JP7668201B2 - 光学素子 - Google Patents

Description

本開示は、光学素子に関する。

光学素子の一つとして、光などの電磁波の偏光状態を制御する波長板がある。可視域においては、例えば下記特許文献１に示される水晶波長板などが用いられる。

特開２００６－１６２３９号公報

ところで、通信の大容量化、高速化の要望にともなって、第５世代移動通信システム（５Ｇ）が商用化されている。また、次世代である第６世代移動通信システム（６Ｇ）の実用化に向けた研究開発がなされている。ここで、６Ｇでは、サブテラヘルツ帯（例えば、０．１ＴＨｚ～１．０ＴＨｚ）を含む周波数帯域の利用が検討されている。このため、当該周波数帯域に利用可能な光学素子の研究開発もなされている。

上記光学素子として、上記特許文献１に示されるような水晶波長板の利用なども挙げられる。ここで、周波数帯域が低いほど波長板の厚さは大きくなる。例えば、サブテラヘルツ帯における水晶製の１／４波長板の厚さは１０ｍｍ以上になり得る。このため、サブテラヘルツ帯を含む低周波数帯域においては、光学素子が巨大化してしまう課題がある。

本開示の一側面の目的は、サブテラヘルツ帯などの低周波数帯域においても実用可能であって小型化を実現可能な光学素子の提供である。

光学素子の材料には、多くの場合、レストストラーレンバンドが存在することは通常知られている。また、上記材料は、レストストラーレンバンドに相当する周波数帯域における光をほぼ吸収もしくは反射することも知られている。このため一般に、レストストラーレンバンドが存在する材料を含む光学素子は、当該レストストラーレンバンドよりも高周波数である周波数帯域（例えば、可視域、紫外域または赤外域）にて用いられる。しかしながら、本開示の完成に至るまでの鋭意検討の末、上記材料のレストストラーレンバンドよりも低周波の周波数帯域における吸収率は、当該レストストラーレンバンドよりも高周波の周波数帯域と比較して大きい一方で、レストストラーレンバンド内よりも顕著に小さいことが見出された。この知見に基づき、レストストラーレンバンドを示す光学部品を、当該レストストラーレンバンドよりも低周波の周波数帯域（例えば、サブテラヘルツ帯）にて用いたところ、光学部品としての機能を発揮できる可能性が見出された。

以上に説明した知見に基づいてなされた本開示の一側面に係る光学素子は、第１主面及び第２主面を有し、複屈折性を示す基板と、第１主面上に位置する反射防止膜と、を備える反射防止膜のレストストラーレンバンドよりも低周波数である低周波数帯域用の光学素子であって、当該低周波数帯域における基板の第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．２以上であり、基板の厚さは、１５μｍ以上４０００μｍ以下である。

本開示の他の一側面に係る光学素子は、第１主面及び第２主面を有し、複屈折性を示す基板と、第１主面上に位置する反射防止膜と、を備え、反射防止膜のレストストラーレンバンドよりも低周波数である低周波数帯域における基板の第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．２以上であり、基板の厚さは、１５μｍ以上４０００μｍ以下であり、上記低周波数帯域の光であって、上記光学素子に入射する上記光の反射率は、１０％以下である。

これらの光学素子によれば、レストストラーレンバンドを示す反射防止膜の当該バンドよりも低周波数である低周波数帯域（例えば、サブテラヘルツ帯）における基板の第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．２以上である。一方、サブテラヘルツ帯における水晶の屈折率差の絶対値は、約０．０５である。よって、例えばサブテラヘルツ帯における電磁波に対する上記基板の厚さは、水晶製の基板と比較して、約１／４以下にできる。このため、例えばサブテラヘルツ帯などの低周波数帯域にて光学素子が用いられる場合であっても、基板の厚さを４０００μｍ以下に設定できる。ここで、上記絶対値が高いほど、基板の屈折率自体が高い傾向がある。このため、基板に対する光の透過率は低くなる傾向がある。これに対して、基板上に上記反射防止膜が位置することによって、上記低周波数帯域における光学素子の透過率を実用可能な程度に設定できる。したがって本開示によれば、サブテラヘルツ帯などの低周波数帯域においても実用可能であって小型化を実現可能な光学素子を提供できる。

低周波数帯域における第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．８以上でもよい。この場合、基板の厚さを良好に薄くできる。

低周波数帯域における第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、１．４以上５．０以下でもよい。この場合、基板の厚さをより良好に薄くできる。

基板は、リチウムを含む三方晶系結晶構造を有してもよい。基板は、ニオブ酸リチウム、及びタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含んでもよい。この場合、第１屈折率と第２屈折率との差を比較的高くできるので、光学素子の小型化を良好に実現できる。

低周波数帯域における反射防止膜の屈折率と、第１屈折率の平方根との差の絶対値、及び、反射防止膜の上記屈折率と、第２屈折率の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．５以下でもよい。この場合、光学素子の透過率をより向上可能である。

低周波数帯域における反射防止膜の屈折率と、可視域における反射防止膜の屈折率との差の絶対値は、０．５以上でもよい。

低周波数帯域において、反射防止膜は、複屈折性を示し、低周波数帯域における反射防止膜の第３屈折率と、第１屈折率の平方根との差の第１絶対値は、０．５以下であり、低周波数帯域における反射防止膜の第４屈折率と、第２屈折率の平方根との差の第２絶対値は、０．５以下でもよい。この場合、光学素子内における２つの屈折光のそれぞれに対する透過率を向上可能である。

反射防止膜の厚さは、光学素子に入射される光の波長と、上記第１絶対値と、第２絶対値とに基づいて設定され、基板の厚さは、反射防止膜の厚さと、光学素子によって生じさせなければならない位相差から反射防止膜により生じる位相差を差し引いた値と、第１屈折率と第２屈折率との差とに基づいて、設定されてもよい。この場合、反射防止膜が複屈折性を示す場合においても、光学素子全体として所望の位相差を示すことができる。

基板の進相軸は、反射防止膜の進相軸に対して一致し、基板の退相軸は、反射防止膜の退相軸に対して一致してもよい。この場合、基板と反射防止膜との間における反射損失を低減させやすくなる。

基板の進相軸及び退相軸の少なくとも一方は、反射防止膜の進相軸及び退相軸に対して不一致でもよい。この場合、光学素子を利用可能な周波数帯域を拡張可能である。

基板は、酸化チタンを含み、反射防止膜は、酸化アルミニウムを含んでもよい。この場合、小型化を良好に実現可能になる。

反射防止膜は、フッ化物を含んでもよい。フッ化物は、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、及びフッ化バリウムの少なくとも一つを含んでもよい。

