JPH05196814A - 偏光ビームスプリッター - Google Patents
偏光ビームスプリッターInfo
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- JPH05196814A JPH05196814A JP856592A JP856592A JPH05196814A JP H05196814 A JPH05196814 A JP H05196814A JP 856592 A JP856592 A JP 856592A JP 856592 A JP856592 A JP 856592A JP H05196814 A JPH05196814 A JP H05196814A
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- Japan
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- beam splitter
- prism
- incident
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- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 製造が容易で、低価格な偏光ビームスプリッ
ターを提供する。 【構成】 偏光ビームスプリッターは、波数整合素子で
ある２つのプリズム１０及び１４の間に、誘電体層１１
及び１３で挟まれた金属層１２が挟持されている。プリ
ズム１０及び１４としては、例えば光屈折率ガラスのＬ
ａＳＦ９直角プリズムが用いられており、誘電体層１１
及び１３は膜厚約０．７μｍのＳｉＯ2 膜で形成されて
いる。また、金属層１２は膜厚約１０ｎｍのＡｇ膜１２
で形成されている。
ターを提供する。 【構成】 偏光ビームスプリッターは、波数整合素子で
ある２つのプリズム１０及び１４の間に、誘電体層１１
及び１３で挟まれた金属層１２が挟持されている。プリ
ズム１０及び１４としては、例えば光屈折率ガラスのＬ
ａＳＦ９直角プリズムが用いられており、誘電体層１１
及び１３は膜厚約０．７μｍのＳｉＯ2 膜で形成されて
いる。また、金属層１２は膜厚約１０ｎｍのＡｇ膜１２
で形成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、偏光ビームスプリッタ
ーに関する。
ーに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光ディスク技術を応用する分野等
で、様々な偏光成分を有するレーザ光等の光をｓ偏光成
分とｐ偏光成分とに分離するために、偏光ビームスプリ
ッターが使用されている。この種の偏光ビームスプリッ
ターには、２つのプリズムの間に高屈折率の誘電体薄膜
と低屈折率の誘電体薄膜とを交互に重ねたもの、複屈折
結晶を用いたニコルプリズムやグラン−トムソンプリズ
ム等がある。
で、様々な偏光成分を有するレーザ光等の光をｓ偏光成
分とｐ偏光成分とに分離するために、偏光ビームスプリ
ッターが使用されている。この種の偏光ビームスプリッ
ターには、２つのプリズムの間に高屈折率の誘電体薄膜
と低屈折率の誘電体薄膜とを交互に重ねたもの、複屈折
結晶を用いたニコルプリズムやグラン−トムソンプリズ
ム等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】複屈折結晶プリズムを
用いた偏光ビームスプリッターは偏光特性が優れている
という利点を有しているが、複屈折結晶は高価であると
いう問題がある。また、誘電体多層膜を用いた偏光ビー
ムスプリッターにおいては偏光特性を良くするために多
層の誘電体層を積層する必要があり作製が困難であると
いう問題がある。
用いた偏光ビームスプリッターは偏光特性が優れている
という利点を有しているが、複屈折結晶は高価であると
いう問題がある。また、誘電体多層膜を用いた偏光ビー
ムスプリッターにおいては偏光特性を良くするために多
層の誘電体層を積層する必要があり作製が困難であると
いう問題がある。
【０００４】従って、本発明は、製造が容易で、低価格
な偏光ビームスプリッターを提供するものである。
な偏光ビームスプリッターを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、金属層
と、該金属層の両面にそれぞれ積層された第１及び第２
の誘電体層と、第１の誘電体層上に、入射する光の波数
と該光によって励起される金属層表面の表面プラズモン
の波数とを整合するべく設けられた第１の波数整合素子
と、第２の誘電体層上に設けられた第２の波数整合素子
とを備えた偏光ビームスプリッターが提供される。
