WO2018062312A1 - 偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法 - Google Patents

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WO2018062312A1
WO2018062312A1 PCT/JP2017/035033 JP2017035033W WO2018062312A1 WO 2018062312 A1 WO2018062312 A1 WO 2018062312A1 JP 2017035033 W JP2017035033 W JP 2017035033W WO 2018062312 A1 WO2018062312 A1 WO 2018062312A1
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light
polarization separation
separation film
polarized light
film
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弘樹 荒添
大吾 宮島
枝美子 及川
相田　卓三
半田　敬信
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国立研究開発法人理化学研究所
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements

Definitions

  • the present invention relates to a polarizer using a polarization separation film, an optical isolator, and a polarization extraction method.
  • the polarizer refers to an optical element for extracting specific polarized light.
  • absorption polarizers that absorb polarized light other than specific polarized light
  • non-absorbing polarizers that extract specific polarized light by using refraction, reflection, or diffraction.
  • Non-absorptive polarizers can be reused after appropriately modulating polarized light that has not been extracted, so they are superior to absorptive polarizers in terms of improving the utilization of light energy.
  • High utility in illumination optical system is referred to use of illumination optical system.
  • the polarization beam splitter 5 shown in FIG. 11 is an example of a non-absorbing polarizer.
  • the polarization beam splitter 5 is obtained by sandwiching a polarization separation film 50 that separates incident light into transmitted light composed of p-polarized light and reflected light composed of s-polarized light between two glass blocks 51 and 52. Is used as a polarizer for extracting light from incident light.
  • Non-Patent Document 1 is cited as a document disclosing such a polarization beam splitter.
  • the conventional non-absorbing polarizer has a problem that it is difficult to reduce the cost.
  • a polarization-recycling type polarizing film used in the above-described polarizing beam splitter or backlight (illumination optical system) such as a liquid crystal display is expensive (especially corresponding to a dielectric multilayer film constituting a polarizing separation film).
  • a wider wavelength band is more expensive because the number of layers increases, so it is difficult to reduce the cost.
  • a diffractive polarizer also requires a fine processing cost and is difficult to cope with a wide wavelength band.
  • crystal polarizers such as Glan-Thompson prism, Glan-Teller prism, and Glan-laser prism are low in cost because birefringent crystals such as calcite (CaC0 3 ) and rutile (TiO 2 ) are expensive. Have difficulty.
  • the optical isolator having a dielectric multilayer film or a birefringent crystal as a constituent element has the same problem.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a polarizer, an optical isolator, and a polarization extraction method that are easier to reduce costs than in the past.
  • the polarizer according to the present invention includes a polarization separation film for polarizing and separating incident light, and the polarization separation film is made of a graphite-like carbon nitride film.
  • a polarization separation film made of a graphite-like carbon nitride film for example, separates incident light into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light, or mainly converts incident light into s-polarized light.
  • the light is separated into normal light as a component, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light.
  • the incident light may be light composed of a specific polarization component, or may be light including any polarization component such as natural light.
  • the polarizer according to the present invention includes a core having an isotropic refractive index and a first polarization separation film formed on one main surface of the core, the incident light being a main component of s-polarized light.
  • a second polarization separation film that separates the transmitted light and the reflected light, and the first polarization separation film and the second polarization separation film are made of a graphite-like carbon nitride film.
  • the core has only to have a shape having two main surfaces, and can take various shapes depending on a device into which the core is incorporated.
  • the core may be flat (thickness is constant regardless of the distance from the incident end face) or wedge-shaped (thinner becomes thinner as the distance from the incident end face is increased) like a light guide plate of a backlight of a liquid crystal display. ).
  • the optical isolator according to the present invention includes a first polarization separation film that separates incident light into normal light mainly composed of s-polarized light, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light;
  • the Faraday rotator disposed on the optical path of the normal light and the abnormal light transmitted through the first polarization separation film, and 1 disposed on the optical path of the normal light and the abnormal light transmitted through the Faraday rotator.
  • / 2 wavelength plate, and a second polarization separation film disposed on the optical path of the normal light and the extraordinary light transmitted through the half wavelength plate, wherein the first polarization separation film is a first graphite.
  • the second polarization separation film is composed of a second graphite-like carbon nitride film disposed so that the optical axis is parallel to the optical axis of the first graphite-like carbon nitride film.
  • the polarization extraction method according to the present invention includes a step of polarization separation using a polarization separation film, and the polarization separation film is composed of a graphite-like carbon nitride film.
  • FIG. 5 is a graph showing the incident angle dependence of the reflectance of p-polarized light and s-polarized light at the interface between the core and the polarization separation film for the polarizer shown in FIG. 4. With respect to the polarizer shown in FIG.
  • a graphite-like carbon nitride film was produced by the following method. Guanidine carbonate (3.0 g, 16.7 mmol) was spread on the bottom of a glass test tube (18 mm diameter), and a non-alkali glass substrate (specifically, Eagle XG (registered trademark)) was placed between the test tubes. ) Substrate) was installed, and the test tube was sealed with aluminum foil with holes. Thereafter, while the test tube was left standing in the quartz tube, the temperature of the examiner was raised using a tube furnace while flowing nitrogen gas. Specifically, the temperature was first raised to 430 ° C.
  • Graphite-like carbon nitride film is a sheet made of g-C 3 N 4 polymer in which melem structural units are two-dimensionally cross-linked in the in-plane direction, or this sheet is laminated in the film thickness direction.
  • the laminated body has a uniaxial structure. Therefore, the graphite-like carbon nitride film has birefringence with a straight line parallel to the film thickness direction as the optical axis, and has a refractive index in the in-plane direction (refractive index for light propagating in the in-plane direction) and a film thickness.
  • the refractive index in the direction is different from each other. This can be easily confirmed by optical observation using a polarizing microscope or a conoscope, for example.
  • the graphite-like carbon nitride film produced as described above is arranged on the xy plane so that the film thickness direction is parallel to the z-axis.
  • the refractive index n xy in the in-plane direction and the refractive index nz in the film thickness direction are changed to a multi-incidence angle double rotation compensator type high-speed spectroscopic ellipsometer while changing the wavelength of incident light (manufactured by JA Woollam Co., Ltd.). RC2-DI).
  • a single layer film model on a glass substrate was used.
  • the back surface of the substrate was mechanically roughened in order to diffusely reflect light before film production.
  • phase difference for each incident angle of the graphite-like carbon nitride film produced as described above was measured using a polarimeter (AxoScan manufactured by Axometrics). At this time, the wavelength of incident light was 550 nm.
  • the refractive index n xy in the in-plane direction and the refractive index nz in the film thickness direction are different from each other.
  • the g—C 3 N 4 polymer constituting the graphite-like carbon nitride film has higher birefringence than the dielectric layer constituting the conventional dielectric multilayer film. For this reason, in the graphite-like carbon nitride film, a polarization extinction ratio comparable to that of the conventional dielectric multilayer film can be realized with a smaller number of layers than that of the conventional dielectric multilayer film. For this reason, the problem with conventional dielectric multilayer films, that is, polarization separation with high accuracy in a wide band, increasing the number of dielectric multilayer films causes embrittlement and defects such as cracks and peeling due to residual stress differences. A polarization separation film having a high polarization extinction ratio can be realized without suffering from the problem of easily occurring.
  • the graphite-like carbon nitride (gC 3 N 4 ) film is a medium having a refractive index n xy in the in-plane direction higher than a refractive index nz in the film thickness direction.
  • the refractive index n s for the s-polarized light obliquely incident on graphitic carbon nitride film (linear polarization electric field oscillates perpendicularly to the incident surface), p-polarized light (electric field obliquely incident on graphitic carbon nitride film at the same angle of incidence Is higher than the refractive index n p for linearly polarized light oscillating parallel to the incident surface.
  • the refractive index n s for s-polarized light does not depend on the incident angle and takes the same value as the refractive index n xy in the in-plane direction (for example, about 2.5), whereas the refractive index n for p-polarized light.
  • p takes a value between the refractive index n z in the film thickness direction (for example, about 1.5) and the refractive index n xy in the in- plane direction (for example, about 2.5) depending on the incident angle. Because.
  • the graphite-like carbon nitride film can be used as a polarization separation film provided in the polarizer.
  • a polarization separation film that separates incident light into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light (including both s-polarized light and p-polarized light), or
  • the incident light includes normal light mainly composed of s-polarized light, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light (including both s-polarized light and p-polarized light, or mainly composed of s-polarized light). It can be used as a polarized light separation film that separates into two.
  • normal light refers to transmitted light whose refractive index does not depend on the incident angle
  • abnormal light refers to transmitted light whose refractive index depends on the incident angle.
  • FIG. 3A and 3B are cross-sectional views of the polarizer 1 according to this embodiment.
  • the polarizer 1 includes a polarization separation film 10 as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • 3 shows the polarizer 1 including only the polarization separation film 10 (that is, the polarization separation film 10 functioning as the polarizer 1), the polarizer 1 is not limited to this. That is, the polarizer 1 may include other optical components in addition to the polarization separation film 10.
  • the polarization separation film 10 is sandwiched between a plurality of glass substrates is an example of the polarizer 1.
  • the polarization separation film 10 is made of a graphite-like carbon nitride film.
  • the polarization separation film 10 is disposed such that the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film is parallel to the xy plane and the film thickness direction of the graphite-like carbon nitride film is parallel to the z-axis. Yes.
  • the medium I is a medium through which incident light and reflected light propagate
  • the medium II is a medium through which transmitted light propagates.
  • 3A shows a state in which the polarization separation film 10 separates the incident light into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light.
  • the refractive index n s for s-polarized light is higher than the refractive index n p for p-polarized light. Therefore, when the refractive index of the medium I is higher than the refractive index n p for p-polarized light and lower than the refractive index n s for s-polarized light, the incident angle ⁇ i is ⁇ p ⁇ i ( ⁇ p is a critical angle for p-polarized light).
  • the p-polarized light contained in the incident light is totally reflected at the interface between the medium I and the graphite-like carbon nitride film, and the s-polarized light contained in the incident light is partly transferred from the medium I to the graphite-like carbon nitride film. Incident light and the remaining portion is reflected at the interface between the medium I and the graphite-like carbon nitride film.
  • the incident angle .theta.i is ⁇ p ⁇ i ⁇ s ( ⁇ s is the critical angle for s-polarized light) when a is included in the incident light p
  • the polarized light is totally reflected at the boundary surface between the medium I and the graphite-like carbon nitride film, and part of the s-polarized light contained in the incident light is incident on the graphite-like carbon nitride film from the medium I, and the remaining part is the medium I. And is reflected at the interface between the graphite-like carbon nitride film.
  • the s-polarized light incident on the graphite-like carbon nitride film passes through the graphite-like carbon nitride film as normal light. That is, as shown in FIG. 3A, incident light is separated into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light.
  • “having s-polarized light as a main component” means that the s-polarized component is sufficiently larger than the p-polarized component, and does not exclude an aspect in which the p-polarized component is included as noise.
  • the refractive index of medium I and medium II is higher than the refractive index nz in the film thickness direction of the graphite-like carbon nitride film, and the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film.
  • Various rays are drawn on the assumption that the refractive index is lower than n xy .
  • this assumption is merely a convenience for illustrating various rays and does not limit the present invention. That is, the refractive index of the medium I is determined so that the p-polarized light included in the incident light is totally reflected and the s-polarized light included in the incident light is not totally reflected at the boundary surface between the medium I and the polarization separation film 10. It only has to be done. Further, the refractive index of the medium II may be determined so that the s-polarized light included in the transmitted light is not totally reflected at the boundary surface between the polarization separation film 10 and the medium II.