上記光学素子は、第２主面上に位置する第２反射防止膜をさらに備えてもよい。この場合、光学素子を利用可能な周波数帯域を拡張可能である。

上記光学素子は、反射防止膜上に位置し、反射防止膜よりも低い屈折率を有する光透過膜をさらに備えてもよい。この場合、光学素子を利用可能な周波数帯域を拡張可能である。

本開示の一側面によれば、サブテラヘルツ帯などの低周波数帯域においても実用可能であって小型化を実現可能な光学素子を提供できる。

図１（ａ）は、実施形態に係る光学素子の概略斜視図を示し、図１（ｂ）は、実施形態に係る光学素子の概略要部断面図を示す。 図２（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するための模式図である。 図３（ａ）～（ｃ）は、実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するための模式図である。 図４は、低周波数帯域におけるニオブ酸リチウム結晶の屈折率を示す図である。 図５は、低周波数帯域におけるニオブ酸リチウム結晶の反射損失を示す図である。 図６（ａ），（ｂ）は、光学素子の透過率のシミュレーション結果を示す図である。 図７は、入射光の波長に対するフッ化マグネシウムの屈折率を示す図である。 図８（ａ），（ｂ）は、第１変形例の光学素子の透過率のシミュレーション結果を示す図である。 図９（ａ）は、第２変形例に係る光学素子の概略斜視図を示し、図９（ｂ）は、第２変形例に係る光学素子の概略要部断面図を示す。

以下、添付図面を参照して、本開示の一側面の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。以下では、「光」は、可視光、紫外光、赤外光等の光だけでなく、可視光よりも低周波数の周波数帯域である電磁波も含む。可視光よりも低周波数の周波数帯域は、例えば、０．１ＴＨｚ以上１００ＴＨｚ以下である。以下にて説明する各実施形態では、サブテラヘルツ帯（０．１ＴＨｚ～１．０ＴＨｚ）と、一部のテラヘルツ帯（１ＴＨｚ～１０ＴＨｚ）とを含む周波数帯域を、可視光よりも低周波数の周波数帯域（以下、単に「低周波数帯域」とも呼称する）とする。

図１（ａ）は、本実施形態に係る光学素子の概略斜視図を示し、図１（ｂ）は、本実施形態に係る光学素子の概略要部断面図を示す。図１（ａ），（ｂ）に示される光学素子１は、光学機器、光学系を構成する素子であり、低周波数帯域にて利用される素子である。光学素子１は、主面２ａ，２ｂを有する基板２と、主面２ａ上に位置する反射防止膜３と、主面２ｂ上に位置する反射防止膜４とを備える。基板２と、反射防止膜３，４とは、光学素子１の厚さ方向において互いに重なる。当該厚さ方向において、基板２は、反射防止膜３，４の間に位置する。基板２と、反射防止膜３，４とのそれぞれには、オリエンテーションフラットもしくはノッチが形成されてもよい。光学素子１は、例えばレンズ、窓材、偏光子、波長板、分光器、電磁波光源、変調器、吸収体、各種センサ等に含まれる。本実施形態では、光学素子１の基板２は、波長板として機能する。波長板は、Ｘは自然数とした場合、（２Ｘ－１）／２波長板でもよいし、（２Ｘ－１）／４波長板でもよいし、（２Ｘ－１）／８波長板でもよいが、これらに限られない。

基板２は、低周波数帯域において複屈折性を示す光学部品であり、反射防止膜３に対向する主面２ａ（第１主面）と、反射防止膜４に対向する主面２ｂ（第２主面）とを有する。本実施形態では、基板２は略円盤形状を有するが、これに限られない。基板２の各寸法は、光学素子１の用途、基板２に含まれる材料、及び、光学素子１に入射する光の周波数などに応じて適宜調整される。本実施形態では、基板２の厚さは、１５μｍ以上４０００μｍ以下である。基板２の厚さが１５μｍ以上であることにより、搬送時などにおける光学素子１の破損が発生しにくくなる。このため、光学素子１の取り扱いが容易になる。基板２の厚さが４０００μｍ以下であることにより、例えば光学素子１をサブテラヘルツ帯における１／４波長板に利用する場合であっても、光学素子１の大型化を抑制できる。基板２の厚さの下限は、例えば、２０μｍでもよいし、５０μｍでもよいし、１００μｍでもよい。基板２の厚さの上限は、３０００μｍでもよいし、２５００μｍでもよいし、２０００μｍでもよいし、１５００μｍでもよいし、１０００μｍでもよい。

基板２における２つの光軸は、常軸と、異常軸である。常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第１屈折率ｎ_ｏ１とし、異常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第２屈折率ｎ_ｅ１とする。第１屈折率ｎ_ｏ１は、第２屈折率ｎ_ｅ１よりも大きい。基板２においては、常軸は退相軸に相当し、異常軸は進相軸に相当する。基板２内を光が伝搬する場合、常軸に沿って伝搬する成分は、異常軸に沿って伝搬する成分よりも遅く伝搬する。一般的に、屈折率には周波数依存性がある。このため本実施形態では、第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１とのそれぞれは、可視光よりも低周波数の周波数帯域における屈折率の実部である。各屈折率の実部は、例えば最小偏角法、臨界角法などによって測定される。低周波数帯域における第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１とのそれぞれは、例えば、２．０以上でもよいし、２．３以上でもよいし、２．５以上でもよいし、３．０以上でもよいし、５．０以上でもよいし、６．５以上でもよいし、９．０以上でもよい。

低周波数帯域における第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１との差（屈折率差）の絶対値は、例えば０．２以上５．０以下である。当該屈折率差の絶対値が０．２以上である場合、光学素子１をサブテラヘルツ帯における１／４波長板に利用する場合であっても、基板２の厚さを上記範囲内に設定できる。上記絶対値が大きいほど、基板２を薄くできる。このため、上記絶対値の下限は、０．２５でもよいし、０．３でもよいし、０．５でもよいし、０．８でもよいし、１．４でもよい。よって、上記絶対値は、０．２５以上５．０以下でもよいし、０．３以上５．０以下でもよいし、０．５以上５．０以下でもよいし、０．８以上５．０以下でもよいし、１．４以上５．０以下でもよい。また、上記絶対値の上限は、４．５でもよいし、４．０でもよいし、３．５でもよいし、３．０でもよい。なお、上記絶対値が大きい材料ほど波長板などにより適する傾向があり、上記絶対値が小さい材料ほど窓材、レンズなどにより適する傾向がある。

基板２は、低周波数帯域において複屈折性を示す材料を含む。当該材料は、例えば、酸化物、ホウ化物、窒化物、塩化物、臭化物、フッ化物などである。上記材料は、複屈折を示す結晶（複屈折結晶）でもよい。この場合、基板２は、複屈折結晶から形成されてもよいし、複屈折結晶を主成分として含んでもよい。複屈折結晶は、２種類以上の元素を含み、特に限定されないが、例えば、酸化物結晶、窒化物結晶、塩化物結晶、臭化物結晶、フッ化物結晶などである。複屈折結晶の結晶構造は、特に限定されないが、例えば、三方晶系結晶構造、正方晶系結晶構造、斜方晶系結晶構造、六方晶系結晶構造などである。基板２の材料は、光学素子１が透過する波長、光学素子１の大きさ等に応じて、適宜選択される。

