JPH11344617A - Polarizer - Google Patents
PolarizerInfo
- Publication number
- JPH11344617A JPH11344617A JP15038598A JP15038598A JPH11344617A JP H11344617 A JPH11344617 A JP H11344617A JP 15038598 A JP15038598 A JP 15038598A JP 15038598 A JP15038598 A JP 15038598A JP H11344617 A JPH11344617 A JP H11344617A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- glass
- polarizer
- layer
- metal
- particles
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機器、光記
録機器、光センサー等に使用される偏光子、特に誘電体
基板上に積層させるガラス膜中に光吸収異方性を有する
金属粒子が多数分散された偏光子に関するものであり、
光アイソレータに好適に用いられるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarizer used for optical communication equipment, optical recording equipment, optical sensors and the like, and in particular, metal particles having light absorption anisotropy in a glass film laminated on a dielectric substrate. Is related to a large number of dispersed polarizers,
It is preferably used for an optical isolator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、偏光子として、ある種の溶液
をセル内に入れたものや、プラスチックに着色剤を入れ
たもののごとく着色イオンを利用した素子、基板上に誘
電体薄膜を多数積層し、多層薄膜の干渉を利用した素
子、複屈折性の大きな結晶で構成されたグラントムソン
プリズムに代表される偏光プリズム、ブリュースター条
件を利用して偏光成分を分離するPBS(偏光ビームス
プリッター)、あるいは、高分子材料を一定方向に配向
させ一方向の偏光成分を吸収する偏光フィルムなどが主
流を占めていた。2. Description of the Related Art Hitherto, as a polarizer, an element utilizing colored ions, such as a cell containing a certain kind of solution in a cell or a plastic containing a coloring agent, and a large number of dielectric thin films laminated on a substrate A device utilizing interference of a multilayer thin film, a polarizing prism represented by a Glan-Thompson prism composed of a crystal having a large birefringence, a PBS (polarizing beam splitter) for separating a polarization component using Brewster conditions, Alternatively, a polarizing film that orients a polymer material in a certain direction and absorbs a polarized component in one direction has been dominant.
【0003】ところが、従来の偏光子では着色イオンを
利用したものは波長依存性が大きく、波長毎に最適な波
長特性を有するものを選択しなければならなかった。ま
た、屈折率の大きな結晶で構成されたものは波長依存性
は小さいが、加工が困難で素子寸法に制限があり小型化
し難いなど、これまで小型で波長特性に優れた偏光子は
なかった。However, a conventional polarizer using colored ions has a large wavelength dependence, and it is necessary to select a polarizer having an optimum wavelength characteristic for each wavelength. A polarizer having a large refractive index has a small wavelength dependence, but there is no compact polarizer with excellent wavelength characteristics.
【0004】このような各種偏光子に対して、最近光通
信用デバイスとして偏光ガラスが使用されている。例え
ば透明なガラスを透明固体媒体とし、この媒体中に楕円
状の銀粒子を一定方向に揃えて分散させ異方性を持たせ
た構造になっている(例えば、特公平2ー40619号
公報を参照)。For such various polarizers, polarizing glass has recently been used as an optical communication device. For example, transparent glass is used as a transparent solid medium, and elliptical silver particles are aligned in a certain direction and dispersed in the medium to give anisotropy (for example, Japanese Patent Publication No. 2-40619). reference).
【0005】この偏光ガラスの製造方法は、まず、銀お
よび塩化物、臭化物およびヨウ化物より成る群から選択
された少なくとも一つのハロゲン化物より成るガラス用
バッチを溶融し、必要とされる形状のガラス素地に成型
する。次に、前記ガラス素地を定められた条件にて熱処
理を行い、ガラス中にハロゲン化銀粒子を析出させる。[0005] This method for producing a polarizing glass comprises first melting a glass batch comprising at least one halide selected from the group consisting of silver and chloride, bromide and iodide, and forming a glass having a required shape. Mold on the base. Next, the glass substrate is subjected to a heat treatment under predetermined conditions to precipitate silver halide grains in the glass.
【0006】さらに、前記ガラス素地を定められた温度
範囲において張力を加えて延伸し、前記ハロゲン化銀粒
子を伸長させ、張力方向へ整列させる。最後に、上記伸
長されたガラス素地を定められた温度範囲内において還
元雰囲気中に暴露し、ハロゲン化銀の一部を金属銀粒子
に還元することによって、上記偏光子を得ることができ
る。Further, the glass base is stretched by applying a tension in a predetermined temperature range, so that the silver halide grains are elongated and aligned in the tension direction. Finally, the polarizer can be obtained by exposing the stretched glass substrate to a reducing atmosphere within a predetermined temperature range to reduce a part of the silver halide to metal silver particles.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の製造方法は、前者はハロゲン化銀から金属銀を析出す
るために、還元雰囲気中にて熱処理を行っているため、
これによりガラス素地内に析出する金属銀の量を制御す
ることは困難であり、安定した光学特性を得ることがで
きなかった。そのため、このガラス素地を加熱延伸して
も、安定して再現性よく偏光特性を得ることが困難とな
る。However, in these production methods, the former method involves heat treatment in a reducing atmosphere in order to precipitate metallic silver from silver halide.