  • FIG. 3B shows how the polarization separation film 10 separates incident light into normal light mainly composed of s-polarized light, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light. .
  • the refractive index n s for s-polarized light does not depend on the incident angle, and the refractive index n p for p-polarized light depends on the incident angle. Further, the refractive index n s for s-polarized light is higher than the refractive index n p for p-polarized light except when the incident angle ⁇ i is 0 °.
  • the incident angle ⁇ i is 0 ° ⁇ i ⁇ p ( ⁇ p is a critical angle with respect to p-polarized light)
  • the s-polarized light and p-polarized light included in the incident light are partially from the medium I to the graphite-like carbon nitride film.
  • the remaining portion is reflected at the interface between the medium I and the graphite-like carbon nitride film.
  • the refraction angle ⁇ ts of s-polarized light is smaller than the refraction angle ⁇ tp of p-polarized light. That is, as shown in FIG. 3B, the incident light is separated into normal light whose main component is s-polarized light, abnormal light whose main component is p-polarized light, and reflected light.
  • having s-polarized light as a main component means that the s-polarized component is sufficiently larger than the p-polarized component, and does not exclude an aspect in which p-polarized light is included as noise.
  • having p-polarized light as a main component means that the p-polarized light component is sufficiently larger than the s-polarized light component, and does not exclude an aspect in which the s-polarized light component is included as noise.
  • the polarizer 1 provided with the polarization separation film 10 can also be used as a polarizer that extracts s-polarized light as reflected light.
  • the refractive index of medium I and medium II is higher than the refractive index nz in the film thickness direction of the graphite-like carbon nitride film, and the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film.
  • Various rays are drawn on the assumption that the refractive index is lower than n xy .
  • this assumption is merely a convenience for illustrating various rays and does not limit the present invention. That is, the refractive index of the medium I may be determined so that the p-polarized light and the s-polarized light included in the incident light are not totally reflected at the boundary surface between the medium I and the polarization separation film 10.
  • the refractive index of the medium II may be determined so that normal light and abnormal light are not totally reflected at the boundary surface between the polarization separation film 10 and the medium II.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the polarizer 2 according to this embodiment.
  • the polarizer 2 is an optical waveguide type polarizer including a core 20, a first polarization separation film 21, and a second polarization separation film 22.
  • the core 20 is a flat transparent member having an isotropic refractive index.
  • a glass substrate is used as the core 20.
  • the core 20 is arranged so that two principal surfaces are parallel to the xy plane in the illustrated coordinate system.
  • the main surface on the z-axis positive direction side is referred to as “upper surface”
  • the main surface on the z-axis negative direction side is referred to as “lower surface”.
  • a flat transparent member is used as the core 20, but the present invention is not limited to this.
  • a wedge-shaped transparent member may be used as the core 20 like a backlight light guide plate of a liquid crystal display.
  • a slab type waveguide structure or a ridge type waveguide structure may be adopted as the entire structure of the polarizer.
  • glass is used as the material of the core 20, but the present invention is not limited to this. That is, any material that is highly transparent in the target wavelength band for polarization separation and is optically isotropic can be used as the material of the core 20.
  • materials that can be used as the material of the core 20 include transparent polymer materials such as linear or cross-linked acrylic resins or methacrylic resins, polycarbonate resins, amorphous polyolefin resins, polyester resins, and polyimide resins in addition to various types of glass. Is mentioned.
  • the refractive index of the core 20 is lower than the refractive index n xy (slow axis direction refractive index) in the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film, and the refractive index n z (fast axis direction refractive index in the film thickness direction). Higher). Specifically, it is preferably 1.7 or more and 2.2 or less, and more preferably 1.8 or more and 2.0 or less at a wavelength of 550 nm.
  • a first polarization separation film 21 is formed on the upper surface of the core 20.
  • the first polarization separation film 21 is composed of a graphite-like carbon nitride film.
  • the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film is parallel to the xy plane.
  • the film thickness direction is arranged so as to be parallel to the z-axis.
  • the first polarization separation film 21 separates incident light into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light including both p-polarized light and s-polarized light.
  • a second polarization separation film 22 is formed on the lower surface of the core 20.
  • the second polarization separation film 22 is made of a graphite-like carbon nitride film.
  • the in-plane direction of the graphite-like carbon nitride film is parallel to the xy plane, and the graphite-like carbon nitride film
  • the film thickness direction is arranged so as to be parallel to the z-axis.
  • the second polarization separation film 22 separates incident light into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light including both p-polarized light and s-polarized light.
  • the refractive index of the core 20 is 1.8, the refractive index n xy in the in-plane direction of the first polarization separation film 21 is 2.5, and the refractive index nz in the film thickness direction of the first polarization separation film 21 is 1.5.
  • Rp incident angle dependence of p-polarized light and s-polarized light reflectance (reflectance in one reflection) Rp, Rs at the boundary surface between the core 20 and the first polarization separation film 21 is a graph shown in FIG. become that way. According to the graph shown in FIG.
  • incident light having an incident angle ⁇ i of 60 ° with respect to the first polarization separation film 21 p-polarized light is totally reflected at the boundary surface, and s-polarized light is 14% at the boundary surface. Is reflected (the remaining 86% is transmitted through the interface). That is, incident light having an incident angle ⁇ i of 60 ° with respect to the first polarization separation film 21 is separated into transmitted light mainly composed of s-polarized light and reflected light including both p-polarized light and s-polarized light as described above. The The same can be said for the second polarization separation film 22.
  • the polarizer 2 configured as described above functions as a polarizer for extracting p-polarized light. More specifically, s-polarized light is removed from natural light input from one end surface of the core 20 (end surface on the negative y-axis side in FIG. 4), and the remaining p-polarized light is removed from the other end surface of the core 20 (FIG. 4 from the end surface on the y-axis positive direction side in FIG.
  • the p-polarized light included in the natural light input to the core 20 propagates through the core 20 toward the other end face while being totally totally reflected by the first polarization separation film 21 and the second polarization separation film 22.
  • the first polarization separation film 21 (second polarization separation film 22) from the core 20 is reflected. It leaks into the separation membrane 22). For this reason, the s-polarized light included in the natural light input to one end face of the core 20 is removed in the process of propagating through the core 20, and the remaining p-polarized light is output from the other end face of the core 20.
  • the polarizer 2 is intended for use in environments medium having a refractive index higher than the in-plane refractive index n xy of graphitic carbon nitride film (matching the refractive index n s for the s-polarized light). This is because, when the polarizer 2 is used in air or other environmental medium having a refractive index lower than the in-plane refractive index n xy of the graphite-like carbon nitride film, s incident on the polarization separation films 21 and 22 from the core 20 This is because the polarized light is totally reflected at the interface with the low refractive index medium, and the function of removing the s-polarized light may be impaired.
  • the polarizer 2 When the polarizer 2 is used in the air (refractive index 1.0), the reflection at the boundary surface between the core 20 and the first polarization separation film 21 and the boundary surface between the first polarization separation film 21 and the air is considered.
  • the incident angle dependence of the p-polarized light and s-polarized light reflectivity (reflectance in one reflection) Rp, Rs in FIG. 6 is as shown in FIG.
  • the refractive index of the core 20 is 1.8
  • the refractive index n xy in the in-plane direction of the first polarization separation film 21 is 2.5
  • the refractive index nz of the first polarization separation film 21 in the film thickness direction Is 1.5
  • the thickness of the first polarization separation film 21 is 550 nm.
  • a configuration in which the first scattering layer 23 and the second scattering layer 24 are added to the polarizer 2, or as shown in FIG. A configuration in which the first high refractive index layer 25 and the second high refractive index layer 26 are added to the polarizer 2 may be employed.
  • the first scattering layer 23 covers the upper surface of the first polarization separation film 21 (the surface opposite to the surface in contact with the core 20), and is incident on the first polarization separation film 21 from the core 20. Scatters s-polarized light.
  • the second scattering layer 24 covers the lower surface of the second polarization separation film 22 (the surface opposite to the surface in contact with the core 20), and scatters the s-polarized light incident on the second polarization separation film 22 from the core 20. To do. As a result, it is possible to avoid a situation in which the s-polarized light incident on the polarization separation films 21 and 22 from the core 20 is totally reflected at the interface with air and re-enters the core 20.
  • a part of the s-polarized light that has entered the polarization separation films 21 and 22 from the core 20 can be scattered by the scattering layers 23 and 24 and re-enter the core 20.
  • the amount of s-polarized light re-entering the core 20 in this way is smaller than the amount of s-polarized light re-entering the core 20 due to total reflection at the boundary surfaces between the polarization separation films 21 and 22 and air. Therefore, the function of removing s-polarized light is not lost.
  • an uneven surface, a particle dispersion layer, a photonic crystal structure, and the like are preferably used, but those having a large forward scattering rate are preferable.
  • the incident angle range of the light beam is narrow, it is also effective to employ a surface on which irregularities having an angle that can be easily emitted into the air are formed.
  • the first high refractive index layer 25 is made of a transparent material having a refractive index higher than that of air, and the upper surface of the first polarization separation film 21 (the side opposite to the surface in contact with the core 20). Cover the surface).
  • the second high refractive index layer 26 is made of a transparent material having a higher refractive index than air, and the lower surface of the second polarization separation film 22 (the surface opposite to the surface in contact with the core 20). cover.
  • a part of the s-polarized light incident on the polarization separation films 21 and 22 from the core 20 includes the boundary surfaces between the polarization separation films 21 and 22 and the high refractive index layers 25 and 26 and the high refractive index layers. It is reflected at the interface between 25 and 26 and air and can re-enter the core 20. However, the amount of s-polarized light re-entering the core 20 in this way is smaller than the amount of s-polarized light re-entering the core 20 due to total reflection at the boundary surfaces between the polarization separation films 21 and 22 and air. The function of removing s-polarized light is not lost.
  • the refractive index of the transparent material constituting each of the high refractive index layers 25 and 26 is preferably less than or equal to the refractive index n xy (slow axis direction refractive index) in the in-plane direction of each polarization separation film 21 and 22. . It is preferable to provide an antireflection film at the interfaces on both sides of each of the high refractive index layers 25 and 26, or to have a gradient refractive index structure in which the refractive index changes continuously. With such a configuration, partial reflection can be reduced. It is also effective to introduce an anisotropic scattering layer at the interface or inside of each high refractive index layer 25, 26 with the air layer depending on the purpose.
  • any material that is highly transparent in the target wavelength band for polarization separation and is optically isotropic can be used as a material for the high refractive index layers 25 and 26.
  • Substances that can be used as materials for the high refractive index layers 25 and 26 include, in addition to various glasses, linear or cross-linked acrylic resin or methacrylic resin, polycarbonate resin, amorphous polyolefin resin, polyester resin, polyimide resin. Or a transparent polymer material such as a cyclic polytetrafluoroethylene resin.
  • the first high refractive index layer 25 and the second high refractive index layer 26 for example, a glass layer can be used.
  • a sufficiently thick glass layer having a refractive index of 1.8 is used as the first high refractive index layer 25, the boundary surface between the core 20 and the first polarization separation film 21, and the first polarization separation film 21 and the first
  • the incident angle dependence of p-polarized light and s-polarized light reflectance (reflectance in one reflection) Rp, Rs taking into account reflection at the interface with the high refractive index layer 25 is as shown in FIG. Become.
  • the refractive index of the core 20 is 1.8
  • the refractive index n xy in the in-plane direction of the first polarization separation film 21 is 2.5
  • the thickness of the first polarization separation film 21 is 550 nm.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the optical isolator 3 according to the present embodiment.
