JPH08211218A - 回折格子型偏光子 - Google Patents
回折格子型偏光子Info
- Publication number
- JPH08211218A JPH08211218A JP7035915A JP3591595A JPH08211218A JP H08211218 A JPH08211218 A JP H08211218A JP 7035915 A JP7035915 A JP 7035915A JP 3591595 A JP3591595 A JP 3591595A JP H08211218 A JPH08211218 A JP H08211218A
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- JP
- Japan
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- grooves
- diffusion
- parts
- diffraction grating
- groove
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- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価な回折格子型偏光子を提供することを目
的とする。 【構成】 ガラス等の等方性基板に平行な複数の溝を形
成し、溝の側面からイオン拡散を行って複屈折性を有す
るイオン拡散層を形成する。
的とする。 【構成】 ガラス等の等方性基板に平行な複数の溝を形
成し、溝の側面からイオン拡散を行って複屈折性を有す
るイオン拡散層を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は回折格子型偏光子に関
し、更に詳しくは量産性に優れた回折格子型偏光子に関
する。本発明は特にイオン拡散法を利用した量産性に優
れた回折格子型偏光子に関する。本発明の回折格子型偏
光子は、小型の光アイソレータ、光サーキュレータ、光
カプラ、光スイッチ、光変調器、光ヘッド、光センサ等
を作製するのに利用できる。
し、更に詳しくは量産性に優れた回折格子型偏光子に関
する。本発明は特にイオン拡散法を利用した量産性に優
れた回折格子型偏光子に関する。本発明の回折格子型偏
光子は、小型の光アイソレータ、光サーキュレータ、光
カプラ、光スイッチ、光変調器、光ヘッド、光センサ等
を作製するのに利用できる。
【０００２】
【従来技術】従来、偏光素子として、高分子材料などを
用いた２色性偏光子、複屈折性結晶を用いた偏光プリズ
ムなどが知られている。前者の２色性偏光子の場合に
は、損失が大きく、又有機材料を用いているため耐熱
性、信頼性の面で不十分な点があった。一方、後者の偏
光素子は複屈折性結晶を用いているのでコストがかか
り、プリズム形状への加工も必要であり製造が容易でな
かった。また等方性材料を用いたものとして偏光ビーム
スプリッタがあるがこれも同じくプリズム形状への加工
過程を要するため、大面積化、量産性、小型化という点
で十分ではなかった。
用いた２色性偏光子、複屈折性結晶を用いた偏光プリズ
ムなどが知られている。前者の２色性偏光子の場合に
は、損失が大きく、又有機材料を用いているため耐熱
性、信頼性の面で不十分な点があった。一方、後者の偏
光素子は複屈折性結晶を用いているのでコストがかか
り、プリズム形状への加工も必要であり製造が容易でな
かった。また等方性材料を用いたものとして偏光ビーム
スプリッタがあるがこれも同じくプリズム形状への加工
過程を要するため、大面積化、量産性、小型化という点
で十分ではなかった。
【０００３】これらの問題を改善するために回折格子型
偏光子が提唱されている。例えばＬｉＮｂＯ3 の結晶板
にプロトン交換を施した格子状の領域を形成したもの
（特開平３−３１８０３）、超微細な格子の形成によっ
て生じる複屈折性を利用したもの（特開平２−８８０
２）、及び基板上に斜め蒸着膜等の複屈折膜を形成する
もの（特開平５−２８９０２７）などが知られている。
偏光子が提唱されている。例えばＬｉＮｂＯ3 の結晶板
にプロトン交換を施した格子状の領域を形成したもの
