JPH1152129A - 偏光子及びその製造方法 - Google Patents
偏光子及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH1152129A JPH1152129A JP20568697A JP20568697A JPH1152129A JP H1152129 A JPH1152129 A JP H1152129A JP 20568697 A JP20568697 A JP 20568697A JP 20568697 A JP20568697 A JP 20568697A JP H1152129 A JPH1152129 A JP H1152129A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal particles
- substrate
- polarizer
- metal
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】消光比が高く、しかも基板からの剥離の心配が
不要で、さらに挿入損失の低い、信頼性且つ特性の非常
に優れた偏光子及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 透光性を有する基板2の少なくとも一主
面上に、誘電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子
4aが分散された誘電体層5を1層以上積層させた偏光
子1であって、同一の誘電体層中に存在し隣合う金属粒
子同士の間隔のばらつきが200nm以下であり、かつ
同一の誘電体層中に存在する金属粒子の個数密度が3〜
37個/μm2 であることを特徴とする。
不要で、さらに挿入損失の低い、信頼性且つ特性の非常
に優れた偏光子及びその製造方法を提供すること。 【解決手段】 透光性を有する基板2の少なくとも一主
面上に、誘電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子
4aが分散された誘電体層5を1層以上積層させた偏光
子1であって、同一の誘電体層中に存在し隣合う金属粒
子同士の間隔のばらつきが200nm以下であり、かつ
同一の誘電体層中に存在する金属粒子の個数密度が3〜
37個/μm2 であることを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、誘電体中に異方性
を有する金属粒子が分散された偏光子とその製造方法に
関するものである。
を有する金属粒子が分散された偏光子とその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】偏光子は特定の方向に偏光した光を取り
出すために用いるものであり、これまでに様々な構成の
偏光子が研究されてきた。この種の偏光子には、例え
ば、複屈折性の結晶を組み合わせたグラントムソンプリ
ズム,複屈折性の大きいルチル結晶,二色性を有する高
分子材料を偏光方向に延伸して作られた偏光フィルム,
誘電体層と金属薄膜層とを交互に積層して形成された積
層型偏光子(ラミポール),ホウ珪酸ガラス中に銀コロ
イドを析出させて偏光方向に延伸させた金属分散型偏光
子(ポーラコア),島状金属粒子を誘電体膜とを交互に
積層し誘電体膜中に分散させ偏光方向に延伸させた島状
金属薄膜型偏光子などが知られている。
出すために用いるものであり、これまでに様々な構成の
偏光子が研究されてきた。この種の偏光子には、例え
ば、複屈折性の結晶を組み合わせたグラントムソンプリ
ズム,複屈折性の大きいルチル結晶,二色性を有する高
分子材料を偏光方向に延伸して作られた偏光フィルム,
誘電体層と金属薄膜層とを交互に積層して形成された積
層型偏光子(ラミポール),ホウ珪酸ガラス中に銀コロ
イドを析出させて偏光方向に延伸させた金属分散型偏光
子(ポーラコア),島状金属粒子を誘電体膜とを交互に
積層し誘電体膜中に分散させ偏光方向に延伸させた島状
金属薄膜型偏光子などが知られている。
【0003】これら偏光子は、サングラス,液晶表示用
フィルター,写真用フィルター,スキー用ゴーグル,自
動車用ヘッドライトやディスプレ用防眩防止フィルター
などに使用される他、例えば光ピックアップ,光センサ
ー,光アイソレータ等に幅広く使用され、ここ数年では
特に光記録及び光通信等の各分野において、小型で高性
能且つ安価な偏光子の必要性が高まっている.現在、ホ
ウ珪酸ガラス中に銀コロイドを析出させて偏光方向に延
伸させた金属分散型偏光子のポーラコアが実用化されて
おり、これは光通信分野で最も多く利用されている偏光
子として知られている。この偏光子は、銀とハロゲンと
を有するガラス素地を熱処理してハロゲン化銀の粒子を
析出させ、ガラス素地を加熱下に延伸してハロゲン化銀
粒子を回転楕円体状に引き延ばすことにより、ハロゲン
化銀粒子に異方性を付与させている。そして、還元雰囲
気下で加熱しハロゲン化銀を金属銀へ還元するものであ
る(例えば、特公平2―40619号公報、対応米国特
許USP4,486,213、及びUSP4,479,
819を参照)。
フィルター,写真用フィルター,スキー用ゴーグル,自
動車用ヘッドライトやディスプレ用防眩防止フィルター
などに使用される他、例えば光ピックアップ,光センサ
ー,光アイソレータ等に幅広く使用され、ここ数年では
特に光記録及び光通信等の各分野において、小型で高性
能且つ安価な偏光子の必要性が高まっている.現在、ホ
ウ珪酸ガラス中に銀コロイドを析出させて偏光方向に延
伸させた金属分散型偏光子のポーラコアが実用化されて
おり、これは光通信分野で最も多く利用されている偏光
子として知られている。この偏光子は、銀とハロゲンと
を有するガラス素地を熱処理してハロゲン化銀の粒子を
析出させ、ガラス素地を加熱下に延伸してハロゲン化銀
粒子を回転楕円体状に引き延ばすことにより、ハロゲン
化銀粒子に異方性を付与させている。そして、還元雰囲
気下で加熱しハロゲン化銀を金属銀へ還元するものであ