As a result, it is difficult to control the amount of metallic silver precipitated in the glass substrate, and stable optical characteristics cannot be obtained. Therefore, even if the glass substrate is heated and stretched, it is difficult to stably obtain reproducible polarization characteristics.
【0008】また、ガラス素地内の厚さ方向に温度分布
が存在することにより、中心部に金属銀に還元されなか
ったハロゲン化銀が残留し、これが透過率に悪影響を及
ぼすという問題もあった。In addition, there is a problem that the presence of a temperature distribution in the thickness direction in the glass substrate causes silver halide not reduced to metallic silver to remain in the center, which adversely affects the transmittance. .
【0009】さらに、ハロゲン化銀粒子は金属銀に還元
される際、1/3程の体積収縮を伴うため、還元が行わ
れているガラス素地の表面部分はポーラスとなり、長期
信頼性において問題があった。そこで、ガラス等の誘電
体基板上に真空蒸着等の薄膜製造プロセスを利用して不
連続な島状金属粒子層と、ガラス等の誘電体層を交互に
形成し、加熱延伸によって異方性を持たせるようにした
ものが提案されている (例えば、1990年電子情報通信学会秋季全国大会予
稿集Cー212を参照)。この偏光子は、上記島状の金
属粒子層における各島が金属粒子の役割を果たし、金属
粒子を分散させたものと同じ構造になる。Further, when the silver halide grains are reduced to metallic silver, the volume shrinks by about 1/3, so that the surface portion of the glass substrate being reduced becomes porous, and there is a problem in long-term reliability. there were. Therefore, a discontinuous island-like metal particle layer and a dielectric layer such as glass are alternately formed on a dielectric substrate such as glass by using a thin film manufacturing process such as vacuum evaporation, and the anisotropy is formed by heating and stretching. A proposal has been made to make it available (for example, see the Proceedings of the IEICE Autumn National Convention 1990, C-212). In this polarizer, each island in the island-shaped metal particle layer serves as a metal particle, and has the same structure as that in which the metal particles are dispersed.
【0010】しかしながら、この方法では、安定して偏
光特性を得ることが難しく、特に、所望の波長におい
て、消光比を得ることが難しかった。However, in this method, it is difficult to stably obtain a polarization characteristic, and particularly, it is difficult to obtain an extinction ratio at a desired wavelength.
【0011】このプロセスについて発明者らが鋭意研究
した結果、積層中に銅粒子がガラス膜中へ拡散し、それ
が、安定して偏光特性を得られないことに影響している
ことが確認された。具体的には、島状金属粒子は金属原
子が集合した、約10nm〜80nm程の金属原子の集
合体をいうが、拡散が生じるとその島状金属粒子の大き
さが小さくなり、その結果、延伸するのに十分な大きさ
の銅粒子を得ることができず、所望の特性において消光
比を得ることができない現象が発生する。仮に、成膜直
後の銅粒子を大きくすることにより、拡散が生じても、
所望の大きさの消光比を得ることは可能であるが、不安
定な状態のため、工業的に安定して製品を作製できない
ことや、さらに、ガラス膜の銅粒子の拡散はガラス膜の
屈折率も変化させるため、反射防止膜の仕様をその都度
変更することなど不具合が生じる。As a result of extensive studies by the present inventors on this process, it was confirmed that copper particles diffused into the glass film during the lamination, which affected the inability to stably obtain polarization characteristics. Was. Specifically, the island-shaped metal particles refer to an aggregate of metal atoms of about 10 nm to about 80 nm in which metal atoms are aggregated. When diffusion occurs, the size of the island-shaped metal particles is reduced, and as a result, A phenomenon occurs in which copper particles large enough to be stretched cannot be obtained, and an extinction ratio cannot be obtained with desired characteristics. Even if diffusion occurs by enlarging the copper particles immediately after film formation,
Although it is possible to obtain an extinction ratio of a desired size, it is not possible to produce a product in an industrially stable manner due to the unstable state. Furthermore, the diffusion of copper particles in the glass film is caused by the refraction of the glass film. Since the rate is also changed, problems such as changing the specification of the antireflection film each time occur.
【0012】そこで、本発明は金属粒子をガラス膜中に
拡散させることなしに積層し、その結果、偏光特性(特
に消光比)を安定して実現できる優れた偏光子を提供す
ることを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide an excellent polarizer that can stack metal particles without diffusing into a glass film and, as a result, stably realize polarization characteristics (in particular, extinction ratio). I do.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光子は、透光性を有する誘電体基板の少
なくとも一主面上に、アルカリ金属元素を3〜20原子
%含有するガラス中に光吸収異方性を有する金属粒子を
個数密度が3〜37個/μm2 となるように分散せしめ
た偏光層を一層以上設けて成る。In order to solve the above-mentioned problems, a polarizer of the present invention contains an alkali metal element in an amount of 3 to 20 atomic% on at least one principal surface of a light-transmitting dielectric substrate. And at least one polarizing layer in which metal particles having light absorption anisotropy are dispersed in a glass to have a number density of 3 to 37 particles / μm 2 .