（特開平３−３１８０３）、超微細な格子の形成によっ
て生じる複屈折性を利用したもの（特開平２−８８０
２）、及び基板上に斜め蒸着膜等の複屈折膜を形成する
もの（特開平５−２８９０２７）などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平３−３
１８０３についてはＬｉＮｂＯ3 等の高価な単結晶基板
を用いる必要があり、特開平２−８８０２では超微細格
子を形成する必要があるので製作が容易でなく、また特
開平５−２８９０２７では斜め蒸着により格子状の複屈
折膜を形成する必要があるので同様にその作製は容易な
ものではなかった。従って、本発明の目的は、量産性、
大面積化、小型化に優れ、且つ、安価な偏光素子を提供
することにある。
１８０３についてはＬｉＮｂＯ3 等の高価な単結晶基板
を用いる必要があり、特開平２−８８０２では超微細格
子を形成する必要があるので製作が容易でなく、また特
開平５−２８９０２７では斜め蒸着により格子状の複屈
折膜を形成する必要があるので同様にその作製は容易な
ものではなかった。従って、本発明の目的は、量産性、
大面積化、小型化に優れ、且つ、安価な偏光素子を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラスなどの
安価な等方性基板への溝形成によって回折格子を作製
し、通常のイオン交換の技術を用いて少なくとも溝の側
面部からイオン拡散を施し複屈折領域を形成することに
よって、回折格子型偏光子の機能を出現させるものであ
る。後で説明するように、イオン拡散処理が少なくとも
溝の側面部に施される限り、他の部分にも拡散領域が生
じても本発明が意図した作用を発現させるには障害とな
らない。溝間に形成された凸部には完全にイオン拡散を
行っても良いし、部分的に行っても良い。すなわち、溝
の幅をｗ1 、隣接した溝に挟まれる凸部の拡散が行われ
ない部分の幅をｗ3 、凸部の両側の溝からイオン拡散が
行われた部分の幅をｗ2、ｗ2 とした時、後で詳しく述
べるように特定の方向の偏光のみを選択透過させる条件
はｗ1 ＝ｗ2 ＝ｗ3 、またはｗ3 ＝０で且つｗ1 ＝２ｗ
2 に選択する必要がある。ｗ3 ＝０の場合には、凸部の
幅が２ｗ2 となるので拡散していない領域との界面がな
くなり拡散条件の厳しい制御が不要となり、特性が安定
するという利点がある。しかし、凸部の幅を狭くしなけ
ればならないので、溝の形成が面倒である。一方ｗ1 ＝
ｗ2 ＝ｗ3 の場合には拡散領域の幅ｗ2 を精密に制御す
る必要があるが、格子の凸部の幅が３ｗ2 と大きくなる
ので、溝数が減少して溝加工が容易になる利点が得られ
る。要するに特定の応用に好都合な方を選択すれば良
い。また、本発明の回折格子型偏光子は多数の溝を有す
るので、そこに接着剤を充填することによりこれらの溝
は接着剤だまりとして作用するので、接着時の支持面と
偏光子面の間の傾きが防止でき平行性を高めることがで
きる。
安価な等方性基板への溝形成によって回折格子を作製
し、通常のイオン交換の技術を用いて少なくとも溝の側
面部からイオン拡散を施し複屈折領域を形成することに
よって、回折格子型偏光子の機能を出現させるものであ
る。後で説明するように、イオン拡散処理が少なくとも
溝の側面部に施される限り、他の部分にも拡散領域が生
じても本発明が意図した作用を発現させるには障害とな
らない。溝間に形成された凸部には完全にイオン拡散を
行っても良いし、部分的に行っても良い。すなわち、溝
の幅をｗ1 、隣接した溝に挟まれる凸部の拡散が行われ
ない部分の幅をｗ3 、凸部の両側の溝からイオン拡散が
行われた部分の幅をｗ2、ｗ2 とした時、後で詳しく述
べるように特定の方向の偏光のみを選択透過させる条件
はｗ1 ＝ｗ2 ＝ｗ3 、またはｗ3 ＝０で且つｗ1 ＝２ｗ
2 に選択する必要がある。ｗ3 ＝０の場合には、凸部の
幅が２ｗ2 となるので拡散していない領域との界面がな
くなり拡散条件の厳しい制御が不要となり、特性が安定
するという利点がある。しかし、凸部の幅を狭くしなけ
ればならないので、溝の形成が面倒である。一方ｗ1 ＝
ｗ2 ＝ｗ3 の場合には拡散領域の幅ｗ2 を精密に制御す
る必要があるが、格子の凸部の幅が３ｗ2 と大きくなる