る(例えば、特公平2―40619号公報、対応米国特
許USP4,486,213、及びUSP4,479,
819を参照)。
【0004】ところが、この偏光子では銀粒子のアスペ
クト比(粒子の異方性の度合いを示すものであり、通
常、粒子の長軸方向の長さ/短軸方向の長さで示す)が
不均一になりやすい。これは短軸方向や長軸方向の長さ
が均一な銀粒子を析出させることが困難なためである。
さらに、ガラス内部までハロゲン化銀を還元することは
困難なため不透明な未還元のハロゲン化銀が残留する。
また、ハロゲン化銀の還元の過程でガラスが収縮するこ
とに伴い、ガラス表面がポーラス状になりやすく長期安
定性が低下しやすい、といった問題が生じていた。
クト比(粒子の異方性の度合いを示すものであり、通
常、粒子の長軸方向の長さ/短軸方向の長さで示す)が
不均一になりやすい。これは短軸方向や長軸方向の長さ
が均一な銀粒子を析出させることが困難なためである。
さらに、ガラス内部までハロゲン化銀を還元することは
困難なため不透明な未還元のハロゲン化銀が残留する。
また、ハロゲン化銀の還元の過程でガラスが収縮するこ
とに伴い、ガラス表面がポーラス状になりやすく長期安
定性が低下しやすい、といった問題が生じていた。
【0005】このような問題点を解決するために、真空
蒸着やスパッタリング法等の薄膜形成プロセスを用いて
偏光子を製造することが提案されている(1990年電
子情報通信学会、秋期大会、講演予稿集C−212)。
この島状金属薄膜型偏光子の提案では、ガラス等の誘電
体基板上に島状金属薄膜層を真空蒸着にて設け、ガラス
等の誘電体層をスパッタリング法等でその上に積層す
る。そして、島状金属薄膜層と誘電体層を交互に数層形
成する。次に加熱下で基板を引き延ばし、島状金属薄膜
層の金属粒子に異方性を持たせる。このようにして、島
状金属薄膜層での各金属粒子は、引き延ばし方向に延ば
され回転楕円体状になり偏光性能を有することになる。
蒸着やスパッタリング法等の薄膜形成プロセスを用いて
偏光子を製造することが提案されている(1990年電
子情報通信学会、秋期大会、講演予稿集C−212)。
この島状金属薄膜型偏光子の提案では、ガラス等の誘電
体基板上に島状金属薄膜層を真空蒸着にて設け、ガラス
等の誘電体層をスパッタリング法等でその上に積層す
る。そして、島状金属薄膜層と誘電体層を交互に数層形
成する。次に加熱下で基板を引き延ばし、島状金属薄膜
層の金属粒子に異方性を持たせる。このようにして、島
状金属薄膜層での各金属粒子は、引き延ばし方向に延ば
され回転楕円体状になり偏光性能を有することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記薄
膜形成プロセスを用いた偏光子は、次に述べるような問
題点がある。
膜形成プロセスを用いた偏光子は、次に述べるような問
題点がある。
【0007】1)島状金属薄膜層と誘電体層とを交互に
積層した後に、加熱工程及び延伸工程を施すので、最終
的に適当な大きさの金属粒子にさせることが困難とな
り、偏光方向とそれに垂直な方向との間の消光比が低
い。
積層した後に、加熱工程及び延伸工程を施すので、最終
的に適当な大きさの金属粒子にさせることが困難とな
り、偏光方向とそれに垂直な方向との間の消光比が低
い。
【0008】2)消光比が低いため、積層数を増やして
消光比を増加させる必要があるが、積層数を増やすと基
板からの剥離が生ずる等して積層体が破壊される。
消光比を増加させる必要があるが、積層数を増やすと基
板からの剥離が生ずる等して積層体が破壊される。
【0009】3)金属粒子の形状を変えただけでは挿入
損失を低くするのに限界がある。
損失を低くするのに限界がある。
【0010】したがって、このような製造方法によって
得られた偏光子においては、延伸及び還元による製法で
得られた光通信デバイス用の偏光子と対比しても、それ
と同程度の特性が得られず、未だ満足できる程度の品
質、特性及び信頼性が得られていなかった。
得られた偏光子においては、延伸及び還元による製法で
得られた光通信デバイス用の偏光子と対比しても、それ
と同程度の特性が得られず、未だ満足できる程度の品
質、特性及び信頼性が得られていなかった。
【0011】そこで、本発明は消光比が高く、しかも基
板からの剥離の心配が不要で、さらに挿入損失が低く信
頼性且つ特性の非常に優れた、偏光子及びその製造方法
を提供することを目的とする。
板からの剥離の心配が不要で、さらに挿入損失が低く信
頼性且つ特性の非常に優れた、偏光子及びその製造方法
を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の偏光子は、透光性基板の少なくとも一主面
上に、誘電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子が
分散された誘電体層を少なくとも1層形成して成る偏光
子であって、誘電体層は内部に分散している金属粒子間
の間隔ばらつきが200nm以下であり、かつ金属粒子
の個数密度が3〜37個/μm2 であることを特徴とす
る。
に、本発明の偏光子は、透光性基板の少なくとも一主面
上に、誘電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子が
分散された誘電体層を少なくとも1層形成して成る偏光
子であって、誘電体層は内部に分散している金属粒子間
の間隔ばらつきが200nm以下であり、かつ金属粒子
の個数密度が3〜37個/μm2 であることを特徴とす
る。
【0013】また、本発明の偏光子の製造方法は、透光
性基板の少なくとも一主面上に、誘電体中に形状異方性
を有する多数の金属粒子が分散された誘電体層を少なく
とも1層形成して成る偏光子の製造方法であって、下記
Aの工程にB〜Dの一連の工程を1回以上繰り返し行
い、しかる後に下記Eの工程を行うことを特徴とする偏
光子の製造方法。
性基板の少なくとも一主面上に、誘電体中に形状異方性
を有する多数の金属粒子が分散された誘電体層を少なく
