JPS60230102A - 両方向蒸着の赤外域ワイヤ−格子偏光子とその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、近赤外域から遠赤外域の波長領域で、偏光を
とシ出したシ偏光量を測定した〕するために用いられ、
光測定機器例えば分光計や放射計々どに装着して、物理
・化学のみならず、医学・薬学・生物学・鉱物学・天文
学など広い分野において、物性の究明や現象の解明のた
めに利用される赤外域の偏光子に関するもので、特にレ
ーザ光の干渉忙よりてホログラフィック回折格子等の位
相格子を作ル、その表面に伝導性物質を斜め蒸着して成
る赤外域ワイヤー格子偏光子に関するものである。

従来技術 １０年程前まではこの領域では塩化銀の板やヂリエチレ
ン膜な幾枚もノ母イル状にした偏光子を用いていたが、
これらは大きな空間を必要とし、感光性もあり、もちろ
ん特性も充分な、ものでなかりた。しかし、１９６０年
にはＢｉｒｄらによって、金属格子を赤外域の偏光子に
しようとする研究がなされ、その有効性が示唆された。

これは刻線した回折格子からプラスチックレプリカをと
シ、金やアルミニウムを斜め蒸着することによって格子
の先端にワイヤー格子を形成するものである。しかし、
との゛ときの格子は間隔か広く、性能面でまだ改善の余
地を大きく残すものであった。その後この種の研究はＹ
ｏｕｎｇら（１９６５）による赤外透過材料に直接溝を
切る方法、Ｈａｍｓら（１９６５）Ｋよるプラスチック
レプリカ法、Ａｕｔｏｎ　（１９６７）によるホトリソ
グラフ法、Ｄ＆マｉｓら（１９ｓ　９）による電子線ビ
ームで格子状共融１Ｋｔ−作る法、Ｃｈｅｏら（１９７
１）とムｕｔｏｎ（１９７２）と小川ら（１９７４）に
よるホログラフ法などが続いた。これらの従来法につい
ては、小川らの「分光研究」第２３巻第４号（１９７４
）。

１６７〜１７３頁に記載されている。

これらをもとに製品化がはかられ、装置にも組み込まれ
るようになったが、これらの従来法はいずれも一方向か
らの斜め蒸着による方法でしか行なわれていなかったた
め、溝の形の非対称性や断面の性状更には格子面の平面
性などの問題によって、必ずしも理論的に期待される偏
光度と透過度が得られてはいなかった。もちろんこの方
法では、斜め蒸着の角度や蒸着量は特性を決める１賛な
事柄なので、規定値から少しもずれることのないよう注
意しなけれｔよならないが、実行がなかなか困難なため
、製品による性能のバラツキがみられたシ、収率にも影
響を及はしていた。特に、近赤外域でこの把の偏光子を
作るのは従来法では全縮であった。

発明の目的 従って本発明の目的は、上述した従来におけ゛る一方向
からの斜め蒸着の諸欠点を解決するため、両方向蒸着に
よって期待通）の偏光度と透過度を持つ高性能の赤外域
、ワイヤー格子偏光子を提供することにある。

又本発明の別の目的上、両方向蒸着によって製造上の条
件をゆるやかにでき、品質が安定で、実用化が容易な赤
外域のワイヤー格子偏光子を提供することにある。

更に本発明の別の目的は、両方向蒸着の赤外域のワイヤ
ー格子偏光子を得るのに適した作製方法を提供すること
にある。

発明の構成 上記の目的を達成するため、本発明による赤外域ワイヤ
ー格子偏光子は、ホログラフ法等によって得た位相格子
の谷溝を形成する山の尾根から両斜面にかけて伝導性物
質を蒸着することを特徴とするもので、本発明による赤
外域ワイヤー格子偏光子の作製方法は、まず蒸着する伝
導性物質の垂直方向に対しある傾角管もってホログラフ
法等によって得た位相格子を設諷し、伝導性物質を蒸発
させて一方向での斜め蒸着を行い、次に位相格子を上記
垂直方向に対して１０００回転して設置し、再度伝導性
物質を蒸発させて他方向での斜め蒸着を行い、位相格子
の谷溝を形成する山の両面に伝導性物質を蒸着せしめる
ことを特徴とするものである。