ので、溝数が減少して溝加工が容易になる利点が得られ
る。要するに特定の応用に好都合な方を選択すれば良
い。また、本発明の回折格子型偏光子は多数の溝を有す
るので、そこに接着剤を充填することによりこれらの溝
は接着剤だまりとして作用するので、接着時の支持面と
偏光子面の間の傾きが防止でき平行性を高めることがで
きる。
【０００６】次に本発明を図面参照して詳しく説明す
る。まず図１を参照すると、本発明の回折格子型偏光子
は、ガラス基板等の等方性基板に切削や化学的エッチン
グ等の技術を用いて形成された平行な複数の溝１と、溝
１の間に形成される複数の凸部４と、溝の側面部６より
イオンを拡散させてできる複屈折領域２と、その拡散が
及ばない基板の部分３とから構成されている。作製され
る格子寸法によっては３の部分は無くてもよく、また溝
１は所望の特性を満たす充填剤で満たされていてもよい
ことは上に述べた通りである。一般に、ガラス基板中に
特定の金属イオンを拡散させてできる領域は応力のため
複屈折性が出現する（岸田、橋本「イオン拡散導波路の
複屈折」、昭５８信学会全国大会予稿集４−１６３（N
o. １０７７））。ここでいう複屈折は拡散表面に平行
な方向と垂直な方向の屈折率の違いのことである。この
ことから、形成された溝の側面部から金属イオンを拡散
させると溝１に平行な方向（図２のＡ）と溝に垂直な方
向（図２のＢ）で屈折率に違いが生じる。もちろん溝の
側面部以外（図１の４、５）の部分からも拡散は生じる
が、光の入射方向がＡ、Ｂ方向に直角な矢印８の方向な
ので図１の凸部の上部４、および溝１の底部５の部分に
よってはＡ、Ｂ方向への屈折率の異方性は発生せず、溝
の側面部６からの拡散による異方性を利用する本構成に
はほとんど影響を与えないので、図２のように拡散領域
７が全面に形成されても良い。しかし、より精密な偏光
子を設計するために溝の側面部６からのみ拡散させたい
場合には、拡散前に蒸着などによって上部４および底部
５に金属膜などのマスキングを行い拡散後に取り除くな
どすればよい。また、拡散時に基板に平行な方向に電界
を印加し拡散の効率を高めることも可能である。また、
溝の形成には一般的に知られているダイシング装置を用
いた溝形成技術を利用することができる。なお形成され
た溝は、本偏光子を他の素子例えばファラデー回転子な
どに接着して使用する際にも接着剤だまりとして作用し
接着面の接着層厚の安定化にも役立つ。接着剤だまりが
ない場合には、接着剤の層が偏り易く、例えばファラデ
ー回転子との偏光子を厳密に平行に接着できない。
る。まず図１を参照すると、本発明の回折格子型偏光子
は、ガラス基板等の等方性基板に切削や化学的エッチン
グ等の技術を用いて形成された平行な複数の溝１と、溝
１の間に形成される複数の凸部４と、溝の側面部６より
イオンを拡散させてできる複屈折領域２と、その拡散が
及ばない基板の部分３とから構成されている。作製され
る格子寸法によっては３の部分は無くてもよく、また溝
１は所望の特性を満たす充填剤で満たされていてもよい
ことは上に述べた通りである。一般に、ガラス基板中に
特定の金属イオンを拡散させてできる領域は応力のため
複屈折性が出現する（岸田、橋本「イオン拡散導波路の
複屈折」、昭５８信学会全国大会予稿集４−１６３（N
o. １０７７））。ここでいう複屈折は拡散表面に平行
な方向と垂直な方向の屈折率の違いのことである。この
ことから、形成された溝の側面部から金属イオンを拡散
させると溝１に平行な方向（図２のＡ）と溝に垂直な方
向（図２のＢ）で屈折率に違いが生じる。もちろん溝の
側面部以外（図１の４、５）の部分からも拡散は生じる
が、光の入射方向がＡ、Ｂ方向に直角な矢印８の方向な
ので図１の凸部の上部４、および溝１の底部５の部分に
よってはＡ、Ｂ方向への屈折率の異方性は発生せず、溝
の側面部６からの拡散による異方性を利用する本構成に
はほとんど影響を与えないので、図２のように拡散領域
７が全面に形成されても良い。しかし、より精密な偏光
子を設計するために溝の側面部６からのみ拡散させたい
場合には、拡散前に蒸着などによって上部４および底部
５に金属膜などのマスキングを行い拡散後に取り除くな
どすればよい。また、拡散時に基板に平行な方向に電界