とも1層形成して成る偏光子の製造方法であって、下記
Aの工程にB〜Dの一連の工程を1回以上繰り返し行
い、しかる後に下記Eの工程を行うことを特徴とする偏
光子の製造方法。
【0014】A:透光性基板を準備する工程 B:前記透光性基板に対し、多数の開口を有するマスク
基板を用いた薄膜形成法により金属微粒子を所定角度で
被着させる工程 C:前記金属微粒子を前記透光性基板の軟化点より低い
温度で加熱し凝集せしめて、多数の金属粒子を形成する
工程 D:前記多数の金属粒子上に薄膜形成法により誘電体層
を被着させる工程 E:前記透光性基板を所定方向に熱塑性変形させ、前記
多数の金属粒子に形状異方性を付与せしめ配向させる工
程。
基板を用いた薄膜形成法により金属微粒子を所定角度で
被着させる工程 C:前記金属微粒子を前記透光性基板の軟化点より低い
温度で加熱し凝集せしめて、多数の金属粒子を形成する
工程 D:前記多数の金属粒子上に薄膜形成法により誘電体層
を被着させる工程 E:前記透光性基板を所定方向に熱塑性変形させ、前記
多数の金属粒子に形状異方性を付与せしめ配向させる工
程。
【0015】ここで、金属微粒子を入射させる場合に、
金属源とガラス基板との間にマスク基板を配設するが、
マクス基板はガラス基板に対して平行にするのが望まし
く、また、金属源からの金属微粒子のガラス基板への入
射角度を5°〜175°の範囲で変えられるようにする
とよい。なぜなら、入射角度が5°より小さくなった
り、175°より大きくなったりすると成膜が良好に行
われないからである。
金属源とガラス基板との間にマスク基板を配設するが、
マクス基板はガラス基板に対して平行にするのが望まし
く、また、金属源からの金属微粒子のガラス基板への入
射角度を5°〜175°の範囲で変えられるようにする
とよい。なぜなら、入射角度が5°より小さくなった
り、175°より大きくなったりすると成膜が良好に行
われないからである。
【0016】また、ガラス基板上もしくは誘電体層上に
金属微粒子を入射させて多数積層する場合に、上記工程
Bにおいて、金属微粒子の入射角度を変更するように制
御するとよい。例えばマスク基板との入射角度が各工程
ごとに異なるようにする。
金属微粒子を入射させて多数積層する場合に、上記工程
Bにおいて、金属微粒子の入射角度を変更するように制
御するとよい。例えばマスク基板との入射角度が各工程
ごとに異なるようにする。
【0017】なお、マスク基板の開口の形状は正方形、
長方形、円形、もしくは三角形等とする。また、透光性
を有する基板はガラス基板が最適であり、例えば、ホウ
珪酸ガラス、珪酸塩ガラス等からなるものとするとよ
い。また、金属粒子はAu,Ag,Pt等の貴金属元素
やCu,Fe,Ni,Cr,Al及びWのうち少なくと
も一種からなるものとするとよい。
長方形、円形、もしくは三角形等とする。また、透光性
を有する基板はガラス基板が最適であり、例えば、ホウ
珪酸ガラス、珪酸塩ガラス等からなるものとするとよ
い。また、金属粒子はAu,Ag,Pt等の貴金属元素
やCu,Fe,Ni,Cr,Al及びWのうち少なくと
も一種からなるものとするとよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する図1に示すように、偏光子1は
透光性基板であるガラス等の誘電体基板2の少なくとも
一方の主面上に偏光層3を設けたものであり、この偏光
層3は、誘電体基板2上に形状異方性を有する金属粒子
4aが多数分散され層状をなす島状金属薄膜層というべ
き金属粒子層4と、透光性を有する誘電体層5とが交互
に複数積層されて成るものである。また、金属粒子層4
中の金属粒子4aの存在位置は、積層方向で互いに異な
るように形成されている。また、同一の誘電体層中に存
在し隣合う金属粒子の間隔ばらつきが200nm以下で
あり、かつ同一の誘電体層中に存在する金属粒子の個数
密度(分布密度)が3〜37個/μm2 としている。な
お、良好な偏光特性が得られるのであれば誘電体層5は
1層でもよく、1層以上とする。
図面に基づいて説明する図1に示すように、偏光子1は
透光性基板であるガラス等の誘電体基板2の少なくとも
一方の主面上に偏光層3を設けたものであり、この偏光
層3は、誘電体基板2上に形状異方性を有する金属粒子
4aが多数分散され層状をなす島状金属薄膜層というべ
き金属粒子層4と、透光性を有する誘電体層5とが交互
に複数積層されて成るものである。また、金属粒子層4
中の金属粒子4aの存在位置は、積層方向で互いに異な
るように形成されている。また、同一の誘電体層中に存
在し隣合う金属粒子の間隔ばらつきが200nm以下で
あり、かつ同一の誘電体層中に存在する金属粒子の個数
密度(分布密度)が3〜37個/μm2 としている。な
お、良好な偏光特性が得られるのであれば誘電体層5は
1層でもよく、1層以上とする。
【0019】ここで、透光性を有するとは、使用波長に
対して透明という意味である。また、金属粒子の個数密
度(分布密度)は基板面S方向における各層における密
度であって、少なくとも1個の金属粒子4aの長軸を含
み、且つ基板面Sに平行な面で切断した場合に計測した
密度である。
対して透明という意味である。また、金属粒子の個数密
度(分布密度)は基板面S方向における各層における密
度であって、少なくとも1個の金属粒子4aの長軸を含
み、且つ基板面Sに平行な面で切断した場合に計測した
密度である。
【0020】基板2は、例えばパイレックスガラス(パ
イレックスとはコーニング・ガラス・インダストリーの
商標名)やBKガラス(BKとはホーヤ社の商標名)等
のホウ珪酸ガラスを用い、これ以外にシリカガラス等の
高融点の珪酸塩ガラスやソーダガラス等の低融点ガラス
を用いてもよい。また、このようなガラス材料に代えて
他の透明材料を用いてもよいが、ガラス材料は安価で延
伸が容易であるので好適に使用される。誘電体層5は、
基板2と同種の材料が好ましく、例えば基板2にBKガ
ラスを用いる場合には、誘電体層5にもBKガラスを用
い、熱膨張率等の物性を一致させることが好ましい。