と、該金属層の両面にそれぞれ積層された第１及び第２
の誘電体層と、第１の誘電体層上に、入射する光の波数
と該光によって励起される金属層表面の表面プラズモン
の波数とを整合するべく設けられた第１の波数整合素子
と、第２の誘電体層上に設けられた第２の波数整合素子
とを備えた偏光ビームスプリッターが提供される。
【０００６】また、波数整合素子はプリズム又は回析格
子であってもよい。
子であってもよい。
【０００７】
【作用】金属層の屈折率及び層の厚さ、誘電体層の屈折
率及び層の厚さ、並びに波数整合素子、例えばプリズム
の屈折率を適当に選定すると、ある波長のｐ偏光の光を
入射側のプリズムから全反射角よりも大きいある入射角
で誘電体層に入射した際、金属層と誘電体層との界面で
表面プラズモンが励起される。この場合の入射光のｓ偏
光成分は表面プラズモンを励起せず、かつ全反射角より
も大きいために入射側のプリズム底面で全反射される。
率及び層の厚さ、並びに波数整合素子、例えばプリズム
の屈折率を適当に選定すると、ある波長のｐ偏光の光を
入射側のプリズムから全反射角よりも大きいある入射角
で誘電体層に入射した際、金属層と誘電体層との界面で
表面プラズモンが励起される。この場合の入射光のｓ偏
光成分は表面プラズモンを励起せず、かつ全反射角より
も大きいために入射側のプリズム底面で全反射される。
【０００８】励起された表面プラズモンは金属層の表面
を伝播する。そして、例えば、入射側と出射側とを対称
な構造にしておけば、再輻射により出射側の波数整合素
子、例えばプリズムからｐ偏光が放出される。また、層
の厚さ及び屈折率を適当に選択すると入射光のｐ偏光成
分のほとんど全てを再輻射させることが可能である。
を伝播する。そして、例えば、入射側と出射側とを対称
な構造にしておけば、再輻射により出射側の波数整合素
子、例えばプリズムからｐ偏光が放出される。また、層
の厚さ及び屈折率を適当に選択すると入射光のｐ偏光成
分のほとんど全てを再輻射させることが可能である。
【０００９】
【実施例】以下、本発明による偏光ビームスプリッター
の一実施例について図を参照して詳細に説明する。
の一実施例について図を参照して詳細に説明する。
【００１０】図１は、本発明による偏光ビームスプリッ
ターの一実施例の構成の概略を示す断面図であり、図２
は本発明による偏光ビームスプリッターの動作を示す断
面図である。
ターの一実施例の構成の概略を示す断面図であり、図２
は本発明による偏光ビームスプリッターの動作を示す断
面図である。
【００１１】偏光ビームスプリッターは、２つの波数整
合素子であるプリズム１０及び１４の間に、誘電体層１
１及び１３で挟まれた金属層１２が挟持されている。プ
リズム１０及び１４としては、例えば光屈折率ガラスの
ＬａＳＦ９直角プリズムが用いられており、誘電体層１
１及び１３は膜厚約０．７μｍのＳｉＯ2 （二酸化シリ
コン）膜で形成されている。また、金属層１２は膜厚約
１０ｎｍのＡｇ膜１２で形成されている。
合素子であるプリズム１０及び１４の間に、誘電体層１
１及び１３で挟まれた金属層１２が挟持されている。プ
リズム１０及び１４としては、例えば光屈折率ガラスの
ＬａＳＦ９直角プリズムが用いられており、誘電体層１
１及び１３は膜厚約０．７μｍのＳｉＯ2 （二酸化シリ
コン）膜で形成されている。また、金属層１２は膜厚約
１０ｎｍのＡｇ膜１２で形成されている。
【００１２】この様な構造を有する偏光ビームスプリッ
ターは、プリズム１４上に直接ＳｉＯ2 膜１３、Ａｇ膜
１２及びＳｉＯ2 膜１１を積層し、さらにその上からＬ
ａＳＦ９直角プリズム１０を押し付けて固定することに
よって作製する。
ターは、プリズム１４上に直接ＳｉＯ2 膜１３、Ａｇ膜
１２及びＳｉＯ2 膜１１を積層し、さらにその上からＬ
ａＳＦ９直角プリズム１０を押し付けて固定することに
よって作製する。
【００１３】この際、ＳｉＯ2 膜及びＡｇ膜はＲＦマグ
ネトロンスパッタリングにより形成される。ＳｉＯ2 膜
はターゲットにＳｉＯ2 、放電ガスにはＡｒを用いて、
ガス流量約１０ｃｃｍ、ガス圧約２Ｐａ、投入電力約４
００Ｗで成膜し、このとき成膜速度は約２．３ｎｍ／ｓ
であった。また、Ａｇ膜はターゲットにＡｇ、放電ガス
にはＮ2 を用いて、ガス流量約３ｃｃｍ、ガス圧約０．
２Ｐａ、投入電力約５Ｗで成膜し、成膜速度は約０．４
ｎｍ／ｓであった。
ネトロンスパッタリングにより形成される。ＳｉＯ2 膜
はターゲットにＳｉＯ2 、放電ガスにはＡｒを用いて、
ガス流量約１０ｃｃｍ、ガス圧約２Ｐａ、投入電力約４
００Ｗで成膜し、このとき成膜速度は約２．３ｎｍ／ｓ
であった。また、Ａｇ膜はターゲットにＡｇ、放電ガス
にはＮ2 を用いて、ガス流量約３ｃｃｍ、ガス圧約０．
２Ｐａ、投入電力約５Ｗで成膜し、成膜速度は約０．４
ｎｍ／ｓであった。
