專利名稱：偏光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種偏光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在過去，偏光元件(polarizing element)有采用多層電介體薄膜的偏振光光束分光器、采用雙折射晶體的羅雄棱鏡或格拉姆-湯姆遜棱鏡、或者通過沿一個方向使有機(jī)化合物的樹脂薄膜延伸而使碘或二色性染料在一定方向上定向而制造的直線偏振光薄膜等。
另外，已知有下述這樣的偏光元件，其特征是使具有形狀各向異性的銀微小顆粒在玻璃中析出分散(比如，NEW GLASS，vol.12，No.4 1997，p42)。該偏光元件是將分散有鹵化銀微小顆粒的玻璃加熱延伸，同時進(jìn)行鹵化銀微小顆粒的向旋轉(zhuǎn)橢圓體的變形與該旋轉(zhuǎn)橢圓體的向長軸方向的定向。接著，在還原性條件下對玻璃進(jìn)行加熱，將鹵化銀微小顆粒還原成銀微小顆粒，由此，完成偏光元件的制造。
此外，具有所謂的層壓型偏光元件(住友大阪セメント(株)光偏振控制元件產(chǎn)品目錄)。該層壓型偏光元件，首先在真空蒸鍍、濺涂等的真空環(huán)境下，形成在玻璃等的基板上交替地將金屬或半導(dǎo)體的薄膜以及電介體層這兩者層壓數(shù)十層的層壓結(jié)構(gòu)。接著，沿與該層壓方向垂直的方向，將基板與層壓結(jié)構(gòu)切片成約30μm厚度的薄片。然后，通過將切片處理后的截面研磨平滑，從而制作偏光元件。
另外，已經(jīng)實現(xiàn)有在透明基板的表面上形成有金屬格柵(grid)的所謂的金屬格柵偏光元件(特開平09-304620號公報)。該偏光元件是這樣制作的在透明基板的上面形成金屬膜后，采用光刻技術(shù)對金屬膜進(jìn)行干腐蝕，或通過剝離法(lift off)而形成金屬格柵。
但是，在直線偏振光薄膜的情況下，雖然其價格較低，但是，由于是將樹脂薄膜延伸而制作的，故與無機(jī)化合物類的偏光元件相比較，具有相對熱、磨損的耐久性較低的問題。
此外，在特征是使具有形狀各向異性的銀微小顆粒在玻璃中析出分散的偏光元件的情況下，在還原性條件下對玻璃進(jìn)行加熱、使鹵化銀微小顆粒還原成銀微小顆粒的工序中，鹵化銀微小顆粒再次形成球狀，形狀各向異性消失，或銀微小顆粒的體積收縮，其結(jié)果是，具有入射光散射而插入損耗增加，偏振光特性的穩(wěn)定性降低的問題。另外，鹵化銀微小顆粒還原成金屬銀的處理操作僅僅波及到距玻璃表面數(shù)十微米的深度，由此，存在殘留有無助于偏振光特性的鹵化銀微小顆粒的問題。由于鹵化銀微小顆粒的存在而使光的插入損耗增加，并且從制造上的觀點來說，也是無效率的，妨礙偏光元件的制造成本的降低。
此外，在層壓型偏光元件的情況下，由于制造工序花費時間，故仍具有不能夠減小制造成本的問題。另外，由于金屬或半導(dǎo)體與電介體層之間的界面的緊密附著力極小，故能夠?qū)訅旱臄?shù)量有限。另外，為了將入射光的插入損耗抑制在較小程度，必須按照約30μm以下的厚度，對基板與層壓結(jié)構(gòu)進(jìn)行切片處理，并且將其截面研磨平滑。但是，在該加工工序中，由于層壓結(jié)構(gòu)容易受到破壞，故偏光元件的制造合格率顯著變差，成本非常高。
還有，在金屬格柵偏光元件的情況下，必須減小格柵之間的間距，使其在所使用的偏振光波長以下。比如，在對應(yīng)光通信波長1.55μm的情況下，必須進(jìn)行這樣的細(xì)微加工，即以亞微米的單位形成格柵的線寬度與格柵之間的間距，但是，在光刻技術(shù)中具有限制。在格柵的線寬度與格柵之間的間距中的任何一個大于規(guī)定寬度的情況下，具有入射光由金屬膜反射而插入損耗增加、同時偏振光特性變差的問題。另外，由于金屬膜的干腐蝕選擇比(金屬膜的蝕刻速度/光致抗蝕劑的蝕刻速度)較小，故具有在對較厚的金屬膜進(jìn)行蝕刻時必須增加光致抗蝕劑的厚度、而難于實現(xiàn)的問題。