イレックスとはコーニング・ガラス・インダストリーの
商標名)やBKガラス(BKとはホーヤ社の商標名)等
のホウ珪酸ガラスを用い、これ以外にシリカガラス等の
高融点の珪酸塩ガラスやソーダガラス等の低融点ガラス
を用いてもよい。また、このようなガラス材料に代えて
他の透明材料を用いてもよいが、ガラス材料は安価で延
伸が容易であるので好適に使用される。誘電体層5は、
基板2と同種の材料が好ましく、例えば基板2にBKガ
ラスを用いる場合には、誘電体層5にもBKガラスを用
い、熱膨張率等の物性を一致させることが好ましい。
【0021】金属粒子4aは、Au,Ag,Pt,R
h,Ir等の貴金属元素やCu,Fe,Ni,Cr,A
l及びW等の遷移金属から選択される一種以上の金属で
あることが好ましく、基板2や誘電体層5との濡れ性が
悪く凝集しやすい金属でしかも酸化され難く、誘電体層
5中で金属粒子4aとして存在し得るものが好ましい。
これらの内、特に好ましいものは、低融点なため凝集が
容易で、ガラスとの濡れが悪く、しかも酸化され難いA
u、あるいは安価でガラスとの濡れ性が悪いCuであ
る。なお、金属粒子4aは金属単体に限定されるもので
はなく合金であってもよい。
h,Ir等の貴金属元素やCu,Fe,Ni,Cr,A
l及びW等の遷移金属から選択される一種以上の金属で
あることが好ましく、基板2や誘電体層5との濡れ性が
悪く凝集しやすい金属でしかも酸化され難く、誘電体層
5中で金属粒子4aとして存在し得るものが好ましい。
これらの内、特に好ましいものは、低融点なため凝集が
容易で、ガラスとの濡れが悪く、しかも酸化され難いA
u、あるいは安価でガラスとの濡れ性が悪いCuであ
る。なお、金属粒子4aは金属単体に限定されるもので
はなく合金であってもよい。
【0022】また、金属粒子4aは回転楕円体状で異方
性があり、図1(但し,光の進行方向をZ方向とし,こ
れに直交する平面をX−Y平面とする)では、金属粒子
4aの長軸方向がX方向で、短軸方向がY方向である。
また、金属粒子4aの長軸方向の長さと短軸方向の長さ
の比をアスペクト比とし,ここでは多数の金属粒子4a
のアスペクト比の平均値を単にアスペクト比と呼ぶもの
とする。
性があり、図1(但し,光の進行方向をZ方向とし,こ
れに直交する平面をX−Y平面とする)では、金属粒子
4aの長軸方向がX方向で、短軸方向がY方向である。
また、金属粒子4aの長軸方向の長さと短軸方向の長さ
の比をアスペクト比とし,ここでは多数の金属粒子4a
のアスペクト比の平均値を単にアスペクト比と呼ぶもの
とする。
【0023】金属粒子4aが回転楕円体状になるのは、
基板2上に偏光層3の成膜後の延伸時に、基板2ととも
に金属粒子4aが延伸方向に引き延ばされるからであ
る。そして、アスペクト比が大きいほど消光比が増加す
るが、それと同時に基板2の延伸率が増加して延伸が困
難になり、しかも消光比の増加率がアスペクト比の大き
い領域で減少するため、偏光層3中の金属粒子4aのア
スペクト比(長軸方向の長さ/短軸方向の長さ)は3〜
30が適当であり、特に好ましくは15〜25である。
基板2上に偏光層3の成膜後の延伸時に、基板2ととも
に金属粒子4aが延伸方向に引き延ばされるからであ
る。そして、アスペクト比が大きいほど消光比が増加す
るが、それと同時に基板2の延伸率が増加して延伸が困
難になり、しかも消光比の増加率がアスペクト比の大き
い領域で減少するため、偏光層3中の金属粒子4aのア
スペクト比(長軸方向の長さ/短軸方向の長さ)は3〜
30が適当であり、特に好ましくは15〜25である。
【0024】なお、消光比は、所定波長において偏光し
ていない入射光を用いた場合に、X方向の透過光とY方
向の透過光のエネルギーの比をデシベル単位で示したも
のとし、エネルギーの比が10の時に10dBとしてい
る。一方,挿入損失は,所定波長において偏光していな
い入射光を用いた場合に、入射光の全エネルギーとY方
向の透過光のエネルギーの比をデシベル単位で示したも
のとし、エネルギーの比が0.1の時に0.1dBとす
る。
ていない入射光を用いた場合に、X方向の透過光とY方
向の透過光のエネルギーの比をデシベル単位で示したも
のとし、エネルギーの比が10の時に10dBとしてい
る。一方,挿入損失は,所定波長において偏光していな
い入射光を用いた場合に、入射光の全エネルギーとY方
向の透過光のエネルギーの比をデシベル単位で示したも
のとし、エネルギーの比が0.1の時に0.1dBとす
る。
【0025】また、金属粒子層4中の金属粒子4aの個
数密度は、基板面方向に2〜35個/μm2 とする。こ
の理由は、個数密度が2個/μm2 より下回ると偏光子
としての特性が出にくくなり、例えば消光比が20dB
より低くなるからであり、また、37個/μm2 より上
回ると金属粒子での吸収が大きく挿入損失が1dBより
増大するからである。
数密度は、基板面方向に2〜35個/μm2 とする。こ
の理由は、個数密度が2個/μm2 より下回ると偏光子
としての特性が出にくくなり、例えば消光比が20dB
より低くなるからであり、また、37個/μm2 より上
回ると金属粒子での吸収が大きく挿入損失が1dBより
増大するからである。
【0026】また、金属粒子4aの短軸方向の長さが増
加すると、透過すべきY方向の偏光に対する挿入損失が
増加し、このことからもアスペクト比が3以上、より好
ましくは15以上で短軸方向の長さが短く、挿入損失を
小さくすることが好ましい。金属粒子4aの長軸方向の
平均長さが増加すると、X方向の吸収ピーク波長が増加
し、光通信で用いる波長(1.3μm 程度)に接近す
る。しかしながら、金属粒子4aのアスペクト比に製造
上の制限があり、短軸方向の長さの増加が挿入損失をも
たらすことを加味すると、長軸方向の長さにも制限が生
じる。
加すると、透過すべきY方向の偏光に対する挿入損失が
増加し、このことからもアスペクト比が3以上、より好
ましくは15以上で短軸方向の長さが短く、挿入損失を
小さくすることが好ましい。金属粒子4aの長軸方向の
平均長さが増加すると、X方向の吸収ピーク波長が増加
