JPH028802A - 偏光素子 - Google Patents
偏光素子Info
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- JPH028802A JPH028802A JP63158107A JP15810788A JPH028802A JP H028802 A JPH028802 A JP H028802A JP 63158107 A JP63158107 A JP 63158107A JP 15810788 A JP15810788 A JP 15810788A JP H028802 A JPH028802 A JP H028802A
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- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 7
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- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 4
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Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Optical Head (AREA)
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。
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〕
この発明は、光フアイバ通信や光デイスク用光ヘッドな
どのアイソレータや光サーキュレータを構成するために
偏光ビームスプリッタとして使われる偏光素子に関する
。
どのアイソレータや光サーキュレータを構成するために
偏光ビームスプリッタとして使われる偏光素子に関する
。
従来、光アイソレータや光サーキユレータ用の偏光ビー
ムスプリフタとしては、グラントムソンプリズムやロソ
ションプリズムが使われてきた。
ムスプリフタとしては、グラントムソンプリズムやロソ
ションプリズムが使われてきた。
これらのプリズムは、水晶や方解石などの複屈折性結晶
の結晶軸の異なる2つの三角プリズムをはり合わせたも
のである。これらのプリズムについては、吉原邦夫著「
物理光学」 (井守出版、昭和41年発行)の第213
〜216頁に詳細に説明されている。
の結晶軸の異なる2つの三角プリズムをはり合わせたも
のである。これらのプリズムについては、吉原邦夫著「
物理光学」 (井守出版、昭和41年発行)の第213
〜216頁に詳細に説明されている。
上述した従来の偏光素子では、複屈折性結晶を用いてい
るので材料が高価なうえ、このような偏光素子は、4面
を研磨して、さらに接着するという工程を必要とするの
で製作工数がかかり高価で量産向きでないという問題が
あった。さらに2つの三角プリズムをはり合わせた構造
のため大型になり、光アイソレータや光サーキュレータ
の小型化の障害になっていた。
るので材料が高価なうえ、このような偏光素子は、4面
を研磨して、さらに接着するという工程を必要とするの
で製作工数がかかり高価で量産向きでないという問題が
あった。さらに2つの三角プリズムをはり合わせた構造
のため大型になり、光アイソレータや光サーキュレータ
の小型化の障害になっていた。
本発明の目的は、上記問題点を解消して、小型。
薄型でかつ低価格で、量産性にすぐれた偏光素子を提供
することにある。
することにある。
本発明の偏光素子は、
光の波長の172よりも小さいピンチを有する表面間凸
型の1次元周期構造を存する第1の領域と、前記第1の
領域と厚さの異なる平坦な表面を有する第2の領域とを
交互に基板上に配置したことを特徴とする。
型の1次元周期構造を存する第1の領域と、前記第1の
領域と厚さの異なる平坦な表面を有する第2の領域とを
交互に基板上に配置したことを特徴とする。
本発明の作用原理は次の通りである。本発明では、回折
格子を用い、その0次回折効率すなわち透過率が特定の
偏光に対して100%で、これに直交する偏光に対して
0%となるようにすることで、偏光ビームスプリッタ機
能の偏光素子を構成している。
格子を用い、その0次回折効率すなわち透過率が特定の
偏光に対して100%で、これに直交する偏光に対して
0%となるようにすることで、偏光ビームスプリッタ機
能の偏光素子を構成している。
矩形断面の位相格子の0次回折光の回折効率は、ηo
= (1+ c o s γ)(1)で与
えられる。ここにγは、格子部で光が受ける位相差であ
り、 γ=2πt・Δn/λ (2)で表
される。(2)式で、tは格子の厚さ、Δnは位相格子
を構成している2つの媒質の屈折率の差、λは光の波長
である。
= (1+ c o s γ)(1)で与
えられる。ここにγは、格子部で光が受ける位相差であ
り、 γ=2πt・Δn/λ (2)で表
される。(2)式で、tは格子の厚さ、Δnは位相格子
を構成している2つの媒質の屈折率の差、λは光の波長
である。
上述のようなO次回折効率の変化を得るためには、格子
