。素子の形状は図13と同等である。 17A to 17C show the optical characteristics of the Pankaratnam-type CaF 2 λ/4 Fresnel ROM of Example 3. FIG. From FIG. 17B, it can be seen that circularly polarized light with an ellipticity close to 1 can be obtained in a wide wavelength band. The shape of the element is the same as in FIG.

<実施例4:パンカラトナム型CaF製λ/2フレネルロム>
実施例4のパンカラトナム型CaF製λ/2フレネルロムは、第一~第三フレネルロムの位相差が180°で第一、第三フレネルロムに対して、第二フレネルロムを、入射光線軸を回転軸として59°(θ-θ=104°-45°)回転して配置した位相差180°の位相子である(表5)。
<Example 4: λ/2 Fresnel rom made of Pankaratnam type CaF2 >
The Pankaratnam-type CaF 2 λ/2 Fresnel rom of Example 4 has a phase difference of 180° between the first to third Fresnel roms, and the second Fresnel rom is rotated with respect to the first and third Fresnel roms with the incident light axis as the axis of rotation. It is a phase shifter with a phase difference of 180° arranged rotated by 59° (θ 21 =104°-45°) (Table 5).

Figure 0007221320000005
Figure 0007221320000005

各位相差180°のフレネルロムは、位相差90°のフレネルロムを並べて配置した構造であるため、位相差90°のロムを6個配置したロムとみることも出来る。斜面に光学薄膜は施されていない。各ロムの素材はCaFで、全反射角は54°である。接合部、光線が入出射する面への反射防止膜については、実施例3と同様である。 Since each Fresnel ROM with a phase difference of 180° has a structure in which Fresnel ROMs with a phase difference of 90° are arranged side by side, it can be regarded as a ROM in which six ROMs with a phase difference of 90° are arranged. No optical thin film is applied to the slope. The material of each ROM is CaF2 and the total reflection angle is 54°. The joint portion and the antireflection film on the surface from which light rays enter and exit are the same as those in the third embodiment.

CaF結晶は、λ=130~6000nmまで透明な等方性材料であるため、特に広い波長帯域で、位相差変化の少ない位相子とすることが出来る。接合方法、反射防止膜については、実施例1と同様である。 Since CaF 2 crystal is an isotropic material that is transparent in the range of λ=130 to 6000 nm, it can be used as a phase shifter with little change in phase difference in a particularly wide wavelength band. The bonding method and the antireflection film are the same as in the first embodiment.

図18A~図18Cに、実施例4のパンカラトナム型CaF製λ/2フレネルロムの光学特性を示す。図18A~図18Cより、出射偏光の楕円率(直線性、楕円率は直線偏光の場合、0、円偏光の場合1になる)、位相差、直線偏光の方向の波長依存性など優れており、一般的な波長板同等の使い方が可能で、かつ、非常に広帯域で位相差(直線偏光を入射した場合の出射偏光の直線偏光の度合い)性能が優れていることが分かる。 18A to 18C show the optical properties of the Pankaratnam-type CaF 2 λ/2 Fresnel ROM of Example 4. FIG. From FIGS. 18A to 18C, the ellipticity of the emitted polarized light (linearity, ellipticity is 0 for linearly polarized light and 1 for circularly polarized light), phase difference, and wavelength dependence of the direction of linearly polarized light are excellent. , it can be used in the same way as a general wavelength plate, and has excellent retardation performance (the degree of linear polarization of outgoing polarized light when linearly polarized light is incident) in a very wide band.

<実施例5:光学膜付きキングタイプ パンカラトナム型石英製λ/4フレネルロム>
実施例5の光学膜付きキングタイプのパンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムは、従来知られている中で最も使用波長帯域が広く、楕円率が1に近い石英製で全反射角が72°で使用する斜面に光学薄膜を施した位相差90°のキングタイプフレネルロムを光線軸方向に4個並べ、入射側1個を位相差90°フレネルロムと見なし、次の2個を位相差180°フレネルロムと見なし、最後の1個を位相差90°のフレネルロムと見なし、位相差180°フレネルロムを、入射光線軸を回転軸として、67.5°(θ-θ=67.5°-0°)回転させて配置した構造である(図19、表6)。
<Example 5: King type Pankaratnam type quartz λ/4 fresnel rom with optical film>
The king-type pancalatnam-type quartz λ/4 fresnel rhomb with an optical film of Example 5 has the widest usable wavelength band among conventionally known ones, is made of quartz with an ellipticity close to 1, and has a total reflection angle of 72°. Four king-type Fresnel roms with an optical thin film applied to the slanted surface to be used are arranged in the direction of the beam axis. , the last one is regarded as a Fresnel rhombus with a phase difference of 90°, and a Fresnel rhombus with a phase difference of 180° is 67.5° (θ 2 −θ 1 =67.5°−0° ) is a rotated structure (Fig. 19, Table 6).