し、光通信で用いる波長(1.3μm 程度)に接近す
る。しかしながら、金属粒子4aのアスペクト比に製造
上の制限があり、短軸方向の長さの増加が挿入損失をも
たらすことを加味すると、長軸方向の長さにも制限が生
じる。
【0027】そこで、金属粒子4aについての好ましい
条件は、アスペクト比が3〜30、長軸方向の長さの平
均値が100〜300nm、短軸方向の長さの平均値が
10〜50nmであり、より好ましくはアスペクト比が
10〜30、最も好ましくはアスペクト比が15〜25
である。
条件は、アスペクト比が3〜30、長軸方向の長さの平
均値が100〜300nm、短軸方向の長さの平均値が
10〜50nmであり、より好ましくはアスペクト比が
10〜30、最も好ましくはアスペクト比が15〜25
である。
【0028】図1の場合、Z方向に入射した入射光L1
は、X方向の偏光成分が金属粒子4aの自由電子との共
鳴で吸収され、Y方向の偏光成分は透過率が高く、偏光
した出射光L2となる。また、X方向とY方向とでは吸
収のピーク波長に差があり、X方向ではY方向よりも長
波長側に吸収のピークがある。そして、特に指摘しない
場合、消光比はX方向の吸収のピークが生じる波長で定
める。
は、X方向の偏光成分が金属粒子4aの自由電子との共
鳴で吸収され、Y方向の偏光成分は透過率が高く、偏光
した出射光L2となる。また、X方向とY方向とでは吸
収のピーク波長に差があり、X方向ではY方向よりも長
波長側に吸収のピークがある。そして、特に指摘しない
場合、消光比はX方向の吸収のピークが生じる波長で定
める。
【0029】上記偏光子1は、例えば次のようにして作
製する。まず、ガラス基板2を準備するとともに、この
ガラス基板2を図2に示すようなスパッタリング等の薄
膜成膜法(真空薄膜成膜法)が行える成膜室11内に配
置する。以下、スパッタリングを例にとり説明する。
製する。まず、ガラス基板2を準備するとともに、この
ガラス基板2を図2に示すようなスパッタリング等の薄
膜成膜法(真空薄膜成膜法)が行える成膜室11内に配
置する。以下、スパッタリングを例にとり説明する。
【0030】成膜室11には、金属源13が固定された
基台12、誘電体源15が固定された基台14、回転軸
16に支持された回転支持台17が配設されており、回
転支持台17には、金属源13や誘電体源15に対して
所定角度θで傾斜させたガラス基板2を配設する。ま
た、ガラス基板2と金属源13との間には、同様に所定
角度θで傾斜させ図3に示すような所定形状の開口19
を有するたマスク基板18が配設されている。また、こ
の成膜室11内は所定の真空に保たれており、スパッタ
リングガスとして例えばアルゴンガスが導入されてい
る。
基台12、誘電体源15が固定された基台14、回転軸
16に支持された回転支持台17が配設されており、回
転支持台17には、金属源13や誘電体源15に対して
所定角度θで傾斜させたガラス基板2を配設する。ま
た、ガラス基板2と金属源13との間には、同様に所定
角度θで傾斜させ図3に示すような所定形状の開口19
を有するたマスク基板18が配設されている。また、こ
の成膜室11内は所定の真空に保たれており、スパッタ
リングガスとして例えばアルゴンガスが導入されてい
る。
【0031】次いで、ガラス基板2に対し、マスク基板
18を用いてスパッタリングを行うことにより金属微粒
子を所定角度で被着させ(工程B)、金属微粒子をガラ
ス基板2の徐冷点より低い温度で加熱し凝集せしめ、多
数の金属粒子4aを形成し(工程C)、さらに、多数の
金属粒子上にスパッタリングにより誘電体層5を被着さ
せる(工程D)。このような一連の工程B〜Dを1回以
上繰り返し行うことによりガラス基板2の少なくとも一
主面上に金属粒子層と誘電体層が交互に積層された偏光
層3が形成された積層体を形成する。
18を用いてスパッタリングを行うことにより金属微粒
子を所定角度で被着させ(工程B)、金属微粒子をガラ
ス基板2の徐冷点より低い温度で加熱し凝集せしめ、多
数の金属粒子4aを形成し(工程C)、さらに、多数の
金属粒子上にスパッタリングにより誘電体層5を被着さ
せる(工程D)。このような一連の工程B〜Dを1回以
上繰り返し行うことによりガラス基板2の少なくとも一
主面上に金属粒子層と誘電体層が交互に積層された偏光
層3が形成された積層体を形成する。
【0032】そして、このような積層体に対して、ガラ
ス基板の所定方向(基板面方向)へ加熱・延伸等の熱塑
性変形を施すことにより、多数の金属粒子に形状異方性
を付与せしめ配向させた偏光子が完成する。
ス基板の所定方向(基板面方向)へ加熱・延伸等の熱塑
性変形を施すことにより、多数の金属粒子に形状異方性
を付与せしめ配向させた偏光子が完成する。
【0033】ここで、マスク基板18の材料は、アルミ
材,ステンレス材,ガラス材,プラスチック等にするこ
とが好ましい。特に、微細加工のしやすい材料であるガ
ラス材が好ましい。マスク基板18の開口19の形状は
正方形もしくは長方形が作製が容易である点で好まし
く、その開口19の寸法は縦0.5μm 〜1000μ
m,横0.5μm 〜1.0μm ,開口19同士の間隔
0.05μm 〜0.1μm が好ましい。また、開口19
の数は1×103 個/μm 2 〜3.7×106 個/μm
2 が好ましく、より好ましくは、5×105 個/μm 2
〜2×106 個/μm2 である。なお、マスク基板の開
口の形状は他の形状でもよい。また、特にスパッタリン
グ法を用いて金属微粒子を入射させる場合のマスク基板
との角度θは5°〜175°が好ましく、特に10°〜
170°が好ましい。
材,ステンレス材,ガラス材,プラスチック等にするこ
とが好ましい。特に、微細加工のしやすい材料であるガ
ラス材が好ましい。マスク基板18の開口19の形状は
正方形もしくは長方形が作製が容易である点で好まし
く、その開口19の寸法は縦0.5μm 〜1000μ
m,横0.5μm 〜1.0μm ,開口19同士の間隔
0.05μm 〜0.1μm が好ましい。また、開口19