の位相差Tが偏光によって乙、=0゜γ、=π(ここで
11.土は格子溝に平行および垂直な偏光を各々表す。
の位相差Tが偏光によって乙、=0゜γ、=π(ここで
11.土は格子溝に平行および垂直な偏光を各々表す。
)の変化をする必要があり、(2)弐でΔnが偏光によ
って変化しなければならず、通常は複屈折性の材料を必
要とする。
って変化しなければならず、通常は複屈折性の材料を必
要とする。
本発明では、高価な複屈折性結晶を用いることなく、複
屈折性を得るために、稠密な周期構造を利用している。
屈折性を得るために、稠密な周期構造を利用している。
ピッチが光の波長の1/2より小さい位相格子では、回
折光を生じず複屈折性を示す。
折光を生じず複屈折性を示す。
表面凹凸格子の溝に平行な方向の実行屈折率をn、、溝
に垂直な方向の実効屈折率をn、とすると、 n、 = (n+”q +nz” (1q) 〕”
2(31n、= ((1/ n+”) q + (1/nz”) (1q) )−”” (4)
となる。ここで、n、は溝部の屈折率、n2はランド部
の屈折率、qは格子ピンチに対する溝部の幅の比である
。この複屈折を利用して、偏光によって回折効率を変化
させる。
に垂直な方向の実効屈折率をn、とすると、 n、 = (n+”q +nz” (1q) 〕”
2(31n、= ((1/ n+”) q + (1/nz”) (1q) )−”” (4)
となる。ここで、n、は溝部の屈折率、n2はランド部
の屈折率、qは格子ピンチに対する溝部の幅の比である
。この複屈折を利用して、偏光によって回折効率を変化
させる。
第2図は稠密格子を用いた格子型偏光素子を示す。稠密
格子を第1の領域1に用いて、平坦な表面を有する第2
の領域2と交互に配置した格子を基板3上に構成する。
格子を第1の領域1に用いて、平坦な表面を有する第2
の領域2と交互に配置した格子を基板3上に構成する。
光の進行方向を矢印4の方向とすると、基板屈折率はn
2であるから、格子溝に平行な方向の偏光に対する第1
領域と第2領域の屈折率差は、(Δn) II =j1
2n、、 、格子溝に垂直な方向の偏光に対しては(Δ
n)よ−n2−nよとなる。しかし、このΔnの変化だ
けでは、格子厚さtを選んでも(2)式のTを両部光に
対してγ、、=0. γニーπの両方を満たせない。
2であるから、格子溝に平行な方向の偏光に対する第1
領域と第2領域の屈折率差は、(Δn) II =j1
2n、、 、格子溝に垂直な方向の偏光に対しては(Δ
n)よ−n2−nよとなる。しかし、このΔnの変化だ
けでは、格子厚さtを選んでも(2)式のTを両部光に
対してγ、、=0. γニーπの両方を満たせない。
そこで、本発明では第2図に示す格子の第2の領域を位
相調整用に厚さを変えた第1図の構造をとっている。第
1図において、第1の領域1の凹凸溝深さを+5、第2
の領域2の深さを+2とすると、各偏光に対する両頭域
の位相差は、+t 2−n む 、 〕+
t2 n、t+ ) (6
)で与えられる。+5) 、 (61式で、γ、、=Q
、 γよ=πの両条件を満たすt、、+2が存在する
。
相調整用に厚さを変えた第1図の構造をとっている。第
1図において、第1の領域1の凹凸溝深さを+5、第2
の領域2の深さを+2とすると、各偏光に対する両頭域
の位相差は、+t 2−n む 、 〕+
t2 n、t+ ) (6
)で与えられる。+5) 、 (61式で、γ、、=Q
、 γよ=πの両条件を満たすt、、+2が存在する
。
以上が本発明の原理である。溝深さ1..12を浅く、
すなわち容易に製作するためには、nlIn、が大きい
ことが必要であり、そのためには屈折率n2の大きい材
料を用いることが得策である。
すなわち容易に製作するためには、nlIn、が大きい
ことが必要であり、そのためには屈折率n2の大きい材
料を用いることが得策である。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。
。
第1図は本発明の実施例の基本構成を示す部分斜視図で
ある。上述したように基板3の材料としては屈折率が大
きい方が好ましいので、光波長1.3μmの長波光通信
用にシリコン(Si)結晶を用いた。この波長ではシリ
コンは透明で、屈折率はnz=3.5である。稠密格子
のピッチに対する溝幅比q=0.5とすると、(31,
+41式からn、 =2.5739゜n 、= 1.3
598となる。稠密格子のピンチとしては、λ/2より
小さければよいので0.6μmとした。
ある。上述したように基板3の材料としては屈折率が大
きい方が好ましいので、光波長1.3μmの長波光通信
用にシリコン(Si)結晶を用いた。この波長ではシリ
コンは透明で、屈折率はnz=3.5である。稠密格子
のピッチに対する溝幅比q=0.5とすると、(31,
+41式からn、 =2.5739゜n 、= 1.3
598となる。稠密格子のピンチとしては、λ/2より
小さければよいので0.6μmとした。
また、第1の領域1と第2の領域2とからなる格子構造
の周期は、所望の0次回折光と他次回折光の分離がとれ
ることが設計条件となり、本実施例では50μmとした
。
の周期は、所望の0次回折光と他次回折光の分離がとれ
ることが設計条件となり、本実施例では50μmとした
。
上述のng −3,s、 n、、 =2.5739.