Figure 0007221320000006
Figure 0007221320000006

各キングタイプフレネルロムは、実施例1同様、接合してもしなくても良く、接合する場合、フレネルロムに光学的な異方性を発生させる歪みを発生させず、光の吸収が無ければ、接合方法は選ばない。光線が透過する面に反射防止膜を施す事が好ましいが、反射防止膜を施さなくても良い。 As in Example 1, each king-type Fresnel rom may or may not be joined. No choice of method. Although it is preferable to apply an antireflection film to the surface through which light rays pass, it is not necessary to apply an antireflection film.

図20A~図20Cに、実施例5の光学膜付きキングタイプのパンカラトナム型石英製λ/4フレネルロムの光学特性を示す。図20A~図20Cより、出射偏光特性は、従来のどのフレネルロムより優れている。構成要素の位相子の性能をより高める構造であるため、構成要素の性能が高い場合、より高い特性を示す事が分かる。 20A to 20C show the optical characteristics of the king-type pancalatnam-type quartz λ/4 Fresnel rom with the optical film of Example 5. FIG. From FIGS. 20A-20C, the output polarization properties are superior to any conventional Fresnel rhomb. Since the structure further enhances the performance of the component phase shifter, it can be seen that when the performance of the component is high, higher characteristics are exhibited.

この実施例では、位相差、楕円率特性が高くなるに伴い、偏光軸の波長依存性も少なくなっており、そのため、一般的なλ/4板と同様に、入射偏光を直線偏光から、楕円偏光、円偏光へと自由に変える事が可能である。 In this embodiment, as the retardation and ellipticity characteristics increase, the wavelength dependence of the polarization axis decreases. It is possible to freely change between polarized light and circularly polarized light.

<実施例6:光学膜付きキングタイプ パンカラトナム型石英製λ/2フレネルロム>
実施例6の光学膜付きキングタイプのパンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムは、従来知られている中で最も使用波長帯域が広く、楕円率が1に近い石英製で全反射角が72°で使用する斜面に光学薄膜を施した位相差90°のキングタイプフレネルロムを光線軸方向に6個並べ、入射側の2個を位相差180°の第一フレネルロムと見なし、次の2個を位相差180°の第二フレネルロムと見なし、最後の2個を位相差180°の第三フレネルロムと見なし、第二フレネルロムを、入射光線軸を回転軸として、60°(θ-θ=105°-45°)回転させて配置した構造である(表7)。
<Example 6: King type Pankaratnam type quartz λ/2 fresnel rom with optical film>
The king-type pancalatnam-type quartz λ/2 fresnel rhomb with an optical film of Example 6 has the widest usable wavelength band among conventionally known ones, is made of quartz with an ellipticity close to 1, and has a total reflection angle of 72°. Six king-type Fresnel roms with an optical thin film applied to the slanted surface to be used are arranged in the direction of the beam axis. Regarded as a second Fresnel Rhomb with a phase difference of 180°, the last two are regarded as a third Fresnel Rhomb with a phase difference of 180°, and the second Fresnel Rhomb is rotated by 60° (θ 2 - θ 1 = 105° −45°) is a rotated configuration (Table 7).

Figure 0007221320000007
Figure 0007221320000007

各キングタイプフレネルロムは、実施例1同様、接合してもしなくても良く、接合する場合、フレネルロムに光学的な異方性を発生させる歪みを発生させず、光の吸収が無ければ、接合方法は選ばない。光線が透過する面に反射防止膜を施す事が好ましいが、反射防止膜を施さなくても良い。 As in Example 1, each king-type Fresnel rom may or may not be joined. No choice of method. Although it is preferable to apply an antireflection film to the surface through which light rays pass, it is not necessary to apply an antireflection film.

図21A~図21Cに、実施例6の光学膜付きキングタイプのパンカラトナム型石英製λ/2フレネルロムの光学特性を示す。図21A~図21Cより、出射偏光特性は、従来のどのフレネルロムより優れている。構成要素の位相子の性能をより高める構造であるため、構成要素の性能が高い場合、より高い特性を示す事が分かる。 21A to 21C show the optical characteristics of the king-type pancalatnam-type quartz λ/2 Fresnel rom with the optical film of Example 6. FIG. From FIGS. 21A-21C, the output polarization properties are superior to any conventional Fresnel rhomb. Since the structure further enhances the performance of the component phase shifter, it can be seen that when the performance of the component is high, higher characteristics are exhibited.