の数は1×103 個/μm 2 〜3.7×106 個/μm
2 が好ましく、より好ましくは、5×105 個/μm 2
〜2×106 個/μm2 である。なお、マスク基板の開
口の形状は他の形状でもよい。また、特にスパッタリン
グ法を用いて金属微粒子を入射させる場合のマスク基板
との角度θは5°〜175°が好ましく、特に10°〜
170°が好ましい。
【0034】このようにして、基板とマスク基板を用い
ることにより、凝集させた金属粒子の個数密度及び位置
を積層方向で制御することができる。特に、透光性を有
する誘電体基板上に、スパッタリング法を用いて金属微
粒子を形成する場合に、スパッタリングされた金属粒子
と誘電体基板との間に配置されたマスク基板との角度θ
を金属微粒子の成膜時毎に5°から175°まで徐々に
変化させて積層を行い、金属粒子が適当な間隔を置いて
分散された誘電体層を有する積層体を形成することがで
きる。
ることにより、凝集させた金属粒子の個数密度及び位置
を積層方向で制御することができる。特に、透光性を有
する誘電体基板上に、スパッタリング法を用いて金属微
粒子を形成する場合に、スパッタリングされた金属粒子
と誘電体基板との間に配置されたマスク基板との角度θ
を金属微粒子の成膜時毎に5°から175°まで徐々に
変化させて積層を行い、金属粒子が適当な間隔を置いて
分散された誘電体層を有する積層体を形成することがで
きる。
【0035】上記本発明の製造方法によれば、同一の誘
電体層中に存在する金属粒子同士の間隔ばらつきが20
0nm以下となり、挿入損失を0.1dB以下にするこ
とができる。図4における金属粒子同士の間隔P1,P
2の範囲は200nm〜700nmであるが、P1とP
2の差の絶対値の範囲(間隔ばらつき)は0nm〜20
0nmであり、200nm以下となる。ここで、上記間
隔ばらつきは次のようにして測定する。
電体層中に存在する金属粒子同士の間隔ばらつきが20
0nm以下となり、挿入損失を0.1dB以下にするこ
とができる。図4における金属粒子同士の間隔P1,P
2の範囲は200nm〜700nmであるが、P1とP
2の差の絶対値の範囲(間隔ばらつき)は0nm〜20
0nmであり、200nm以下となる。ここで、上記間
隔ばらつきは次のようにして測定する。
【0036】すなわち、サンプルの表面や内部を透過電
子顕微鏡(TEM)や走査電子顕微鏡(SEM)により
写真撮影を行い、得られた写真から目視等により測定す
る。具体的には、例えば、測定面積を2.5×105 n
m2 〜1μm 2 とし、対象金属粒子数を500〜100
0個とし、粒子間隔は一方の金属粒子の中心と他方の金
属粒子の中心とを測定する。
子顕微鏡(TEM)や走査電子顕微鏡(SEM)により
写真撮影を行い、得られた写真から目視等により測定す
る。具体的には、例えば、測定面積を2.5×105 n
m2 〜1μm 2 とし、対象金属粒子数を500〜100
0個とし、粒子間隔は一方の金属粒子の中心と他方の金
属粒子の中心とを測定する。
【0037】一方、従来の方法による偏光子によれば、
図5に示すように、P1,P2の範囲は0nm〜100
0nm、P1とP2の差の絶対値の範囲(ばらつき)は
0nm〜1000nmとなり、金属粒子同士が近づき過
ぎて挿入損失0.3dB以上に増大したり、離れすぎて
所望の消光比が得られないのである。
図5に示すように、P1,P2の範囲は0nm〜100
0nm、P1とP2の差の絶対値の範囲(ばらつき)は
0nm〜1000nmとなり、金属粒子同士が近づき過
ぎて挿入損失0.3dB以上に増大したり、離れすぎて
所望の消光比が得られないのである。
【0038】
【実施例】実施例1 次に,より具体的で好適な実施例について説明する。ま
ず、基板としてBK7ガラス(ホーヤ社の商標名、その
組成は、SiO2 :69%、B2 O3 :10%,Na2
O:8%,K2 O:8%,BaO:3%(但し,組成は
重量%))を用いた。また、その軟化点は724℃、熱
膨張率は72〜89×10-7/℃である。基板2のサイ
ズは、長さが76mm,幅が10mm,厚さが1mmで
あった。
ず、基板としてBK7ガラス(ホーヤ社の商標名、その
組成は、SiO2 :69%、B2 O3 :10%,Na2
O:8%,K2 O:8%,BaO:3%(但し,組成は
重量%))を用いた。また、その軟化点は724℃、熱
膨張率は72〜89×10-7/℃である。基板2のサイ
ズは、長さが76mm,幅が10mm,厚さが1mmで
あった。
【0039】マスク基板の開口部の寸法は、縦0.5μ
m ,横0.5μm ,開口部間隔0.1μm であった。
m ,横0.5μm ,開口部間隔0.1μm であった。
【0040】次に、BK7ガラス(基板2と同一のBK
7)とCuをターゲットとしたスパッタ成膜装置(島津
製作所製、HS―552S)にて、基板上にCu層を形
成した。このときの基板の角度θは、マスク基板に対し
て10°傾けた。この後、成膜後の真空中でCu膜をヒ
ーター加熱法で500℃前後でアニールして凝集させ、
さらに島状のCu粒子の形状を球状に整えた。このと
き、マスク基板によりCu粒子が凝集して存在する領域
が限定されている。この後、逆スパッタを施すことによ
りCu粒子の基板面方向の個数密度を制御した。さら
に、BK7ガラス層をスパッタリングにより成膜した。
但し、BK7ガラス層の加熱は行わなかった。この工程
を5回繰り返す際に、Cu層成膜時は基板の角度を15
°ずつ傾け、積層方向にてCu粒子の存在する領域が異
なるようにし、Cu層が5層とBK7ガラス層が5層の
交互層からなる積層体を作製した。次に、この積層体に
対してBK7ガラス基板の軟化点近傍の温度600℃で
加熱し延伸を行い、Cu粒子の形状に異方性をもたせ、
同時に粒子の配向化も行わせた。
7)とCuをターゲットとしたスパッタ成膜装置(島津
製作所製、HS―552S)にて、基板上にCu層を形
成した。このときの基板の角度θは、マスク基板に対し
て10°傾けた。この後、成膜後の真空中でCu膜をヒ
ーター加熱法で500℃前後でアニールして凝集させ、