【００１４】このような構成を有する偏光ビームスプリ
ッターにおいて、金属層の屈折率及び層の厚さ、誘電体
層の屈折率及び層の厚さ、並びにプリズムの屈折率を適
当に選定して、図２に示すように、ある波長のｐ偏光の
レーザ光２０を入射側のプリズム１０から全反射角θｃ
よりも大きいある入射角θで誘電体層１１に入射した
際、金属層１２と誘電体層１１との界面で長距離表面プ
ラズモンが励起される。
ッターにおいて、金属層の屈折率及び層の厚さ、誘電体
層の屈折率及び層の厚さ、並びにプリズムの屈折率を適
当に選定して、図２に示すように、ある波長のｐ偏光の
レーザ光２０を入射側のプリズム１０から全反射角θｃ
よりも大きいある入射角θで誘電体層１１に入射した
際、金属層１２と誘電体層１１との界面で長距離表面プ
ラズモンが励起される。
【００１５】一般に、外部より入射する光が全反射角θ
ｃよりも大きいある入射角θで入射した場合、反射面
（誘電体層１１と金属層１２との境界面）で完全に全反
射せずに、入射光の電磁界は反射面からの距離に対して
指数関数的に減衰する電磁波が存在して反射面の外に浸
み出している。この電磁波の波数はｋ＝（ｎp ω／ｃ）
・ｓｉｎθで表され（ｎp はプリズムの屈折率、ωは入
射光の角周波数、ｃは光速）、この電磁波が金属層１２
の表面プラズモンと結合すると（電磁波の波数ｋ及び角
周波数ωが表面プラズモンのそれらと整合すると）、上
記の波数ｋと角周波数ωと同じ波数及び角周波数を有す
る長距離表面プラズモンが共鳴的に励起され、それに伴
うエネルギ散逸によって反射率が低下する。この場合入
射光のｓ偏光成分は長距離表面プラズモンを励起せず、
かつ全反射角よりも大きいために入射側のプリズム１０
の底面で全反射されて、プリズム２１の他の面から出射
光２１として出射する。
ｃよりも大きいある入射角θで入射した場合、反射面
（誘電体層１１と金属層１２との境界面）で完全に全反
射せずに、入射光の電磁界は反射面からの距離に対して
指数関数的に減衰する電磁波が存在して反射面の外に浸
み出している。この電磁波の波数はｋ＝（ｎp ω／ｃ）
・ｓｉｎθで表され（ｎp はプリズムの屈折率、ωは入
射光の角周波数、ｃは光速）、この電磁波が金属層１２
の表面プラズモンと結合すると（電磁波の波数ｋ及び角
周波数ωが表面プラズモンのそれらと整合すると）、上
記の波数ｋと角周波数ωと同じ波数及び角周波数を有す
る長距離表面プラズモンが共鳴的に励起され、それに伴
うエネルギ散逸によって反射率が低下する。この場合入
射光のｓ偏光成分は長距離表面プラズモンを励起せず、
かつ全反射角よりも大きいために入射側のプリズム１０
の底面で全反射されて、プリズム２１の他の面から出射
光２１として出射する。
【００１６】励起された長距離表面プラズモンは金属１
２の表面を伝播する。入射側と出射側とを対称な構造に
しておけば、再輻射により出射側のプリズム１４からｐ
偏光が放出される。また、適当な膜厚条件及び屈折率条
件を選択すると入射光のｐ偏光成分のほとんど全てを再
輻射させることが可能である。
２の表面を伝播する。入射側と出射側とを対称な構造に
しておけば、再輻射により出射側のプリズム１４からｐ
偏光が放出される。また、適当な膜厚条件及び屈折率条
件を選択すると入射光のｐ偏光成分のほとんど全てを再
輻射させることが可能である。
【００１７】このような作用を行う偏光ビームスプリッ
ターは、上記の様に容易に作製できるので、安価に作製
可能である。
ターは、上記の様に容易に作製できるので、安価に作製
可能である。
【００１８】この素子のＬａＳＦ９直角プリズムにｐ及
びｓ偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ光をそれぞれ図２に示すよ
うに入射させたところ、ｐ及びｓ偏光の反射率の入射角
依存性は図３、ｐ及びｓ偏光の透過率の入射角依存性は
図４のようになった。図４でｐ偏光成分の透過率が最大
になる入射角（１８．９５度）でのｐ偏光の反射率は
０．５％、ｓ偏光の反射率は９９．９％、ｐ偏光の透過
率は９２．３％、ｓ偏光の透過率は０．１％であった。
尚、ｐ偏光の（反射率＋透過率）が１００％に満たない
理由は、金属層中でのロスのためである。
びｓ偏光のＨｅ−Ｎｅレーザ光をそれぞれ図２に示すよ
うに入射させたところ、ｐ及びｓ偏光の反射率の入射角
依存性は図３、ｐ及びｓ偏光の透過率の入射角依存性は
図４のようになった。図４でｐ偏光成分の透過率が最大
になる入射角（１８．９５度）でのｐ偏光の反射率は
０．５％、ｓ偏光の反射率は９９．９％、ｐ偏光の透過
率は９２．３％、ｓ偏光の透過率は０．１％であった。
尚、ｐ偏光の（反射率＋透過率）が１００％に満たない
理由は、金属層中でのロスのためである。
【００１９】また、この素子に入射角１８．９５度で無