この実施例では、位相差、楕円率特性が高くなるに伴い、偏光軸の波長依存性も非常に少なくなっており、一般的なλ/2波長板と変わりが無いことが分かる。位相差、楕円率の波長依存性もほとんど存在せず、理想的な広帯域λ/2板の光学特性を示す事が分かる。 In this example, as the retardation and ellipticity characteristics are increased, the wavelength dependence of the polarization axis is greatly reduced, and it can be seen that there is no difference from a general λ/2 wavelength plate. It can be seen that the phase difference and the ellipticity hardly depend on the wavelength, and the optical characteristics of an ideal broadband λ/2 plate are exhibited.

1 広帯域位相子
H λ/2部(H部)
Q λ/4部(Q部)
FR1 第1フレネルロム(第1位相差発生部)
FR2 第2フレネルロム(第2位相差発生部)
FR3 第3フレネルロム(第3位相差発生部)
10 第一菱面体
11 第一入射端面
12 第一出射端面
13 第一全反射面
14 第二全反射面
20 第二菱面体
21 第二入射端面
22 第二出射端面
23 第三全反射面
24 第四全反射面
M 多層膜
θ 入射角
α 楔角
α1 全反射角
100 第一波長板
100a 第一波長板の光学軸
200 第二波長板
200a 第二波長板の光学軸
300 第三波長板
300a 第三波長板の光学軸
I 入射光線
Ia 入射偏光方向
R 反射光線
E 出射光線
X 光軸
MR ミラー
1 broadband retarder H λ/2 part (H part)
Q λ/4 part (Q part)
FR1 First Fresnel ROM (first phase difference generator)
FR2 Second Fresnel ROM (second phase difference generator)
FR3 Third Fresnel ROM (third phase difference generator)
10 first rhombohedron 11 first incident end face 12 first exit end face 13 first total reflection face 14 second total reflection face 20 second rhombohedron 21 second entrance end face 22 second exit end face 23 third total reflection face 24 second Four total reflection surfaces M multilayer film θ incident angle α wedge angle α1 total reflection angle 100 first wave plate 100a first wave plate optical axis 200 second wave plate 200a second wave plate optical axis 300 third wave plate 300a Optical axis of three-wave plate I Incident ray Ia Incident polarization direction R Reflected ray E Emitted ray X Optical axis MR Mirror

Claims (6)