【0014】本発明者らは、まず、金属粒子の拡散が生
じたサンプルと生じなかったサンプルのガラス層の組成
をXPS(X線光電子分光分析)により分析を行った。
その結果、両者にはアルカリ金属の含有量の相違が存在
することが確認された。特に、Naの含有量は大きく異
なり、拡散が発生したサンプルはNaが1%以下と非常
に少なかった。The present inventors first analyzed the compositions of the glass layers of the sample in which the diffusion of the metal particles occurred and the sample in which the diffusion did not occur by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).
As a result, it was confirmed that there was a difference in the alkali metal content between the two. In particular, the content of Na was greatly different, and the sample in which diffusion occurred had a very low Na content of 1% or less.
【0015】以下に、Na等のアルカリ金属含有量と拡
散との相関を述べる。The correlation between the content of alkali metals such as Na and the diffusion will be described below.
【0016】図3に石英の構造図を示すように、通常、
Siの原子を中心にO原子が正四面体の頂点に相当する
位置に正しく整列している。例えばその箇所に、Na等
のアルカリ金属が添加されると、図4に示すように、そ
の網目構造内にアルカリ金属等の修飾イオン等が入り込
みアルカリほう珪酸ガラス等になる。この場合、Na等
のアルカリ金属は酸素橋(SiO4 の四面体が一つの酸
素を共有して接続されている場合の酸素)を切って、一
つの酸素橋と静電的に結合する。ここで、修飾イオンと
静電的に結合された酸素を非架橋酸素と呼ぶ。つまり、
他の金属が網目構造内に入り込む場合、そのサイトがあ
いていることが条件と考えられる。As shown in FIG. 3 which shows the structure of quartz,
O atoms are correctly aligned at the positions corresponding to the vertices of the tetrahedron, centering on the Si atoms. For example, when an alkali metal such as Na is added to the portion, as shown in FIG. 4, modified ions or the like of the alkali metal enter the network structure to form an alkali borosilicate glass or the like. In this case, the alkali metal such as Na cuts the oxygen bridge (oxygen when the tetrahedron of SiO 4 is connected by sharing one oxygen) and is electrostatically bonded to one oxygen bridge. Here, oxygen that is electrostatically bonded to the modifying ion is referred to as non-bridging oxygen. That is,
When other metals enter the network structure, it is considered that the site is open.
【0017】したがって、Na等のアルカリ金属の含有
量が少ないガラス層は、Cuが拡散する確率が高くな
る。金属粒子は、島状の金属粒子層から供給されるた
め、拡散が進むにつれ、金属粒子の大きさが徐々に小さ
くなる。なお、Cuは2価であるが、CuO等のイオン
の形で入り込んでいると考える。Therefore, a glass layer having a low content of an alkali metal such as Na has a high probability of diffusing Cu. Since the metal particles are supplied from the island-shaped metal particle layer, the size of the metal particles gradually decreases as the diffusion proceeds. Although Cu is divalent, it is considered that Cu enters in the form of ions such as CuO.
【0018】上記現象について、さらに検討を進めた結
果を説明する。The result of further study on the above phenomenon will be described.
【0019】金属層成膜後とガラス層(偏光層)成膜後
の金属粒子層による光吸収量の変化と、ガラス層中のN
a等のアルカリ金属含有量について測定した。その結
果、ガラス層のNa等のアルカリ金属が3%未満では、
金属粒子層成膜後とガラス層成膜後の金属粒子層による
光吸収量の急激低下がみられた。The change in the amount of light absorbed by the metal particle layer after the formation of the metal layer and the formation of the glass layer (polarizing layer),
It measured about alkali metal content, such as a. As a result, when the alkali metal such as Na in the glass layer is less than 3%,
The amount of light absorbed by the metal particle layer after the formation of the metal particle layer and after the formation of the glass layer sharply decreased.
【0020】また、これらをTEM(透過型電子顕微
鏡)を用いて粒子径を調査した結果を表1に示す。Table 1 shows the results obtained by examining the particle size of the particles using a TEM (transmission electron microscope).
【0021】[0021]
【表1】 [Table 1]
【0022】この表1から明らかなように、吸収量の低
下につれ、粒子径が小さくなっていることが確認され
る。拡散の場合、銅粒子の絶対量は変化しないが、金属
粒子が拡散する程のオーダとなった場合、光を吸収する
特性はなくなることから上記現象は説明される。なお、
図5に表1をグラフ化した結果を示す。As is evident from Table 1, it is confirmed that the particle size decreases as the absorption amount decreases. In the case of diffusion, the absolute amount of copper particles does not change. However, when the order is such that the metal particles are diffused, there is no light absorbing property, so the above phenomenon is explained. In addition,
FIG. 5 shows the results of graphing Table 1.