  • the optical isolator 3 is a polarization-independent optical isolator that guides forward light output from the first optical fiber OF1 to the second optical fiber OF2 and blocks backward light output from the second optical fiber OF2.
  • the first polarization separation film 31, the second polarization separation film 32, and the Faraday rotators 33 and 1 disposed between the first polarization separation film 31 and the second polarization separation film 32. / 2 wavelength plate 34.
  • the first polarization separation film 31 and the second polarization separation film 32 are configured as a graphite-like carbon nitride film disposed so that the optical axes are parallel to each other.
  • the optical isolator 3 receives the forward light on the graphite-like carbon nitride film constituting the first polarization separation film 31 between the first optical fiber OF1 that outputs forward light and the second optical fiber OF2 that outputs backward light.
  • the angle ⁇ i that is, the incident angle ⁇ i of the backward light with respect to the graphite-like carbon nitride film constituting the second polarization separation film 32 is inserted so that 0 ° ⁇ i ⁇ p ( ⁇ p is a critical angle for p-polarized light).
  • each optical element constituting the optical isolator 3 acts as follows on the forward light output from the first optical fiber OF1.
  • the forward light output from the first optical fiber OF 1 first enters the first polarization separation film 31.
  • the first polarization separation film 31 separates the forward light output from the first optical fiber OF1 into forward normal light mainly composed of s-polarized light and forward abnormal light mainly composed of p-polarized light.
  • the forward normal light and forward abnormal light transmitted through the first polarization separation film 31 then enter the Faraday rotator 33.
  • the Faraday rotator 33 rotates the polarization direction of forward normal transmission and forward abnormal light transmitted through the first polarization separation film 31 by 45 °.
  • the forward normal light and forward abnormal light transmitted through the Faraday rotator 33 are then incident on the half-wave plate 34.
  • the half-wave plate 34 rotates the polarization direction of forward normal light and forward abnormal light transmitted through the Faraday rotator 33 by 45 °.
  • the rotation direction when the half-wave plate 34 rotates the polarization direction of the forward normal light and the forward abnormal light is the same as that when the Faraday rotator 33 rotates the polarization direction of the forward normal light and the forward abnormal light.
  • the direction of rotation is the same. Therefore, the forward normal light transmitted through the half-wave plate 34 enters the second polarization separation film 32 as p-polarized light, and the forward abnormal light transmitted through the half-wave plate 34 is second polarized light as the s-polarized light. The light enters the separation membrane 32.
  • the second polarization separation film 32 refracts forward normal light (p-polarized light) transmitted through the half-wave plate 34 in the same manner as the first polarization separation film 31 refracts forward abnormal light (p-polarized light). Then, the forward abnormal light (s-polarized light) transmitted through the half-wave plate 34 is refracted in the same manner as the first polarization separation film 31 refracts the forward normal light (s-polarized light). For this reason, the deviation of the optical axis between the forward normal light and the forward abnormal light generated when passing through the first polarization separation film 31 is eliminated through the second polarization separation film 32. That is, the forward normal light and the forward abnormal light transmitted through the half-wave plate 34 are combined by the second polarization separation film 32 and input to the second optical fiber OF2.
  • each optical element constituting the optical isolator 3 acts on the backward light output from the second optical fiber OF2 as follows.
  • the second polarization separation film 32 separates the backward light output from the second optical fiber OF2 into backward normal light mainly composed of s-polarized light and backward abnormal light mainly composed of p-polarized light.
  • the backward normal light and the backward abnormal light transmitted through the second polarization separation film 32 are incident on the half-wave plate 34.
  • the half-wave plate 34 rotates the polarization direction of the backward normal transmission and the backward abnormal light transmitted through the second polarization separation film 32 by 45 °.
  • the backward normal light and the backward abnormal light that have passed through the half-wave plate 34 then enter the Faraday rotator 33.
  • the Faraday rotator 33 rotates the polarization direction of the backward normal light and the backward abnormal light transmitted through the half-wave plate 34 by 45 °.
  • the direction of rotation when the Faraday rotator 33 rotates the polarization direction of the backward normal light and the backward abnormal light is the same as that when the half-wave plate 34 rotates the polarization direction of the backward normal light and the backward abnormal light. It is opposite to the direction of rotation. Therefore, the backward normal light transmitted through the Faraday rotator 33 is incident on the first polarization separation film 31 as s-polarized light, and the backward abnormal light transmitted through the Faraday rotator 33 is incident on the first polarization separation film 31 as p-polarization. Incident.
  • the first polarization separation film 31 refracts the backward normal light (s-polarized light) transmitted through the Faraday rotator 33 in the same manner as the second polarization separation film 32 refracts the forward normal light (s-polarization).
  • the forward abnormal light (p-polarized light) transmitted through the Faraday rotator 33 is refracted in the same manner as the second polarization separation film 32 refracts the forward abnormal light (p-polarized light). For this reason, the deviation of the optical axis between the backward normal light and the backward abnormal light generated when passing through the second polarization separation film 32 is enlarged when passing through the first polarization separation film 31. Then, the backward normal light and the backward abnormal light transmitted through the Faraday rotator 33 are not synthesized by the first polarization separation film 31 and are not input to the first optical fiber OF1.
  • a graphite-like carbon nitride film is used as the first polarization separation film 31 and the second polarization separation film 32.
  • cost and a defect generation rate can be suppressed low.
  • optical isolation can be realized in a wide wavelength band from the visible light band to the near infrared light band without laminating a plurality of polarization separation films corresponding to different wavelength bands.
  • Graphite-like carbon nitride film (hereinafter also referred to as “gC 3 N 4 film”) is a compound represented by X + m Y m ⁇ (X + is also referred to as guanidinium ion (“guanidinium ion”).
  • Y m ⁇ is an anion, m Is a valence of Y), and the compound or a reaction product thereof is vaporized, and the surface is negatively charged or has a ⁇ electron on the surface. It is produced by adhering and polymerizing the compound or its reaction product on the substrate.
  • the compound used as the raw material is a compound represented by X + m Y m- (referred to as "compound X + m Y m- ").
  • X + m Y X + in m- is guanidinium ion, melamine ions, main Ramiumu ions, Meremiumuion, guanidine derivatives ion represented by guanidine derivative ions represented by the following formula (I) or the following formula, (II) It is.
  • R 1 in the above formula (I) is an amino group, a nitro group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, — (C 2 H 4 O) n —R 4 , Halogen, or a primary amide group.
  • N in — (C 2 H 4 O) n —R 4 is 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, and R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • the — (C 2 H 4 O) n moiety is an ethylene oxide group, and it is intended that the C atom is bonded to the N atom of guanidine.
  • alkyl group having 1 to 10 carbon atoms examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and an isobutyl group.
  • Halogen includes fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
  • R 1 is preferably an amino group or a nitro group.
  • R 2 and R 3 in the above formula (II) are independently of each other an amino group, a nitro group, an alkyl group having 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3 carbon atoms, — (C 2 H 4 O) n —R 4 , halogen, or primary amide group.
  • the description about — (C 2 H 4 O) n —R 4 and halogen is the same as that in the above formula (I).
  • R 2 and R 3 are preferably independently of each other an amino group and a nitro group.
  • X + m is preferably a guanidinium ion, a melaminium ion, a melaminium ion or a melemium ion, and more preferably a guanidinium ion.
  • Y m- is the X + m Y m- is an anion, m is the valence of Y.
  • anion include CO 3 2 ⁇ , SO 4 2 ⁇ , Cl ⁇ , HPO 4 2 ⁇ , NO 3 ⁇ , SCN ⁇ , SO 3 NH 3 ⁇ , CrO 4 2 ⁇ , p-toluenesulfonate, ReO 4 ⁇ .
  • R 5 COO - but R 5 is not particularly limited in, it is preferably a low molecular weight group, for example, 1 to 10 carbon atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, more preferably having 1 to 3 carbon atoms, alkyl Groups, alkenyl groups, alkynyl groups, halogenated alkyl groups, carboxy groups, carboxyalkyl groups (— (CH 2 ) n COOH), and optionally substituted phenyl groups.
  • substituent that the phenyl group has include an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms and a carboxy group. Specific examples of R 5 include the following.
  • Y m ⁇ is preferably CO 3 2 ⁇ , SO 4 2 ⁇ , Cl ⁇ , or R 5 COO ⁇ , and is represented by the following formula (III): CO 3 2 ⁇ or R 5 COO ⁇ (in formula (III), R 6 is, O - or R 5 a is) anion is more preferable.
  • Y m ⁇ is CO 3 2 ⁇
  • there is no melting point in compound X + m Y m ⁇ there is no melting point in compound X + m Y m ⁇ , so that CO 3 2 ⁇ is removed from the system before the compound X + m Y m ⁇ or its reactant is vaporized. It is thought that it is hard to escape. Therefore, when Y m-is CO 3 is 2, as compared with the case Y m-is another, the number amount of compound X + m Y m-, or reaction product thereof
  • guanidine carbonate Guanidine sulfate, guanidine hydrochloride, and guanidine acetate are more preferred, guanidine carbonate and guanidine acetate are more preferred, and guanidine carbonate is particularly preferred.
  • Compound X + m Y m- may be commercially available or may be synthesized by a known method. Further, a plurality of types of compounds may be mixed, or may be mixed with other compounds that can form gC 3 N 4 .
  • the above-mentioned raw material compound is heated to vaporize the compound or its reaction product.
  • the “reactant” refers to a raw material compound that has been reacted with each other by heating and changed to a compound having another structure.
  • guanidine carbonate when used as a raw material, it is expected to change according to the following scheme by heating. Further, in the above scheme, vaporization (sublimation) is expected when it is changed to melemium ions.
  • X + is a guanidinium ion, a melaminium ion, a melaminium ion, a guanidine derivative ion represented by the formula (I), or a guanidine derivative ion represented by the formula (II)
  • base material refers to a substrate having a negative charge on the surface
  • melium ions salt form
  • vaporization includes both of changing a liquid into a gas and changing a solid directly into a gas (sublimation).
  • the amount of raw material to be used may be appropriately determined according to the film thickness and area of the g—C 3 N 4 film to be produced.
  • the heating temperature may be appropriately determined according to the type of raw material used, and is, for example, 300 to 700 ° C., and preferably 380 to 550 ° C.
  • the heating time can be appropriately set according to the film thickness of the g—C 3 N 4 film to be produced, and can be, for example, 1 minute to 4 hours.
  • vaporized material The above-mentioned vaporized raw material or a reaction product thereof (referred to as “vaporized material”) is attached to the surface of a substrate having a negatively charged surface or having ⁇ electrons on the surface. Since the vaporized substance has a positive charge as described above, the vaporized substance interacts with the substrate having a negative charge on the surface. Therefore, the vaporized substance adheres to the surface of the base material whose surface is negatively charged. In addition, since the vaporized substance has ⁇ electrons, it interacts with a substrate having ⁇ electrons on the surface. Therefore, the vaporized substance adheres to the surface of the substrate having ⁇ electrons on the surface.
  • the substrate is heated.
  • the vaporized substance adheres to the surface of the substrate, the vaporized substance successively polymerizes on the substrate, and g—C 3 N 4 is generated.
  • It is a portion derived from X + of X + m Y m- that constitutes gC 3 N 4 .
  • the anion (Y m ⁇ ) is considered to be eliminated by reacting with the proton (H + ) of the vaporized substance simultaneously with the polymerization reaction to g—C 3 N 4 on the base material (see the reference example described later). ).