を印加し拡散の効率を高めることも可能である。また、
溝の形成には一般的に知られているダイシング装置を用
いた溝形成技術を利用することができる。なお形成され
た溝は、本偏光子を他の素子例えばファラデー回転子な
どに接着して使用する際にも接着剤だまりとして作用し
接着面の接着層厚の安定化にも役立つ。接着剤だまりが
ない場合には、接着剤の層が偏り易く、例えばファラデ
ー回転子との偏光子を厳密に平行に接着できない。
【０００７】
【作用】光が図２の矢印８の方向に通過する時、本発明
の構成が回折格子型偏光子として作用するための条件
は、図３に示したパラメータを用いて次のように書け
る。ただしｄは溝１の深さ、ｎ1 は溝の屈折率、ｎ3 は
ガラス基体の屈折率、ｎ2Aは拡散領域７のＡ方向の偏光
に対する屈折率、ｎ2Bは拡散領域のＢ方向の偏光に対す
る屈折率、ｗ1 は溝の幅、ｗ2 は拡散領域の幅、及びｗ
3 は溝間の凸部の非拡散領域の幅である。 （ｎ2A−ｎ1 ）ｄ＝ｍ1 λ （ｎ2A−ｎ3 ）ｄ＝ｍ2 λ （ｎ2B−ｎ1)ｄ＝（ｍ1 ＋1/2)λ （ｎ2B−ｎ3)ｄ＝（ｍ2 ＋1/2)λ ｗ1 ＝ｗ2 ＝ｗ3 または ｗ3 ＝０でかつｗ1 ＝２ｗ2 但し、ｍ1 、ｍ2 ：任意の整数、λ：使用波長 （Ａ方向の偏光を透過させる場合） 最初の２つの式はＡ方向の偏光が強め合う条件であり、
後の２つの式はＢ方向の偏光が干渉により弱め合う条件
である。Ｂ方向の偏光のみを通過させたい場合には逆の
関係にすれば良い。
の構成が回折格子型偏光子として作用するための条件
は、図３に示したパラメータを用いて次のように書け
る。ただしｄは溝１の深さ、ｎ1 は溝の屈折率、ｎ3 は
ガラス基体の屈折率、ｎ2Aは拡散領域７のＡ方向の偏光
に対する屈折率、ｎ2Bは拡散領域のＢ方向の偏光に対す
る屈折率、ｗ1 は溝の幅、ｗ2 は拡散領域の幅、及びｗ
3 は溝間の凸部の非拡散領域の幅である。 （ｎ2A−ｎ1 ）ｄ＝ｍ1 λ （ｎ2A−ｎ3 ）ｄ＝ｍ2 λ （ｎ2B−ｎ1)ｄ＝（ｍ1 ＋1/2)λ （ｎ2B−ｎ3)ｄ＝（ｍ2 ＋1/2)λ ｗ1 ＝ｗ2 ＝ｗ3 または ｗ3 ＝０でかつｗ1 ＝２ｗ2 但し、ｍ1 、ｍ2 ：任意の整数、λ：使用波長 （Ａ方向の偏光を透過させる場合） 最初の２つの式はＡ方向の偏光が強め合う条件であり、
後の２つの式はＢ方向の偏光が干渉により弱め合う条件
である。Ｂ方向の偏光のみを通過させたい場合には逆の
関係にすれば良い。
【０００８】
【実施例】例えば実施例として先の文献（岸田、橋本
「イオン拡散導波路の複屈折」）でのデータを用いる。
基板に低Ｎa ガラス（ｎ1 ＝１．５２）を用い金属イオ
ンＫ+ を拡散させるために溶融塩ＫＮＯ3 を用いる。３
８０℃で５時間の拡散によってｗ2 ＝４５μｍ、ｎ2A＝
１．５４０、ｎ2B＝１．５４２程度の複屈折率領域が形
成される。使用波長を６３３ｎｍとするとｄ＝１５８μ
ｍ、ｗ1 ＝４５μｍとなるような格子を形成しガラス基
板と同じ屈折率をもつ接着剤を充填すれば、Ａ偏光のみ
を透過させる偏光素子が得られる。
「イオン拡散導波路の複屈折」）でのデータを用いる。
基板に低Ｎa ガラス（ｎ1 ＝１．５２）を用い金属イオ
ンＫ+ を拡散させるために溶融塩ＫＮＯ3 を用いる。３
８０℃で５時間の拡散によってｗ2 ＝４５μｍ、ｎ2A＝
１．５４０、ｎ2B＝１．５４２程度の複屈折率領域が形
成される。使用波長を６３３ｎｍとするとｄ＝１５８μ
ｍ、ｗ1 ＝４５μｍとなるような格子を形成しガラス基
板と同じ屈折率をもつ接着剤を充填すれば、Ａ偏光のみ
を透過させる偏光素子が得られる。
【０００９】
【発明の効果】本発明の偏光子は、高価な複屈折性結晶
を使用しないため比較的大きな面積のものを極めて低コ
ストで作製できる利点をもつ。またプリズム形状でない
ため従来の偏光ビームスプリッタのように比べて、薄
型、小型化にも優れている。従って本発明の回折格子型
偏光子を用いることにより、小型の光アイソレータ、光
サーキュレータ、光カプラ、光スイッチ、光変調器、光
ヘッド、光センサ等を作製することができる。
を使用しないため比較的大きな面積のものを極めて低コ
ストで作製できる利点をもつ。またプリズム形状でない
ため従来の偏光ビームスプリッタのように比べて、薄