【0023】本発明により、ガラス層成膜時の金属粒子
のガラス層への拡散を防ぐことが可能となった。この結
果、延伸前の粒子の大きさを一定に保つことが可能とな
り、安定して所望の波長において、消光比を得ることを
実現した。また、拡散により、ガラス層の屈折率自体も
変化するため、仮に消光比を得ることができても、反射
防止膜の仕様を変更することが必要となってくる。According to the present invention, it has become possible to prevent metal particles from diffusing into the glass layer during the formation of the glass layer. As a result, it was possible to keep the size of the particles before stretching constant, and to stably obtain an extinction ratio at a desired wavelength. Further, since the refractive index itself of the glass layer changes due to diffusion, even if an extinction ratio can be obtained, it is necessary to change the specification of the antireflection film.
【0024】しかしながら、本発明ではガラス層の屈折
率が安定するため、反射防止膜の仕様も一定にすること
が可能となる。その結果、工業的に安定した偏光子を供
給することが可能となった。However, in the present invention, since the refractive index of the glass layer is stabilized, the specifications of the antireflection film can be kept constant. As a result, it has become possible to supply an industrially stable polarizer.
【0025】ここで、Na等のアルカリ金属の量を意図
的に制御する方法であるが、ガラス層の成膜時の温度等
の成膜条件によるコントロール、ターゲット材料に故意
にNa等のアルカリ金属が多く含まれるものを使用する
など、ターゲット材料、基板材料の選定、Na等をドー
プしながら成膜する同時スパッタや、同時蒸着等の成膜
方法によるコントロール等の方法があげられる。Here, the method of intentionally controlling the amount of an alkali metal such as Na is controlled by film forming conditions such as a temperature at the time of forming a glass layer, and the alkali metal such as Na is intentionally used as a target material. For example, there is a method of selecting a target material and a substrate material, a simultaneous sputtering for forming a film while doping with Na or the like, and a method of controlling by a film forming method such as a simultaneous vapor deposition.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。図1に示すように、偏
光子1は、透光性基板であるガラス等の誘電体基板2の
少なくとも一方の主面上に、偏光体3を設けたものであ
り、この偏光体3は、誘電体基板2上に形状異方性を有
する金属粒子4aが多数分散された層状をなす島状金属
薄膜層というべき金属粒子層4と透光性を有するガラス
層(偏光層)5とが交互に複数積層されて成る。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a polarizer 1 is provided with a polarizer 3 on at least one main surface of a dielectric substrate 2 such as glass which is a light-transmitting substrate. A metal particle layer 4 which is to be an island-shaped metal thin film layer in which a large number of metal particles 4a having shape anisotropy are dispersed on a dielectric substrate 2 and a glass layer (polarizing layer) 5 having translucency are alternately formed. Are laminated.
【0027】金属粒子4aは回転楕円体状で異方性があ
り、図1(但し、光の進行方向をZ軸方向とし、これに
直行する平面をX−Y平面とする)では、金属粒子4a
の長軸方向がX方向で、短軸方向がY方向である。ま
た、金属粒子4aの長軸方向の長さと短軸方向の長さの
比をアスペクト比とし、ここでは、多数の金属粒子4a
のアスペクト比の平均値を単にアスペクト比と呼ぶもの
とする。The metal particles 4a are spheroidal and anisotropic. In FIG. 1 (however, the light traveling direction is the Z-axis direction, and the plane perpendicular to this is the XY plane) 4a
Is the X direction, and the short axis direction is the Y direction. In addition, the ratio of the length in the major axis direction to the length in the minor axis direction of the metal particles 4a is defined as an aspect ratio.
Is simply referred to as the aspect ratio.
【0028】この素子に入射光L1を入射させた場合、
光の波長に対し、金属粒子4aの大きさが十分に小さい
場合、ある波長の光を吸収する。図1のように、金属粒
子4aが形状的異方性を持っている場合、X方向の偏光
とY方向の偏光では、吸収量、また、吸収する波長が異
なり、(X方向がより長波長帯にて大きな吸収を持ち、
Y方向の偏光は短波長帯にて小さな吸収を持つ)ある波
長で見ると、出射光L2は偏光方向により透過率の差が
発生し、偏光子1として作用する。When the incident light L1 is incident on this element,
When the size of the metal particles 4a is sufficiently smaller than the wavelength of light, light of a certain wavelength is absorbed. As shown in FIG. 1, when the metal particles 4a have a shape anisotropy, the amount of absorption and the wavelength of absorption differ between the polarized light in the X direction and the polarized light in the Y direction. With a large absorption in the obi,
When viewed at a certain wavelength (polarized light in the Y direction has a small absorption in a short wavelength band), the outgoing light L2 has a difference in transmittance depending on the polarization direction, and acts as the polarizer 1.
【0029】ここで、この透過率の差を消光比、また、
Y方向の偏光の透過率を挿入損失と呼ぶ。Here, the difference between the transmittances is represented by the extinction ratio,
The transmittance of polarized light in the Y direction is called insertion loss.