さらに島状のCu粒子の形状を球状に整えた。このと
き、マスク基板によりCu粒子が凝集して存在する領域
が限定されている。この後、逆スパッタを施すことによ
りCu粒子の基板面方向の個数密度を制御した。さら
に、BK7ガラス層をスパッタリングにより成膜した。
但し、BK7ガラス層の加熱は行わなかった。この工程
を5回繰り返す際に、Cu層成膜時は基板の角度を15
°ずつ傾け、積層方向にてCu粒子の存在する領域が異
なるようにし、Cu層が5層とBK7ガラス層が5層の
交互層からなる積層体を作製した。次に、この積層体に
対してBK7ガラス基板の軟化点近傍の温度600℃で
加熱し延伸を行い、Cu粒子の形状に異方性をもたせ、
同時に粒子の配向化も行わせた。
【0041】この結果、図1に示すように、基板上にB
K7ガラス層(誘電体層)中に、積層方向に位置が異な
る回転楕円体状の島状化した多数のCu粒子(金属粒
子)(金属粒子間隔のばらつき:150nm,個数密
度:23個/μm 2 ,アスペクト比:6)を設けた偏光
子が完成した。
K7ガラス層(誘電体層)中に、積層方向に位置が異な
る回転楕円体状の島状化した多数のCu粒子(金属粒
子)(金属粒子間隔のばらつき:150nm,個数密
度:23個/μm 2 ,アスペクト比:6)を設けた偏光
子が完成した。
【0042】この偏光子について、波長1.31μm の
光を用いて消光比及び挿入損失を測定したところ、消光
比が20dB,挿入損失が0.05dBの特性を示し、
マスク基板を使用しない場合の特性(消光比22dB,
挿入損失0.3dB)より挿入損失が改善された。
光を用いて消光比及び挿入損失を測定したところ、消光
比が20dB,挿入損失が0.05dBの特性を示し、
マスク基板を使用しない場合の特性(消光比22dB,
挿入損失0.3dB)より挿入損失が改善された。
【0043】実施例2 次に、実施例1と同一の基板材料を用い、実施例1にお
けるCuの代わりにAu及び実施例1と同一材料で構成
された誘電体層とを交互に積層させて偏光子を得た場合
について説明する。
けるCuの代わりにAu及び実施例1と同一材料で構成
された誘電体層とを交互に積層させて偏光子を得た場合
について説明する。
【0044】マスク基板の開口部の寸法は縦10μm ,
横0.8μm ,開口部間隔0.1μm であった。
横0.8μm ,開口部間隔0.1μm であった。
【0045】次に、BK7ガラス(基板と同一のBK
7)とAuをターゲットとしたスパッタ成膜装置(島津
製作所製、HS―552S)にて、基板上にAu層を形
成した。このときの基板の角度はマスク基板に対して2
0°傾けた。この後、成膜後の真空中でAu膜をヒータ
ー加熱法で500℃前後でアニールして凝集させ、さら
に島状のAu粒子の形状を球状に整えた。このとき、マ
スク基板によりAu粒子が凝集して存在する領域が限定
されている。さらに、BK7ガラス層をスパッタリング
により成膜した。但し、BK7ガラス層の加熱は行わな
かった。この工程を5回繰り返す際に、Au層成膜時は
基板の角度を10℃ずつ傾け、積層方向にてAu粒子の
存在する領域が異なるようにし、Au層が5層とBK7
ガラス層が5層の交互層からなる積層体を作製した。
7)とAuをターゲットとしたスパッタ成膜装置(島津
製作所製、HS―552S)にて、基板上にAu層を形
成した。このときの基板の角度はマスク基板に対して2
0°傾けた。この後、成膜後の真空中でAu膜をヒータ
ー加熱法で500℃前後でアニールして凝集させ、さら
に島状のAu粒子の形状を球状に整えた。このとき、マ
スク基板によりAu粒子が凝集して存在する領域が限定
されている。さらに、BK7ガラス層をスパッタリング
により成膜した。但し、BK7ガラス層の加熱は行わな
かった。この工程を5回繰り返す際に、Au層成膜時は
基板の角度を10℃ずつ傾け、積層方向にてAu粒子の
存在する領域が異なるようにし、Au層が5層とBK7
ガラス層が5層の交互層からなる積層体を作製した。
【0046】次に、この積層体に対してBK7ガラス基
板の軟化点近傍の温度600℃で加熱し延伸を行い、A
u粒子の形状に異方性をもたせ、同時に粒子の配向化も
行わせた。この結果、図1に示すように、基板上に、B
K7ガラス層(誘電体層)中に積層方向に位置が異なる
回転楕円体状の島状化した多数のAu粒子(金属粒子)
(金属粒子間隔のばらつき:120nm,個数密度:1
5個/μm 2,アスペクト比:10)を設けた偏光子が
完成した。
板の軟化点近傍の温度600℃で加熱し延伸を行い、A
u粒子の形状に異方性をもたせ、同時に粒子の配向化も
行わせた。この結果、図1に示すように、基板上に、B
K7ガラス層(誘電体層)中に積層方向に位置が異なる
回転楕円体状の島状化した多数のAu粒子(金属粒子)
(金属粒子間隔のばらつき:120nm,個数密度:1
5個/μm 2,アスペクト比:10)を設けた偏光子が
完成した。
【0047】この偏光子について、波長1.31μm の
光を用いて消光比及び挿入損失を測定したところ、消光
比が20dB以上,挿入損失が0.05dB以下の特性
を示した。
光を用いて消光比及び挿入損失を測定したところ、消光
比が20dB以上,挿入損失が0.05dB以下の特性
を示した。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マスク基板を使用することにより誘電体層間の金属粒子
の存在する領域を積層方向で制御することができるた
め、同一消光比の偏光子において挿入損失が低減でき、
しかも積層数が増えた場合でも金属粒子の存在領域が異
なるため、密着性がよくなり剥離の心配もなくなるの
で、偏光特性及び信頼性に非常に優れた偏光子を提供す
ることができる。
マスク基板を使用することにより誘電体層間の金属粒子
の存在する領域を積層方向で制御することができるた
め、同一消光比の偏光子において挿入損失が低減でき、
しかも積層数が増えた場合でも金属粒子の存在領域が異
なるため、密着性がよくなり剥離の心配もなくなるの
で、偏光特性及び信頼性に非常に優れた偏光子を提供す