型、小型化にも優れている。従って本発明の回折格子型
偏光子を用いることにより、小型の光アイソレータ、光
サーキュレータ、光カプラ、光スイッチ、光変調器、光
ヘッド、光センサ等を作製することができる。
【図１】本発明の回折格子型偏光子の斜視図である。
【図２】図１の線II-II に沿った部分拡大断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の回折格子型偏光子の寸法関係を示す図
２と同様な断面図である。
２と同様な断面図である。
１ 溝 ２ 面内方向での複屈折領域 ３ 面内方向での等方性領域 ４ 凸部上部 ５ 溝底部 ６ 溝側面部 ７ 拡散領域 ８ 入射方向 Ａ、Ｂ 偏光方向
Claims (4)
- 【請求項１】 等方性基板に形成された平行な複数の溝
を有する格子にイオン拡散が行われた部分を形成し、前
記格子に複屈折性を付与した回折格子型偏光子。 - 【請求項２】 イオンが拡散された部分は前記溝の少な
くとも側面部に形成されるものである請求項１の回折格
子型偏光子。 - 【請求項３】 平行な溝によってそれらの間に形成され
た凸部はイオン拡散が行われていない部分を有し、溝の
幅をｗ1 、イオン拡散が行われていない部分の幅をｗ
3 、イオン拡散が行われた部分の幅をｗ2 、ｗ2 とした
時、ｗ3 ＝０で且つｗ1 ＝２ｗ2 であるか、またはｗ1
＝ｗ2 ＝ｗ3 であることを特徴とする請求項２の回折格
子型偏光子。 - 【請求項４】 前記溝部に接着剤を充填した請求項１な
いし３のいずれかの回折格子型偏光子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7035915A JPH08211218A (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 回折格子型偏光子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7035915A JPH08211218A (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 回折格子型偏光子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08211218A true JPH08211218A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=12455336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7035915A Withdrawn JPH08211218A (ja) | 1995-02-02 | 1995-02-02 | 回折格子型偏光子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08211218A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007164013A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Institute Of Physical & Chemical Research | 反射型回折格子およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-02-02 JP JP7035915A patent/JPH08211218A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007164013A (ja) * | 2005-12-16 | 2007-06-28 | Institute Of Physical & Chemical Research | 反射型回折格子およびその製造方法 |
| JP4643431B2 (ja) * | 2005-12-16 | 2011-03-02 | 独立行政法人理化学研究所 | 反射型回折格子およびその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020402 |