【0030】このような偏光子1は同一ガラス層4に存
在する金属粒子の個数密度(分布密度)は3〜37個/
μm2 が好ましい。これは、消光比あたりの挿入損失が
もっとも低くなる所から決定した。なお、良好な偏光特
性が得られるのであれば、ガラス層5は1層でも、それ
以上でもかまわない。ここで、金属粒子の個数密度(分
布密度)は基板面S方向における各層の密度であって、
少なくとも1個の金属粒子4aの長軸を含み、且つ基板
面Sに平行な面で切断した場合に計測した密度である。In such a polarizer 1, the number density (distribution density) of metal particles existing in the same glass layer 4 is 3 to 37 / particle.
μm 2 is preferred. This was determined from the point where the insertion loss per extinction ratio was lowest. Note that the glass layer 5 may be a single layer or more layers as long as good polarization characteristics can be obtained. Here, the number density (distribution density) of the metal particles is the density of each layer in the direction of the substrate surface S,
This is the density measured when cutting along a plane including the major axis of at least one metal particle 4a and parallel to the substrate surface S.
【0031】また、金属粒子4aが回転楕円体になるの
は基板2上に偏光層3の成膜後、延伸、もしくは押し出
し等の方法により、基板2とともに金属粒子4aが延伸
もしくは押し出し方向に引き伸ばされるからである。そ
して、アスペクト比は、消光比の波長特性に大きく寄与
しており、光通信で利用される1310nmで動作させ
るためには、3から30が適当である。The reason why the metal particles 4a become spheroidal is that after the polarizing layer 3 is formed on the substrate 2, the metal particles 4a are stretched or extruded in the extrusion direction together with the substrate 2 by a method such as stretching or extrusion. Because it is The aspect ratio greatly contributes to the wavelength characteristic of the extinction ratio, and 3 to 30 is appropriate for operating at 1310 nm used in optical communication.
【0032】この偏光子1の製造は以下のようにして行
った。まず基板2には、アルカリ金属の含有量が、3原
子%以上20原子%未満のもので、しかも、1310n
mでの内部透過率が0.975以上であるものを使用す
る。ここで、内部透過率とは、ガラスの厚さ25mmの
ものを用いた時の透過率である。また、アルカリ含有量
の上限であるが、20%を超えると、光学的に透過率が
低くなり(0.975未満)、挿入損失を大きくした
り、また、ガラス転移点温度を低下させ、金属粒子4a
を延伸するための温度にて、金属粒子4aに応力を加え
られなくなることから決定されたものである。The manufacture of the polarizer 1 was performed as follows. First, the substrate 2 has an alkali metal content of 3 atomic% or more and less than 20 atomic%,
One having an internal transmittance of 0.975 or more at m is used. Here, the internal transmittance is a transmittance when a glass having a thickness of 25 mm is used. Also, the upper limit of the alkali content is, when it exceeds 20%, the optical transmittance becomes lower (less than 0.975), the insertion loss increases, and the glass transition temperature decreases, Particle 4a
Is determined from the fact that no stress can be applied to the metal particles 4a at the temperature for stretching.
【0033】上記ガラスの例としては、BK7(SiO
2 :68.9%、B2 O3 :10.1%、Na2 O:
8.8%、K2 O:8.4%、BaO:2.8%、As
2 O3:1.0%)、BK1(SiO2 :71.4%、
B2 O3 :6.5%、Na2 O:5.2%、K2 O:1
3.9%、CaO:2.0%、As2 O3 :1.0
%)、パイレックスガラス(SiO2 :80.8%、A
l2 O3 :2.3%、Fe2O3 :0.03% B2 O
3 :12.5、Na2 O:4.0%、K2 O:0.4
%)等のほう珪酸ガラスが好ましい。なお、上記組成は
重量%である。As an example of the above glass, BK7 (SiO
2: 68.9%, B 2 O 3: 10.1%, Na 2 O:
8.8%, K 2 O: 8.4 %, BaO: 2.8%, As
2 O 3 : 1.0%), BK1 (SiO 2 : 71.4%,
B 2 O 3 : 6.5%, Na 2 O: 5.2%, K 2 O: 1
3.9%, CaO: 2.0%, As 2 O 3: 1.0
%), Pyrex glass (SiO 2 : 80.8%, A
l 2 O 3 : 2.3%, Fe 2 O 3 : 0.03% B 2 O
3 : 12.5, Na 2 O: 4.0%, K 2 O: 0.4
%) Is preferred. Note that the above composition is% by weight.