其結(jié)果是，由于不能夠形成發(fā)揮偏振光特性的厚度的金屬膜，故對于比如采用上述特開平09-304620號公報中描述的金的格柵偏光元件的偏振光特性，作為追加試驗的結(jié)果，其消光比為20Db左右，無法充分地滿足光學(xué)元件等所要求的性能。
本發(fā)明的目的在于提供一種價格較低的、具有良好的偏振光特性的偏光元件以及該偏光元件的制造方法。
發(fā)明的公開為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的偏光元件是從透射的電磁波吸收特定波長的成分而形成偏振光，其特征在是該偏光元件由透明基板和多個薄膜狀的導(dǎo)電體構(gòu)成，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體與該透明基板的一個表面正交，并且以規(guī)定的間距平行地設(shè)置。
另外，本發(fā)明的偏光元件的特征是上述透明基板具有開設(shè)于上述一個表面上的多個第1凹部，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于上述第1凹部中。
此外，本發(fā)明的偏光元件的特征是上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于由均勻地設(shè)置于上述一個表面上的電介體形成的多個第2凹部中。
還有，本發(fā)明的偏光元件的特征是上述透明基板具有開設(shè)于上述一個表面上的多個第1凹部，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體形成于上述多個第1凹部的側(cè)面上。
再有，本發(fā)明的偏光元件的特征是具有電介體，上述電介體覆蓋上述一個表面以及上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體這兩者的全體。
另外，本發(fā)明的偏光元件的特征是在上述透明基板的一個表面上具有電介體，該電介體具有多個槽部，上述多個槽部以規(guī)定的間距平行地與上述一個表面正交而開設(shè)，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于上述多個槽部中。
此外，本發(fā)明的偏光元件的其特征是上述導(dǎo)電體之間的規(guī)定的間距由d表示，高度由H表示，寬度由W表示，上述導(dǎo)電體的復(fù)數(shù)介電常數(shù)的絕對值由|ε|表示，偏振光波長由λ表示，并且d、W、H和λ的單位為微米，則具有下述關(guān)系0.1λ≤d＜0.5λ；0.5d＜H≤20d；0.06d≤W≤1.5d；1.0μm≤|ε|·W·(H/d)。
優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明的偏光元件，H與d以及W與d具有下述關(guān)系0.7d＜H≤15d；0.06d≤W≤0.7d。
更加優(yōu)選，根據(jù)本發(fā)明的偏光元件，H與d以及W與d具有下述關(guān)系
1.0d≤H≤10d；0.06d≤W≤0.5d。