複屈折結晶の結晶構造が三方晶系結晶構造である場合、複屈折結晶は、例えば、リチウム、ホウ素などを含んでもよい。複屈折結晶がリチウムを含む場合、当該複屈折結晶の結晶構造は、三方晶系イルメナイト類似構造でもよい。また、基板２は、例えば、ニオブ酸リチウム、及びタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含んでもよい。基板２の小型化の観点から、基板２は、ニオブ酸リチウムを含んでもよい。複屈折結晶がホウ素を含む三方晶系結晶構造を有する場合、基板２は、例えばＢＢＯ結晶（βホウ酸バリウム結晶、β－ＢａＢ_２Ｏ_４）などを含んでもよい。

複屈折結晶の結晶構造が正方晶系結晶構造または斜方晶系結晶構造である場合、複屈折結晶は、例えば、チタンなどを含んでもよい。この場合、基板２は、例えば酸化チタンを含んでもよい。複屈折結晶の結晶構造が六方晶系結晶構造である場合、複屈折結晶は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などを含んでもよい。この場合、基板２は、例えば酸化アルミニウム（特に、α－アルミナの一種であるサファイア）を含んでもよい。基板２がチタンもしくはアルミニウムを含む場合、基板２がリチウムを含む場合と比較して、基板２を安価に製造できる。

反射防止膜３は、基板２の主面２ａにおける表面反射を低減するための光学部品であり、単層構造を有する。また、反射防止膜４（第２反射防止膜）は、基板２の主面２ｂにおける表面反射を低減するための光学部品であり、単層構造を有する。本実施形態では、反射防止膜３，４は、互いに同様の構造及び組成を有する。このため以下では、反射防止膜３のみを詳細に説明する。

反射防止膜３の厚さは、光学素子１の用途、基板２に含まれる材料、反射防止膜３に含まれる材料、及び、光学素子１に入射する光の周波数などに応じて適宜調整される。例えば、反射防止膜３の理想厚さは、光学素子１に入射する光の波長を１／４とし、かつ、反射防止膜３の屈折率で除すことによって定められる。本実施形態では、反射防止膜３の厚さは、２μｍ以上５５０μｍ以下である。例えば、低周波数帯域の光が光学素子１に入射した場合、光学素子１に入射する上記光の反射率は、低いほどよく、例えば１０％以下である。この場合、光学素子１における上記光の透過率は、９０％以上になり得る。上記反射率は、８％以下でもよいし、５％以下でもよいし、３％以下でもよいし、１％以下でもよいし、０．５％以下でもよい。反射防止膜３は、主面２ａに対して直接的に固定されてもよいし、主面２ａに対して間接的に固定されてもよい。前者の場合、反射防止膜３は、例えば主面２ａに対するコーティング部である。後者の場合、反射防止膜３は、例えば接着剤等を介して主面２ａ上に固定される。

反射防止膜３は、レストストラーレン効果を示す材料を含む。レストストラーレン効果は、特定のエネルギーバンド（周波数帯域）の光が媒体内を伝搬しにくくなる現象である。特定のエネルギーバンドに相当する周波数帯域は、上記媒体に含まれるイオンの振動周波数に近い。上記特定のエネルギーバンドは、レストストラーレンバンドとも呼称される。特定のエネルギーバンドの光の波長は、多くの場合、可視光の波長の約１００倍程度である。換言すると多くの場合、レストストラーレンバンドに相当する波長域は、１０μｍ～１００μｍの範囲内であり、レストストラーレンバンドに相当する周波数帯域は、約５ＴＨｚ～１００ＴＨｚの範囲内である。よって、本実施形態における可視光よりも低周波数の周波数帯域（低周波数帯域）の少なくとも一部は、反射防止膜３のレストストラーレンバンドよりも低周波数の周波数帯域に相当するといえる。

上述したように、基板２の低周波数帯域における第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１とのそれぞれは、比較的高い。このため、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率もまた、比較的高くてもよい。例えば、レストストラーレンバンドよりも低周波数の周波数帯域（例えば、低周波数帯域）における反射防止膜３の屈折率と、レストストラーレンバンドよりも高周波数の周波数帯域（例えば、可視域）における反射防止膜３の屈折率との差の絶対値は、０．５以上でもよい。この場合、基板２に対する反射防止膜３の反射防止機能を良好に発揮できる傾向がある。特に、第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１とのそれぞれが５．０以上である基板２に対して、反射防止膜３の機能を良好に発揮できる傾向がある。

低周波数帯域において、反射防止膜３の屈折率は、空気の屈折率以上（１以上）であって基板２の屈折率以下（第２屈折率ｎ_ｅ１以下）である。基板２から反射防止膜３への光透過性の観点から、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率は、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との両方に近い。例えば、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の絶対値、及び、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．５以下である。この場合、基板２から反射防止膜３に入射する低周波数帯域の光の反射率を５％以下に抑制できる。上記絶対値は、０．３以下でもよいし、０．１以下でもよい。上記絶対値が０．１以下である場合、基板２から反射防止膜３に入射する低周波数帯域の光の反射率を１％未満に抑制できる。

反射防止膜３は、例えば、酸化物、ホウ化物、窒化物、塩化物、臭化物、フッ化物などを含む。これらは、結晶でもよい。この場合、反射防止膜３は、結晶から形成されてもよいし、結晶を主成分として含んでもよい。上述した性能を有する（すなわち、レストストラーレン効果を示すと共に上記屈折率を有する）酸化物としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）などが挙げられる。上述した性能を有する塩化物としては、塩化セシウム（ＣｓＣｌ）等が挙げられる。上述した性能を有する臭化物としては、例えば臭化セシウム（ＣｓＢｒ）などが挙げられる。上述した性能を有するフッ化物としては、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）等が挙げられる。反射防止膜３がフッ化物を含む場合、フッ化リチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウムの少なくとも一つを含んでもよい。

次に、図２及び図３を参照しながら、光学素子１の製造方法の一例について説明する。図２（ａ）～（ｃ）及び図３（ａ）～（ｃ）のそれぞれは、本実施形態に係る光学素子の製造方法を説明するための模式図である。以下では、光学素子１として０．３ＴＨｚの光に適する１／４波長板の製造方法の一例を説明する。

まず、図２（ａ）に示されるように、基台Ｓ上に第１基材１１を載置する（第１ステップ）。第１ステップでは、種々の接着剤を用いて、基台Ｓの水平面Ｓ１上に第１基材１１を固定する。第１基材１１は、後に反射防止膜３になる部材であり、反射防止膜３よりも厚い。第２ステップでは、第１基材１１として、例えば１．５インチのフッ化カルシウム結晶ウエハーが用いられる。

次に、図２（ｂ）に示されるように、第１基材１１を薄くすることによって反射防止膜３を形成する（第２ステップ）。第２ステップでは、第１基材１１の厚さが所望の厚さになるまで、第１基材１１を薄くする。このとき、第１基材１１の頂面が水平面Ｓ１に対して平行になるように、第１基材１１を薄くする。例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）、フライカットなどによって、第１基材１１を薄くする。第２ステップ後、例えば９０μｍ以上１２０μｍ以下（目標：１０７μｍ）の厚さを有し、露出面３ａを有する反射防止膜３が形成される。