【0034】次に、スパッタ装置(好ましくは多元スパ
ッタ装置)を用いて、金属粒子層4aを成膜する。次
に、成膜された金属粒子4aを所望の金属粒子4aの大
きさにするため、ガラス基板の転移点以下の温度にて熱
処理を行う。上記金属としてはAg、Cu、Fe等の1
種を用いる。次に多元スパッタ装置を使用し、ガラス層
4を成膜するが、ガラス層5の材質としては、基板2と
同じBK7、BK1(ホーヤ社の商標名)、パイレック
スガラス(コーニングの商標名)等のほう珪酸ガラスが
好ましい。なぜならば、基板2の材料とガラス層4の材
質が異なると、熱膨張係数の違いから膜応力が発生し、
その結果、ガラス層間で剥離が生じ、金属粒子に異方性
を与えることができないためである。また、ガラス層5
のアルカリ金属の含有量をコントロールする方法である
が、ガラス層5の成膜時の温度(好適には150〜20
0℃、より好適には150〜180℃、高温過ぎるとア
ルカリ金属元素の含有量が低下するため)等の成膜条件
によるコントロール、ターゲット材料の選定、Na等を
ドープしながら成膜する同時スパッタや、同時蒸着等の
成膜方法によるコントロールがあげられる。さらに、ガ
ラス層5の最適な厚みであるが、各層150nm程度で
あり、好適には各層50〜300nm、トータルで3μ
m以下とするとよい。トータルが3μmを超えると剥が
れ等の問題が生ずるので好ましくない。その後、金属粒
子層4とガラス層5を所望の消光比が得られるように所
定数の積層を繰り返し行い、さらに、成膜中にトラップ
されたスパッタリングガス(例えばAr)を追い出すた
め、300℃以上で且つガラス転位点以下(例えば58
0℃以下)にて熱処理を行う。これにより、Arの量と
しては、1.0×1019molecules /cm3 以下であるこ
とが好ましい。Next, the metal particle layer 4a is formed using a sputtering device (preferably a multi-source sputtering device). Next, heat treatment is performed at a temperature equal to or lower than the transition point of the glass substrate so that the formed metal particles 4a have a desired size. Examples of the metal include Ag, Cu, and Fe.
Use seeds. Next, a glass layer 4 is formed using a multi-source sputtering apparatus. The material of the glass layer 5 is BK7, BK1 (trade name of Hoya Corporation), Pyrex glass (trade name of Corning), etc. Borosilicate glass is preferred. This is because if the material of the substrate 2 and the material of the glass layer 4 are different, a film stress occurs due to a difference in thermal expansion coefficient,
As a result, separation occurs between the glass layers, and the metal particles cannot be given anisotropy. In addition, the glass layer 5
Is a method of controlling the alkali metal content of the glass layer 5 at the time of forming the glass layer 5 (preferably 150 to 20).
0 ° C., more preferably 150 to 180 ° C., too high temperature will decrease the content of alkali metal element), control of film formation conditions, selection of target material, simultaneous sputtering for film formation while doping with Na or the like And control by a film forming method such as simultaneous vapor deposition. Further, the optimum thickness of the glass layer 5 is about 150 nm for each layer, preferably 50 to 300 nm for each layer, and 3 μm in total.
m or less. If the total exceeds 3 μm, problems such as peeling occur, which is not preferable. After that, the metal particle layer 4 and the glass layer 5 are repeatedly laminated by a predetermined number so as to obtain a desired extinction ratio. Further, in order to drive out a sputtering gas (eg, Ar) trapped during film formation, the temperature is set to 300 ° C. or more. And below the glass transition point (eg, 58
(0 ° C. or less). Accordingly, the amount of Ar is preferably 1.0 × 10 19 molecules / cm 3 or less.
【0035】さらに、基板の軟化点付近(例えば620
℃)にて加熱しながら延伸を行うことにより、金属粒子
に異方性を持たせ、所望の偏光特性を得る。Further, the vicinity of the softening point of the substrate (for example, 620
C.), the metal particles are made anisotropic by stretching while heating at a desired temperature, and desired polarization characteristics are obtained.
【0036】このような製造方法によって得られた偏光
子は、光アイソレータや干渉計等の各種光学部品に用い
ることが可能となり、光通信の分野で広く使用すること
ができる。The polarizer obtained by such a manufacturing method can be used for various optical components such as an optical isolator and an interferometer, and can be widely used in the field of optical communication.
【0037】[0037]
【実施例】実験例 ガラス層中のアルカリ金属量をコントロールする方法を
調査するため、Si基板上に、150℃、200℃、2
50℃のそれぞれの温度にてガラス層を成膜し、成膜時
の温度によりNa等のアルカリ金属量をコントロール可
能であるか検討を行った。なお、アルカリ金属含有量を
分析する方法としては、XPS(X線光電子分光分析)
を用いた。また、使用した基板は10mm□のものであ
る。また、成膜装置としては、多元マグネトロンスパッ
タ装置を使用し、ターゲットにはBK7ガラス(O:5
9.8%、Si:22.0%、B:6.4%、Na:
5.6%、K:5.2%、Ba<1%)を使用した。さ
らに、スパッタリングガスには、Arを利用した。ガラ
スのスパッタ条件は、RFパワー200W、スパッタ圧
2.0×10-3Torr、Arガスの流量10ccm、
膜厚を150nmに設定した。 EXPERIMENTAL EXAMPLE In order to investigate a method for controlling the amount of alkali metal in a glass layer, 150 ° C., 200 ° C.
A glass layer was formed at each temperature of 50 ° C., and it was examined whether the amount of an alkali metal such as Na can be controlled by the temperature at the time of film formation. As a method for analyzing the alkali metal content, XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) is used.
Was used. The substrate used was 10 mm square. A multi-source magnetron sputtering apparatus was used as a film forming apparatus, and BK7 glass (O: 5) was used as a target.