第1位相差発生部と、第2位相差発生部と、第3位相差発生部と、を備え、
前記第2位相差発生部の入射面側に前記第1位相差発生部が配置され、
前記第2位相差発生部の出射面側に前記第3位相差発生部が配置され、
前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、
前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与え、
入射光線軸を回転軸として、前記第2位相差発生部の入射面は前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部の入射面に対して回転して配置されており、
前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、フレネルロムで構成されており、
入射光線と出射光線の光軸が同軸であり、
前記第1位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与える第1フレネルロムを有し、
前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第2フレネルロムを有し、
前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に90°±10%の位相差を与える第3フレネルロムを有し、
入射光線軸を回転軸として、前記第2フレネルロムの入射面は前記第1フレネルロム及び前記第3フレネルロムの入射面に対して67.5°±10%回転して配置されており、
波長200~2600nmにおいて入射光線に対する出射光線の位相差が90°±5°であることを特徴とする広帯域位相子。
A first phase difference generator, a second phase difference generator, and a third phase difference generator,
The first phase difference generator is arranged on the incident surface side of the second phase difference generator,
The third phase difference generator is arranged on the exit surface side of the second phase difference generator,
The second phase difference generating section gives a phase difference of 1 80° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm ,
The first phase difference generating section and the third phase difference generating section give a phase difference of 90 ° ±10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm ,
The incident surface of the second phase difference generating portion is arranged to rotate with respect to the incident surfaces of the first phase difference generating portion and the third phase difference generating portion with the axis of incident light as a rotation axis,
The first phase difference generating section, the second phase difference generating section, and the third phase difference generating section are composed of Fresnel rhombs,
The optical axes of the incident light beam and the output light beam are coaxial,
The first phase difference generator has a first Fresnel rhomb that gives a phase difference of 90° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The second phase difference generator has a second Fresnel rhomb that provides a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The third phase difference generator has a third Fresnel rhomb that gives a phase difference of 90°±10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The incident surface of the second Fresnel ROM is rotated by 67.5°±10% with respect to the incident surfaces of the first Fresnel ROM and the third Fresnel ROM with the axis of the incident light beam as the axis of rotation,
A broadband phase shifter characterized in that the phase difference of an output light beam with respect to an incident light beam is 90°±5° at a wavelength of 200-2600 nm .
第1位相差発生部と、第2位相差発生部と、第3位相差発生部と、を備え、
前記第2位相差発生部の入射面側に前記第1位相差発生部が配置され、
前記第2位相差発生部の出射面側に前記第3位相差発生部が配置され、
前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、
前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与え、
入射光線軸を回転軸として、前記第2位相差発生部の入射面は前記第1位相差発生部及び前記第3位相差発生部の入射面に対して回転して配置されており、
前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部は、フレネルロムで構成されており、
入射光線と出射光線の光軸が同軸であり、
前記第1位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第1フレネルロムを有し、
前記第2位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第2フレネルロムを有し、
前記第3位相差発生部は、波長200~2600nmにおいて全反射によりp波とs波の間に180°±10%の位相差を与える第3フレネルロムを有し、
入射光線軸を回転軸として、前記第2フレネルロムの入射面は前記第1フレネルロム及び前記第3フレネルロムの入射面に対して60°±10%回転して配置されており、
波長200~2600nmにおいて入射光線に対する出射光線の位相差が180°±5°であることを特徴とする広帯域位相子。
A first phase difference generator, a second phase difference generator, and a third phase difference generator,
The first phase difference generator is arranged on the incident surface side of the second phase difference generator,
The third phase difference generator is arranged on the exit surface side of the second phase difference generator,
The second phase difference generating section gives a phase difference of 1 80° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm ,
The first phase difference generating section and the third phase difference generating section give a phase difference of 1 80° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm ,
The incident surface of the second phase difference generating portion is arranged to rotate with respect to the incident surfaces of the first phase difference generating portion and the third phase difference generating portion with the axis of incident light as a rotation axis,
The first phase difference generating section, the second phase difference generating section, and the third phase difference generating section are composed of Fresnel rhombs,
The optical axes of the incident light beam and the output light beam are coaxial,
The first phase difference generator has a first Fresnel rhomb that gives a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The second phase difference generator has a second Fresnel rhomb that provides a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The third phase difference generator has a third Fresnel rhomb that gives a phase difference of 180° ± 10% between the p-wave and the s-wave by total reflection at a wavelength of 200 to 2600 nm,
The incident surface of the second Fresnel ROM is rotated by 60°±10% with respect to the incident surfaces of the first Fresnel ROM and the third Fresnel ROM with the axis of the incident light beam as the axis of rotation,
A broadband phase shifter characterized by having a phase difference of 180°±5° between an emitted light beam and an incident light beam at a wavelength of 200 to 2600 nm .
前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部を構成する前記フレネルロムは、石英、CaF及びLiFからなる群から選択される少なくとも一種の材料で形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の広帯域位相子。 The fresnel rhombs constituting the first phase difference generating portion, the second phase difference generating portion and the third phase difference generating portion are made of at least one material selected from the group consisting of quartz, CaF2 and LiF. 3. A broadband retarder according to claim 1 or 2 , characterized in that: 前記第1位相差発生部、前記第2位相差発生部及び前記第3位相差発生部を構成する前記フレネルロムは、少なくとも1以上の全反射面に多層膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の広帯域位相子。 The fresnel rhombs constituting the first phase difference generating section, the second phase difference generating section, and the third phase difference generating section are characterized in that a multilayer film is formed on at least one or more total reflection surfaces. A broadband retarder according to any one of claims 1 to 3 . 請求項1乃至のいずれか一項に記載の広帯域位相子を備えることを特徴とする計測装置。 A measuring apparatus comprising the broadband retarder according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1乃至のいずれか一項に記載の広帯域位相子を備えることを特徴とする光アッテネーター。 An optical attenuator comprising the broadband retarder according to any one of claims 1 to 4 .
JP2021035644A 2021-03-05 2021-03-05 Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder Active JP7221320B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021035644A JP7221320B2 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021035644A JP7221320B2 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022135685A JP2022135685A (en) 2022-09-15
JP7221320B2 true JP7221320B2 (en) 2023-02-13