n、 =1.3598を用いてf5)、 +61弐
を解くと、L + =0.535μm。
n、 =1.3598を用いてf5)、 +61弐
を解くと、L + =0.535μm。
t2=0.198μmとなるので、各々t+=0.54
μm。
μm。
t2=0.2μmの格子を製作した。0.6μmの稠密
格子は、ホログラフィ−干渉でレジストをバターニング
し、基板3への稠密格子及び第2の領域2の形成には反
応性イオンエツチングを用いた。
格子は、ホログラフィ−干渉でレジストをバターニング
し、基板3への稠密格子及び第2の領域2の形成には反
応性イオンエツチングを用いた。
本実施例の偏光素子によれば、格子溝に平行な偏光と直
交する偏光との間の消光比は20dBがとれた。
交する偏光との間の消光比は20dBがとれた。
なお、本実施例では格子型偏光素子の第1の領域と第2
の領域の境界面に対して、第1の領域内の稠密格子の周
期方向が垂直な場合を示したが、第1の領域内の稠密格
子の周期方向は第1の領域と第2の領域の境界面に対し
て任意の角度で良いことは上述の作用の項での説明から
明らかである。
の領域の境界面に対して、第1の領域内の稠密格子の周
期方向が垂直な場合を示したが、第1の領域内の稠密格
子の周期方向は第1の領域と第2の領域の境界面に対し
て任意の角度で良いことは上述の作用の項での説明から
明らかである。
本発明の偏光素子は複屈折性結晶を必要とせず、シリコ
ンなどの容易に、しかも安価に入手できる材料で構成さ
れているうえに、フォトリソグラフィの手法で簡単に多
数個同時に製作でき、しかも組立てを必要としないので
極めて安価である。
ンなどの容易に、しかも安価に入手できる材料で構成さ
れているうえに、フォトリソグラフィの手法で簡単に多
数個同時に製作でき、しかも組立てを必要としないので
極めて安価である。
また、本発明の偏光素子は、本質的に薄膜素子であり、
素子の強度を持たせるだけの基板厚さがあればよいので
、100μm程度と極めて薄く、軽量な素子を構成する
ことができる。
素子の強度を持たせるだけの基板厚さがあればよいので
、100μm程度と極めて薄く、軽量な素子を構成する
ことができる。
第1図は本発明の実施例の部分斜視図、第2図は本発明
の詳細な説明するための格子の部分斜視図である。 ■・・・・・第1の領域 2・・・・・第2の領域 3・・・・・基板 4・・・・・光の進行方向を示す矢印
の詳細な説明するための格子の部分斜視図である。 ■・・・・・第1の領域 2・・・・・第2の領域 3・・・・・基板 4・・・・・光の進行方向を示す矢印
Claims (1)
- (1)光の波長の1/2よりも小さいピッチを有する表
面凹凸型の1次元周期構造を有する第1の領域と、前記
第1の領域と厚さの異なる平坦な表面を有する第2の領
域とを交互に基板上に配置したことを特徴とする偏光素
子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63158107A JP2687451B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63158107A JP2687451B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 偏光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH028802A true JPH028802A (ja) | 1990-01-12 |
JP2687451B2 JP2687451B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=15664456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63158107A Expired - Lifetime JP2687451B2 (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 偏光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2687451B2 (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04225117A (ja) * | 1990-04-11 | 1992-08-14 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 集積光学センサ装置 |
JPH0798431A (ja) * | 1993-02-01 | 1995-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 対物レンズ及び集光光学系及び光ヘッド装置及び光ディスク装置及び光ディスク及び顕微鏡及び露光装置 |
WO2001042824A1 (en) * | 1999-12-08 | 2001-06-14 | Otm Technologies, Ltd. | Improved motion detector and components suitable for use therein |
NL1014761C2 (nl) * | 1999-04-06 | 2004-07-15 | Nec Corp | Holografisch element. |
WO2010125901A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
WO2011001641A1 (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | ナルックス株式会社 | 光学素子 |
US7969850B2 (en) | 2005-05-12 | 2011-06-28 | Enplas Corporation | Optical element, optical pickup device comprising the same, and unnecessary light elimination method |
-
1988
- 1988-06-28 JP JP63158107A patent/JP2687451B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04225117A (ja) * | 1990-04-11 | 1992-08-14 | Dr Johannes Heidenhain Gmbh | 集積光学センサ装置 |
JPH0798431A (ja) * | 1993-02-01 | 1995-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 対物レンズ及び集光光学系及び光ヘッド装置及び光ディスク装置及び光ディスク及び顕微鏡及び露光装置 |
NL1014761C2 (nl) * | 1999-04-06 | 2004-07-15 | Nec Corp | Holografisch element. |
WO2001042824A1 (en) * | 1999-12-08 | 2001-06-14 | Otm Technologies, Ltd. | Improved motion detector and components suitable for use therein |
US7969850B2 (en) | 2005-05-12 | 2011-06-28 | Enplas Corporation | Optical element, optical pickup device comprising the same, and unnecessary light elimination method |
WO2010125901A1 (en) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
US8830585B2 (en) | 2009-04-30 | 2014-09-09 | Ricoh Company, Ltd. | Optical element, polarization filter, optical isolator, and optical apparatus |
WO2011001641A1 (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | ナルックス株式会社 | 光学素子 |
JPWO2011001641A1 (ja) * | 2009-06-29 | 2012-12-10 | ナルックス株式会社 | 光学素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2687451B2 (ja) | 1997-12-08 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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EXPY | Cancellation because of completion of term |