9.8%, Si: 22.0%, B: 6.4%, Na:
5.6%, K: 5.2%, Ba <1%). Further, Ar was used as a sputtering gas. Glass sputtering conditions were as follows: RF power 200 W, sputtering pressure 2.0 × 10 −3 Torr, Ar gas flow rate 10 ccm,
The film thickness was set to 150 nm.
【0038】分析装置は、ULVAC-PHP 製Quantum2000 を
使用した。また、X線源はmono-chro-Ar-Kα線(100
μm,20W,15KV)を使用した。なお、その測定
範囲は500μm□である。As the analyzer, Quantum 2000 manufactured by ULVAC-PHP was used. The X-ray source is mono-chro-Ar-Kα ray (100
μm, 20 W, 15 KV). The measurement range is 500 μm □.
【0039】[0039]
【表2】 [Table 2]
【0040】その結果、表2に示すように、Naの量が
150℃で4%、200℃で1%、250℃で1%(At
om%)、Kの量が、150℃で2%、200℃で1%、
250℃で1%(Atom%)と基板温度の高温化に伴い、
低下傾向が見られた。ガラス成膜時の基板温度により、
ガラス層中のNa等のアルカリ金属の量をコントロール
することが可能であることを発見した。As a result, as shown in Table 2, the amount of Na was 4% at 150 ° C., 1% at 200 ° C., and 1% at 250 ° C. (At
om%), the amount of K is 2% at 150 ° C, 1% at 200 ° C,
At 250 ° C, 1% (Atom%)
A downward trend was observed. Depending on the substrate temperature during glass deposition,
It has been discovered that it is possible to control the amount of an alkali metal such as Na in the glass layer.
【0041】実施例 76mm×10mm×1mmのBK7ガラスを基板及
び、ターゲットに用いて偏光子を作製した。金属粒子層
4、ガラス層5を成膜する装置としては、多元マグネト
ロンスパッタ装置を使用し、ターゲットには図1におけ
る金属粒子層4をなす銅とガラス層5をなすBK7ガラ
スを使用した。さらに、スパッタリングガスには、Ar
を利用した。銅のスパッタ条件は、RFパワー20W、
スパッタ圧2.0×10-3Torr、Arガスの流量10c
cm、銅の膜厚24nmに設定し、銅粒子を成長させる
ため、成膜直後に500℃,60分の熱処理を行った。 Example 7 A polarizer was manufactured using BK7 glass of 76 mm × 10 mm × 1 mm as a substrate and a target. As a device for forming the metal particle layer 4 and the glass layer 5, a multi-source magnetron sputtering device was used, and as a target, copper forming the metal particle layer 4 and BK7 glass forming the glass layer 5 in FIG. Further, the sputtering gas includes Ar
Was used. Copper sputtering conditions were RF power 20W,
Sputtering pressure 2.0 × 10 -3 Torr, Ar gas flow rate 10c
Immediately after the film formation, a heat treatment was performed at 500 ° C. for 60 minutes in order to grow copper particles.
【0042】ここで、銅の膜厚は上記スパッタ条件に
て、20分間成膜したものの膜厚を測定し、成膜速度を
算出し、この値から導きだしたものである。Here, the copper film thickness is obtained by measuring the film thickness of a film formed for 20 minutes under the above-mentioned sputtering conditions, calculating the film forming speed, and deriving from this value.
【0043】次に、銅粒子をガラス中に埋め込むため、
上記条件にて作製した銅粒子の上から、基板材料と同じ
BK7ガラスを、ガラス層中のアルカリ金属含有量が3
%以上であった、ガラス成膜時の基板温度を150℃で
150nm成膜した。さらに、上記工程を10回繰り返
し、ガラス層4を10層積層後、スパッタ時にトラップ
されたArガスを脱離するため、580℃、50時間で
熱処理を行った。Next, in order to embed the copper particles in the glass,
BK7 glass, the same as the substrate material, was placed on the copper particles produced under the above conditions, and the alkali metal content in the glass layer was 3%.
%, The substrate temperature at the time of forming the glass was 150 ° C., and 150 nm was formed. Further, the above process was repeated 10 times, and after laminating 10 glass layers 4, a heat treatment was performed at 580 ° C. for 50 hours in order to remove Ar gas trapped during sputtering.
【0044】その後、サンプルを625℃にて45kg
/mm2 の応力で50mm延伸を行った。この結果、波
長1310nmの偏光特性として、消光比40dBを実
現することができた。またこの時の銅粒子の個数密度は
23個/μm2 、アスペクト比は1:10であり、ガラ
ス層の総厚は500nmであった。Thereafter, the sample was weighed at 625 ° C. for 45 kg.
The film was stretched 50 mm with a stress of / mm 2 . As a result, it was possible to realize an extinction ratio of 40 dB as a polarization characteristic at a wavelength of 1310 nm. At this time, the number density of the copper particles was 23 / μm 2 , the aspect ratio was 1:10, and the total thickness of the glass layer was 500 nm.