偏光の単色光を入射したところ、ｐ及びｓ偏光の反射率
の波長依存性は図５、ｐ及びｓ偏光の透過率の波長依存
性は図６のようになった。プリズムの波長分散によりプ
リズム底面での入射角が波長により異なることと、金属
層及び誘電体層の波長分散により長距離表面プラズモン
を励起するプリズム底面での波数が異なることとにより
ｐ偏光の反射率は波長によって変化する。
偏光の単色光を入射したところ、ｐ及びｓ偏光の反射率
の波長依存性は図５、ｐ及びｓ偏光の透過率の波長依存
性は図６のようになった。プリズムの波長分散によりプ
リズム底面での入射角が波長により異なることと、金属
層及び誘電体層の波長分散により長距離表面プラズモン
を励起するプリズム底面での波数が異なることとにより
ｐ偏光の反射率は波長によって変化する。
【００２０】実施例では入射角１８．９５度のときに偏
光特性の良い素子の例を示したが、偏光特性の入射角依
存性は金属層と誘電体層との膜厚条件及び屈折率条件並
びにプリズムへの入射角を選択することにより変えられ
るので、プリズムへ垂直入射したときに偏光特性の良い
素子を作製することも可能である。
光特性の良い素子の例を示したが、偏光特性の入射角依
存性は金属層と誘電体層との膜厚条件及び屈折率条件並
びにプリズムへの入射角を選択することにより変えられ
るので、プリズムへ垂直入射したときに偏光特性の良い
素子を作製することも可能である。
【００２１】実施例では波長６３２．８ｎｍ（Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光）のときに偏光特性の良い素子の例を示した
が、偏光特性の波長依存性は金属層と誘電体層との膜厚
条件及び屈折率条件並びにプリズムへの入射角を選択す
ることにより変えられるので、用いる波長で偏光特性の
良い素子を作製することも可能である。
ｅレーザ光）のときに偏光特性の良い素子の例を示した
が、偏光特性の波長依存性は金属層と誘電体層との膜厚
条件及び屈折率条件並びにプリズムへの入射角を選択す
ることにより変えられるので、用いる波長で偏光特性の
良い素子を作製することも可能である。
【００２２】また、実施例では波数整合素子にプリズム
を用いたが、この波数整合素子に回析格子を用いること
も可能である。
を用いたが、この波数整合素子に回析格子を用いること
も可能である。
【００２３】
【発明の効果】従って、本発明による偏光ビームスプリ
ッターは、金属層と、該金属層の両面にそれぞれ積層さ
れた第１及び第２の誘電体層と、第１の誘電体層上に、
入射する光の波数と該光によって励起される金属層表面
の表面プラズモンの波数とを整合するべく設けられた第
１の波数整合素子と、第２の誘電体層上に設けられた第
２の波数整合素子とを備えたので、作製が簡単で、低価
格な偏光ビームスプリッターを提供し得る。
ッターは、金属層と、該金属層の両面にそれぞれ積層さ
れた第１及び第２の誘電体層と、第１の誘電体層上に、
入射する光の波数と該光によって励起される金属層表面
の表面プラズモンの波数とを整合するべく設けられた第
１の波数整合素子と、第２の誘電体層上に設けられた第
２の波数整合素子とを備えたので、作製が簡単で、低価
格な偏光ビームスプリッターを提供し得る。
【図１】本発明に係わる偏光ビームスプリッターの一実
施例の構成の概略を示す断面図である。
施例の構成の概略を示す断面図である。
【図２】図１に示す偏光ビームスプリッターに入射角θ
で光を入射した際の光のパスを示す図である。
で光を入射した際の光のパスを示す図である。
【図３】本発明に係わる偏光ビームスプリッターの一実
施例にＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射した場合のｓ偏光及び
ｐ偏光の反射率の入射角依存性を示す図である。
施例にＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射した場合のｓ偏光及び
ｐ偏光の反射率の入射角依存性を示す図である。
【図４】本発明に係わる偏光ビームスプリッターの一実
施例にＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射した場合のｓ偏光及び
ｐ偏光の透過率の入射角依存性である。
施例にＨｅ−Ｎｅレーザ光を入射した場合のｓ偏光及び
ｐ偏光の透過率の入射角依存性である。
【図５】本発明に係わる偏光ビームスプリッターの一実
施例におけるｓ偏光及びｐ偏光の反射率の入射波長依存
性である。
施例におけるｓ偏光及びｐ偏光の反射率の入射波長依存
性である。
【図６】本発明に係わる偏光ビームスプリッターの一実
施例におけるｓ偏光及びｐ偏光の透過率の入射波長依存
性である。
施例におけるｓ偏光及びｐ偏光の透過率の入射波長依存
性である。