次に、反射防止膜３上に第２基材１２を載置する（第３ステップ）。第３ステップでは、第３ステップでは、反射防止膜３の縁部に設けられる平部３ｂ（オリエンテーションフラット）と、第２基材１２の縁部に設けられる平部１２ａ（オリエンテーションフラット）とを合わせるように、第２基材１２を反射防止膜３上に載置する。このとき、種々の接着剤を用いて、反射防止膜３の露出面３ａ上に第２基材１２を固定する。第２基材１２は、後に基板２になる部材であり、基板２よりも厚い。第３ステップでは、第２基材１２としてニオブ酸リチウム結晶が用いられるが、これに限られない。反射防止膜３と第２基材１２との間に位置する接着剤（第２接着剤）は、基台Ｓと第１基材１１との間に位置する接着剤（第１接着剤）と異なる。第２接着剤は、第１接着剤の溶剤に対して難溶性であればよい。

次に、図３（ａ）に示されるように、第２基材１２を薄くすることによって基板２を形成する（第４ステップ）。第４ステップでは、第２基材１２の厚さが所望の厚さになるまで、第２基材１２を薄くする。このとき、第２基材１２の露出面１２ｂが水平面Ｓ１に対して平行になるように、第２基材１２を薄くする。第４ステップ後、例えば１３０μｍ以上１８０μｍ以下（目標：１６１μｍ）の厚さを有すると共に１／４波長板として機能する基板２が形成される。

次に、図３（ｂ）に示されるように、基板２上に反射防止膜４を形成する（第５ステップ）。第５ステップでは、まず、後に反射防止膜４になる第３基材（不図示）を基板２の主面２ｂ上に載置する。このとき、基板２と第３基材とは、上記第２接着剤によって固定される。続いて、第３基材を所望の厚さになるまで薄くすることによって、反射防止膜４を形成する。第５ステップ後、例えば９０μｍ以上１２０μｍ以下（目標：１０７μｍ）の厚さを有する反射防止膜４が形成される。

次に、基板２と反射防止膜３，４とを有する光学素子１を基台Ｓから取り外す（第６ステップ）。第６ステップでは、溶剤を用いて第１接着剤を除去する。当該溶剤は、第１接着剤が易溶性を示し、かつ、第２接着剤が難溶性を示すものであればよい。基台Ｓから取り外された光学素子１は、適宜加工されてもよい。

本実施形態に係る光学素子１の作用効果について、上述した製造方法によって製造された光学素子１を用いながら説明する。すなわち、ニオブ酸リチウム結晶から形成されると共に０．３ＴＨｚの光に適する１／４波長板である基板２と、フッ化カルシウム結晶から形成される反射防止膜３，４とを有する光学素子１を具体例として用いつつ、光学素子１の作用効果を説明する。

図４は、低周波数帯域におけるニオブ酸リチウム結晶の屈折率を示す図である。図４において、縦軸は屈折率の実部を示し、横軸は周波数を示す。プロット２１は、ニオブ酸リチウム結晶の第１屈折率の実部を示し、プロット２２はニオブ酸リチウム結晶の第２屈折率の実部を示す。周波数が０．３ＴＨｚである場合、第１屈折率の実部は６．６１であり、第２屈折率の実部は５．０６である。このため、周波数が０．３ＴＨｚである場合、第１屈折率と第２屈折率との差（屈折率差）の絶対値は、約１．５である。これにより、基板２がニオブ酸リチウム結晶から形成される場合、０．３ＴＨｚの光に適する１／４波長板の基板２の厚さを、１３０μｍ以上１８０μｍ以下に設定できる。なお、基板２がニオブ酸リチウム結晶から形成される場合、０．９ＴＨｚの光に適する１／４波長板の基板２の厚さは、約５０μｍに設定できる。

これに対して、サブテラヘルツ帯における水晶の屈折率差の絶対値は、約０．０５である。このため、０．３ＴＨｚの光に適する１／４波長板の基板に水晶が用いられる場合、当該基板の厚さは約５．３ｍｍ（約５３００μｍ）となる。この基板の厚さは、ニオブ酸リチウム結晶から形成される基板２の厚さの約３０倍になる。また、シミュレーションによれば、０．１ＴＨｚの光に適する１／４波長板に含まれる基板の屈折率差の絶対値が０．２である場合、当該基板の厚さは約３．７５ｍｍ（３７５０μｍ）と推定される。以上より、本実施形態に係る光学素子１に含まれる基板２のように、屈折率差の絶対値が０．２以上であることによって、光学素子１がサブテラヘルツ帯などの低周波数帯域にて用いられる場合であっても、基板２の厚さを４０００μｍ以下に設定できる。

図５は、低周波数帯域におけるニオブ酸リチウム結晶の反射損失を示す図である。図５において、縦軸はニオブ酸リチウム結晶の反射損失を示し、横軸は周波数を示す。プロット２５は、ニオブ酸リチウム結晶の常軸に沿った偏光成分の反射損失を示し、プロット２６は、ニオブ酸リチウム結晶の異常軸に沿った偏光成分の反射損失を示す。図５に示されるように、低周波数帯域では、ニオブ酸リチウム結晶は、いずれの偏光成分も７０％以上の反射損失を示す。一般的に、複屈折を示す物質においては、屈折率差の絶対値が大きいほど、当該物質の反射損失は高い傾向がある。よって反射損失の観点から、ニオブ酸リチウム結晶を含む基板２は、低周波数帯域において必ずしも有用とは言えない。

このため本実施形態では、基板２の反射損失低減の解決手法の一つとして、反射防止膜３が設けられる。図６（ａ），（ｂ）は、光学素子の透過率のシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ）は、常軸に沿った偏光成分の透過率のシミュレーション結果を示し、図６（ｂ）は、異常軸に沿った偏光成分の透過率のシミュレーション結果を示す。図６（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、縦軸は透過率（％）を示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。図６（ａ）において、プロット３１は、光学素子がニオブ酸リチウム結晶のみである場合（すなわち、光学素子が基板のみである場合）の透過率を示す。プロット３２は、光学素子の基板がニオブ酸リチウム結晶であって、各反射防止膜がフッ化カルシウム結晶である場合の透過率を示す。図６（ｂ）において、プロット３３は、光学素子がニオブ酸リチウム結晶のみである場合（すなわち、光学素子が基板のみを有する場合）の透過率を示す。プロット３４は、光学素子の基板がニオブ酸リチウム結晶であって、各反射防止膜がフッ化カルシウム結晶である場合の透過率を示す。