ることができる。
【図1】本発明に係る偏光子を説明するための模式的な
斜視図である。
斜視図である。
【図2】本発明に係る偏光子を製造するための成膜装置
を説明するため模式図である。
を説明するため模式図である。
【図3】マスク基板の平面図である。
【図4】本発明に係る偏光子を説明するための模式的な
断面図であり、図1におけるA−A線の断面図である。
断面図であり、図1におけるA−A線の断面図である。
【図5】従来の偏光子を説明するための模式的な断面図
である。
である。
1:偏光子 2:基板 3:偏光層 4:金属粒子層 4a:金属粒子 5:誘電体層
Claims (2)
- 【請求項1】 透光性基板の少なくとも一主面上に、誘
電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子が分散され
た誘電体層を少なくとも1層形成して成る偏光子であっ
て、前記誘電体層は内部に分散している金属粒子間の間
隔ばらつきが200nm以下であり、かつ金属粒子の個
数密度が3〜37個/μm2 であることを特徴とする偏
光子。 - 【請求項2】 透光性基板の少なくとも一主面上に、誘
電体中に形状異方性を有する多数の金属粒子が分散され
た誘電体層を少なくとも1層形成して成る偏光子の製造
方法であって、下記Aの工程にB〜Dの一連の工程を1
回以上繰り返し行い、しかる後に下記Eの工程を行うこ
とを特徴とする偏光子の製造方法。 A:透光性基板を準備する工程 B:前記透光性基板に対し、多数の開口を有するマスク
基板を用いた薄膜形成法により金属微粒子を所定角度で
被着させる工程 C:前記金属微粒子を前記透光性基板の軟化点より低い
温度で加熱し凝集せしめて、多数の金属粒子を形成する
工程 D:前記多数の金属粒子上に薄膜形成法により誘電体層
を被着させる工程 E:前記透光性基板を所定方向に熱塑性変形させ、前記
多数の金属粒子に形状異方性を付与せしめ配向させる工
程
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20568697A JPH1152129A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 偏光子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20568697A JPH1152129A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 偏光子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1152129A true JPH1152129A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16511033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20568697A Pending JPH1152129A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 偏光子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1152129A (ja) |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20568697A patent/JPH1152129A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0744634B1 (en) | Method of producing an optical polarizer | |
| US5999315A (en) | Polarizer and a production method thereof and an optical isolator | |
| CN105388551B (zh) | 无机偏光板及其制造方法 | |
| JP2740601B2 (ja) | 銅含有偏光ガラス及びその製造方法 | |
| JP2001505671A (ja) | 広帯域コントラスト偏光ガラス | |
| JPH0756018A (ja) | 偏光子の製造方法 | |
| JPH1152129A (ja) | 偏光子及びその製造方法 | |
| JP3705505B2 (ja) | 偏光ガラス及びその製造方法 | |
| JP3602913B2 (ja) | 偏光素子とそれを用いた光アイソレ−タ及びその製造方法 | |
| JP3722603B2 (ja) | 偏光子の製造方法 | |
| JPH1172618A (ja) | 偏光子 | |
| JPH07301710A (ja) | 偏光子の製造方法および製造装置 | |
| JPH11133229A (ja) | 偏光子 | |
| JP4128596B2 (ja) | 偏光ガラスおよび偏光ガラスの製造方法 | |
| JPH03294829A (ja) | 非線形光学薄膜およびその製造方法 | |
| JPH06273621A (ja) | 偏光子およびその製造方法 | |
| JP3740248B2 (ja) | 偏光素子の製造方法および光アイソレータの製造方法 | |
| JPH11248935A (ja) | 偏光子及びその製造方法 | |
| JPH11248936A (ja) | 高消光比偏光子 | |
| JPS59204545A (ja) | 積層導電フイルム | |
| JPH09178939A (ja) | 偏光子およびその製造方法 | |
| JP2000249834A (ja) | 偏光子及びその製造方法 | |
| JPH10274711A (ja) | 偏光素子及びそれを用いた光アイソレータ | |
| TW202233540A (zh) | 偏光玻璃及光隔離器 | |
| JP2000171632A (ja) | 偏光子及びこれを用いた導波型光デバイス |