１０、１４ 直角プリズム １１、１３ 誘電体層 １２ 金属層
Claims (2)
- 【請求項１】 金属層と、該金属層の両面にそれぞれ積
層された第１及び第２の誘電体層と、該第１の誘電体層
上に、入射する光の波数と該光によって励起される前記
金属層表面の表面プラズモンの波数とを整合するべく設
けられた第１の波数整合素子と、前記第２の誘電体層上
に設けられた第２の波数整合素子とを備えたことを特徴
とする偏光ビームスプリッター。 - 【請求項２】 前記波数整合素子がプリズム又は回析格
子であることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビーム
スプリッター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4008565A JP2862423B2 (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 偏光ビームスプリッター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4008565A JP2862423B2 (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 偏光ビームスプリッター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196814A true JPH05196814A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2862423B2 JP2862423B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=11696595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4008565A Expired - Lifetime JP2862423B2 (ja) | 1992-01-21 | 1992-01-21 | 偏光ビームスプリッター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2862423B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07281255A (ja) * | 1994-04-13 | 1995-10-27 | Ricoh Co Ltd | 採光式ブライトフレームファインダ |
| JP2007058240A (ja) * | 2006-11-10 | 2007-03-08 | Hitachi Ltd | プリズム、プリズムの製造方法、光学ユニット及び投射型表示装置 |
| CN104034419A (zh) * | 2014-05-05 | 2014-09-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 可校正谱线弯曲的成像光谱仪系统及其校正方法 |
| CN104733997A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 北京大学 | 非对称纳米沟槽结构双色表面等离激元分束器及分束方法 |
-
1992
- 1992-01-21 JP JP4008565A patent/JP2862423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07281255A (ja) * | 1994-04-13 | 1995-10-27 | Ricoh Co Ltd | 採光式ブライトフレームファインダ |
| JP2007058240A (ja) * | 2006-11-10 | 2007-03-08 | Hitachi Ltd | プリズム、プリズムの製造方法、光学ユニット及び投射型表示装置 |
| CN104034419A (zh) * | 2014-05-05 | 2014-09-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 可校正谱线弯曲的成像光谱仪系统及其校正方法 |
| CN104733997A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 北京大学 | 非对称纳米沟槽结构双色表面等离激元分束器及分束方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2862423B2 (ja) | 1999-03-03 |
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