JPH05289027A

JPH05289027A - 偏光子、偏光子付光学素子及びそれらの製造方法

Info

Publication number: JPH05289027A
Application number: JP14895192A
Authority: JP
Inventors: Shinji Iwatsuka; 信治岩塚; Naoki Hanajima; 直樹花島; Yoshikazu Narumiya; 義和成宮
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】量産加工性及び小スペース化に優れ且つ種々
の光学素子の光の入出射面にも直接且つ簡単に付着させ
ることができる新規な偏光子を提供する。【構成】１以上の層の膜材料を積層してなる第１区画
と１以上の層の膜材料を積層してなる第２の区画とを同
一面上に交互に備えた回折格子構造を有し、少なくとも
一方の区画の少なくとも１層の膜材料が複屈折性を有し
且つ該複屈折性を有する膜が斜め蒸着法により形成され
てなる偏光子及びその製造方法である。さらにこの偏光
子が光学素子の光の入射面、出射面または反射面上に斜
め蒸着法によって直接付着されてなる偏光子付光学素子
及びその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、従来の偏光子に代わる
量産性に優れた新規な偏光子及びその製造方法に関す
る。更に詳細には、本発明は斜め蒸着法を用いて種々の
光学素子に容易に付着させることができる新規な偏光子
及びその製造方法に関する。本発明は、また、斜め蒸着
法により本発明の偏光子を付着してなる光アイソレータ
等の種々の光学素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
偏光子として、いわゆるポライロイド板と呼ばれる二色
性偏光子や複屈折性の偏光子が知られている。前者は、
消光比が高くとれないので磁気光学効果のような精密な
測定には使用するのが困難であった。一方、後者は、水
晶、方解石、フッ化マグネシウムなどの複屈折性の材料
用い、それらを結晶軸に対して所定の角度で切り出して
プリズム等に加工しなければならないため、材料コスト
が高く且つ製造が容易でなかった。またこのような偏光
子を用いて光アイソレータ、光サーキュレータ、光変調
器、光スイッチを構成する際に、偏光子と他の構成部
品、例えば、ファラデー回転子等とを別々に作製しなけ
ればならず、そしてそれらを組み合わせて用いるために
最終製品の小型化が難しいという問題があった。例え
ば、従来用いられていた光アイソレータでは、透過軸が
互いに４５°傾いた一組の偏光子でファラデー素子を挟
むように配置する必要があり、また偏光子として偏光プ
リズムのような高価な素子を使用していた。

【０００３】近年、回折現象を利用した偏光素子として
ＬｉＮｂＯ₃ にプロトン交換で製作した回折格子型偏光
子が知られている（特開昭６３−５５５０１）。この偏
光子は薄型で且つ量産性をも有している。しかしなが
ら、ＬｉＮｂＯ₃ という高価な単結晶基板を用いる必要
があり、従来と同様、他の光学素子と別個に偏光子を作
製しなければならず、光学装置全体の小型化を図ること
ができないという欠点があった。また、ファラデー回転
子の表面に光の波長の１／２よりも小さいピッチの位相
格子を形成することによりファラデー回転子に偏光子の
機能を付与した光アイソレータが知られている（特開平
２−１０３１１号）。この光アイソレータでは、偏光プ
リズムを必要としないため小型化に有利となる。しかし
ながら、非常に微細な溝を精度良くファラデー回転子の
表面に形成する必要があり、製作が困難であり実用化に
は不向きであるという欠点があった。

【０００４】そこで、本発明の目的は、従来の偏光子と
は異なり、量産加工性及び小スペース化に優れ且つ種々
の光学素子の光の入出射面にも直接且つ簡単に付着させ
ることができる新規な偏光子を提供することにある。ま
た、本発明の別の目的はかかる偏光子を直接付着した小
型化された種々の光学素子を提供することである。更に
本発明の別の目的は、それらの偏光子の製造方法をも提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意検討、研究した結果、いわゆる斜め蒸
着法を利用して複屈折性を有する膜を格子状に形成する
ことによって、製造が容易で量産性に適した回折現象を
利用した偏光子を開発することに成功した。

【０００６】すなわち、本発明は、１以上の層の膜材料
を積層してなる第１区画と１以上の層の膜材料を積層し
てなる第２の区画とを同一面上に交互に備えた回折格子
構造を有し、少なくとも一方の区画の少なくとも１層の
膜材料が複屈折性を有し且つ該複屈折性を有する膜が斜
め蒸着法により形成されてなる偏光子である。

【０００７】本発明は、１以上の層の膜材料を積層して
なる第１区画と１以上の層の膜材料を積層してなる第２
の区画とを同一面上に交互に備えた回折格子構造を有
し、一方の区画の少なくとも１層の膜材料が複屈折性を
有し且つ該複屈折性を有する膜が斜め蒸着法により形成
され、他方の区画の少なくとも一層が充填剤で形成され
てなる偏光子である。