  • H + proton
  • Y m- is CO 3 2-
  • protons and CO 3 2- react to desorb as CO 2 and H 2 O.
  • the vaporized material that has been vaporized thereafter interacts with the already formed ⁇ electrons of g—C 3 N 4 to form g— It adheres (adsorbs) to the surface of C 3 N 4 . Then, the polymerization reaction for further g-C 3 N 4 on g-C 3 N 4 proceeds. In this way, a g—C 3 N 4 film can be produced on the substrate.
  • the temperature at which the substrate is heated may be appropriately determined according to the type of raw material used, and is, for example, 300 to 700 ° C., and preferably 380 to 550 ° C.
  • the heating time can be appropriately set according to the film thickness of the g—C 3 N 4 film to be produced, and can be, for example, 1 minute to 4 hours.
  • the raw material and the substrate may be heated separately or may be heated together. From the viewpoint of simplicity, it is preferable to heat the raw material and the substrate together in one heating means (for example, a heating furnace).
  • a heating means for example, a heating furnace.
  • a polymerization reaction from the raw material to g-C 3 N 4 reaction from the raw material to the vaporized substance, vaporization, and vaporization
  • Since the polymerization of the substance to gC 3 N 4 occurs sequentially, a better quality gC 3 N 4 film can be produced.
  • Examples of the atmosphere in which the polymerization reaction from the raw material to g—C 3 N 4 include, for example, air, nitrogen, argon And helium.
  • a large-area g-C 3 N 4 film can be produced by diverting an existing organic EL vapor deposition apparatus.
  • a light-transmitting resin layer is further formed on the surface of the gC 3 N 4 film formed on the base material on the side opposite to the contact surface with the base material.
  • the substrate can be peeled off by immersing in.
  • glassy carbon for example, is used as the base material
  • the laminated structure of the gC 3 N 4 film and the resin can be peeled off from the base material without being immersed in pure water.
  • the resin layer functions as a substrate.
  • the resin layer is formed by applying a resin material to the g-C 3 N 4 film (for example, by spin coating) and then applying the resin layer according to a conventional method (for example, thermal polymerization and photocuring). Can be implemented.
  • the polarizer according to the first embodiment of the present invention includes the polarization separation film that polarizes and separates incident light, and the polarization separation film is formed of a graphite-like carbon nitride film.
  • the polarization extraction method according to each embodiment of the present invention includes a step of polarization separating incident light using a polarization separation film, and the polarization separation film is made of a graphite-like carbon nitride film.
  • the polarization separation film composed of a graphite-like carbon nitride film separates incident light into transmitted light and reflected light mainly composed of s-polarized light, or incident light and composed mainly of s-polarized light. It has a function of separating into normal light, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light.
  • a polarization separation film made of a graphite-like carbon nitride film can be manufactured at a lower cost than a dielectric multilayer film. Therefore, according to the above configuration, it is possible to realize a polarizer and a polarization extraction method that can be easily reduced in cost as compared with a conventional polarizer using a dielectric multilayer film as a polarization separation film.
  • a polarizer according to a second embodiment of the present invention includes a core having an isotropic refractive index and a first polarization separation film formed on one main surface of the core, and the incident light is converted into s
  • a second polarization separation film formed on the other main surface of the core wherein the incident light is converted into s-polarized light.
  • a second polarization separation film that separates into the transmitted light and the reflected light, and the first polarization separation film and the second polarization separation film are made of a graphite-like carbon nitride film.
  • a polarizer for extracting p-polarized light can be realized at a lower cost than in the past.
  • the polarizer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is a 1st scattering layer which covers the surface on the opposite side to the surface which contacts the said core of the said 1st polarization separation film, Comprising:
  • the said 1st polarization separation film is permeate
  • a polarizer capable of extracting p-polarized light even in the air can be realized at a lower cost than in the past.
  • the polarizer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is a 1st high refractive index layer which covers the surface on the opposite side to the surface which contacts the said core of the said 1st polarization separation film, Comprising: Refractive index is more than air.
  • a second high refractive index layer that covers a high first high refractive index layer and a surface opposite to the surface in contact with the core of the second polarization separation film, wherein the refractive index is higher than air.
  • a rate layer is a 1st high refractive index layer which covers the surface on the opposite side to the surface which contacts the said core of the said 1st polarization separation film, Comprising: Refractive index is more than air.
  • a second high refractive index layer that covers a high first high refractive index layer and a surface opposite to the surface in contact with the core of the second polarization separation film, wherein the refractive index is higher than air.
  • a rate layer is a rate layer.
  • a polarizer capable of extracting p-polarized light even in the air can be realized at a lower cost than in the past.
  • An optical isolator includes a first polarization separation film that separates incident light into normal light mainly composed of s-polarized light, abnormal light mainly composed of p-polarized light, and reflected light.
  • the Faraday rotator disposed on the optical path of the normal light and the extraordinary light transmitted through the first polarization separation film, and the optical path of the normal light and the abnormal light transmitted through the Faraday rotator.