【0045】[0045]
【発明の効果】本発明では、ガラス層中のアルカリ金属
と金属粒子の拡散との相関、さらに、ガラス層中のアル
カリ金属量を制御する方法を見出したことにより、金属
粒子のガラス層中への不要な拡散を極力防ぐことができ
る。According to the present invention, the correlation between the alkali metal in the glass layer and the diffusion of the metal particles, and a method for controlling the amount of the alkali metal in the glass layer have been found. Unnecessary diffusion can be prevented as much as possible.
【0046】この結果、延伸前の粒子の大きさを一定に
保つことが可能となり、安定して所望の波長において、
優れた消光比の偏光子を得ることができるさらに、金属
粒子の拡散によるガラス層の屈折率の変化も抑制し、後
工程で成膜する反射防止膜の仕様を一定にすることが可
能となったため、工業的に極めて安定した偏光子を常に
供給することが可能となる。As a result, it is possible to keep the size of the particles before stretching constant, and to stably maintain the desired wavelength at a desired wavelength.
A polarizer with an excellent extinction ratio can be obtained.In addition, the change in the refractive index of the glass layer due to the diffusion of metal particles can be suppressed, and the specifications of the antireflection film formed in a later process can be kept constant. Therefore, it is possible to always supply an industrially extremely stable polarizer.
【図1】本発明に係る偏光子の一実施形態を説明するた
めの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a polarizer according to the present invention.
【図2】図1の偏光子のA−A線断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the polarizer of FIG. 1 taken along line AA.
【図3】石英の原子配列を平面的に示した構造図であ
る。FIG. 3 is a structural diagram showing an atomic arrangement of quartz in a plan view.
【図4】一般的なガラスの原子配列を平面的に示した構
造図である。FIG. 4 is a structural diagram showing an atomic arrangement of general glass in a plan view.
【図5】金属粒子層成膜後、及びガラス層成膜後の特性
を説明するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating characteristics after forming a metal particle layer and after forming a glass layer.
1:偏光子 2:誘電体基板 3:偏光層 4:金属粒子層 4a:金属粒子 5:誘電体層(偏光層) L1:入射光 L2:出射光 1: Polarizer 2: Dielectric substrate 3: Polarizing layer 4: Metal particle layer 4a: Metal particle 5: Dielectric layer (polarizing layer) L1: Incident light L2: Outgoing light
Claims (1)
一主面上に、アルカリ金属元素を3〜20原子%含有す
るガラス中に光吸収異方性を有する金属粒子を個数密度
が3〜37個/μm2 となるように分散せしめた偏光層
を一層以上設けて成る偏光子。1. A glass substrate containing 3 to 20 atomic% of an alkali metal element having metal particles having a light absorption anisotropy having a number density of at least 3 on at least one principal surface of a light-transmitting dielectric substrate. A polarizer comprising one or more polarizing layers dispersed so as to have a thickness of 37 / μm 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15038598A JPH11344617A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Polarizer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15038598A JPH11344617A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Polarizer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11344617A true JPH11344617A (en) | 1999-12-14 |
Family
ID=15495848
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15038598A Pending JPH11344617A (en) | 1998-05-29 | 1998-05-29 | Polarizer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11344617A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010507070A (en) * | 2006-10-11 | 2010-03-04 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | Spectroscopic system |
-
1998
- 1998-05-29 JP JP15038598A patent/JPH11344617A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010507070A (en) * | 2006-10-11 | 2010-03-04 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニー | Spectroscopic system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5999315A (en) | Polarizer and a production method thereof and an optical isolator | |
JP2740601B2 (en) | Copper-containing polarizing glass and method for producing the same | |
JPH05188221A (en) | Double-refraction-glass wavelength plate | |
US4846541A (en) | Interference film filter and an optical waveguide and a method for producing the same | |
WO2009110595A1 (en) | Polarizing element | |
US6887808B2 (en) | Infrared broadband dichroic glass polarizer | |
JPH11344617A (en) | Polarizer | |
JPH08248227A (en) | Polarizing glass and its production | |
JPH0756018A (en) | Production of polarizer | |
TW202233540A (en) | Polarized glass and optical isolator | |
JP2000193823A (en) | Polarizer, and optical isolator using it | |
JPH11248935A (en) | Polarizer and its manufacture | |
JP3722603B2 (en) | Manufacturing method of polarizer | |
JPH0943429A (en) | Polarizing element and its production | |
US6115179A (en) | Composite optical film | |
JPH06273621A (en) | Polarizer and its production | |
US8130447B2 (en) | Polarization element | |
JP2000249834A (en) | Polarizer and its production | |
JPH10160931A (en) | Polarizing element and its production | |
JPH08304625A (en) | Polarizing element and its production | |
JP3740248B2 (en) | Method for manufacturing polarizing element and method for manufacturing optical isolator | |
JPH09178939A (en) | Polarizer and its production | |
JP2000284226A (en) | Optical isolator | |
JPH10274711A (en) | Polarizing element and optical isolator using the same | |
JPH1123841A (en) | Polarizer and optical isolator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20041001 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061010 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061207 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070109 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |