JPH01314204A - 偏光ビームスプリッタ - Google Patents

偏光ビームスプリッタ

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JPH01314204A
JPH01314204A JP63145907A JP14590788A JPH01314204A JP H01314204 A JPH01314204 A JP H01314204A JP 63145907 A JP63145907 A JP 63145907A JP 14590788 A JP14590788 A JP 14590788A JP H01314204 A JPH01314204 A JP H01314204A
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JP
Japan
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grating
light
incident light
surface relief
gold
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Pending
Application number
JP63145907A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuo Kimura
靖夫 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光磁気ディスク用光ヘッドや干渉計等に用いら
れる偏光ビームスプリフタのうち、入射光を直交する2
つの直線偏光に分離するために用いられる偏光ビームス
プリフタに関する。
〔従来の技術〕
偏光ビームスプリフタは任意の偏光状態の入射光を2つ
の直交する直線偏光成分に分離し、それぞれ異なる伝播
方向へ出射させる機能を存する光学素子で、光デイスク
用ヘッドや、種々の干渉計を始め、光学の様々な分野で
広く応用されている重要かつ基本的な光学部品である。
偏光ビームスプリフタの機能は、従来では主に、透明体
の反射あるいは複屈折性物質を用いて実現されてきた。
゛ まず、透明体の反射を利用したものについて述べる。透
明な等方媒質の表面に入射する光は、入射面に垂直な振
動面を持つ偏光成分(S成分)と平行に振動する偏光成
分(P成分)に対する反射率が異なるために、反射光′
あるいは透過光は偏光される。特に、入射角がその媒質
のブリュースター角のときにP成分の反射率が0になる
。このことを利用して、屈折率の異−なる物質を交互に
積み重ねて反射増加膜を構成し、この反射増加膜を入射
光に対してブリュースター角となるよう配置すれば、偏
光ビームスプリッタが得られる。さらに、第2図に示す
ように各偏光成分を直角に分離するためには、基板とな
るガラス1、高屈折率の薄膜2、低屈折率の薄膜3の屈
折率をそれぞれn、、n工。
nLとすれば、 ”9  = 2 nl”rlH2/ (nL”+ no
2)なる関係を満足するようにすればよい。この例とし
て、 (a)  nt =t、3ss  (MgFz)、n1
4=2.04  (Z r Ox)を用いるとng=1
.62 (b)  nL =1.385  (Mg Fz)、n
o =2.44  (T i 02)を用イルとng=
1.70 を満足するガラスを基板に用いればよい。なお第2図に
おいて、4は接着剤を示している。
次に、複屈折性物質を用いたものについて述べる。複屈
折性の結晶に自然光を入射させれば、直交する2つの直
線偏光に分かれて結晶内を伝播する。この性質を利用し
て偏光ビームスプリンタを作成することができる。この
代表的なものとして、第3図に示すウォラストンプリズ
ム、第4図に示すロソションプリズムが知られている。
これらはいずれも水晶のプリズム5,6を組み合わせた
もので、結晶軸の方向は、第3図、第4図では破線と点
で示しである。どちらのプリズムも水晶境界面での複屈
折によって違った方向へ伝播するので、2つの偏光を分
離することができる。第3図のウォラストンプリズムの
方が常光&?t(0)7と異常光線(E)8との別れ方
が大きいが、第4図のロッションプリズムでは常光線7
は波長によらずすべて曲がらずに透過する点で便利であ
る。
水晶の他に用いられる複屈折性結晶としては方解石が一
般的である。方解石を用いたものとしてはフーコープリ
ズムがよく知られている。
以上述べた偏光ビームスプリフタに関しては、すでに多
(の教科書やハンドブックに詳述されている。例えば、
吉原邦夫著の「物理光学」 (昭和41年、共立出版発
行)や、田幸敏治、辻内順平。
南茂夫編集の「光学的測定ハンドブック」 (昭和56
年、朝倉書店発行)等があげられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
以上述べた従来技術による偏光ビームスプリフタは、作
成に大きな工数を必要とし、また、高価な材料が必要で
あった。たとえば、透明体の反射を用いるものであれば
光学研磨したガラスに必要な誘電体薄膜を必要厚さ複数
回蒸着し、さらにそれらを張りつける工数が必要となる
。また複屈折物質を用いる場合には、複屈折結晶を光学
軸に注意しながら研磨して張り合わせるため、工数とと
もに、材料費が価格に占める割合が大きかった。
つまり、いずれの場合も偏光ビームスプリッタは高価な
ものとなっていた。
本発明の目的は、上記問題点を解決し、安価で、量産性
に富む偏光ビームスプリッタを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の偏光ビームスプリッタは、 入射光の波長λに対して、ピッチが略波長に等しく、格
子溝深さdが、0.75λ<d<λなる関係を有する金
属表面レリーフ格子を備え、入射光に対して、格子の略
ブラッグ角となるよう配置されることを特徴としている
〔作用〕
以下図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。
本発明では、金属表面レリーフ格子の回折効率の偏光依
存性を用いて偏光ビームスプリフタを形成する。一般に
表面レリーフ格子は、その格子ピッチAや格子溝深さd
、入射角θ、格子形状等により回折特性を制御すること
ができる。特に、金属で表面を覆った金属表面レリーフ
格子は回折効率に大きな偏光依存性を有し、偏光ビーム
スプリッタへ適用することができる。
第5図は、1986年11月発行のジャーナル オブジ
 オプティカル ソサイエティ オブ アメリカ  A
  (Journal  of  the  0pti
cal  5ociety  ofAmerica A
)誌第1780ページから第1787ページに掲載され
ているエム、シイ’モハラム(M、G、Moharam
)とティ・ケイ・ゲイロード(T、に、Gaylord
)著の論文[リガラス カップルド−ウェーブ アナリ
シス オブ メタリック サーフエイスーレリーフグレ
ーテイングズJ  (Rigorous couple
d−waveanalysis of metalli
c 5urface−relief gratings
)から引用したもので、回折効率の格子溝深さ依存性の
一例を示すための計算結果である。格子ピッチA=1.
0μmの金の矩形断面表面レリーフ格子にブラッグ角で
波長λ=1.0μmの光が入射した場合について示して
いる。縦軸は回折効率、横軸は格子溝深さを波長で規格
化した規格化格子溝深さ(d/λ)を示している。参考
のために、完全導体の場合をp、c、とじて示す。格子
溝に平行な電気ベクトルを持つ偏光をTE偏光と呼び、
格子溝に平行な磁気ベクトルを持つ偏光を7M偏光と呼
ぶことにする。
(a)は入射光量からO次回折効率と1次回折効率を引
いたもので、格子の損失を示しており、(b)は1次回
折効率を、(c)はO次回折効率を示している。第5図
で、規格化格子溝深さ0.8付近に注目する。TE偏光
に関しては0次回折効率がほぼ0%であり、1次回折効
率が90%程度であるのに対し、7M偏光に関してはT
E偏光の場合と全く逆の特性を示し0次回折効率がほぼ
100%であるのに対し1次回折効率はほぼ0%となる
したがって、1次回折光からTE偏光を、0次回折光か
ら7M偏光を検出すれば、この格子は偏光ビームスプリ
ッタとして機能することになり、格子型の偏光ビームス
プリフタが実現できる。
実際に作成可能な格子は、作成条件9作成方法等により
完全な矩形からは幾分誤差を含んだ形状になるため、上
記のような特性は格子溝深さdに対して0.75< d
 /λく1の範囲で達成される。
〔実施例〕
第1図は本発明の詳細な説明するための斜視図である。
図中、光の偏光方向を電気ベクトルの方向で示している
。入射光の波長λとほぼ等しいピッチをもち、0.75
λ<d<λなる格子溝深さdを有する金属表面レリーフ
格子9を、格子のブラッグ角に近い角度(略ブラッグ角
θ璽′)で光が入射するよう配置する。ブラッグ角に一
致させないのは1次回折光と入射光を分離するためであ
る。
入射光が円偏光10の場合、O次回折光11および1次
回折光12は互いに直交する直線偏光となる。