另外，本發(fā)明的偏光元件的特征是上述導(dǎo)電體包含從下述組中選擇出的至少1種，該組包括金、銀、銅、鈀、白金、鋁、鍺、銠、硅、鎳、鈷、錳、鐵、鉻、鈦、釕、鈮、釹、鐿、釔、鉬、銦、鉍。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的偏光元件的制造方法是從透射的電磁波吸收特定波長的成分而形成偏振光的偏光元件的制造方法，其特征是該方法包括第1凹凸結(jié)構(gòu)形成工序，是在透明基板的表面上，以規(guī)定的間距相互平行地開設(shè)多個直線狀的第1凹部，從而形成第1凹凸結(jié)構(gòu)；第2凹凸結(jié)構(gòu)形成工序，是通過液相析出法，在上述第1凹凸結(jié)構(gòu)使電介體以基本均勻的厚度析出，形成具有寬度窄于上述第1凹部的寬度的多個第2凹部的第2凹凸結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電體埋設(shè)工序，在上述多個第2凹部中埋設(shè)導(dǎo)電體。
另外，本發(fā)明的偏光元件的制造方法的特征是上述第2凹凸結(jié)構(gòu)形成工序中的上述液相析出法，是使上述第1凹凸結(jié)構(gòu)與過飽和地溶解有二氧化硅的氟硅酸溶液接觸，使二氧化硅在上述第1凹凸結(jié)構(gòu)的表面析出。
附圖的簡單說明

圖1為表示本發(fā)明第1實施例的偏光元件的正視圖；圖2為表示圖1的偏光元件的平面圖；圖3為相對圖1的偏光元件10而省略電介體12的圖示的偏光元件10的正視圖；圖4為表示圖1的偏光元件的變形例的正視圖；圖5為說明圖4的偏光元件的制造工序的說明圖，其中圖5(a)表示透明基板的加工工序，圖5(b)表示電介體的形成工序，圖5(c)表示導(dǎo)電體的埋設(shè)工序，圖5(d)表示所制造的偏光元件；圖6為表示本發(fā)明第2實施例的偏光元件的正視圖；圖7為表示本發(fā)明第3實施例的偏光元件的正視圖；圖8為表示本發(fā)明第4實施例的偏光元件的正視圖；圖9為表示本發(fā)明第5實施例的偏光元件的正視圖；圖10為表示本發(fā)明第6實施例的偏光元件的正視圖；
圖11為表示本發(fā)明第7實施例的偏光元件的正視圖；圖12為表示本發(fā)明第8實施例的偏光元件的正視圖。
實施發(fā)明的最佳方式下面參照附圖，對本發(fā)明實施例的偏光元件進(jìn)行具體描述。
圖1為表示本發(fā)明第1實施例的偏光元件的正視圖。圖2為表示圖1的偏光元件的平面圖。
本發(fā)明第1實施例的偏光元件10，在透明基板11上設(shè)置有電介體12。由該電介體12所保持的、寬度為W、高度為H的多個薄膜狀的導(dǎo)電體13相互平行地以規(guī)定的間距d豎立設(shè)置在透明基板11上。
透明基板11為相對于所采用的偏振光波長而透明的基板即可，比如可采用玻璃基板、樹脂基板、單晶體基板等。
玻璃基板的種類有許多，比如有堿石灰玻璃、硅鋁酸鹽玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃等，根據(jù)偏光元件10的用途而從這些玻璃中選擇適合的類型。在這些玻璃中，由于石英玻璃從紫外線到近紅外線的區(qū)域的光的透射率較高，故其特別適合于針對光通信用波長(1.55μm)的光而使用偏光元件10的情況。另外，石英玻璃容易采用激光燒蝕(アブレ一ジョン)和干腐蝕等的表面微細(xì)加工技術(shù)，從此方面來說是優(yōu)選的。
在將偏光元件10用于光通信用波長的情況下，除了石英玻璃以外，還可將砷化鎵單晶體基板用作透明基板11。
另外，在采用石英玻璃以外的透明基板的情況下，也可采用以數(shù)微米的厚度在透明基板的表面形成二氧化硅覆蓋膜(石英)的物品。由于該偏光元件10在從透明基板11的表面起至數(shù)微米的部分發(fā)揮偏振特性，故如果該部分為與石英玻璃相同的特性，則與石英玻璃的透明基板相同，容易采用上述的表面細(xì)微加工技術(shù)。