【０００８】本発明は、１以上の層の膜材料を積層して
なる第１区画と第２の区画とを同一面上に交互に備えた
回折格子構造を有し、第１の区画の少なくとも１層の膜
材料が複屈折性を有し且つ該複屈折性を有する膜が斜め
蒸着法により形成され、第２の区画に接着剤が、第１区
画の表面を被覆するまで注入されており、さらに該接着
剤層上に基板を備えてなる偏光子である。

【０００９】本発明は、上記偏光子が光学素子の光の入
射面、出射面または反射面の少なくとも一方の面上に斜
め蒸着法によって直接付着されてなる偏光子付光学素子
である。

【００１０】さらに、本発明は、磁気光学素子の光の入
射面、出射面または反射面の少なくとも一方の面に上記
偏光子を形成して構成した磁気光学光部品でもある。

【００１１】そして本発明は、電気光学素子の光の入射
面、出射面または反射面の少なくとも一方の面に上記本
発明の偏光子を形成して構成した光スイッチ、光変調器
である。

【００１２】本発明の別の態様は、回折格子構造を有す
る偏光子の製造方法であって、金属酸化物を、蒸着源に
対して斜めに配置した基板上に蒸着させて複屈折膜を形
成し、複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した
後、エッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形
成し、等方性の誘電体膜を複屈折膜若しくは基板上及び
マスク上に堆積し、次いで、マスクを、マスク上の誘電
体膜とともに除去することを含む上記方法である。

【００１３】本発明の別の態様は、回折格子構造を有す
る偏光子を光学素子の入出射面の少なくとも一方の面上
に付着して備えた光学素子を製造する方法であって、金
属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した光学素子の
光の入出射面の少なくとも一方の面上に蒸着させて複屈
折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを
堆積した後、エッチングにより複屈折膜に格子パターン
の溝を形成し、等方性の誘電体膜を該複屈折膜若しくは
基板上及びマスク上に堆積し、次いで、マスクを、マス
ク上の誘電体膜とともに除去することを含む上記方法で
ある。

【００１４】本発明の別の態様は、回折格子構造を有す
る偏光子の製造方法であって、金属酸化物を、蒸着源に
対して斜めに配置した基板上に蒸着させて複屈折膜を形
成し、複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した
後、エッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形
成し、該マスクを除去する前または除去した後に、該溝
に充填剤を充填することを含む上記偏光子の製造方法で
ある。

【００１５】本発明の別の態様は、回折格子構造を有す
る偏光子を光学素子の入出射面の少なくとも一方の面上
に付着して備えた光学素子を製造する方法であって、金
属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した光学素子の
光の入出射面の少なくとも一方の面上に蒸着させて複屈
折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを
堆積した後、エッチングにより複屈折膜に格子パターン
の溝を形成し、該マスクを除去する前または除去した後
に、該溝に充填剤を充填することを含む上記光学素子を
製造する方法である。

【００１６】本発明は、前記のように回折現象を利用し
た偏光子であり、偏光子として機能するには以下の関係
を満たすことが要求される。すなわち、第１区画の各層
の厚さをｄ_1i、層数をｍ₁ 、第２の区画の各層の厚さを
ｄ_2j、層数をｍ₂ とし、入射光の互いに直交する偏光成
分に対する第１区画の各層の屈折率をｎ_1i+ 、ｎ_1i-、
第２区画の膜材料の各層の屈折率をｎ_2j+ 、ｎ_2j- とす
るとこれらの間に次式（Ｉ）（II）：

【数１】

【数２】｛式中、Ｎ₁ ，Ｎ₂ は任意の整数、λは光の波長、ｄ₁
は第１区画の厚さであり（ｄ₁ ＝

【外１】ｄ_1i）、ｄ₂ は第２区画の厚さである（ｄ₂ ＝

【外２】ｄ_2i）｝。この式を満足することによって屈折率ｎ₁₊及
びｎ₂₊を示す入射光偏光成分は偏光子を通過する際に互
いに干渉して強め合い、一方、屈折率ｎ_1-及びｎ_2-を示
す入射光偏光成分は偏光子を通過する際に干渉して弱め
合って、結局、＋方向の偏光成分のみを取り出すことが
できる。