図６（ａ），（ｂ）に示されるように、光学素子が基板のみを有する場合、エタロン効果にて極一部の周波数帯においてのみ透過率が高い。ただ、０．３ＴＨｚ（３００ＧＨｚ）における透過率は、いずれの偏光成分においても０．４を下回る。このため、基板のみを有する光学素子は、０．３ＴＨｚに適する１／４波長板として実用可能とは言えない。これに対して、光学素子が反射防止膜を有する場合、０．３ＴＨｚにおける透過率は、いずれの偏光成分においても０．９を上回る。加えて、０．９を上回る透過率を示す周波数帯は、光学素子が基板のみを有する場合と比較して、明らかに広がる。以上より、レストストラーレンバンドを示す材料を含む反射防止膜３をレストストラーレンバンドよりも低周波の周波数帯域（例えば、サブテラヘルツ帯）にて用いたところ、基板２に対する反射防止膜３としての機能を十分実用可能な程度（例えば、光学素子１に入射する光の反射率が１０％以下）に発揮できることがわかる。したがって本実施形態によれば、上述したように、サブテラヘルツ帯などの低周波数帯域にて用いられる場合であっても、実用可能であって小型化を実現可能な光学素子１を提供できる。

本実施形態では、第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１との差の絶対値は、０．８以上でもよいし、１．４以上５．０以下でもよい。上記絶対値が大きいほど、基板２の厚さをより薄くできる。なお、０．３ＴＨｚにおけるニオブ酸リチウム結晶の上記絶対値は、約１．５５である。また、０．３ＴＨｚにおけるタンタル酸リチウム結晶の上記絶対値は、０．３６６であり、０．２５ＴＨｚにおけるＢＢＯ結晶の上記絶対値は、約０．２４であり、０．３ＴＨｚにおけるサファイアの上記絶対値は、約０．３３であり、０．３ＴＨｚにおける酸化チタン結晶の上記絶対値は、約３．７である。また、０．２５ＴＨｚにおけるＢＢＯ結晶の第１屈折率の実部は２．８１であって、第２屈折率の実部は２．５７である。０．３ＴＨｚにおけるサファイアの第１屈折率の実部は３．４１２であって、第２屈折率の実部は３．０８３である。０．３ＴＨｚにおける酸化チタン結晶の第１屈折率の実部は１２．８５であって、第２屈折率の実部は９．１５である。

本実施形態では、基板２は、リチウムを含む三方晶系結晶構造を有してもよい。また、基板２は、ニオブ酸リチウム、及びタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含んでもよい。

本実施形態では、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の絶対値、及び、反射防止膜３の上記屈折率と、基板２の第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．５以下である。このため、光学素子１の透過率をより向上可能である。

具体的に説明すると、反射防止膜３の屈折率は、基板２の屈折率の平方根に近いほど、基板２から反射防止膜３へ光が透過しやすいことが通常知られている。周波数が０．３ＴＨｚである場合、ニオブ酸リチウム結晶の基板２の第１屈折率（実部）の平方根は２．３３５であり、基板２の第２屈折率（実部）の平方根は２．１７３である。また、波長が５μｍ（周波数が約６０ＴＨｚ）である場合、フッ化カルシウム結晶の屈折率は、約１．４と通常知られている。また、フッ化カルシウム結晶の透過波長領域は、通常０．１３μｍ以上１μｍ以下とも通常知られている。一方、レストストラーレンバンドよりも低周波数の周波数帯域におけるフッ化カルシウム結晶の屈折率は、通常知られていない。なお、フッ化カルシウム結晶のレストストラーレンバンドに相当する周波数帯域は、７ＴＨｚ～１５ＴＨｚである。調査の結果、周波数が０．３ＴＨｚである場合、フッ化カルシウム結晶の屈折率は、２．５４であることが判明した。当該屈折率と基板２の第１屈折率（実部）の平方根との差の絶対値、及び、上記屈折率と基板２の第２屈折率（実部）の平方根との差の絶対値とのそれぞれは、０．５以下である。これらの絶対値は、少なくともフッ化カルシウム結晶のレストストラーレンバンドよりも低周波数の周波数帯域にて、概ね満たされる。よって、ニオブ酸リチウム結晶から形成される基板２と、フッ化カルシウム結晶から形成される反射防止膜３とを有する光学素子１であって、基板２と反射防止膜３との厚さが適宜調整された光学素子１においては、例えば基板２から反射防止膜３に入射する低周波数帯域の光の反射率を良好に低減できる。

本実施形態では、低周波数帯域における反射防止膜３の屈折率と、可視域における反射防止膜の屈折率との差の絶対値は、０．５以上でもよい。この場合、基板２に対する反射防止膜３の反射防止機能を良好に発揮できる傾向がある。特に、第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１とのそれぞれが５．０以上である基板２に対して反射防止膜３の機能を良好に発揮できる傾向がある。

本実施形態では、光学素子１は、反射防止膜３に加えて、主面２ｂ上に位置する反射防止膜４を備える。これにより、光学素子１を利用可能な周波数帯域を拡張できる。

次に、上記実施形態の各変形例について説明する。各変形例の説明において、上記実施形態と重複する記載は省略し、上記実施形態と異なる部分を記載する。つまり、技術的に可能な範囲において、各変形例に上記実施形態の記載を適宜用いてもよい。

（第１変形例）
第１変形例に係る光学素子は、少なくとも低周波数帯域において複屈折性を示す反射防止膜を用いた点で、上記実施形態と異なる。第１変形例においては、反射防止膜３の常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第３屈折率ｎ_ｏ２とし、異常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第４屈折率ｎ_ｅ２とする。第３屈折率ｎ_ｏ２は、第４屈折率ｎ_ｅ２よりも大きい。複屈折性を示す反射防止膜３においては、常軸は退相軸に相当し、異常軸は進相軸に相当する。

第１変形例においては、基板２の常軸と反射防止膜３，４の常軸とを一致させ、かつ、基板２の異常軸と反射防止膜３，４の異常軸とを一致させるように、基板２と反射防止膜３，４とが配置される。加えて、低周波数帯域における反射防止膜３の第３屈折率ｎ_ｏ２と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の絶対値（第１絶対値）、及び、低周波数帯域における反射防止膜３の第４屈折率ｎ_ｅ２と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の絶対値（第２絶対値）のそれぞれは、例えば０．５以下である。この場合、光学素子１に入射する低周波数帯域の各偏光成分の反射率を７％以下に抑制できる。上記絶対値は、０．３以下でもよいし、０．１以下でもよい。上記絶対値が０．１以下である場合、光学素子１に入射する低周波数帯域の各偏光成分の反射率を１％未満に抑制できる。

反射防止膜３に含まれる材料は、上記実施形態と同様に、酸化物、ホウ化物、窒化物、塩化物、臭化物、フッ化物などを含む。当該材料は、結晶でもよい。酸化物としては、例えば酸化アルミニウムの一種であるサファイアなどが挙げられる。フッ化物としては、例えばフッ化マグネシウムなどが挙げられる。０．３ＴＨｚにおけるサファイアの各屈折率の実部は上述の通り、３．４１２，３．０８３である。また、０．３ＴＨｚにおけるフッ化マグネシウムの各屈折率の実部は、２．３３５，２．１７３である。