此外，根據(jù)偏光元件的用途，除了上述的基板以外，還可采用丙烯酸、聚碳酸酯等的透明樹脂基板。
立設(shè)于透明基板11的表面上、即與該表面正交而設(shè)置的多個薄膜狀的導(dǎo)電體13在與透明基板11或電介體12接觸的狀態(tài)下被固定。由此，多個薄膜狀的導(dǎo)電體13不會從透明基板11剝離開，在導(dǎo)電體13與透明基板11或電介體12的邊界面上均可無需特別的擔(dān)心而保持良好的緊密附著性。由此，可將發(fā)揮偏光特性的多個薄膜狀的導(dǎo)電體13固定于規(guī)定的位置，其結(jié)果是，可發(fā)揮穩(wěn)定的偏振光特性。另外，相對于在機(jī)械加工和裝配等的后續(xù)工序中受到的各種的外力，不容易被破壞。
與導(dǎo)電體13接觸的同時固定導(dǎo)電體13的物質(zhì)優(yōu)選具有與透明基板11的折射率相等或基本相等的折射率。其用于對透射偏光元件10的光的相位補償。所以，優(yōu)選這樣的物質(zhì)是與透明基板11相同的物質(zhì)。在將與透明基板11不同的材料用于電介體12的情況下，最好選擇其折射率與透明基板11的折射率類似的材料。
此外，透明基板11或電介體12也可置換為其它的透明的固體，比如粘接劑這樣的硬化性透明樹脂。
下面參照圖3，對偏光元件10的偏振光功能進(jìn)行描述。
圖3為從圖1的偏光元件10中省略電介體12的圖示的偏光元件10的正視圖。
在射入偏光元件10的光中，作為波面與導(dǎo)電體13的側(cè)面相平行、電場與y方向相平行的偏振光的TE偏振光(電場波)被反射。另一方面，作為波面與導(dǎo)電體13的側(cè)面相垂直、電場與x方向相平行的偏振光的TM偏振光在偏光元件10中實現(xiàn)透射。
在TE偏振光中，由于與波長相比較，導(dǎo)電體13具有實質(zhì)上用作導(dǎo)電體的程度的長度(圖3的高度H)，故瞬態(tài)電流流過導(dǎo)電體13。其結(jié)果是，由于獲得與金屬表面的現(xiàn)象類似的反射和吸收性能，故TE偏振光不在偏光元件10中實現(xiàn)透射。
另一方面，在TE偏振光的情況下，由于與波長相比較，導(dǎo)電體13的長度(圖3的寬度W)較短，故導(dǎo)電體13實質(zhì)上不作為導(dǎo)電體而作用，瞬態(tài)電流不流過導(dǎo)電體13。于是，TM偏振光在偏光元件10中實現(xiàn)透射。
一般，作為用于評價偏光元件的偏振光功能的特性，采用消光比與插入損耗。
消光比指根據(jù)射入偏光元件的直線偏振光中的、以較大量實現(xiàn)透射的TM偏振光的透射率TTM與以較少量實現(xiàn)透射的TE偏振光的透射率TTE的比、按照下述公式定義的值。
消光比(dB)＝10·log10(TTM/TTE)插入損耗指根據(jù)射入偏光元件的直線偏振光中的、以較大量實現(xiàn)透射的TM偏振光的透射率TTM的百分比(％)、按照下述公式定義的值。
插入損耗(dB)＝-10·log10(TTM/100)消光比大而插入損耗小，就意味著該偏光元件的偏振光特性良好。
下面對用于相對所采用的偏振光波長而發(fā)揮良好的偏振光特性的導(dǎo)光體13的形狀、即寬度W、高度H和規(guī)定的間距d進(jìn)行描述。
最好導(dǎo)電體13的形狀由所采用的偏振光波長導(dǎo)出。導(dǎo)電體13立設(shè)于透明基板11上的規(guī)定的間距d相對波長λ最好為0.1λ≤d＜0.5λ如果規(guī)定的間距d超過0.5λ，則相對于所采用的偏振光波長而有助于反射和吸收TE偏振光的導(dǎo)電體13沒有充分存在。其結(jié)果是，TE偏振光的透射率提高，無法實現(xiàn)偏光元件10的功能。