【００１７】本発明の偏光子を図面を参照して説明す
る。図１に、ガラス基板１の光の入射面上に積層体を有
する本発明の偏光子の一具体例を示した。積層体５は、
第１の膜材料からなる区画１０及び第２の膜材料からな
る区画１１を交互に備える。この例は、本発明の最も簡
単な例として、上記式（Ｉ）及び（II）中、ｍ₁ ＝ｍ₂
＝１、ｄ₁ ＝ｄ₂ の場合である。区画１０の膜材料は複
屈折性を有する材料であり、一方、区画１１の膜材料は
等方性材料である。ここに、区画１０の複屈折率性の膜
材料の屈折率をｎ₁₊、ｎ_1-とし、区画１１の等方性材料
の屈折率をｎ₂ とすると、上記式（Ｉ）から導かれる下
記式（III ）及び（IV）を満足するような材料を用いる
ことによって、屈折率ｎ₁₊を示す入射光偏光成分は区画
１１を通過する光と干渉して強め合い、一方、屈折率ｎ
_1-を示す入射光偏光成分は区画１１を通過する光と干渉
して弱め合う。従って、屈折率ｎ₁₊を示す偏光成分のみ
がガラス基板１内に入射することになる。なお、上記の
ような干渉条件を満たすには、一般に光ビームが透過す
る範囲において区画１０の面積と区画１１の面積がほぼ
同一であることが要求される。

【数３】（ｎ₁₊−ｎ₂ ）ｄ＝Ｎ₁ λ （III ）

【数４】（ｎ_1-−ｎ₂ ）ｄ＝（Ｎ₂ ＋１／２）λ （IV）（式中、Ｎ₁ ，Ｎ₂ は任意の整数、λは光の波長、ｄは
膜材料の厚さである）

【００１８】図１において基板１の代わりにファラデー
回転子を用いて、上記区画１０及び１１をその上に形成
することによって光アイソレータを構成することができ
る。この場合、同図の光の出射側に、さらに偏光プリズ
ム等の偏光子を配置するか、または上記のような積層体
５と同様のものをファラデー回転子の光の出射側に形成
することによって光アイソレータとして機能することに
なる。但し、出射側に配置または形成する偏光子または
積層体は入射側の積層体を通過する光の偏光成分と４５
°ずれた偏光成分のみを透過するような光学的配置にす
る。

【００１９】本発明で用いる複屈折性の材料は、斜め蒸
着法により成膜することが可能な材料、例えば、Ｔａ₂
Ｏ₅ 、ＷＯ₃ 、Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＳ等を挙げることがで
きるが、特にこれらに限定されず、斜め蒸着法により複
屈折性をもたらすことができる材料ならば種々の材料を
使用できる。一方、各区画の各層を構成する材料として
複屈折性材料以外に等方性材料を用いることができ、例
えば、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＦ₂ 、Ｚｒ
Ｏ₂ 等を用いて反射防止、位相調整等の機能を偏光子ま
たは種々の光学素子に付与することができる。これらの
等方性材料は、通常の蒸着法、スパッタ法等により作製
できる。

【００２０】上記のようにガラス板またはファラデー回
転子等の種々の光学素子の光の入出射面の少なくとも一
方に、第１の膜材料からなる区画１０及び第２の膜材料
からなる区画１１を交互に備える複屈折性の膜を形成し
て偏光子等を製造する本発明の方法を以下に説明する。
例えば、偏光子を製造する場合において図２に示したよ
うなプロセスを用いることができる。最初に、同図
（Ａ）に示したようにガラス基板１を用意し、その光の
入出射面に斜め蒸着法等により複屈折膜２を形成する。
斜め蒸着法は金属酸化物等の無機材料を基板に対して斜
めの方向から蒸着させる蒸着方法である。この方法によ
り形成された蒸着膜は基板に対して傾いた繊維状の柱状
構造、すなわち異方性の構造を有し、傾斜方向の直線偏
光に対する屈折率と直交する方向の直線偏光に対する屈
折率との間に差が生じる。これによって形成された蒸着
膜は複屈折性を帯びる。この方法に用いる装置は電子ビ
ーム加熱による真空蒸着装置などの通常の真空装置を用
いることができ、該装置内に基板を傾けて設置して蒸着
操作を行う。かかる蒸着法は、例えば、Ｔ．ＭＯＴＯＨ
ＩＲＯ及びＹ．ＴＡＧＡによりAPPLIED OPTICS、Vol.2
8, NO.13,2466-2482 頁(1989 年）に詳細に議論されて
おり、これを援用して本文の記載の一部とする。この方
法により、例えば、２層構造のＴａ₂ Ｏ₅ 等の金属酸化
膜を形成することができる。斜め角度としては、複屈折
性の大きくなる７０°前後が好適である。Ｔａ₂ Ｏ₅ を
７０°斜め蒸着すると複屈折率は約０．０６である。こ
のような斜め蒸着法を用いることによって、偏光子が形
成される基板は、ガラス板、磁気光学素子、電気光学素
子等のきわめて広範なものを用いることができる。従っ
て、本発明では、特開平２−１０３１１号及び特開昭６
３−５５５０１号の従来技術のように基板材料に限定さ
れることはなく、種々の基板を使用できる。