  • the second polarized light separating film is composed of a graphite-like carbon nitride film, and the second polarization separation film is formed by a second graphite-like carbon nitride film disposed so that an optical axis is parallel to the optical axis of the first graphite-like carbon nitride film. It is configured.
  • an optical isolator that can be easily reduced in cost as compared with a conventional optical isolator including a birefringent crystal such as calcite or rutile as a constituent element.
  • Polarizer (first embodiment) 10 Polarization Separation Film 2 Polarizer (Second Embodiment) 20 Core 21 First polarization separation film 22 Second polarization separation film 23 First scattering layer 24 Second scattering layer 25 First high refractive index layer 26 Second high refractive index layer 3 Isolator 31 First polarization separation film 32 Second polarization Separation membrane 33 Faraday rotator 34 1/2 wavelength plate

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Abstract

偏光子（１）は、入射光を偏光分離する偏光分離膜（１０）を備えており、偏光分離膜（１０）は、グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。

Description

偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法
　本発明は、偏光分離膜を用いた偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法に関する。
　通信、医療、製造、エネルギー、その他の産業における光技術を支えるキーデバイスのひとつとして、従来、偏光子が広く用いられている。ここで、偏光子とは、特定の偏光を抽出するための光学素子のことを指す。偏光子には、特定の偏光以外の偏光を吸収する吸収型の偏光子と、屈折、反射、又は回折などを利用して特定の偏光を抽出する非吸収型の偏光子とが存在する。非吸収型の偏光子は、抽出されなかった偏光を適宜変調したうえで再利用することが出来るので、光エネルギーの利用率向上の観点において、吸収型の偏光子よりも優れており、例えば、照明光学系において高い実用性を有する。
　図１１に示す偏光ビームスプリッタ５は、非吸収型の偏光子の一例である。偏光ビームスプリッタ５は、入射光をｐ偏光からなる透過光とｓ偏光からなる反射光とに分離する偏光分離膜５０を２つのガラスブロック５１，５２で挟み込んだものであり、ｐ偏光及びｓ偏光を入射光から抽出するための偏光子として利用される。このような偏光ビームスプリッタを開示した文献としては、例えば、非特許文献１が挙げられる。
国際公開第２０１４／０９８２５１号（国際公開日：２０１４年６月２６日）
Eugene Hecht, Optics (4th Edition), Addison Wesley, pp.348-350, 2001
　しかしながら、従来の非吸収型の偏光子には、低コスト化が困難であるという問題があった。
　例えば、上述した偏光ビームスプリッタ、あるいは、液晶ディスプレイ等のバックライト（照明光学系）に使用されている偏光リサイクル型の偏光フィルムは、偏光分離膜を構成する誘電体多層膜が高価（特に対応する波長帯域が広いものほど層数が増えるので高価）であるため、低コストが困難である。また、回折型の偏光子においても微細加工にコストがかかる上、広い波長帯域への対応が困難である。また、グラントムソンプリズム、グランテラープリズム、グランレーザプリズムなどの結晶偏光子は、材料となるカルサイト（ＣａＣ０３）やルチル（ＴｉＯ２）などの複屈折結晶が高価であるため、低コスト化が困難である。
　また、誘電体多層膜や複屈折結晶を構成要素とする光アイソレータにおいても、同様の問題があった。
　本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも低コスト化が容易な偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法を実現することにある。
　本願発明者らは、誘電体多層膜よりも安価に製造可能な特許文献１に記載のグラファイト状窒化炭素フィルムが高い複屈折性（屈折率異方性）を有するという知見を得た。そして、この知見に基づき、グラファイト状窒化炭素フィルムを用いた新規な偏光子を創成するに至った。
　すなわち、本発明に係る偏光子は、入射光を偏光分離する偏光分離膜を備え、上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成された偏光分離膜は、例えば、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離するか、又は、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する。入射光は、特定の偏光成分からなる光であってもよいし、自然光のようにあらゆる偏光成分を含む光であってもよい。
　また、本発明に係る偏光子は、等方的な屈折率を有するコアと、上記コアの一方の主面に形成された第１偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、上記コアの他方の主面に形成された第２偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第２偏光分離膜と、を備え、上記第１偏光分離膜及び上記第２偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　ここで、コアは、２つの主面を有する形状であればよく、組み込む先のデバイスに応じて種々の形状を取り得る。例えば、コアは、平板状（厚みが入射端面からの距離に依らず一定）であってもよいし、液晶ディスプレイのバックライトの導光板のように、楔状（厚みが入射端面から遠ざかるに従って薄くなる）であってもよい。
　また、本発明に係る光アイソレータは、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、上記第１偏光分離膜を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置されたファラデー回転子と、上記ファラデー回転子を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された１／２波長板と、上記１／２波長板を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された第２偏光分離膜と、を備え、上記第１偏光分離膜が、第１グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されており、上記第２偏光分離膜が、光学軸が上記第１グラファイト状窒化炭素フィルムの光学軸と平行になるように配置された第２グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　また、本発明に係る偏光抽出方法は、偏光分離膜を用いて偏光分離する工程を含み、上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　本発明によれば、従来よりも低コスト化が容易な偏光子、光アイソレータ、及び偏光抽出方法を実現することができる。
グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向及び膜厚方向の屈折率の波長依存性を示すグラフである。 グラファイト状窒化炭素フィルムの入射角毎の位相差を示すグラフである。 本発明に係る偏光子の第１の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る偏光子の第２の実施形態を示す断面図である。 図４に示す偏光子に関し、コアと偏光分離膜との境界面におけるｐ偏光及びｓ偏光の反射率の入射角依存性を示すグラフである。 図４に示す偏光子に関し、コアと偏光分離膜との境界面、及び、偏光分離膜と空気との境界面における反射を考慮に入れた、ｐ偏光及びｓ偏光の反射率の入射角依存性を示すグラフである。 図４に示す偏光子の第１の変形例を示す断面図である。 図４に示す偏光子の第２の変形例を示す断面図である。 図８に示す偏光子に関し、コアと偏光分離膜との境界面、及び、偏光分離膜と高屈折率層との境界面における反射を考慮に入れた、ｐ偏光及びｓ偏光の反射率の入射角依存性を示すグラフである。 本発明の光アイソレータの実施形態を示す断面図である。 従来の偏光子（偏光ビームスプリッタ）を示す斜視図である。
　〔グラファイト状窒化炭素フィルムの光学特性〕
　本発明の実施形態を説明する前に、まず、グラファイト状窒化炭素（ｇ－Ｃ３Ｎ４）フィルムの光学特性の測定結果について、図１～図３を参照して説明する。
　１．グラファイト状窒化炭素フィルムの作製
　光学特性を測定するために、以下の方法によりグラファイト状窒化炭素フィルムを作製した。グアニジン炭酸塩（３．０ｇ，１６．７ｍｍｏｌ）をガラス製の試験管（１８ｍｍ径）の底に敷き詰め、この試験管の中間に無アルカリガラス製の基板（具体的には、イーグルＸＧ（登録商標）製の基板）を設置し、穴を開けたアルミホイルでこの試験管に封をした。その後、この試験管を石英管の中に静置した状態で、窒素ガスをフローしながらチューブ型炉を用いてこの試験官を昇温した。具体的には、まず、４３０℃まで１０℃/ｍｉｎで昇温し、更に、５３０℃又は５３５℃まで２℃/ｍｉｎで昇温した。その後、最高温度で３０分間加熱した後、室温まで自然放冷したところ、基板上にグラファイト状窒化炭素フィルムを得た。なお、グラファイト状窒化炭素フィルムの製造方法の原理については、後述する〔製造方法の原理〕を参照されたい。
　２．エリプソメーターによる屈折率測定
　グラファイト状窒化炭素フィルムは、メレム構造単位が面内方向に２次元的に架橋されたｇ－Ｃ３Ｎ４高分子からなるシート、又は、このシートが膜厚方向に積層された積層体であり、一軸構造を有する。このため、グラファイト状窒化炭素フィルムは、膜厚方向に平行な直線を光学軸とする複屈折性を有し、面内方向の屈折率（面内方向に伝播する光に対する屈折率）と膜厚方向の屈折率（膜厚方向に伝搬する光に対する屈折率）とが互いに異なる。このことは、例えば、偏光顕微鏡やコノスコープを用いた光学観察により容易に確認することができる。
　そこで、グラファイト状窒化炭素フィルムの複屈折性を定量的に評価するために、上記のように作製したグラファイト状窒化炭素フィルムを、膜厚方向がｚ軸と平行になるようにｘｙ平面上に配置し、面内方向の屈折率ｎｘｙ及び膜厚方向の屈折率ｎｚを、入射光の波長を変えながら多入射角二重回転補償子型高速分光エリプソメーター（ジェー・エー・ウーラム社製のＲＣ２－ＤＩ）を用いて測定した。なお、解析モデルとしては、ガラス基板上の単層膜モデルを用いた。また、エリプソメーター用のサンプルでは、フィルム作製の前に光を乱反射させるために基板裏面を機械的に荒らした。
　図１は、測定により得られた屈折率ｎｘｙ、ｎｚの波長依存性を示すグラフである。この測定の結果から、グラファイト状窒化炭素フィルムの複屈折性を表す屈折率差Δｎ＝ｎｘｙ－ｎｚは、４２０ｎｍ以上１６９０ｎｍ以下の波長帯域において１．２２以下０．７１以上であることが分かった。なお、平均二乗誤差は４.３５９であった。
　３．偏光計による位相差測定
　次に、上記のように作製したグラファイト状窒化炭素フィルムの入射角毎の位相差を、偏光計（アクソメトリクス社製のＡｘｏＳｃａｎ）を用いて測定した。この際、入射光の波長は、５５０ｎｍとした。
　図２は、測定により得られた入射角毎の位相差を示すグラフである。この測定の結果から、公知の理論式を用いたフィッティングにより、グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向の位相差Ｒｔｈ＝｛（ｎｘ＋ｎｙ）／２－ｎｚ｝ｄは、１６６ｎｍであり、複屈折性を表す屈折率差Δｎは、波長５５０ｎｍにおいて１．０であることが分かった。なお、フィッティングに際しては、平均屈折率差（ｎｘ＋ｎｙ）／２＝１．８、膜厚ｄ＝１６０ｎｍと仮定した。この結果は、エリプソメーターによる屈折率測定から得られる屈折率差Δｎと整合する。
　なお、位相差Ｒｔｈの符号が正（ｎＣ）であることが知られているトリアセチルセルロースと重ねて測定を行ったところ、Ｒｔｈの絶対値が大きくなった。このことから、グラファイト状窒化炭素フィルムの位相差Ｒｔｈの符号は、正（ｎＣ）であることが確かめられた。
　４．小括
　以上の測定から、グラファイト状窒化炭素フィルムにおいては、面内方向の屈折率ｎｘｙと膜厚方向の屈折率ｎｚとが互いに異なることが確かめられた。また、グラファイト状窒化炭素フィルムの複屈折性を表す屈折率差Δｎ＝ｎｘｙ－ｎｚは、４２０ｎｍ以上１６９０ｎｍ以下の波長帯域において１．２２以下０．７１以上となることが確かめられた。すなわち、グラファイト状窒化炭素フィルムは、方解石、ルチル、ＰＥＴフィルム、液晶性高分子などの従来材料と比べて格段に高い複屈折性を有することが確かめられた。
　なお、グラファイト状窒化炭素フィルムを構成するｇ－Ｃ３Ｎ４高分子は、従来の誘電体多層膜を構成する誘電体層よりも複屈折性が高い。このため、グラファイト状窒化炭素フィルムでは、従来の誘電体多層膜と同程度の偏波消光比を、従来の誘電体多層膜よりも少ない層数で実現できる。このため、従来の誘電体多層膜が抱える問題、すなわち、広帯域で高精度に偏光分離するために、誘電体多層膜の層数を増やすと残留応力差によりクラックや剥離などの脆化や欠損が生じ易くなるという問題に悩まされることなく、高い偏波消光比を有する偏光分離膜を実現することができる。
　〔偏光子の第１の実施形態〕