規(guī)定的間距d越小，分離偏振光的效果越大，但是，在d不到0.1λ的情況下，由于應(yīng)實現(xiàn)透射的TM偏振光的反射和吸收增加，即入射光的插入損耗增加，故偏光元件10的性能降低。另外，就圖1所示的偏光元件10的結(jié)構(gòu)來說，難于以d小于0.1λ的間距設(shè)置導(dǎo)電體13，從工業(yè)方面的觀點來說也是不好的。
另外，優(yōu)選導(dǎo)電體13的高度H相對于導(dǎo)電體13的規(guī)定的間距d，為0.5d＜H≤20d。而且，更加優(yōu)選為0.7d＜H≤15d，最優(yōu)選為d≤H≤10d。
另外，最好導(dǎo)電體13的高度H為相對于所射入的直線偏振光的行進(jìn)方向、實質(zhì)上作為導(dǎo)電體而作用的程度。即最好高度為這樣的程度當(dāng)導(dǎo)電體13接受TE偏振光時，流過瞬態(tài)電流，其結(jié)果是，獲得與金屬表面的現(xiàn)象類似的反射和吸收性能，從而不使TE偏振光實現(xiàn)透射。
在高度H不到0.5d的情況下，導(dǎo)電體13相對于所射入的直線偏振光的行進(jìn)方向而實質(zhì)上不作為導(dǎo)電體而作用，無法獲得充分的消光比。
此外，通過增加高度H而可增加消光比，但是如果高度H超過20d，則消光比不會再增加。另外，由于形成高度H大于20d這樣的導(dǎo)電體就目前的技術(shù)來說是不現(xiàn)實的，故從工業(yè)上的觀點來說，最高高度H在20d以下。
優(yōu)選導(dǎo)電體13的寬度W相對于導(dǎo)電體13的規(guī)定的間距d，為0.06d≤W≤1.5d。進(jìn)一步優(yōu)選為0.06d≤W≤0.7d，更加優(yōu)選為0.06d≤W≤0.5d。
隨著導(dǎo)電體13的寬度W相對于規(guī)定的間距d而減小，插入損耗減小，但是，如果不到0.06d，則無法獲得充分大的消光比。另外，為了使寬度W不超過0.06d，薄膜狀的導(dǎo)電體13的厚度必須極薄，形成這樣的導(dǎo)電體是困難并且不現(xiàn)實的。
隨著寬度W相對于規(guī)定的間距d而增加，消光比增加，但是，如果寬度W超過1.5d，由于應(yīng)實現(xiàn)透射的TM偏振光的反射和吸收增加，入射光的插入損耗增加，故是不好的。
導(dǎo)電體13的物理特性對獲得的偏光元件10的偏振光特性產(chǎn)生較大影響。尤其是由于導(dǎo)電體13的導(dǎo)電率與介電常數(shù)有助于偏振光特性，它們越大，反射和吸收TE偏振光的性能就越大，故消光比增加，偏振光特性提高。
作為同時表現(xiàn)導(dǎo)電率和介電常數(shù)的物理量采用復(fù)數(shù)介電常數(shù)(複素 比誘電率)ε的絕對值|ε|的情況下，如果采用|ε|較大的導(dǎo)電體，則可獲得消光比較大的偏光元件。象上述那樣導(dǎo)電體13的形狀、即寬度W、高度H、規(guī)定的間距d以及導(dǎo)電體13的物理特性值|ε|是決定偏振光特性的主要原因。這些各主要原因不是單獨地決定偏振光特性。
于是，通過采用偏光元件10的偏振光波長，將導(dǎo)電體13的形狀、即W、H、d相關(guān)聯(lián)，另外，將這些形狀與導(dǎo)電體13的物理特性值|ε|相關(guān)聯(lián)，由此，偏光元件10可對應(yīng)于所采用的偏振光波長，發(fā)揮適合的特性。
即，構(gòu)成偏光元件10的導(dǎo)電體13的形狀與物理特性值最好在下述的范圍內(nèi)。