Family

ID=83232043

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021035644A Active JP7221320B2 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7221320B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001336913A (en) 2000-05-25 2001-12-07 Olympus Optical Co Ltd Interferometer
US20020181101A1 (en) 2001-04-28 2002-12-05 Appel Roland Kevin Optical device
JP2003248206A (en) 2002-02-25 2003-09-05 Tdk Corp Variable optical attenuator
JP2010508511A (en) 2006-10-31 2010-03-18 ジェイ・エイ・ウーラム・カンパニー・インコーポレイテッド Substantially achromatic retarder that self-compensates for declination
JP2013025065A (en) 2011-07-21 2013-02-04 Seiko Epson Corp Wave plate, polarization conversion element, polarization conversion unit and projection device
WO2015025389A1 (en) 2013-08-22 2015-02-26 株式会社日立製作所 Cars microscope
JP2016024446A (en) 2014-07-24 2016-02-08 シチズンホールディングス株式会社 Optical device, projector, manufacturing method, and manufacture assisting device
US20170242279A1 (en) 2016-02-24 2017-08-24 Moxtek, Inc. Broadband Optical Isolator or Circular Polarizer
JP6876189B1 (en) 2020-08-11 2021-05-26 株式会社光学技研 Frenerrom, measuring device and optical attenuator equipped with Frenerrom
JP6876188B1 (en) 2020-08-07 2021-05-26 株式会社光学技研 Frenerrom and a measuring device equipped with the Frenerrom

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3174367B2 (en) * 1991-10-07 2001-06-11 日東電工株式会社 Laminated wave plate and circularly polarizing plate
JPH08320456A (en) * 1995-03-20 1996-12-03 Nikon Corp Rotating device for orientation of polarization

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001336913A (en) 2000-05-25 2001-12-07 Olympus Optical Co Ltd Interferometer
US20020181101A1 (en) 2001-04-28 2002-12-05 Appel Roland Kevin Optical device
JP2003248206A (en) 2002-02-25 2003-09-05 Tdk Corp Variable optical attenuator
JP2010508511A (en) 2006-10-31 2010-03-18 ジェイ・エイ・ウーラム・カンパニー・インコーポレイテッド Substantially achromatic retarder that self-compensates for declination
JP2013025065A (en) 2011-07-21 2013-02-04 Seiko Epson Corp Wave plate, polarization conversion element, polarization conversion unit and projection device
WO2015025389A1 (en) 2013-08-22 2015-02-26 株式会社日立製作所 Cars microscope
JP2016024446A (en) 2014-07-24 2016-02-08 シチズンホールディングス株式会社 Optical device, projector, manufacturing method, and manufacture assisting device
US20170242279A1 (en) 2016-02-24 2017-08-24 Moxtek, Inc. Broadband Optical Isolator or Circular Polarizer
JP6876188B1 (en) 2020-08-07 2021-05-26 株式会社光学技研 Frenerrom and a measuring device equipped with the Frenerrom
JP6876189B1 (en) 2020-08-11 2021-05-26 株式会社光学技研 Frenerrom, measuring device and optical attenuator equipped with Frenerrom

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022135685A (en) 2022-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7450231B2 (en) Deviation angle self compensating substantially achromatic retarder
US7460230B2 (en) Deviation angle self compensating substantially achromatic retarder
US7889340B1 (en) Normal incidence ellipsometer with complementary waveplate rotating compensators
US5625491A (en) Broad band polarizing beam splitter
FR2774766A1 (en) POLARIMETER AND CORRESPONDING MEASUREMENT METHOD
CN103424881B (en) Fresnel prism phase retarder for double-rotation compensator ellipsometer
JP2020528159A (en) Wide-angle compensation for uniaxial retarder stack
JP6876188B1 (en) Frenerrom and a measuring device equipped with the Frenerrom
JP7221320B2 (en) Broadband retarder, measuring device and optical attenuator provided with broadband retarder
US6654169B2 (en) Optical device
JP6876189B1 (en) Frenerrom, measuring device and optical attenuator equipped with Frenerrom
US4930878A (en) Achromatic phase retarder arrangement
CN109883553A (en) A kind of polarimeter
JP2022135684A (en) Wide-band circular polarizer and measurement apparatus using wide-band circular polarizer
Baur A new type of beam-splitting polarizer cube
JP2022135684A5 (en)
JP7221433B1 (en) Optical element and method for manufacturing optical element
US9383490B2 (en) Depolarizer, telescope and remote sensing device and method
US10649121B2 (en) Low Ts wire grid polarizer
JP2004258503A (en) Polarizing element, optical system, and optical measuring device
JP2015060217A (en) Polarizing device
JPH03157621A (en) Polarization light source
JPH10300930A (en) Depolarizer
JP3491404B2 (en) Pile of plates type polarizing element
Wang et al. Analysis of a new polarimeter for the Space Solar Telescope

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211119

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7221320

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150