【００２１】次いで、上記のようにして形成したＴａ₂
Ｏ₅ 膜等の複屈折膜上にフォトリソグラフィー技術等を
用いて同図（Ｂ）に示すようなストライプ上のマスクを
作製する。マスクが堆積された格子の周期は、例えば、
１００μｍ程度にすることができる。次いで、同図
（Ｃ）に示すように、Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜２のマスクされてい
ない領域をエッチングして溝を作製する。同図では、Ｔ
ａ₂ Ｏ₅ 膜２をわずかに残しているが、完全に除去して
もよい。

【００２２】次の工程にて、蒸着法またはスパッタ法を
用いて等方性の誘電体膜４をマスク部上及びＴａ₂ Ｏ₅
膜２上にさらに積層して、同図（Ｄ）に示したような積
層体構造を形成する。また、誘電体膜は、前記複屈折性
の材料とは異なる複屈折性を有する材料でも良い。次い
で、同図（Ｅ）に示すように、溶剤を用いてマスクをそ
の上に形成された等方性誘電体膜と一緒に溶解する。あ
るいは、この工程において膜４を蒸着させないで、エッ
チングで形成された溝内に等方性物質等を充填すること
もできる。この場合、マスクの除去は充填剤の充填前で
も充填後でもよい。この充填剤として光透過性のある種
々の材料を用いることができ、接着剤をも用い得る。こ
うして本発明の偏光子を得ることができる。

【００２３】本発明の別の態様に従えば、上記方法にお
いて同図（Ｃ）以降の工程を図６に示すような工程を採
用して接着層を有する偏光子を製造することができる。
図６に従えば、上記図２の関係で上で説明した工程
（Ａ）及び（Ｂ）を行った後に、（Ｃ）に示すようにエ
ッチングを行う。エッチングは複屈折層を一部残しても
良い。次いで、同図（Ｄ）に示すようにマスク３を溶剤
等で除去した後に、エッチングにより形成された溝に接
着剤層１８を注入する。接着剤は図（Ｅ）に示したよう
に斜め蒸着層上を被覆するまで注入するのが好ましい。
ここで用いる接着剤としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬
化樹脂等の種々の透明性を有する樹脂を用いることがで
きる。次いで、同図（Ｄ）に示すように、接着剤層１８
上を透明基板１９により被覆する。基板１９として基板
１と同様に、ガラス板、磁気光学素子、電気光学素子等
を用いることができる。

【００２４】上記のような充填剤を充填したタイプの偏
光子は、格子の間に隙間なく充填剤を埋め込むことがで
きるため、誘電体膜を蒸着するタイプに比べて有利にな
る。また、製造操作も容易であり、格子が表面に露出さ
れないことから信頼性の高い偏光子が得られるという利
点がある。

【００２５】上記の方法で偏光子を製造した場合、ガラ
ス基板を付けたまま単独の偏光子として用いることが出
来る。光アイソレータを製造する場合には４５°の回転
角を有するファラデー回転子を同図工程（Ａ）のガラス
基板の代わりに用いる。この場合、光入射面の反対面側
に上記と同様の膜を上記のような方法で積層しても良
く、また、偏光プリズム等の偏光子を配置して光アイソ
レータを構成してもよい。

【００２６】上記の方法により得られる積層体の別の具
体例として、図３に示すように第１の区画と第２の区画
の膜厚ｄ₁ 、ｄ₂ が異なるものであっても良い。例え
ば、上記式（Ｉ）及び（II）中、ｍ₁ ＝１、ｍ₂ ＝１、
ｄ₁ ≠ｄ₂ であるときには、以下のような関係式を成立
する必要がある。

【数５】ｎ₁₊ｄ₁ −［ｎ₂ ｄ₂ ＋１×（ｄ₁ −ｄ₂ ）］＝Ｎ₁ λ

【数６】ｎ_1-ｄ₁ −［ｎ₂ ｄ₂ ＋１×（ｄ₁ −ｄ₂ ）］＝（Ｎ₂ ＋１／２）λ （式中、ｎ₁₊、ｎ_1-は複屈折膜２の屈折率、ｎ₂ は等方
性膜４の屈折率、Ｎ₁ 及びＮ₂ は任意の整数、ｄ₁ は斜
め蒸着により形成した複屈折膜２の膜厚、ｄ₂ は等方性
膜の膜厚、λは入射光の波長をそれぞれ示す）

【００２７】本発明の偏光子をわかりやすく説明するた
めに、第１及び第２の区画が１層で形成された偏光子を
用いて説明してきたが、これらの層数は以下の実施例で
記載したように実用的には２層以上が有利である。これ
は実用的な偏光子とするためには、反射損失を低減させ
るために無反射膜を施す必要があるからである。また、
第１及び第２区画の層数は互いに同一でも異なってもよ
い。