又、本発明による赤外域ワイヤー格子偏光子の別の作製
方法は、レーデ光の干渉尋によってホログラフィック回
折格子等の位相格子を作シ、その表面に伝導性物質を蒸
着Ｌ２て赤外域ワイヤー格子偏光子を作製する方法にお
いて、二′つの蒸着する伝導性物質の垂直方向に対しあ
る傾角をもつ位置に上記位相格子を設置し、伝導性物質
を２ケ所で蒸発させて、位相格子の各港を形成する山の
両面に伝導性物質′＠：蒸着せしめることを特徴とする
ものである。

実施例 本発明社、ホログラフ法を始め従来技術の項に記したど
のような方法によって作られた位相格子についても適用
可能であシ、また、いかなる格子間隔を有するものにお
いても理論上有効なものである。ここではその有効性を
示す一例として、レーザ光の光干渉によるホログラフィ
ック回折格子を用いて赤外域用のワイヤー格子偏光子を
得る場合について以下説明する。

ｌ）ホログラフ法による位相格子の製作偏光子として使
いたい波長域で充分透明な平ら表基板Ｓを用意し、メチ
ルアルコールやイオン交換水などで超音波洗浄した後、
ｉｏ。

Ｃの恒温槽で３０分間ベーキングする。次に、＊　）ｖ
ジス）　（ＡＺ−１３５０Ｊ）を約０．５μ厚にスピナ
ーでコートした後、約９０Ｃの恒温槽で２０分間ベーキ
ングし、デシケータに入れ、室温に保つ。このホトレジ
スト膜のつけられた基板Ｓを第１図の光学系のＳの位置
に固定し、レーザ光源りからのレーデ光をビームスシリ
ツタＢＳで二光束に分けた後、それぞれの光束を基板Ｓ
上に照射する。尚第１図中Ｌｌ　＃　Ｉ４は凸レンズ、
Ｐはピンホール、Ｍｌ　ａＭ、は平面鏡である。レーデ
光の照射に伴い、二元束間の光路差によって基板上に等
間隔の明暗の縞が生ずる。いわゆる干渉縞と呼はれるも
のであるが、その縞の間隔ｄはλ／２ｓｉｎθで与えら
れる。スはレーデ光の波長であシ、本例の場合はＨｅ　
−Ｃｄレーデの０．４４１６／ｆ、＃は基板面へ光が入
射する角展であってこれを大きくすればする程ｄ”が小
さくとれるので、本例の場合は４５°を選んでいる。こ
れらの条件でｄ＝０．３１２μが得られることになる。

レーデ光ｔ−２分間照射すると、現像液に３０秒間程度
浸したとき断面が正弦波状の凸凹のある位相格子が得ら
れ、虹色に輝く表面が見られる。これを直ちにイオン交
換水で２分間洗浄した後、乾燥窒素ガスで水切〕する。

それをデシケータまたは８０Ｃの恒温槽中で３０分間乾
燥させる。以上でホログラフ法による位相格子が出来上
がる。

Ｉ）両方向蒸着によるワイヤー格子の形成１）で作った
位相格子に斜め方向から金属を蒸発すると、溝の山の部
分には蒸発物質が付着するが、谷の部分には付着せず想
像される断面の模型は第２図のようになる。図中Ａがア
ルミニウム等の蒸着金属、Ｂが位相格子の溝、Ｃが位相
格子の山をそれぞれ示し、矢印は蒸着方向を示している
。従って、こうすれに山の尾根の部分に金属ワイヤーが
形成され、基板全面には間隔ｄの金属ワイヤー格子が形
成される。これが偏光特性を持つことはよく知られてい
るが、その特性は間隔ｄのうち金属部分が占めている巾
ａがどのくらいあるかによって決まってくる。しかし、
ホログラフ法位相格子の溝の形は正弦波に近く直線状で
ないため、ならびに影の部分への廻ル込みＫよって蒸着
された金属部分の厚さは均一にはならず、厚い部分や薄
い部分が存在し、金属部分の巾ａは不明確になル特性向
上のネックになってしまう。これに対し本発明のように
斜め蒸着を両方向から行なえば少なくとも金属部分のエ
ッヂはよシはつきシし、しかも巾ａも明確に押さえる仁
とができる。

この両方向からの斜め蒸着は例えば第３１図に示すよう
な配置で行なう。同図において１は真空蒸着を行なうた
めのペルジャー（真空容器）で、その内部の上方に位相
格子２がホルダー３によって保持され、下方にアルミニ
ウム蒸発源４が配置される。アルミニウム蒸発源４で使
われるヒーターはタングステン線のヘリカルコイルで、
その長手方向が位相格子２の溝方向と一致される一方、
ヘリカルコイル及び格子溝を含む面と位相格子を含む面
はある傾角αを成すように位相格子ホルダー３の傾きが
セットされる。