図７は、入射光の波長に対するフッ化マグネシウムの屈折率を示す図である。図７において、縦軸は屈折率の実部もしくは屈折率の虚部を示し、横軸は入射光の波長を示す。図７において、プロット４１，４２は、フッ化マグネシウムの屈折率の実部を示し、プロット４３，４４は、フッ化マグネシウムの屈折率の虚部を示す。図７に示されるように、波長が１０μｍ～１００ＴＨｚにおける範囲では、屈折率（特に、虚部）が高い。当該範囲は、フッ化マグネシウムのレストストラーレンバンドに相当する。また、当該レストストラーレンバンドよりも長波長（すなわち、低周波数）における屈折率は、全体的に、上記レストストラーレンバンドよりも短波長（すなわち、高周波数）における屈折率よりも、０．５以上大きい。ただ、例えば波長が１００μｍ以上であれば、フッ化マグネシウムの屈折率の虚部は、０．０１以下である。

例えば、反射防止膜３の材料として酸化アルミニウムであるサファイアが用いられ、かつ、基板２の材料として酸化チタンが用いられる場合、０．３ＴＨｚ及びその付近の周波数帯域において、反射防止膜３の第３屈折率ｎ_ｏ２と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の絶対値、及び、低周波数帯域における反射防止膜３の第４屈折率ｎ_ｅ２と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．２以下になる。また、反射防止膜３の材料としてフッ化マグネシウムが用いられ、かつ、基板２の材料としてニオブ酸リチウムが用いられる場合、０．３ＴＨｚ及びその付近の周波数帯域において、反射防止膜３の第３屈折率ｎ_ｏ２と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の絶対値、及び、低周波数帯域における反射防止膜３の第４屈折率ｎ_ｅ２と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．２５以下になる。

以上に説明した第１変形例においても、上記実施形態と同様の作用効果が発揮される。また、第１変形例においては、少なくとも上記周波数帯域における光の各偏光成分に対して高い透過率（例えば、９９％以上）を示す光学素子１を提供できる。図８（ａ），（ｂ）は、第１変形例の光学素子の透過率のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は、常軸に沿った偏光成分の透過率のシミュレーション結果を示し、図８（ｂ）は、異常軸に沿った偏光成分の透過率のシミュレーション結果を示す。図８（ａ），（ｂ）のそれぞれにおいて、縦軸は透過率（％）を示し、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示す。図８（ａ）において、プロット３５は、光学素子の基板がニオブ酸リチウム結晶であって、各反射防止膜がフッ化マグネシウム結晶である場合の透過率を示す。図８（ｂ）において、プロット３６は、光学素子の基板がニオブ酸リチウム結晶であって、各反射防止膜がフッ化カルシウム結晶である場合の透過率を示す。図８（ａ），（ｂ）に示されるように、第１変形例においても、０．３ＴＨｚにおける透過率は、いずれの偏光成分においても０．９を上回る。また、０．９を上回る透過率を示す周波数帯は、光学素子が基板のみを有する場合と比較して、明らかに広がる。加えて第１変形例においては、上記実施形態よりも高周波数帯域における適正が高いことがわかる。

上記第１変形例においては、基板２と反射防止膜３，４との両方が複屈折性を示す。このため、基板２のみが所望の波長に対する１／４波長板になるように基板２の厚さを調整した場合、光学素子１を透過した光の位相は、複屈折性を示す反射防止膜３，４の影響により、透過前の光の位相と比較して１／４よりずれる現象が発生し得る。この現象を踏まえ、光学素子１を全体として（２Ｘ－１）／４波長板、（２Ｘ－１）／２波長板、もしくは（２Ｘ－１）／８波長板（Ｘはともに自然数）になるように、基板２の厚さと反射防止膜３，４の厚さとが調整されてもよい。この場合、例えば、光学素子１に入射する光の波長に応じた反射防止膜３，４の厚さを設定する。ここで、基板２と、第１変形例に係る反射防止膜３，４とのそれぞれは、複屈折率を有する。よって、反射防止膜３の第３屈折率ｎ_ｏ２と、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１の平方根との差の第１絶対値、並びに、反射防止膜３の第４屈折率ｎ_ｅ２と、第２屈折率ｎ_ｅ１の平方根との差の第２絶対値の関係を踏まえて、反射防止膜３，４の厚さを設定する。したがって、光学素子１に入射する光の波長と、上記第１絶対値と、上記第２絶対値とに基づいて、反射防止膜３，４の厚さが設定される。このため、反射防止膜３，４のそれぞれの厚さは、第３屈折率ｎ_ｏ２における理想厚さと、第４屈折率ｎ_ｅ２における理想厚さとの中間値に限られない。続いて、基板２によって生じさせなければならない位相差ｐｄ_１に応じて、基板２の厚さを設定する。位相差ｐｄ_１は、光学素子１によって生じさせなければならない位相差ｐｄ_０から、反射防止膜３，４により生じる位相差ｐｄ_２を差し引いたもの（ｐｄ_１＝ｐｄ_０－ｐｄ_２）に相当する。基板２の厚さは、基板２の第１屈折率ｎ_ｏ１と第２屈折率ｎ_ｅ１との差を踏まえて、設定される。以上に記載した方法を実施することによって、反射防止膜３，４が複屈折性を示す場合においても、光学素子１全体として所望の位相差を示すことができる。

例えば、光学素子１が０．３ＴＨｚの光に適する１／４波長板として機能するために、基板２としてニオブ酸リチウム結晶が用いられ、かつ、反射防止膜３，４としてフッ化マグネシウム結晶が用いられる場合、基板２の厚さは１３８μｍに設定され、反射防止膜３，４のそれぞれの厚さは１１１μｍに設定されてもよい。

また、１／４波長板として機能する光学素子を用いて直線偏光の光を円偏光に変換したい場合を考察する。円偏光は、互いに直交する２軸（例えばｘ軸とy軸）の偏光の振幅が等しく、かつ、これらの偏光の位相差が１／４波長となっている光に相当する。このため、互いの偏光の位相差が１／４波長であっても、互いの偏光の振幅が等しくないと円偏光にはならず、楕円偏光となる。例えば、上記第１変形例に係る光学素子に対して０．３ＴＨｚの光を照射したときであって、常軸に沿った偏光成分の反射率と、異常軸に沿った偏光成分の反射率とが異なる場合、上記光学素子を透過した光は楕円偏光になる。光学素子を透過した直線偏光の光を円偏光としたい場合、基板２と反射防止膜３，４とのそれぞれに含まれる材料及び反射率を加味して、基板２の厚さと、反射防止膜３，４のそれぞれの厚さとの少なくとも一つを、さらに適宜調整してもよい。