【００２８】各区画に２層以上の層を有する本発明の偏
光子及びその製造方法の具体例を図７に示す。同図は、
上記のような接着剤を注入するタイプの偏光子及びその
製造方法の変形例である。図７（Ｅ）に図示した偏光子
は、基板１、斜め蒸着膜４、接着層１８及び基板１９の
材料間の屈折率の差によりそれらの境界面から生じる反
射光を減じるために、無反射膜として蒸着膜２０及び２
１を備える偏光子である。また、図中、蒸着膜２０は基
板をエッチングから保護する役割もある。このような偏
光子は図７（Ａ）〜（Ｅ）に示したような工程で製造す
ることができる。すなわち、基板１上に、蒸着膜２０及
び２１を蒸着した後に、斜め蒸着法を用いて斜め蒸着膜
４を形成する。次いで図７（Ｂ）に示したように格子パ
ターンのマスクを堆積して、エッチングによりマスクさ
れていない領域を蒸着膜２１まで除去して溝を形成する
（同図（Ｄ））。本文中で用いた「格子パターン」は回
折格子の表面模様を形成するパターンをすべて包含し、
例えば、ストライプ状、同心円状等を含む。そして、接
着剤４を（Ｅ）に示すように斜め蒸着膜を被覆するまで
注入する。最後に基板１９をその上に設置する。上記の
方法で説明した蒸着膜２０及び２１はいずれか一方でも
よく、また３以上の多層膜でもよい。さらに、斜め蒸着
膜の上面、基板１の内側面、基板２の外側面等に別の誘
電体膜を形成してもよい。

【００２９】本発明の偏光子付光学素子において、光学
素子として、例えば、レンズ、プリズム、ガラス板、磁
気光学素子、電気光学素子、ビームスプリッター、ビー
ムイクスパンダー、光ファイバが挙げられるが、特にこ
れらに限定されず、偏光子を用いるものならばいかなる
光学素子も含まれる。ここに、磁気光学素子としては、
例えばＹＩＧ、Ｂｉ置換稀土類鉄ガーネット、電気光学
素子としては、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ₃ 等が挙げられる
がこれらに限定されるものではない。そして、本発明の
偏光子を付着したこれらの磁気光学素子を用いた磁気光
学光部品をも本発明に包含される。磁気光学光部品とし
ては、例えば、光アイソレータ、光サーキュレータ、光
スイッチ、光磁界センサ、光変調器が挙げられる。ま
た、電気光学素子を用いた製品として光スイッチ、光変
調器が挙げられ、これらの製品も本発明の範囲に含まれ
る。

【００３０】本発明の偏光子を付着した光学素子におい
て、偏光子として機能する格子パターンは、光学素子の
光の入出射面のいずれの場所に形成することもでき、例
えば、回折光を所定の位置に収束させるように偏光子を
斜め蒸着法により蒸着することもできる。これらの偏光
子付きの光学素子においては、偏光子以外の部分は特に
限定されず、例えば、光アイソレータでは、従来の種々
のタイプのファラデー回転子、磁界印加手段を用いるこ
とができる。

【００３１】上記のようにして作製した偏光子は、通常
の偏光子または検光子の代わりに用いて光学装置を構成
することができる。例えば、光磁気ディスク用光ヘッド
において、光ディスクからの戻り光と検出器との間に配
置することによって、光磁気ディスクヘッドの信号差動
検出用の検光子として用いることができる。以下に、本
発明の実施例を示すが、本発明はそれらに限定されるも
のではない。

【００３２】

【実施例】

実施例１（偏光子の製造）波長８００ｎｍ用の偏光子を以下のようにして設計製作
した。基板上に上記式（Ｉ）及び（II）中、第１及び第
２区画の層数、各層の膜成分、屈折率、各層の厚さが下
記表１の値及び膜成分になるように成膜した。表中ｉ及
びｊ値が小さい方が基板側の層である。最初にガラス基
板を用意し、この基板上に斜め蒸着により斜め角度を７
０°としてＴａ₂ Ｏ₅ 膜を作製した。その後、区画１を
幅５０μｍでマスクして区画２のＴａ₂ Ｏ₅ 部分を幅５
０μｍに渡ってエッチングにより除去した。次いでマス
クしたままでＹ₂ Ｏ₃ を蒸着法で蒸着した後、マスクを
除去した。この層上に、ＭｇＦ₂ 層を１５０ｎｍの厚さ
で積層した。こうして図４に示すような構造を有する偏
光子を製造した。得られた偏光子にλ＝８００ｎｍの光
を通したところ消光比１８ｄＢが得られた。

【００３３】

【表１】表１区画１区画２ｉ膜組成ｎ₁₊ ｎ_1- ｄ_1i ｊ膜組成ｎ_2j+ ｎ_2j- ｄ_2j １ Ta₂O₅ 1.8 1.75 8000nm １ Y₂O₃ 1.8 1.8 8000nm ２ MgF₂ 1.35 1.35 150nm ２ MgF₂ 1.35 1.35 150nm