尚、図中５はシャッター、６は拡散ポンプ等へ続く排気
系である。又同図から明らかなように、本発明では斜め
蒸着の角度を全面に亘りて等しくするためのマスク等は
４！ｉＪＣ用いなくてよい。

上記の状態でまずヒーターを加熱しアルミニウムを蒸発
させて、一方向の斜め蒸着を行う、蒸発量は水晶膜厚計
（図示せず）を用いてモニターし、およそ８００Ｘ厚蒸
着する。

片側が終ったら、位相格子２及びＧｋｊ＆’／ｌ−３ｔ
−１０００回転させ、同様にアルミニウムを蒸発して他
方向での斜め蒸着を行う。

ｌｌ３ａ図の蒸着例では、アルミニウム蒸発源を１個だ
け設け、一方向での斜め蒸着後位相格子を１０００回転
させてから他方向での斜め蒸着を行うようにしたが、本
発明では最終的に両面蒸着が得られればよいため、蒸着
する方法は第３ａ図に限られず、例えば第３ｂ図のよう
Ｋしてもよい。

第３ｂ図の例では、位相格子２とホルダー３が固定され
、２個のアルミニウム蒸発源４゜４′が設けられる。各
蒸発源４．４′のヘリカルコイルはその長手方向が位相
格子２の溝方向と一致される一方、各ヘリカルコイル及
び格子溝を含む面と位相格子を含む面はそれぞれある傾
角αを成すようにセットされる。このような配置で蒸発
源４，４′からアルミニウムを蒸発させれけ位相格子を
固定した状態で両方向での斜め蒸着が得られる。尚この
例では、２個の蒸発源４．４′に対応［７て２個のシャ
ッター５，５′が設けられる。

ヒリして得られた両方向蒸着たよるワイヤー格子偏光子
の想像される断面の模型は第４図に示すようｋなる。図
中Ａ、Ｂ及びＣは第２図の場合と同じく蒸着アルミニウ
ム、格子の溝及び山を示し、矢印は蒸着方向を示してい
る。上述のごとく、蒸着した金属部分のエツジがはっき
りし、巾ａをきちんと押えられ、しかも対称性のよいワ
イヤー格子が得られることから、偏光子として理想的表
彰となる結果、次に示すような高性能化が実現された。

偏光子の特性測定 上記のようにして得た本発明による両方向蒸着の赤外域
ワイヤー格子偏光子について特性を測定したとζろ、期
待した通シの性能が得られた。以下この点を、従来の一
方向蒸着によるものと比較しながら説明する。

まず第５図は、基板にＫＲ８５ｔ−用いて作った格子間
隔１ｉｓ＊Ｑ、３１ｐの位相格子にアルミニウムを両方
向蒸着してワイヤー格子とした偏光子１枚の透過率を示
している。尚６、測定器の偏光特性の影響を受け難いよ
うワイヤーの方向は垂直から４５＠傾けて測定している
。図中縦軸は透過率（−）、横軸は波長（ｐｍ　）又は
波数（ｉｌ）である。

第６図は、同じ条件による一方向蒸着のワイヤー格子偏
光子１枚の同様の条件における透過率を示している。

第ｙａ、ｂ図は、本発明によるワイヤー格子偏光子２枚
のワイヤー方向を平行又は垂直に配置した場合における
透過率をそれぞれ示しておル、第７ｂ図は５倍拡大して
示しである。

第８ａ、ｂ図は、一方向蒸着のワイヤー格子偏光子２枚
のワイヤー方向を平行又は垂直に配置した場合における
透過率をそれぞれ示してお〕、第８ｂ図は５倍拡大して
示しである。

第７ａ、ｂ、８ａ、ｂ図で得られたスペクトルから偏光
度をめ、波長２〜！Ｓμの範囲について比較すると第９
図のようにｉる。図中実線が両方向蒸着による本発明の
偏光子の偏光度、点線が一方向蒸着による従来の偏光子
の偏光民で、本発明によれに偏光度が格段に向上してい
るのが明らかである。一方４５°透過率の方は、第７ａ
、ｆｌａ図に示された通シバとんど劣化していない。

又、基板にＣａＦ２　を用い、他は上記と同じ条件で作
製した両方向蒸着のワイヤー格子偏光子について偏光度
ＣＰ％）と透過度（７％）を波長１〜４　、ｐｍについ
て測定したとζろ、それぞれ第１０ｍ、１０ｂ図に示す
結果が得られた。両図から明らかなように、　ＣａＦｚ
を基板とした場合には、よル短波側において優れた特性
が得られた。

−逸ｌＪソ１１ 以上述べたように本発明によれば、両方向蒸着を行うこ
とＫより１、短波長側では実用上充分なところまで偏光
度と透過度が向上され、長波長側では透過度の劣化を伴
うことなく偏光度かはとんどＩＫ近い完全な卵外域用の
ワイヤー格子偏光子を得る仁とができる。更に偏光子自
体のこのような高性能化に加え、両方向蒸着としたこと
によって、製造面においても次のような利点が得られた
。

（１）斜め蒸着の角度はマスクを使って位相格子全面に
亘って必ずしも一様に保つ必要はない；（２）斜め蒸着
の角度も設計値から大きくずれなければ多少の誤差は性
能に影響を与えない；（３）蒸着量も一方向蒸着の場合
に比べて許容範囲が広い：（４）位相格子の溝の性状に
よって性能を左右されることが殆んどない；及び（５）
幾可学的対称性がよいため、使う場合の向きによって測
定値に偏差が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図はホログラフ法忙よる位相格子の製作に使われる
光学系を示す図、第２図は一方向蒸着によるワイヤー格
子の断面模型図、第３ａ、ｂ図は両方向蒸着を行う配置
を示す概略図、第４図は両方向蒸着によるワイヤー格子
の断面模型図、第５図は本発明の一実施例によるワイヤ
ー格子偏光子１枚の透過率を示す図、第６図は従来例に
よるワイヤー格子偏光子１枚の透過率を示す図、第７ａ
。 ｂ図は本発明の一実施例による偏光子の平行透過率と垂
直透過率をそれぞれ示す図、第８ａ、ｂ図は従来例によ
る偏光子の平行透過率と垂直透過率をそれぞれ示す図、
第９図は本発明の一実施例と従来例の偏光子の偏光度を
比較した図、第１０１゜ｂ図は本発明の別の実施例によ
る偏光子の偏光度と透過度をそれぞれ示す図である。 ｌ・・・真空容器、２・・・位相格子、３・・・ホルダ
ー、４．４′・・・伝導性物質（アルミニウム）蒸発源
、Ｓ・・・格子基板、Ｌ’−・・レーザ、Ａ・・・蒸着
伝導性物質、Ｂ・・−格子溝、Ｃ・・・格子山。 第　２　− 第　３α　図 ＠　３ｂ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌ）　レーデ光の干渉によりて作られたホ四グラフィ
   ック回折格子等位相格子の表面に伝導性物質を蒸着して
   成る赤外域ワイヤー格子偏光子において、上記位相格子
   の４！ｒ溝を形成する山の尾根から両斜面ｋかけて伝導
   性物質を蒸着して成ることｔ特徴とする赤外域ワイヤー
   格子偏光子。 ｅ）　レーデ光の干渉尋によってホログラフィック回折
   格子等の位相格子を作ル、その表面忙伝導性物質を蒸着
   して赤外域ワイヤー格子偏光子を作製する方法において
   、まず蒸着する伝導性物質の垂直方向に対しある傾角管
   もって上記位相格子を設置し、伝導性物質を蒸発させて
   一方向での斜め蒸着を行い、次に位相格子を上記垂直方
   向に対して１８０’回転して設置し、再度伝導性物質を
   蒸発させて他方向での斜め蒸着を行い、位相格子の谷溝
   を形成する山の両面゛に伝導性物質を蒸着せしめること
   を特徴とする両方向蒸着による赤外域ワイヤー格子偏光
   子の作製方法。 （３）　レーデ光の干渉ｆＩＩＩＩＩｃよりてホログラ
   フィック回折格子等の位相格子を作ル、その表面に伝導
   性物質を蒸着して赤外域ワイヤー格子偏光子を作製する
   方法において、ニクの蒸着する伝導性物質の垂直方向に
   対しある傾角管もつ位置に上記位相格子を設置し、伝導
   性物質ｔ−２ケ所で蒸発させて、位相格子の条溝を形成
   する山の両面に伝導性物質を蒸着せしめることｔ−特徴
   とする両方向蒸着による赤外域ワイヤー格子偏光子の作
   製方法。