具体例として、光学素子を透過した光であって、常軸に沿った偏光成分の振幅（第１振幅）と、異常軸に沿った偏光成分の振幅（第２振幅）とは互いに異なり、かつ、第１振幅が第２振幅よりも大きいとする。この場合、例えば、反射防止膜３，４のみを透過した光であって、常軸に沿った偏光成分の振幅（第３振幅）と、異常軸に沿った偏光成分の振幅（第４振幅）とを互いに異ならせるように、反射防止膜３，４の厚さを調整する。ここで、第４振幅は、第３振幅よりも大きくし、かつ、第４振幅と第３振幅との比が、第１振幅と第２振幅との比に等しくする。これにより、光学素子内にて各偏光成分の振幅が調整され、当該光学素子を透過する光が円偏光になる、もしくは、円偏光に近づく。上述した具体例では、反射による振幅の不一致の例であるが、各軸の吸収の違いに基づく振幅の不一致を発生させてもよい。もしくは、反射による振幅の不一致と、吸収の違いに基づく振幅の不一致との両方の影響を利用して、光学素子が設計されてもよい。

上記第１変形例では、基板２の常軸と反射防止膜３，４の常軸とを一致させ、かつ、基板２の異常軸と反射防止膜３，４の異常軸とを一致させるように、基板２と反射防止膜３，４とが配置されるが、これに限られない。例えば、基板２の常軸と反射防止膜３，４の異常軸とが一致し、かつ、基板２の異常軸と反射防止膜３，４の常軸とが一致してもよい。もしくは、基板２の常軸及び異常軸の少なくとも一方は、反射防止膜３，４の常軸及び異常軸に対して不一致でもよい。この場合、基板２の常軸が反射防止膜３，４の常軸及び異常軸のいずれか一方に一致し、基板の異常軸が反射防止膜３，４の常軸及び異常軸に対して不一致でもよい。もしくは、基板２の常軸が反射防止膜３，４の常軸及び異常軸に対して不一致であり、基板の異常軸が反射防止膜３，４の常軸及び異常軸のいずれか一方に一致してもよい。これらの場合もまた、光学素子全体として所望の機能を発揮できるように設計できる。また、使用したい波長全域においておおよそ所望の位相差になるように、互いに積層される複数の複屈折性材料の厚さおよび光軸方位などを調整する。例えば、光学素子に含まれる各部材の厚さ、材料、角度、部材数を変数として、最適化計算を実施することによって、調整する。これにより、利用可能な周波数帯を広域化できる。

（第２変形例）
第２変形例に係る光学素子は、少なくとも一対の光透過膜を備える点で、上記実施形態とは異なる。図９（ａ）は、第２変形例に係る光学素子の概略斜視図を示し、図９（ｂ）は、第２変形例に係る光学素子の概略要部断面図を示す。図９（ａ），（ｂ）に示される光学素子１Ａは、基板２と反射防止膜３，４と、反射防止膜３上に位置する光透過膜５と、反射防止膜４上に位置する光透過膜６とを備える。光透過膜５，６のそれぞれは、光学素子１の反射率を低減するための光学部品であり、単層構造を有する。第２変形例では、光透過膜５，６は、互いに同様の構造及び組成を有する。このため以下では、光透過膜５のみを詳細に説明する。

光透過膜５の厚さは、光学素子１Ａの用途、基板２に含まれる材料、反射防止膜３に含まれる材料、光透過膜５に含まれる材料、及び、光学素子１Ａに入射する光の周波数などに応じて適宜調整される。本実施形態では、光透過膜５の厚さは、反射防止膜３の厚さに応じて変化し、反射防止膜３と光透過膜５との合計厚さは、２μｍ以上５５０μｍ以下である。第２変形例では、反射防止膜４と光透過膜６との合計厚さも、２μｍ以上５５０μｍ以下である。光透過膜５は、主面３ｘに対して直接的に固定されてもよいし、主面３ｘに対して間接的に固定されてもよい。前者の場合、光透過膜５は、例えば主面３ｘに対するコーティング部である。後者の場合、光透過膜５は、例えば接着剤等を介して主面３ｘ上に固定される。

低周波数帯域において、光透過膜５の屈折率は、例えば、空気の屈折率以上（１以上）であって反射防止膜３の屈折率以下である。反射防止膜３から光透過膜５への光透過性の観点から、低周波数帯域における光透過膜５の屈折率は、反射防止膜３の屈折率の平方根に近い。例えば、低周波数帯域における光透過膜５の屈折率と、反射防止膜３の屈折率の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．５以下である。この場合、反射防止膜３から光透過膜５に入射する低周波数帯域の光の反射率を５％以下に抑制できる。上記絶対値は、０．３以下でもよいし、０．１以下でもよい。上記絶対値が０．１以下である場合、反射防止膜３から光透過膜５に入射する低周波数帯域の光の反射率を１％未満に抑制できる。

光透過膜５は、例えば、酸化物、ホウ化物、窒化物、塩化物、臭化物、フッ化物などを含む。これらは、結晶でもよい。この場合、光透過膜５は、結晶から形成されてもよいし、結晶を主成分として含んでもよい。光透過膜５は、例えば、ＢＢＯ結晶、水晶などを含んでもよい。例えば、反射防止膜３の材料として酸化アルミニウムであるサファイアが用いられ、かつ、基板２の材料として酸化チタンが用いられる場合，光透過膜５は、フッ化カルシウム結晶などを含んでもよい。

以上に説明した第２変形例に係る光学素子１Ａにおいても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。加えて第２変形例においては、上記第１変形例よりも０．９を上回る透過率を示す周波数帯を広げることができる。

上記第２変形例において、光透過膜５は、複屈折性を示してもよい。例えば、光透過膜５は、水晶などの複屈折性を示す材料によって形成されてもよい。光透過膜５の常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第５屈折率ｎ_ｏ３とし、異常軸に沿った偏光方向に対する屈折率を第６屈折率ｎ_ｅ３とする。第５屈折率ｎ_ｏ３は、第６屈折率ｎ_ｅ３よりも大きい。複屈折性を示す光透過膜５においては、常軸は退相軸に相当し、異常軸は進相軸に相当する。この場合、基板２の常軸と、反射防止膜３，４の常軸と、光透過膜５，６の常軸とを一致させ、かつ、基板２の異常軸と、反射防止膜３，４の異常軸と、光透過膜５，６の異常軸とを一致させるように、基板２と反射防止膜３，４と光透過膜５，６が配置されてもよいが、これに限られない。光透過膜５，６の常軸は、基板２の常軸及び反射防止膜３，４の常軸の少なくとも一方に対して不一致でもよいし、光透過膜５，６の異常軸は、基板２の異常軸及び反射防止膜３，４の異常軸の少なくとも一方に対して不一致でもよい。光透過膜５，６の常軸は、基板２の異常軸及び反射防止膜３，４の異常軸の少なくとも一方に対して一致してもよいし、光透過膜５，６の異常軸は、基板２の常軸及び反射防止膜３，４の常軸の少なくとも一方に対して一致してもよい。もしくは、基板２の常軸及び異常軸と、反射防止膜３，４の常軸及び異常軸と、光透過膜５，６の常軸及び異常軸とは、互いに不一致でもよい。