本実施例に用いた金属表面レリーフ格子9の作成方法を
第6図に基づいて説明する。第6図(a)。
(b)、  (C)は、それぞれ異なる作成方法を示し
ている。
第6図(a)に示す方法では、基板13に適当な厚さの
金14を蒸着し、フォトプロセスにより格子パターンを
形成後、フォトレジストをマスクとして金に湿式あるい
は乾式エツチング法によるエツチングを施して金の表面
レリーフ格子15を作成する。
第6図(b)に示す方法では、ガラスあるいはプラスチ
ックなどの誘電体基板16を用いて、誘電体基板に対し
て第6図(a)の方法と同様のフォロプロセスおよびエ
ツチングを施して表面レリーフを形成したのち、金17
を蒸着して金属表面レリーフ格子を作成する。
第6図(C)に示す方法では、あらかじめ必要な格子ピ
ッチおよび格子溝深さを持つ金型を作成しておき、この
金型からフォトポリマー法(2P法)により、基板18
上のフォトポリマー樹脂19に金型のレプリカを成形し
、このレプリカの表面に金20を蒸着して金属表面レリ
ーフ格子を作成する。
以上の各作成方法の中で、特に第6図(c)で述べた方
法は量産性に冨み、かつ製造ロフト間のばらつきも小さ
く、工業生産に適した方法である。
以上の説明においては、金属として金を取りあげたが、
もちろん他の金属材料、例えば銀やアルミニウムなどを
用いることも可能である。これらの金属材料を用いた場
合、金を用いた場合に比べてさらに製造原価を減らすこ
とができる。
〔発明の効果〕
本発明による偏光ビームスプリッタでは、従来の偏光ビ
ームスプリフタの製作において必要であった光学ガラス
の複数面の光学研磨、および複数回の誘電体物質の蒸着
、あるいは複屈折結晶の使用、および研磨、張り合わせ
といった工程がほとんど無くなり、材料費および製造工
数を大幅に削減でき、安価で量産性に富む偏光ビームス
プリフタが提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第6図は本発明の詳細な説明するための図、 第2図、第3図、第4図は従来の技術を説明するための
図、 第5図は本発明の詳細な説明するための図である。 1・・・・・ガラス 2・・・・・高屈折率薄膜 3・・・・・低屈折率薄膜 4・・・・・接着剤 5.6・・・プリズム 7・・・・・常光線 8・・・・・異常光線 9・・・・・金属表面レリーフ格子 10・・・・・入射円偏光 11・・・・・0次回折光 12・・・・・1次回折光 13、16.18・・・基板 14、17.20・・・金 15・・・・・表面レリーフ格子 16・・・・・誘電体基板 19・・・・・フォトポリマー樹脂 第1図 毛2図 Δ=入 八=10pm dl八              d/入第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入射光の波長λに対して、ピッチが略波長に等し
    く、格子溝深さdが、0.75λ<d<λなる関係を有
    する金属表面レリーフ格子を備え、入射光に対して、格
    子の略ブラッグ角となるよう配置されることを特徴とす
    る偏光ビームスプリッタ。
JP63145907A 1988-06-15 1988-06-15 偏光ビームスプリッタ Pending JPH01314204A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04316002A (ja) * 1991-04-16 1992-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 偏光素子
JP2006330616A (ja) * 2005-05-30 2006-12-07 Nippon Zeon Co Ltd 偏光子およびその製造方法、並びに液晶表示装置
JP2007058106A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Nippon Zeon Co Ltd 偏光分離フィルム、偏光分離フィルムの製造方法、および液晶表示装置
US7872803B2 (en) 2005-05-27 2011-01-18 Zeon Corporation Grid polarizing film, method for producing the film, optical laminate, method for producing the laminate, and liquid crystal display

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