1.0μm≤|ε|·W·(H/d)比如，在采用|ε|較小的導(dǎo)電體13的情況下，如果是使W和(H/d)中的至少一個增加的形狀，則偏光元件10具有實際上充分的特性。另外，在采用|ε|較大的導(dǎo)電體13的情況下，只要減小W和(H/d)中的至少一個即可。
象這樣，可按照對應(yīng)于所采用的偏振光波長而發(fā)現(xiàn)適合的特性的方式，制作偏光元件10。
另外，優(yōu)選導(dǎo)電體13的材料為從下述組中選擇出的至少1種，該組由金、銀、銅、鈀、白金、鋁、鍺、銠、硅、鎳、鈷、錳、鐵、鉻、鈦、釕、鈮、釹、鐿、釔、鉬、銦、鉍構(gòu)成。
另外，進(jìn)一步優(yōu)選導(dǎo)電體13的材料為在上述的材料中，從下述一組中選擇出的至少1種，該組由金、銀、銅、鋁、鈀、銠、鎳、鈷、鉻組成。
由于在金屬材料中，這些材料的導(dǎo)電率與介電常數(shù)也是較大的，故在用作構(gòu)成偏光元件10的導(dǎo)電體13的情況下，由于對偏光元件10的入射光的反射和吸收的特性變大，故可提高偏光元件10的偏振光特性。
圖4為表示圖1的偏光元件的變形例的正視圖。
在圖4中，與圖1的組成部分相同的組成部分采用相同的標(biāo)號。
偏光元件10具有在其透明基板21的其中一個表面上、相互平行地形成多個直線狀的第1凹部22的凹凸結(jié)構(gòu)(在下面稱為第1凹凸結(jié)構(gòu))。在該第1凹凸結(jié)構(gòu)的表面上，形成由二氧化硅構(gòu)成的電介體30的層。由于該電介體30的層形成為在任何的部位均基本相同的厚度，故表面的外部輪廓也具有凹凸結(jié)構(gòu)(在下面稱為“第2凹凸結(jié)構(gòu)”)。第2凹凸結(jié)構(gòu)中的凹部32(在下面稱為第2凹部32)的寬度為W，深度為H。另外，第2凹凸結(jié)構(gòu)的凸部33(在下面稱為“第2凸部33)的寬度為d。在各第2凹部32中，埋設(shè)寬度為W、高度為H的薄膜狀的導(dǎo)電體13。
下面參照圖5，對圖4的偏光元件的制造方法進(jìn)行描述。
圖5為說明圖4的偏光元件的制造工序的說明圖，圖5(a)為表示透明基板的加工工序，圖5(b)表示電介體的形成工序，圖5(c)表示導(dǎo)電體的埋設(shè)工序，圖5(d)表示所制造的偏光元件。
首先，象圖5(a)所示的那樣，在透明基板21的頂部，形成多個直線狀的第1凹部22。作為形成該第1凹部22的方法，具有這樣的方法通過光刻曝光技術(shù)、電子線繪圖技術(shù)、激光繪圖技術(shù)、激光的二光束干涉曝光技術(shù)等曝光，然后，實施干腐蝕或濕式蝕刻。另外，也可采用也作為可形成細(xì)微的第1凹凸結(jié)構(gòu)的方法的激光燒蝕和根據(jù)加壓的圖案轉(zhuǎn)印方法等。
通過這些方法，形成寬度為W’、深度為H的第1凹部22，寬度為d’的第1凸部23。
接著，象圖5(b)所示的那樣，在第1凹凸結(jié)構(gòu)的表面形成二氧化硅的電介體30的層。
該電介體30的層的形成是通過液相析出法實施的。具體來說，使透明基板21與以過飽和狀態(tài)包含二氧化硅的氟硅酸(H2SiF6)溶液(在下面將其稱為處理液)接觸，使處理液中的二氧化硅成分在透明基板21的表面析出。
處理液是通過下述方法，以過飽和狀態(tài)包含二氧化硅，該方法是在氟硅酸溶液中，以基本飽和狀態(tài)溶解硅膠、硅石玻璃等二氧化硅含有物，然后，添加水或試劑(硼酸、金屬鋁等)，或使基本飽和狀態(tài)的氟硅酸溶液的溫度上升。
在透明基板21采用樹脂基板的情況下，若在使二氧化硅析出之前，預(yù)先形成由包含有機(jī)官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物構(gòu)成的膜，該有機(jī)官能團(tuán)具有甲基丙烯酰氧基、氨基等，然后，形成二氧化硅膜，則可形成牢固地與樹脂基板緊密附著的二氧化硅膜。