低周波数帯域における光透過膜５の第５屈折率ｎ_ｏ３と、反射防止膜３の第３屈折率ｎ_ｏ２の平方根との差の絶対値、及び、低周波数帯域における光透過膜５の第６屈折率ｎ_ｅ３と、第４屈折率ｎ_ｅ２の平方根との差の絶対値のそれぞれは、例えば０．３以下である。この場合、反射防止膜３から光透過膜５に入射する低周波数帯域の各偏光成分の反射率を５％以下に抑制できる。上記絶対値は、０．２以下でもよいし、０．１以下でもよい。上記絶対値が０．１以下である場合、反射防止膜３から光透過膜５に入射する低周波数帯域の各偏光成分の反射率を１％未満に抑制できる。

以上、本開示の一側面を上記実施形態及び上記各変形例に基づいて詳細に説明した。しかし、本開示の一側面は上記実施形態及び上記各変形例に限定されるものではない。本開示の一側面は、その要旨を逸脱しない範囲でさらなる変形が可能である。また、上記実施形態及び上記各変形例を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第１及び第２変形例を組み合わせてもよい。この場合、例えば、光透過膜の常軸が反射防止膜の常軸と一致してもよいし、光透過膜の常軸が反射防止膜の異常軸と一致してもよいし、光透過膜の常軸と反射防止膜の異常軸とが不一致でもよい。また、光透過膜の異常軸が反射防止膜の常軸と一致してもよいし、光透過膜の異常軸が反射防止膜の異常軸と一致してもよいし、光透過膜の異常軸と反射防止膜の異常軸とが不一致でもよい。基板、反射防止膜、光透過膜の厚さは、適宜調整されてもよい。

上記実施形態及び上記各変形例では、光学素子は２つの反射防止膜を備えるが、これに限られない。光学素子は、１つの反射防止膜を備えてもよい。この場合、例えば光学素子の基板における露出面は、他の光学素子（例えば、センサ、テラヘルツ波光源など）に直接接してもよい。また、反射防止膜は単層構造を有するが、これに限られない。反射防止膜は多層構造を有してもよい。

上記実施形態では、光学素子の常軸と反射防止膜の常軸とが一致させ、かつ、基板の異常軸と反射防止膜の異常軸とを一致させるように、基板と反射防止膜とが配置されるが、これに限られない。例えば、基板の常軸と反射防止膜の異常軸とが一致し、かつ、基板の異常軸と反射防止膜の常軸とが一致してもよい。もしくは、基板の常軸及び異常軸の少なくとも一方は、反射防止膜の常軸及び異常軸に対して不一致でもよい。

上記第２変形例では、光学素子は２つの光透過膜を備えるが、これに限られない。光学素子は、１つの光透過膜を備えてもよい。また、光透過膜は単層構造を有するが、これに限られない。光透過膜は多層構造を有してもよい。

１，１Ａ…光学素子、２…基板、２ａ…主面（第１主面）、２ｂ…主面（第２主面）、３，４…反射防止膜、３ａ…露出面、３ｂ…平部、５，６…光透過膜、１１…第１基材、１２…第２基材、ｎ_ｏ１…第１屈折率、ｎ_ｅ１…第２屈折率、ｎ_ｏ２…第３屈折率、ｎ_ｅ２…第４屈折率、ｎ_ｏ３…第５屈折率、ｎ_ｅ３…第６屈折率。

Claims (16)

1. 第１主面及び第２主面を有し、複屈折性を示す基板と、
   前記第１主面上に位置する反射防止膜と、
   を備える前記反射防止膜のレストストラーレンバンドよりも低周波数である低周波数帯域用の光学素子であって、
   前記低周波数帯域における前記基板の第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．２以上であり、
   前記基板の厚さは、１５μｍ以上４０００μｍ以下であり、
   前記第１屈折率は、常軸に沿った偏光方向に対する屈折率であり、
   前記第２屈折率は、異常軸に沿った偏光方向に対する屈折率であり、
   前記低周波数帯域の光であって、前記光学素子に入射する前記光の反射率は、１０％以下である、
   光学素子。
2. 第１主面及び第２主面を有し、複屈折性を示す基板と、
   前記第１主面上に位置する反射防止膜と、
   を備える光学素子であって、
   前記反射防止膜のレストストラーレンバンドよりも低周波数である低周波数帯域における前記基板の第１屈折率と第２屈折率との差の絶対値は、０．２以上であり、
   前記基板の厚さは、１５μｍ以上４０００μｍ以下であり、
   前記第１屈折率は、常軸に沿った偏光方向に対する屈折率であり、
   前記第２屈折率は、異常軸に沿った偏光方向に対する屈折率であり、
   前記低周波数帯域の光であって、前記光学素子に入射する前記光の反射率は、１０％以下である、
   光学素子。
3. 前記低周波数帯域における前記第１屈折率と前記第２屈折率との差は、０．８以上である、請求項１または２に記載の光学素子。
4. 前記低周波数帯域における前記第１屈折率と前記第２屈折率との差は、１．４以上５．０以下である、請求項３に記載の光学素子。
5. 前記基板は、リチウムを含む三方晶系結晶構造を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記基板は、ニオブ酸リチウム、及びタンタル酸リチウムの少なくとも一方を含む、請求項５に記載の光学素子。
7. 前記低周波数帯域において、前記反射防止膜の屈折率と、前記第１屈折率の平方根との差の絶対値、及び、前記屈折率と、前記第２屈折率の平方根との差の絶対値のそれぞれは、０．５以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記低周波数帯域において、前記反射防止膜の前記屈折率と、可視域における前記反射防止膜の屈折率との差の絶対値は、０．５以上である、請求項７に記載の光学素子。
9. 前記低周波数帯域において、前記反射防止膜は、複屈折性を示し、
   前記低周波数帯域における前記反射防止膜の第３屈折率と、前記第１屈折率の平方根との差の第１絶対値は、０．５以下であり、
   前記低周波数帯域における前記反射防止膜の第４屈折率と、前記第２屈折率の平方根との差の第２絶対値は、０．５以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の光学素子。
10. 前記基板の進相軸は、前記反射防止膜の進相軸に対して一致し、
    前記基板の退相軸は、前記反射防止膜の退相軸に対して一致する、請求項９に記載の光学素子。
11. 前記基板の進相軸及び退相軸の少なくとも一方は、前記反射防止膜の進相軸及び退相軸に対して不一致である、請求項９に記載の光学素子。
12. 前記反射防止膜は、フッ化物を含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学素子。
13. 前記フッ化物は、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、及びフッ化バリウムの少なくとも一つを含む、請求項１２に記載の光学素子。
14. 前記基板は、酸化チタンを含み、
    前記反射防止膜は、酸化アルミニウムを含む、請求項１～４及び７～１１のいずれか一項に記載の光学素子。
15. 前記第２主面上に位置する第２反射防止膜をさらに備える、請求項１～１４のいずれか一項に記載の光学素子。
16. 前記反射防止膜上に位置し、反射防止膜よりも低い屈折率を有する光透過膜をさらに備える、請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学素子。

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