　グラファイト状窒化炭素（ｇ－Ｃ３Ｎ４）フィルムは、上述したように、面内方向の屈折率ｎｘｙが膜厚方向の屈折率ｎｚよりも高い媒質である。したがって、グラファイト状窒化炭素フィルムに斜め入射するｓ偏光（電界が入射面と垂直に振動する直線偏光）に対する屈折率ｎｓは、同じ入射角でグラファイト状窒化炭素フィルムに斜め入射するｐ偏光（電界が入射面と平行に振動する直線偏光）に対する屈折率ｎｐよりも高くなる。なぜなら、ｓ偏光に対する屈折率ｎｓは、入射角に依存せず、面内方向の屈折率ｎｘｙ（例えば、２．５程度）と同じ値を取るのに対して、ｐ偏光に対する屈折率ｎｐは、入射角に依存して、膜厚方向の屈折率ｎｚ（例えば、１．５程度）と面内方向の屈折率ｎｘｙ（例えば、２．５程度）との間の値を取るからである。
　このため、グラファイト状窒化炭素フィルムは、偏光子が備える偏光分離膜として用いることができる。具体的には、（ａ）入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光（ｓ偏光及びｐ偏光の両方を含む）と、に分離する偏光分離膜、又は、（ｂ）入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光（ｓ偏光及びｐ偏光の両方を含む、又は、ｓ偏光を主成分とする）と、に分離する偏光分離膜として用いることができる。ここで、正常光とは、屈折率が入射角に依存しない透過光のことを指し、異常光とは、屈折率が入射角に依存する透過光のことを指す。
　本発明に係る偏光子の第１の実施形態について、図３を参照して説明する。図３の（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る偏光子１の断面図である。
　偏光子１は、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、偏光分離膜１０を備えている。なお、図３においては、偏光分離膜１０のみを備えた偏光子１（すなわち、偏光子１として機能する偏光分離膜１０）を示しているが、偏光子１はこれに限定されない。すなわち、偏光子１は、偏光分離膜１０に加えて、他の光学部品を備えていてもよい。例えば、複数のガラス基板の間に偏光分離膜１０を挟み込んだものは、偏光子１の一例である。
　偏光分離膜１０は、グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。偏光分離膜１０は、図示した座標系において、グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向がｘｙ平面と平行になり、グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向がｚ軸と平行になるように配置されている。偏光分離膜１０の２つの主面のうち、一方の主面は、媒質Ｉと接触しており、他方の主面は、媒質ＩＩと接触している。媒質Ｉは、入射光及び反射光が伝播する媒質であり、媒質ＩＩは、透過光が伝播する媒質である。
　図３の（ａ）は、偏光分離膜１０が、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する様子を示す。
　上述したように、グラファイト状窒化炭素フィルムにおいて、ｓ偏光に対する屈折率ｎｓは、ｐ偏光に対する屈折率ｎｐよりも高い。したがって、媒質Ｉの屈折率がｐ偏光に対する屈折率ｎｐよりも高く、ｓ偏光に対する屈折率ｎｓよりも低い場合、入射角θｉがΘｐ＜θｉ（Θｐは、ｐ偏光に対する臨界角）であるときに、入射光に含まれるｐ偏光は、媒質Ｉとグラファイト状窒化炭素フィルムとの境界面において全反射され、入射光に含まれるｓ偏光は、一部が媒質Ｉからグラファイト状窒化炭素フィルムに入射し、残りの部分が媒質Ｉとグラファイト状窒化炭素フィルムとの境界面において反射される。また、媒質Ｉの屈折率がｓ偏光に対する屈折率ｎｓよりも高い場合、入射角θｉがΘｐ＜θｉ＜Θｓ（Θｓは、ｓ偏光に対する臨界角）であるときに、入射光に含まれるｐ偏光は、媒質Ｉとグラファイト状窒化炭素フィルムとの境界面において全反射され、入射光に含まれるｓ偏光は、一部が媒質Ｉからグラファイト状窒化炭素フィルムに入射し、残りの部分が媒質Ｉとグラファイト状窒化炭素フィルムとの境界面において反射される。いずれの場合においても、グラファイト状窒化炭素フィルムに入射したｓ偏光は、正常光としてグラファイト状窒化炭素フィルムを透過する。すなわち、入射光は、図３の（ａ）に示すように、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離される。ここで、「ｓ偏光を主成分とする」は、ｓ偏光成分がｐ偏光成分と比べて十分に多いことを意味し、ｐ偏光成分がノイズとして含まれる態様を排除しない。
　なお、図３の（ａ）においては、媒質Ｉ及び媒質ＩＩの屈折率が、グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向の屈折率ｎｚよりも高く、かつ、グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向の屈折率ｎｘｙよりも低いものと仮定して、各種光線を描いている。しかしながら、この仮定は、各種光線を図示するための便宜的なものに過ぎず、本発明を限定しない。すなわち、媒質Ｉの屈折率は、媒質Ｉと偏光分離膜１０との境界面において、入射光に含まれるｐ偏光が全反射され、かつ、入射光に含まれるｓ偏光が全反射されないように定められていればよい。また、媒質ＩＩの屈折率は、偏光分離膜１０と媒質ＩＩとの境界面において、透過光に含まれるｓ偏光が全反射されないように定められていればよい。
　図３の（ｂ）は、偏光分離膜１０が、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する様子を示す。
　上述したように、グラファイト状窒化炭素フィルムにおいて、ｓ偏光に対する屈折率ｎｓは、入射角に依存せず、ｐ偏光に対する屈折率ｎｐは、入射角に依存する。また、ｓ偏光に対する屈折率ｎｓは、入射角θｉが０°となる場合を除き、ｐ偏光に対する屈折率ｎｐよりも高い。このため、入射角θｉが０°＜θｉ＜Θｐ（Θｐは、ｐ偏光に対する臨界角）である場合、入射光に含まれるｓ偏光及びｐ偏光は、一部が媒質Ｉからグラファイト状窒化炭素フィルムに入射し、残りの部分が媒質Ｉとグラファイト状窒化炭素フィルムとの境界面において反射される。また、ｓ偏光の屈折角θｔｓは、ｐ偏光の屈折角θｔｐよりも小さくなる。すなわち、入射光は、図３の（ｂ）に示すように、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離される。ここで、「ｓ偏光を主成分とする」は、ｓ偏光成分がｐ偏光成分と比べて十分に多いことを意味し、ｐ偏光がノイズとして含まれる態様を排除しない。また、「ｐ偏光を主成分とする」は、ｐ偏光成分がｓ偏光成分と比べて十分に多いことを意味し、ｓ偏光成分がノイズとして含まれる態様を排除しない。
　なお、入射角θｉがブリュースター角に相当する特定の角度θＢに一致する場合、ｐ偏光に対する反射率がゼロになる。このため、反射光がｐ偏光成分を含まなくなる。すなわち、入射光は、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、ｓ偏光を主成分とする反射光と、に分離される。このため、偏光分離膜１０を備えた偏光子１は、ｓ偏光を反射光として抽出する偏光子として利用することもできる。例えば、ｎｘｙ＝２．５、ｎｚ＝１．５の偏光分離膜１０を屈折率が１．８のガラス基板で挟み込んだ偏光子１は、屈折率が２．５の等方性媒質を屈折率が１．８のガラス基板で挟み込んだ偏光子よりも高い偏波消光比でｓ偏光を抽出することが可能である。
　なお、図３の（ｂ）においては、媒質Ｉ及び媒質ＩＩの屈折率が、グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向の屈折率ｎｚよりも高く、かつ、グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向の屈折率ｎｘｙよりも低いものと仮定して、各種光線を描いている。しかしながら、この仮定は、各種光線を図示するための便宜的なものに過ぎず、本発明を限定しない。すなわち、媒質Ｉの屈折率は、媒質Ｉと偏光分離膜１０との境界面において、入射光に含まれるｐ偏光及びｓ偏光が全反射されないように定められていればよい。また、媒質ＩＩの屈折率は、偏光分離膜１０と媒質ＩＩとの境界面において、正常光及び異常光が全反射されないように定められていればよい。
　〔偏光子の第２の実施形態〕
　本発明に係る偏光子の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る偏光子２の断面図である。
　偏光子２は、図４に示すように、コア２０と、第１偏光分離膜２１と、第２偏光分離膜２２とを備えた光導波路型の偏光子である。
　コア２０は、等方的な屈折率を有する平板状の透明部材である。本実施形態においては、コア２０として、ガラス基板を用いている。コア２０は、図示した座標系において、２つの主面がｘｙ面と平行になるように配置されている。以下、これら２つの主面のうち、ｚ軸正方向側の主面を「上面」と呼び、ｚ軸負方向側の主面を「下面」と呼ぶ。
　なお、本実施形態においては、平板状の透明部材をコア２０として用いているが、本発明はこれに限定されない。例えば、平板状の透明部材の代わりに、液晶ディスプレイのバックライト導光板のように、楔状の透明部材（厚みが入射端面から遠ざかるに従って薄くなる）をコア２０として用いてもよい。また、偏光子全体の構造として、スラブ型導波路構造又はリッジ型導波路構造を採用してもよい。
　また、本実施形態においては、ガラスをコア２０の材料として用いているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、偏光分離する目的波長帯域で透明度が高く、かつ、光学的にほぼ等方的な物質であれば、コア２０の材料として利用することができる。コア２０の材料として利用可能な物質としては、各種ガラスの他に、直鎖型若しくは架橋型のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの透明ポリマー材料が挙げられる。
　また、コア２０の屈折率は、グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向の屈折率ｎｘｙ（遅相軸方向屈折率）よりも低く、膜厚方向の屈折率ｎｚ（進相軸方向屈折率）よりも高いことが好ましい。具体的には、波長５５０ｎｍにおいて１．７以上２．２以下であることが好ましく、１．８以上２．０以下であることが更に好ましい。
　コア２０の上面には、第１偏光分離膜２１が形成されている。第１偏光分離膜２１は、グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されており、図示した座標系において、該グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向がｘｙ平面と平行になり、該グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向がｚ軸と平行になるように配置されている。第１偏光分離膜２１は、図４に示すように、入射光をｓ偏光を主成分とする透過光とｐ偏光及びｓ偏光の両方を含む反射光とに分離する。
　コア２０の下面には、第２偏光分離膜２２が形成されている。第２偏光分離膜２２は、グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されており、図示した座標系において、該グラファイト状窒化炭素フィルムの面内方向がｘｙ平面と平行になり、該グラファイト状窒化炭素フィルムの膜厚方向がｚ軸と平行になるように配置されている。第２偏光分離膜２２は、図４に示すように、入射光をｓ偏光を主成分とする透過光とｐ偏光及びｓ偏光の両方を含む反射光とに分離する。
　コア２０の屈折率を１．８、第１偏光分離膜２１の面内方向の屈折率ｎｘｙを２．５、第１偏光分離膜２１の膜厚方向の屈折率ｎｚを１．５と仮定した場合、コア２０と第１偏光分離膜２１との境界面におけるｐ偏光及びｓ偏光の反射率（１回の反射における反射率）Ｒｐ，Ｒｓの入射角依存性は、図５に示すグラフのようになる。図５に示すグラフによれば、例えば、第１偏光分離膜２１に対する入射角θｉが６０°となる入射光に関して、ｐ偏光は上記境界面において全反射され、ｓ偏光は上記境界面において１４％が反射される（残り８６％が上記境界面を透過する）ことが分かる。すなわち、第１偏光分離膜２１に対する入射角θｉが６０°となる入射光は、上述したとおり、ｓ偏光を主成分とする透過光とｐ偏光及びｓ偏光の両方を含む反射光とに分離される。第２偏光分離膜２２についても、全く同様のことが言える。
　以上のように構成された偏光子２は、ｐ偏光を抽出するための偏光子として機能する。より具体的に言うと、コア２０の一方の端面（図４におけるｙ軸負方向側の端面）から入力された自然光からｓ偏光を除去し、残ったｐ偏光をコア２０の他方の端面（図４におけるｙ軸正方向側の端面）から出力する。
　実際、コア２０に入力された自然光に含まれるｐ偏光は、第１偏光分離膜２１と第２偏光分離膜２２とで交互に全反射されながら、他方の端面に向かってコア２０を伝播する。一方、コア２０に入力された自然光に含まれるｓ偏光は、第１偏光分離膜２１（第２偏光分離膜２２）に反射される度に、コア２０から第１偏光分離膜２１（第２偏光分離膜２２）へと漏出する。このため、コア２０の一方の端面に入力された自然光に含まれるｓ偏光は、コア２０を伝播する過程で除去され、残ったｐ偏光がコア２０の他方の端面から出力される。
　なお、偏光子２は、グラファイト状窒化炭素フィルムの面内屈折率ｎｘｙ（ｓ偏光に対する屈折率ｎｓに一致）よりも高い屈折率を有する環境媒質中での使用を想定したものである。なぜなら、偏光子２をグラファイト状窒化炭素フィルムの面内屈折率ｎｘｙよりも低い屈折率を有する空気その他の環境媒質中で使用した場合、コア２０から各偏光分離膜２１，２２に入射したｓ偏光が低屈折率媒質との境界面において全反射され、ｓ偏光を除去する機能が損なわれる可能性があるからである。
　偏光子２を空気（屈折率１．０）中で使用する場合、コア２０と第１偏光分離膜２１との境界面、及び、第１偏光分離膜２１と空気との境界面における反射を考慮に入れた、ｐ偏光及びｓ偏光の反射率（１回の反射における反射率）Ｒｐ，Ｒｓの入射角依存性は、図６に示すようになる。ここでは、コア２０の屈折率を１．８とし、第１偏光分離膜２１の面内方向の屈折率ｎｘｙを２．５とし、第１偏光分離膜２１の膜厚方向の屈折率ｎｚを１．５とし、第１偏光分離膜２１の膜厚を５５０ｎｍとしている。図６に示すグラフによれば、ｐ偏光に対する反射率Ｒｐが１００％になるとき、ｓ偏光に対する反射率Ｒｓもまた１００％になることが分かる。これは、偏光子２を空気中で使用した場合、ｓ偏光を除去する機能が損なわれることを意味する。
　偏光子２を空気中でも使用できるようにするためには、図７に示すように、偏光子２に第１散乱層２３及び第２散乱層２４を付加する構成、又は、図８に示すように、偏光子２に第１高屈折率層２５及び第２高屈折率層２６を付加する構成を採用すればよい。
　図７に示す構成において、第１散乱層２３は、第１偏光分離膜２１の上面（コア２０に接触する面と反対側の面）を覆い、コア２０から第１偏光分離膜２１に入射したｓ偏光を散乱する。同様に、第２散乱層２４は、第２偏光分離膜２２の下面（コア２０に接触する面と反対側の面）を覆い、コア２０から第２偏光分離膜２２に入射したｓ偏光を散乱する。これにより、コア２０から各偏光分離膜２１，２２に入射したｓ偏光が空気との境界面において全反射され、コア２０に再入射する事態を回避することができる。なお、コア２０から各偏光分離膜２１，２２に入射したｓ偏光の一部は、各散乱層２３，２４において散乱され、コア２０に再入射し得る。ただし、このようにしてコア２０に再入射するｓ偏光の光量は、各偏光分離膜２１，２２と空気との境界面における全反射によりコア２０に再入射するｓ偏光の光量よりも少ない。したがって、ｓ偏光を除去する機能を喪失するには至らない。
　なお、各散乱層２３、２４については、凹凸表面、粒子分散層、フォトニクス結晶構造などが好適に用いられるが、前方散乱率が大きいものが好ましい。また、光線の入射角度範囲が狭い場合には、空気中へ出射し易いような角度を有する凹凸が形成された表面を採用することも有効である。
　図８に示す構成において、第１高屈折率層２５は、空気よりも高い屈折率を有する透明材料により構成されており、第１偏光分離膜２１の上面（コア２０に接触する面と反対側の面）を覆う。同様に、第２高屈折率層２６は、空気よりも高い屈折率を有する透明材料により構成されており、第２偏光分離膜２２の下面（コア２０に接触する面と反対側の面）を覆う。これにより、コア２０から各偏光分離膜２１，２２に入射したｓ偏光が空気との境界面において全反射され、コア２０に再入射する事態を回避することができる。なお、コア２０から各偏光分離膜２１，２２に入射したｓ偏光の一部は、各偏光分離膜２１，２２と各高屈折率層２５，２６との境界面、及び、各高屈折率層２５，２６と空気との境界面において反射され、コア２０に再入射し得る。ただし、このようにしてコア２０に再入射するｓ偏光の光量は、各偏光分離膜２１，２２と空気との境界面における全反射によりコア２０に再入射するｓ偏光の光量よりも少ないので、ｓ偏光を除去する機能を喪失するには至らない。
　なお、各高屈折率層２５、２６を構成する透明材料の屈折率は、各偏光分離膜２１、２２の面内方向の屈折率ｎｘｙ（遅相軸方向屈折率）以下であることが好ましい。各高屈折率層２５、２６の両側の界面には反射防止膜を設置したり、屈折率が連続的に変化する傾斜屈折率構造にしたりすることが好ましい。このような構成により、部分反射を低減することができる。また、各高屈折率層２５、２６の空気層との界面もしくは内部に、目的に応じて異方性散乱層を導入することも有効である。
　また、偏光分離する目的波長帯域で透明度が高く、かつ、光学的にほぼ等方的な物質であれば、各高屈折率層２５、２６の材料として利用することができる。各高屈折率層２５、２６の材料として利用可能な物質としては、各種ガラスの他に、直鎖型若しくは架橋型アクリル樹脂又はメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの透明ポリマー材料、又は、環状ポリテトラフルオロエチレン樹脂などのフッ素樹脂が挙げられる。
　第１高屈折率層２５及び第２高屈折率層２６としては、例えば、ガラス層を用いることができる。第１高屈折率層２５として屈折率が１．８の十分に厚いガラス層を用いた場合、コア２０と第１偏光分離膜２１との境界面、及び、第１偏光分離膜２１と第１高屈折率層２５との境界面における反射を考慮に入れた、ｐ偏光及びｓ偏光の反射率（１回の反射における反射率）Ｒｐ，Ｒｓの入射角依存性は、図９に示すようになる。ここでは、コア２０の屈折率を１．８とし、第１偏光分離膜２１の面内方向の屈折率ｎｘｙを２．５とし、第１偏光分離膜２１の膜厚方向の屈折率ｎｚを１．５とし、第１偏光分離膜２１の膜厚を５５０ｎｍとしている。図９に示すグラフによれば、例えば、第１偏光分離膜２１に対する入射角θｉが６０°となる入射光に関して、ｐ偏光は全反射されるのに対して、ｓ偏光は５％が反射される（残り９５％が透過する）ことが分かる。これは、偏光子２を空気中で使用した場合でも、ｓ偏光を除去する機能が保たれることを意味する。
　〔光アイソレータの実施形態〕
　本発明に係る光アイソレータの実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る光アイソレータ３の断面図である。
　光アイソレータ３は、第１光ファイバＯＦ１から出力された前進光を第２光ファイバＯＦ２に導くと共に、第２光ファイバＯＦ２から出力された後進光を遮断する偏波無依存型の光アイソレータであり、図１０に示すように、第１偏光分離膜３１と、第２偏光分離膜３２と、第１偏光分離膜３１と第２偏光分離膜３２との間に配置されたファラデー回転子３３及び１／２波長板３４と、を備えている。第１偏光分離膜３１及び第２偏光分離膜３２は、光学軸が互いに平行になるように配置されたグラファイト状窒化炭素フィルムに構成されている。
　光アイソレータ３は、前進光を出力する第１光ファイバＯＦ１と後進光を出力する第２光ファイバＯＦ２との間に、第１偏光分離膜３１を構成するグラファイト状窒化炭素フィルムに対する前進光の入射角θｉ、すなわち、第２偏光分離膜３２を構成するグラファイト状窒化炭素フィルムに対する後進光の入射角θｉが０°＜θｉ＜Θｐ（Θｐは、ｐ偏光に対する臨界角）となるように、挿入される。
　このとき、光アイソレータ３を構成する各光学素子は、図１０の（ａ）に示すように、第１光ファイバＯＦ１から出力された前進光に対して、以下のように作用する。
　すなわち、第１光ファイバＯＦ１から出力された前進光は、まず、第１偏光分離膜３１に入射する。第１偏光分離膜３１は、第１光ファイバＯＦ１から出力された前進光を、ｓ偏光を主成分とする前進正常光と、ｐ偏光を主成分とする前進異常光とに分離する。
　第１偏光分離膜３１を透過した前進正常光及び前進異常光は、次に、ファラデー回転子３３に入射する。ファラデー回転子３３は、第１偏光分離膜３１を透過した前進正常透及び前進異常光の偏光方向を４５°回転させる。
　ファラデー回転子３３を透過した前進正常光及び前進異常光は、次に、１／２波長板３４に入射する。１／２波長板３４は、ファラデー回転子３３を透過した前進正常光及び前進異常光の偏光方向を４５°回転させる。
　ここで、１／２波長板３４が前進正常光及び前進異常光の偏光方向を回転させる際の回転の向きは、ファラデー回転子３３が前進正常光及び前進異常光の偏光方向を回転させる際の回転の向きと同一である。このため、１／２波長板３４を透過した前進正常光は、ｐ偏光として第２偏光分離膜３２に入射し、１／２波長板３４を透過した前進異常光は、ｓ偏光として第２偏光分離膜３２に入射する。
　第２偏光分離膜３２は、１／２波長板３４を透過した前進正常光（ｐ偏光）を、第１偏光分離膜３１が前進異常光（ｐ偏光）を屈折させたのと同じように屈折させ、１／２波長板３４を透過した前進異常光（ｓ偏光）を、第１偏光分離膜３１が前進正常光（ｓ偏光）を屈折させたのと同じように屈折させる。このため、第１偏光分離膜３１を透過する際に生じた前進正常光と前進異常光との光軸のずれが、第２偏光分離膜３２を透過する解消される。すなわち、１／２波長板３４を透過した前進正常光と前進異常光とは、第２偏光分離膜３２によって合成され、第２光ファイバＯＦ２に入力される。
　一方、光アイソレータ３を構成する各光学素子は、図１０の（ｂ）に示すように、第２光ファイバＯＦ２から出力された後進光に対して、以下のように作用する。
　すなわち、第２光ファイバＯＦ２から出力された後進光は、まず、第２偏光分離膜３２に入射する。第２偏光分離膜３２は、第２光ファイバＯＦ２から出力された後進光を、ｓ偏光を主成分とする後進正常光と、ｐ偏光を主成分とする後進異常光とに分離する。
　第２偏光分離膜３２を透過した後進正常光及び後進異常光は、次に、１／２波長板３４に入射する。１／２波長板３４は、第２偏光分離膜３２を透過した後進正常透及び後進異常光の偏光方向を４５°回転させる。
　１／２波長板３４を透過した後進正常光及び後進異常光は、次に、ファラデー回転子３３に入射する。ファラデー回転子３３は、１／２波長板３４を透過した後進正常光及び後進異常光の偏光方向を４５°回転させる。
　ここで、ファラデー回転子３３が後進正常光及び後進異常光の偏光方向を回転させる際の回転の向きは、１／２波長板３４が後進正常光及び後進異常光の偏光方向を回転させる際の回転の向きと反対である。このため、ファラデー回転子３３を透過した後進正常光は、ｓ偏光として第１偏光分離膜３１に入射し、ファラデー回転子３３を透過した後進異常光は、ｐ偏光として第１偏光分離膜３１に入射する。
　第１偏光分離膜３１は、ファラデー回転子３３を透過した後進正常光（ｓ偏光）を、第２偏光分離膜３２が前進正常光（ｓ偏光）を屈折させたのと同じように屈折させ、ファラデー回転子３３を透過した前進異常光（ｐ偏光）を、第２偏光分離膜３２が前進異常光（ｐ偏光）を屈折させたのと同じように屈折させる。このため、第２偏光分離膜３２を透過する際に生じた後進正常光と後進異常光との光軸のずれが、第１偏光分離膜３１を透過する際に拡大される。そして、ファラデー回転子３３を透過した後進正常光と後進異常光とは、第１偏光分離膜３１によって合成されることも、第１光ファイバＯＦ１に入力されることもない。
　本実施形態に係る光アイソレータ３においては、第１偏光分離膜３１及び第２偏光分離膜３２としてグラファイト状窒化炭素フィルムを用いている。このため、第１偏光分離膜３１及び第２偏光分離膜３２として層数の多い誘電体多層膜を用いた従来の光アイソレータと比べて、コスト及び欠陥発生率を低く抑えることができる。異なる波長帯域に対応した複数の偏光分離膜を積層することなく、可視光帯域から近赤外光帯域までの幅広い波長帯域で光アイソレーションを実現できる点においても有用である。
　〔製造方法の原理〕
　グラファイト状窒化炭素フィルム（以下、「ｇ－Ｃ３Ｎ４フィルム」とも記載）は、Ｘ＋ ｍＹｍ－で表される化合物（Ｘ＋は、グアニジニウムイオン（「グアニジウムイオン」ともいう）、メラミニウムイオン、メラミウムイオン、メレミウムイオン、下記式（Ｉ）で示されるグアニジン誘導体イオン、または下記式（ＩＩ）で示されるグアニジン誘導体イオンであり、Ｙｍ－は陰イオンであり、ｍはＹの価数である）を原料として加熱し、当該化合物またはその反応物を気化させて、表面が負電荷を帯びているまたは表面にπ電子を有している加熱した基材の表面に付着させ、当該基材上で当該化合物またはその反応物を重合させて生成したものである。
　・原料
　原料として用いられる化合物は、Ｘ＋ ｍＹｍ－で表される化合物（「化合物Ｘ＋ ｍＹｍ－」と称する）である。Ｘ＋ ｍＹｍ－におけるＸ＋は、グアニジニウムイオン、メラミニウムイオン、メラミウムイオン、メレミウムイオン、下記式（Ｉ）で示されるグアニジン誘導体イオン、または下記式（ＩＩ）で示されるグアニジン誘導体イオンである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　上記式（Ｉ）におけるＲ１は、アミノ基、ニトロ基、炭素数１～１０、好ましくは１～５、より好ましくは１～３のアルキル基、－（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ－Ｒ４、ハロゲン、または一級アミド基である。－（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ－Ｒ４におけるｎは１～１０、好ましくは１～５、より好ましくは１～３であり、Ｒ４は炭素数１～４のアルキル基である。また、－（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎの部分は、エチレンオキシド基であり、Ｃ原子がグアニジンのＮ原子に結合するものが意図される。炭素数１～１０のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、およびイソブチル基等が挙げられる。ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素が挙げられる。Ｒ１として好ましくは、アミノ基およびニトロ基である。
　上記式（ＩＩ）におけるＲ２およびＲ３は、互いに独立して、アミノ基、ニトロ基、炭素数１～１０、好ましくは１～５、より好ましくは１～３のアルキル基、－（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ－Ｒ４、ハロゲン、または一級アミド基である。－（Ｃ２Ｈ４Ｏ）ｎ－Ｒ４およびハロゲンについての説明は、上記式（Ｉ）における説明とそれぞれ同じである。Ｒ２およびＲ３として好ましくは、互いに独立して、アミノ基およびニトロ基である。
　グアニジニウムイオン、メラミニウムイオン、メラミウムイオンおよびメレミウムイオンの構造は、それぞれ以下に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　Ｘ＋ ｍは、グアニジニウムイオン、メラミニウムイオン、メラミウムイオンまたはメレミウムイオンであることが好ましく、グアニジニウムイオンであることがより好ましい。
　Ｘ＋ ｍＹｍ－におけるＹｍ－は陰イオンであり、ｍはＹの価数である。陰イオンとしては、例えば、ＣＯ３ ２－、ＳＯ４ ２－、Ｃｌ－、ＨＰＯ４ ２－、ＮＯ３ －、ＳＣＮ－、ＳＯ３ＮＨ３ －、ＣｒＯ４ ２－、p-toluenesulfonate、ＲｅＯ４ －、およびＲ５ＣＯＯ－等が挙げられる。Ｒ５ＣＯＯ－におけるＲ５は特に限定されないが、低分子量の基であることが好ましく、例えば、炭素数１～１０、好ましくは炭素数１～５、より好ましくは炭素数１～３の、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン化アルキル基、カルボキシ基、カルボキシアルキル基（－（ＣＨ２）ｎＣＯＯＨ）、および置換基を有してもよいフェニル基等が挙げられる。フェニル基が有する置換基としては、炭素数１～５のアルキル基、およびカルボキシ基等が挙げられる。Ｒ５としては、具体的には、以下のものが挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 　Ｙｍ－は、ＣＯ３ ２－、ＳＯ４ ２－、Ｃｌ－、またはＲ５ＣＯＯ－であることが好ましく、ＣＯ３ ２－またはＲ５ＣＯＯ－であること、すなわち下記式（ＩＩＩ）で示される陰イオン（下記式（ＩＩＩ）において、Ｒ６は、Ｏ－またはＲ５である）であることがより好ましい。Ｙｍ－は、ＣＯ３ ２－またはＣＨ３ＣＯＯ－であることがさらに好ましく、ＣＯ３ ２－であることが特に好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 　Ｙｍ－がＣＯ３ ２－である場合、化合物Ｘ＋ ｍＹｍ－には融点が存在しないため、化合物Ｘ＋ ｍＹｍ－またはその反応物が気化する前にＣＯ３ ２－が系から抜け出しにくいと考えられる。そのため、Ｙｍ－がＣＯ３ ２－である場合、Ｙｍ－が他の場合と比較して、気化する化合物Ｘ＋ ｍＹｍ－またはその反応物の量が多くなり、より効率的にフィルムを製造することができると考えられる。