【００３４】実施例２（ファラデー回転子上に偏光子を
作製して光アイソレータを製造する例）図２の（Ａ）〜（Ｅ）の工程を用いて、斜め蒸着膜とし
てＴａ₂ Ｏ₅ を用いて膜厚ｄ₁ ＝８μｍになるように、
また誘電体膜としてＳｉＯ₂ を用いて膜厚ｄ₂＝７μｍ
になるようにそれらの膜を積層した。斜め蒸着の条件と
して、斜め角度を７０°として、２層構造のＴａ₂ Ｏ₅
を形成した。また、形成された格子の周期を１００μｍ
とした。４５°ファラデー回転角としてＬＰＥ法により
作製したビスマス置換稀土類鉄ガーネット膜を用いた。
また、ファラデー回転子の積層してない側面には通常の
偏光子を、前記積層により得られた偏光子の偏光角に対
して４５°になるように配置した。こうして構成した光
学系にλ＝７８０ｎｍの光を入射させたところアイソレ
ーション１５ｄＢが得られ、光アイソレータとして有効
に動作することを確認できた。上記のようにファラデー
回転子の片側に偏光子膜を形成するだけでなく両側に同
様にかかる膜を形成させることにより、通常の偏光子を
まったく用いない光アイソレータを構成することがで
き、光学系の厚さを極めて薄くすることができる。

【００３５】実施例３（ファラデー回転子上に偏光子を
作製して光アイソレータを製造する例）波長８００ｎｍ用の光アイソレータを以下のようにして
設計製作した。ファラデー回転子としてＢｉ置換稀土類
鉄ガーネットを用いて、その上に偏光子を、上記式
（Ｉ）及び（II）中、第１及び第２区画の層数、各層の
膜成分、屈折率、各層の厚さが下記表２の値及び膜成分
になるように成膜した。表中ｉ及びｊ値が小さい方が基
板側の層である。最初にＢｉ置換稀土類鉄ガーネット
（屈折率２．４）基板を用意し、この基板上にＳｉＯ₂
層を表２に示した厚さになるように蒸着法により形成し
た。次いでこの層の上に同様に蒸着法によりＴｉＯ₂ 層
を５０ｎｍの厚さで蒸着した。これらの２層膜は基板と
次層との間の反射防止膜の役割を果たす。次いで、斜め
蒸着により斜め角度を７０°としてＴａ₂ Ｏ₅ 膜を作製
した。その後、区画１を幅５０μｍでマスクして区画２
のＴａ₂ Ｏ₅ 部分を幅５０μｍに渡ってエッチングによ
り除去した。次いでマスクしたままでＹ₂ Ｏ₃ を蒸着法
で蒸着した後、マスクを除去した。上記第３層上に、蒸
着法を用いてＴｉＯ₂ 層、次いでＳｉＯ₂ 層をそれぞれ
３０ｎｍ及び１６０ｎｍの厚さで積層した。これらの２
つの層は第３層と空気との間の反射防止膜の役割を果た
す。

【００３６】こうして、図５に示すような片側に偏光子
を直接付着したファラデー回転子を得た。このファラデ
ー回転子のもう一方の側に従来の偏光子を配置して光ア
イソレータを構成した。この光アイソレータのアイソレ
ーションは１７ｄＢであり、光アイソレータとして有効
に動作することがわかった。この例では、一方の偏光子
を従来型の偏光子で構成したが、基板の両側に上記のよ
うな膜を積層することによってさらに小型の光アイソレ
ータを製作することができる。また、偏光する光の波長
は８００ｎｍに限定されず、他の可視波長域及び１３０
０ｎｍ〜１６００ｎｍの光通信用の他の波長域なども使
用可能である。また、この例では区画１及び２を同じ膜
厚としたが、上式（Ｉ）及び（II）を満足する限り互い
に異なる膜厚にすることもできる。

【００３７】

【表２】表２区画１区画２ｉ膜組成ｎ_1i+ ｎ_1i- ｄ_1i ｊ膜組成ｎ_2i+ ｎ_2i- ｄ_2i １ＳｉＯ₂ 1.45 1.45 20nm １ＳｉＯ₂ 1.45 1.45 20nm ２ＴｉＯ₂ 2.2 2.2 50nm ２ＴｉＯ₂ 2.2 2.2 50nm ３Ｔａ₂ Ｏ₅ 1.8 1.75 8000nm ３Ｙ₂ Ｏ₃ 1.8 1.8 8000nm ４ＴｉＯ₂ 2.2 2.2 30nm ４ＴｉＯ₂ 2.2 2.2 30nm ５ＳｉＯ₂ 1.45 1.45 160nm ５ＳｉＯ₂ 1.45 1.45 160nm

【００３８】実施例４本発明の偏光子を、図６に示すような接着剤を注入する
タイプの製造方法を用いて製造した。波長１３００ｎｍ
用の偏光子を以下のようにして設計製作した。基板上
に、上記式（Ｉ）及び（II）中、第１及び第２区画の層
数、各層の膜成分、屈折率、各層の厚さが下記表３の値
及び膜成分になるように成膜した。基板１及び１９とし
てガラス板を用意して、斜め蒸着膜４としてＴａ₂ Ｏ₅
を、ガラス板に対する蒸着角度として７０°を用いて斜
め蒸着した。次いで、格子の周期が１００μｍとして、
同図（Ｂ）に示すようにマスク３を施した。次いでエッ
チング処理してマスキングしてない部分に基板１まで溝
を形成した。マスクを溶剤で除去した後、熱硬化性エポ
キシ樹脂を、同図（Ｅ）に示すように斜め蒸着層上を被
覆するまで溝に注入した。そして、接着層１８上にガラ
ス基板を設置した。

【００３９】

【表３】表３区画１区画２ｉ膜組成ｎ_1i+ ｎ_1i- ｄ_1i ｊ膜組成ｎ_2i+ ｎ_2i- ｄ_2i １ Ta₂O₅ 1.74 1.69 13000nm １接着剤 1.54 1.54 13000nm この偏光子について消光比を確認したところ、λ＝１３
００ｎｍの入射光に対して２５ｄＢの消光比特性が得ら
れた。

【００４０】偏光子を蒸着する光学素子として光アイソ
レータを例にして説明してきたが、前記のように偏光子
を用いる光学素子ならば種々の光学素子に応用すること
ができ、さらにそのような光学素子を用いた最終製品に
使用可能である。

【００４１】

【発明の効果】本発明の偏光子は、斜め蒸着法のような
簡易な方法で製造することができ且つ従来の偏光プリズ
ムのように特に高価な複屈折性の材料を加工する必要が
ないため量産性に優れる。本発明の偏光子は斜め蒸着法
を用いることによって種々の光学素子の光の入射または
出射面上に直接装着出来る利点がある。さらに、斜め蒸
着法はプロトン交換に比べて精密に制御された格子を製
造することができる。また、このような偏光子を蒸着し
た光学素子においては、偏光プリズム等の偏光子を別途
備えなくても良いので光学系自体を極めて薄くでき、光
アイソレータにあっては数１００μｍ程度の厚さを実現
することができる。従って、本発明によりこれらの光学
素子の省スペース化及び小型化を図ることができる利点
もある。さらに、レンズ等に本発明の偏光子を直接蒸着
することによって多機能化した光学素子を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光子または偏光子付ファラデー回転
子の一具体例を示す図である。