　Ｘ＋ ｍＹｍ －で表される化合物としては、入手の容易さの観点から、グアニジンの酸塩が好ましい場合があり、ｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの製造効率の観点から、グアニジン炭酸塩、グアニジン硫酸塩、グアニジン塩酸塩、およびグアニジン酢酸塩がより好ましく、グアニジン炭酸塩およびグアニジン酢酸塩がさらに好ましく、グアニジン炭酸塩が特に好ましい。
　化合物Ｘ＋ ｍＹｍ－は、市販されているものでもよいし、公知の方法で合成してもよい。また、複数種の化合物を混合してもよいし、ｇ－Ｃ３Ｎ４を形成し得る他の化合物と混合してもよい。
　・ｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの製造方法
　上述の原料となる化合物を加熱して、当該化合物またはその反応物を気化させる。「その反応物」とは、原料の化合物が、加熱によって互いに反応し、別の構造の化合物に変化したものを指す。例えば原料としてグアニジン炭酸塩を用いた場合、加熱することにより、下記のスキームに従って変化することが予想される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 　また、上記のスキームにおいて、メレミウムイオンに変化すると気化（昇華）することが予想される。したがって、Ｘ＋がグアニジニウムイオン、メラミニウムイオン、メラミウムイオン、式（Ｉ）で示されるグアニジン誘導体イオン、または式（ＩＩ）で示されるグアニジン誘導体イオンである場合、気化して基材（この項目における「基材」は、表面に負電荷を有している基板を指す）に付着するのは、加熱によって生じたメレミウムイオン（塩の形態）であると考えられる。
　なお、「気化」とは、液体が気体に変わること、および固体が直接気体に変わること（昇華）の両方を包含している。
　用いる原料の量は、製造したいｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの膜厚および面積に応じて適宜決定すればよい。加熱する温度は、用いる原料の種類に応じて適宜決定すればよいが、例えば、３００～７００℃であり、３８０～５５０℃であることが好ましい。加熱時間は、製造したいｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの膜厚に応じて適宜設定し得るが、例えば、１分～４時間とすることができる。
　上述の気化した原料またはその反応物（「気化物質」と称する）を、表面が負電荷を帯びているまたは表面にπ電子を有している基材の表面に付着させる。気化物質は上述のように正電荷を有しているため、表面が負電荷を帯びている基材と電荷相互作用する。そのため、気化物質は表面が負電荷を帯びている基材の表面に付着する。また、気化物質はπ電子を有しているため、表面にπ電子を有している基材と相互作用する。そのため、気化物質は表面にπ電子を有している基材の表面に付着する。
　このとき、基材は加熱されている。これにより、気化物質が基材の表面に付着すると、基材上で気化物質が次々に重合し、ｇ－Ｃ３Ｎ４が生成する。ｇ－Ｃ３Ｎ４を構成するのは、Ｘ＋ ｍＹｍ－のＸ＋に由来する部分である。陰イオン（Ｙｍ－）は、基材上におけるｇ－Ｃ３Ｎ４への重合反応と同時に、気化物質のプロトン（Ｈ＋）と反応して脱離すると考えられる（後述の参考例を参照）。例えば、Ｙｍ－がＣＯ３ ２－の場合、プロトンとＣＯ３ ２－とが反応して、ＣＯ２およびＨ２Ｏとなって脱離する。さらに、基材上にｇ－Ｃ３Ｎ４の層が形成されると、その後に気化した気化物質は、既に形成されているｇ－Ｃ３Ｎ４のπ電子との相互作用によって、ｇ－Ｃ３Ｎ４の表面に付着（吸着）する。そして、ｇ－Ｃ３Ｎ４上でさらなるｇ－Ｃ３Ｎ４への重合反応が進行する。このようにして、基材上でｇ－Ｃ３Ｎ４のフィルムを製造することができる。
　基材を加熱する温度は、用いる原料の種類に応じて適宜決定すればよいが、例えば、３００～７００℃であり、３８０～５５０℃であることが好ましい。加熱時間は、製造したいｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの膜厚に応じて適宜設定し得るが、例えば、１分～４時間とすることができる。
　原料と基材とは、それぞれ別個に加熱してもよいし、一緒に加熱してもよい。簡便性の観点からは、原料と基材とを一つの加熱手段（例えば、加熱炉）内で一緒に加熱することが好ましい。また、原料および基材ならびに原料と基材との間の空間を一体的に加熱することによって、原料からｇ－Ｃ３Ｎ４への重合反応（原料から気化物質への反応、気化、および気化物質からｇ－Ｃ３Ｎ４への重合）が逐次的に起こるため、より良質なｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムを製造することができる。
　原料からｇ－Ｃ３Ｎ４への重合反応（原料から気化物質への反応、気化、および気化物質からｇ－Ｃ３Ｎ４への重合）を行う雰囲気としては、例えば、空気、窒素、アルゴン、およびヘリウム等が挙げられる。
　また、例えば既存の有機ＥＬ用蒸着装置を転用することによって、大面積のｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムを製造することも可能である。
　以上のように、基材（基板）上にｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムが形成されている光学素子を製造可能である。
　ここで、さらに、基材上に形成されているｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムの、基材との接触面と反対側の面に、光透過性の樹脂の層を形成し、それから、純水に浸すことによって、基材を剥離することができる。また、基材として例えばグラッシーカーボンを用いた場合、純水に浸すことなく、ｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムおよび樹脂の積層構造を、基材から剥離させ得る。この操作を行った場合の光学素子において、樹脂の層が基板として機能する。なお、樹脂の層の形成は、ｇ－Ｃ３Ｎ４フィルムに対して樹脂材料を塗布（例えば、スピンコートなどによって）し、従来の方法（例えば、熱重合および光硬化）にしたがって樹脂の層を形成することによって、実施され得る。
　〔総括〕
　以上のように、本発明の第１の実施形態に係る偏光子は、入射光を偏光分離する偏光分離膜を備え、上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。また、本発明の各実施形態に係る偏光抽出方法は、偏光分離膜を用いて入射光を偏光分離する工程を含み、上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成された偏光分離膜は、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離するか、又は、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する機能を有している。また、グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成された偏光分離膜は、誘電体多層膜よりも安価に製造することが可能である。したがって、上記の構成によれば、誘電体多層膜を偏光分離膜として用いた従来の偏光子と比べて、低コスト化が容易な偏光子及び偏光抽出方法を実現することができる。
　本発明の第２の実施形態に係る偏光子は、等方的な屈折率を有するコアと、上記コアの一方の主面に形成された第１偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、上記コアの他方の主面に形成された第２偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第２偏光分離膜と、を備え、上記第１偏光分離膜及び上記第２偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　上記の構成によれば、ｐ偏光を抽出する偏光子を、従来よりも低コストに実現することができる。
　本発明の第２の実施形態に係る偏光子は、上記第１偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第１散乱層であって、上記第１偏光分離膜を透過した光を散乱する第１散乱層と、上記第２偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第２散乱層であって、上記第２偏光分離膜を透過した光を散乱する第２散乱層と、を更に備えている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、空気中でもｐ偏光を抽出することが可能な偏光子を、従来よりも低コストに実現することができる。
　本発明の第２の実施形態に係る偏光子は、上記第１偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第１高屈折率層であって、屈折率が空気よりも高い第１高屈折率層と、上記第２偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第２高屈折率層であって、屈折率が空気よりも高い第２高屈折率層と、を更に備えている。
　上記の構成によれば、空気中でもｐ偏光を抽出することが可能な偏光子を、従来よりも低コストに実現することができる。
　本発明の実施形態に係る光アイソレータは、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、上記第１偏光分離膜を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置されたファラデー回転子と、上記ファラデー回転子を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された１／２波長板と、上記１／２波長板を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された第２偏光分離膜と、を備え、上記第１偏光分離膜が、第１グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されており、上記第２偏光分離膜が、光学軸が上記第１グラファイト状窒化炭素フィルムの光学軸と平行になるように配置された第２グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている。
　上記の構成によれば、カルサイトやルチルなどの複屈折結晶を構成要素として含む従来の光アイソレータと比べて、低コスト化が容易な光アイソレータを実現することができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　１　　　　　偏光子（第１の実施形態）
　１０　　　　偏光分離膜
　２　　　　　偏光子（第２の実施形態）
　２０　　　　コア
　２１　　　　第１偏光分離膜
　２２　　　　第２偏光分離膜
　２３　　　　第１散乱層
　２４　　　　第２散乱層
　２５　　　　第１高屈折率層
　２６　　　　第２高屈折率層
　３　　　　　アイソレータ
　３１　　　　第１偏光分離膜
　３２　　　　第２偏光分離膜
　３３　　　　ファラデー回転子
　３４　　　　１／２波長板

Claims (7)

  1. 　入射光を偏光分離する偏光分離膜を備え、
    　上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている、偏光子。
  2. 　上記偏光分離膜は、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離するか、又は、入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する、
    請求項１に記載の偏光子。
  3. 　等方的な屈折率を有するコアを更に備え、
    　上記偏光分離膜は、
    　上記コアの一方の主面に形成された第１偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、
    　上記コアの他方の主面に形成された第２偏光分離膜であって、入射光を、ｓ偏光を主成分とする透過光と、反射光と、に分離する第２偏光分離膜と、を含み、
    　上記第１偏光分離膜及び上記第２偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている、
    請求項１に記載の偏光子。
  4. 　上記第１偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第１散乱層であって、上記第１偏光分離膜を透過した光を散乱する第１散乱層と、
    　上記第２偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第２散乱層であって、上記第２偏光分離膜を透過した光を散乱する第２散乱層と、を更に備えている、
    請求項３に記載の偏光子。
  5. 　上記第１偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第１高屈折率層であって、屈折率が空気よりも高い第１高屈折率層と、
    　上記第２偏光分離膜の上記コアと接触する面と反対側の面を覆う第２高屈折率層であって、屈折率が空気よりも高い第２高屈折率層と、を更に備えている、
    請求項３に記載の偏光子。
  6. 　入射光を、ｓ偏光を主成分とする正常光と、ｐ偏光を主成分とする異常光と、反射光と、に分離する第１偏光分離膜と、
    　上記第１偏光分離膜を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置されたファラデー回転子と、
    　上記ファラデー回転子を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された１／２波長板と、
    　上記１／２波長板を透過した上記正常光及び上記異常光の光路上に配置された第２偏光分離膜と、を備え、
    　上記第１偏光分離膜が、第１グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されており、上記第２偏光分離膜が、光学軸が上記第１グラファイト状窒化炭素フィルムの光学軸と平行になるように配置された第２グラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている、光アイソレータ。
  7. 　偏光分離膜を用いて入射光を偏光分離する工程を含み、
    　上記偏光分離膜がグラファイト状窒化炭素フィルムにより構成されている、偏光抽出方法。
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