【図２】本発明の偏光子または偏光子付きファラデー回
転子の製造プロセスを示す図である。

【図３】本発明の偏光子または偏光子付きファラデー回
転子の別の具体例を示す図である。

【図４】実施例１で作製した本発明の偏光子の断面図で
ある。

【図５】実施例３で作製した本発明の偏光子付きファラ
デー回転子の断面図である。

【図６】接着剤を注入するタイプの本発明の偏光子また
は偏光子付きファラデー回転子の製造プロセスを示す図
である。

【図７】接着剤を注入するタイプの本発明の偏光子また
は偏光子付きファラデー回転子の製造プロセスを示す図
である。

【符号の説明】

１ファラデー回転子またはガラス基板２複屈折性膜（Ｔａ₂ Ｏ₅ 膜）３マスク材料４等方性膜（誘電体膜）５積層体６ガラス基板７ＭｇＦ₂ 膜８Ｔａ₂ Ｏ₅ 斜め蒸着膜９Ｙ₂ Ｏ₃ 膜１０第１区画１１第２区画１２基板１３ｉ＝１，ｊ＝１膜１４ｉ＝２，ｊ＝２膜１５ｉ＝３，ｊ＝３膜１６ｉ＝４，ｊ＝４膜１７ｉ＝５，ｊ＝５膜１８接着層１９基板２０蒸着層２１蒸着層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１以上の層の膜材料を積層してなる第１
区画と１以上の層の膜材料を積層してなる第２の区画と
を同一面上に交互に備えた回折格子構造を有し、少なく
とも一方の区画の少なくとも１層の膜材料が複屈折性を
有し且つ該複屈折性を有する膜が斜め蒸着法により形成
されてなる偏光子。
【請求項２】第１の区画及び第２の区画の層数が同一
であり且つその層数が２〜５のうちのいずれかである請
求項１の偏光子。
【請求項３】１以上の層の膜材料を積層してなる第１
区画と１以上の層の膜材料を積層してなる第２の区画と
を同一面上に交互に備えた回折格子構造を有し、第１の
区画の少なくとも１層の膜材料が複屈折性を有し且つ該
複屈折性を有する膜が斜め蒸着法により形成され、第２
の区画の少なくとも一層が充填剤で形成されてなる偏光
子。
【請求項４】１以上の層の膜材料を積層してなる第１
区画と第２の区画とを同一面上に交互に備えた回折格子
構造を有し、第１の区画の少なくとも１層の膜材料が複
屈折性を有し且つ該複屈折性を有する膜が斜め蒸着法に
より形成され、第２の区画に接着剤が、第１区画の表面
を被覆するまで注入されており、さらに該接着剤層上に
基板を備えてなる偏光子。
【請求項５】請求項１、３及び４から選ばれる偏光子
が光学素子の光の入射面、出射面または反射面の少なく
とも一方の面上に斜め蒸着法によって直接付着されてな
る偏光子付光学素子。
【請求項６】光学素子が、レンズ、プリズム、ガラス
板、磁気光学素子、電気光学素子、ビームスプリッタ
ー、ビームイクスパンダー、光ファイバからなる群から
選ばれる請求項５の偏光子付光学素子。
【請求項７】磁気光学素子の光の入射面、出射面また
は反射面の少なくとも一方の面に請求項１、３及び４か
ら選ばれる偏光子を形成して構成した磁気光学光部品。
【請求項８】光アイソレータ、光サーキュレータ、光
スイッチ、光磁界センサ、光変調器から選ばれる１種で
ある請求項７の磁気光学光部品。
【請求項９】複屈折性の層としてＴａ₂ Ｏ₅ 層を少な
くとも一方の区画中に含む請求項８の光アイソレータ。
【請求項１０】ガラス素子上に請求項１、３及び４か
ら選ばれる偏光子を形成し、これを検光子として用いた
光磁気ディスク用光ヘッド。
【請求項１１】電気光学素子の光の入射面、出射面ま
たは反射面の少なくとも一方の面に請求項１、３及び４
から選ばれる偏光子を形成して構成した光スイッチ、光
変調器。
【請求項１２】回折格子構造を有する偏光子の製造方
法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した基板上に
蒸着させて複屈折膜を形成し、複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エッ
チングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、等方性の誘電体膜を複屈折膜若しくは基板上及びマスク
上に堆積し、次いで、マスクを、マスク上の誘電体膜とともに除去す
ることを含む上記方法。
【請求項１３】回折格子構造を有する偏光子を光学素
子の入出射面の少なくとも一方の面上に付着して備えた
光学素子を製造する方法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した光学素子
の光の入出射面の少なくとも一方の面上に蒸着させて複
屈折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エ
ッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、等方性の誘電体膜を該複屈折膜若しくは基板上及びマス
ク上に堆積し、次いで、マスクを、マスク上の誘電体膜とともに除去す
ることを含む上記方法。
【請求項１４】回折格子構造を有する偏光子をファラ
デー回転子の光の入出射面の少なくとも一方の面上に付
着して備えた光アイソレータを製造する方法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した、４５°
の回転角を有するファラデー回転子の光の入出射面の少
なくとも一方の面上に蒸着させて複屈折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エ
ッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、等方性の誘電体膜を該複屈折膜若しくは基板上及びマス
ク上に堆積し、次いで、マスクを、マスク上の誘電体膜とともに除去す
ることを含む上記光アイソレータを製造する方法。
【請求項１５】回折格子構造を有する偏光子の製造方
法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した基板上に
蒸着させて複屈折膜を形成し、複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エッ
チングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、該マスクを除去する前または除去した後に、該溝に充填
剤を充填することを含む上記偏光子の製造方法。
【請求項１６】回折格子構造を有する偏光子を光学素
子の入出射面の少なくとも一方の面上に付着して備えた
光学素子を製造する方法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した光学素子
の光の入出射面の少なくとも一方の面上に蒸着させて複
屈折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エ
ッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、該マスクを除去する前または除去した後に、該溝に充填
剤を充填することを含む上記光学素子を製造する方法。
【請求項１７】回折格子構造を有する偏光子をファラ
デー回転子の光の入出射面の少なくとも一方の面上に付
着して備えた光アイソレータを製造する方法であって、金属酸化物を、蒸着源に対して斜めに配置した、４５°
の回転角を有するファラデー回転子の光の入出射面の少
なくとも一方の面上に蒸着させて複屈折膜を形成し、該複屈折膜上に格子パターンのマスクを堆積した後、エ
ッチングにより複屈折膜に格子パターンの溝を形成し、該マスクを除去する前または除去した後に、該溝に充填
剤を充填することを含む上記光アイソレータを製造する
方法。
【請求項１８】上記充填剤が接着剤であり、充填剤を
複屈折膜の上方をも被覆するように充填し、次いで充填
剤層上に基板を付着させることを含む請求項１５〜１７
のいずれか一項の方法。
【請求項１９】複屈折膜を形成する前に、少なくとも
一種の誘電体膜を基板上に形成することを含む請求項１
２〜１８のいずれか一項の方法。