按照該液相析出法，在第1凹部22的底面、側(cè)面和第1凸部23的頂面的各表面上，二氧化硅以相同的析出速度、按照各向同性的方式析出。因此，形成電介體30的層后的第2凹部32的寬度W小于形成于透明基板21的頂部的第1凹部22的寬度W’，第2凹部32的深度H等于第1凹部22的深度H。從導(dǎo)電體13到相鄰的導(dǎo)電體13的間距d大于第1凸部23的寬度d’。
另外，通過該液相析出法，第2凹部32的寬度極窄，可容易形成為該寬度的15倍的深的槽形狀。
在形成導(dǎo)電體30的層后，象圖5(c)所示的那樣，將導(dǎo)電體13埋設(shè)于第2凹部32。作為該埋設(shè)方法，最好采用無電解電鍍方式。
此外，也可在將含有導(dǎo)電體原料的溶液涂敷于電介體30的層上后進(jìn)行加熱，將導(dǎo)電體13埋設(shè)于第2凹部32中。作為涂敷含有該導(dǎo)電體原料的溶液的方法，有澆注法、浸漬涂敷法、照相凹版涂敷法、苯胺印刷法、輥涂法、噴射法、旋涂法等。
按照該方法，由于導(dǎo)電體13還殘留于第2凸部33的表面，故在這種情況下偏光元件20的插入損耗增加。為了避免該情況，在埋設(shè)導(dǎo)電體13后，對殘留于第2凸部33的表面上的導(dǎo)電體進(jìn)行研磨，或蝕刻處理，或通過布等進(jìn)行擦拭，從而將其去除。
在象這樣形成的導(dǎo)電體13中，比如，寬度為0.1μm，高度H為1.5μm，間距d為0.5μm。為了將這樣的形狀的導(dǎo)電體13埋設(shè)于凹部32中，必須要求凹部32的寬度W為0.1μm，深度H為1.5μm，間距d為0.5μm。
象這樣，制造出圖5(d)所示的偏光元件20。
另外，在第2凹部32的寬度較寬、深度較淺的情況下，也可采用CVD法、真空蒸鍍法、濺射法等。
此外，通過在導(dǎo)電體13的表面上形成具有反射防止功能的層，可制造插入損耗減小、偏振光特性提高的偏光元件20。
對于象這樣制造的偏光元件，可容易地使消光比在25dB以上，插入損耗在1.0dB以下。
此外，也可形成下述更加優(yōu)選的偏光元件，該偏光元件的消光比在30dB以上，插入損耗在1.0dB以下。
針對在透明基板21的頂部形成第1凹部22后、形成介電體30的層的制造方法進(jìn)行了描述，但是，也可省略電介體30的層的形成，在最初的工序中，以較小的寬度形成第1凹部22，將導(dǎo)電體13埋設(shè)于該第1凹部22。
圖6為表示本發(fā)明第2實施例的偏光元件的正視圖。
在透明基板41的頂部，通過曝光—干腐蝕等的方法，相互平行地形成多個直線狀的第1凹部42。在該第1凹部42直接埋設(shè)導(dǎo)電體13。該導(dǎo)電體13的寬度為W，高度為H，相鄰的導(dǎo)電體13之間的間距為d。
圖7為表示本發(fā)明第3實施例的偏光元件的正視圖。
在透明基板51的頂部，通過曝光—干腐蝕等的方法，在電介體52的表面上平行地形成多個直線狀的槽部53。在透明基板51上，以數(shù)微米的厚度形成二氧化硅等的電介體52，導(dǎo)電體13埋設(shè)于槽部53。導(dǎo)電體13的寬度為W，高度為H，鄰接的導(dǎo)電體13之間的間距為d。各導(dǎo)電體13與電介體52粘接。
圖8為表示本發(fā)明第4實施例的偏光元件的正視圖。
在透明基板61的頂部上，通過曝光—干腐蝕等的方法，將導(dǎo)電板13形成為數(shù)微米的薄膜狀。
圖9為表示本發(fā)明第5實施例的偏光元件的正視圖。
在透明基板71的頂部上，通過曝光—干腐蝕等的方法，形成多個直線狀的第1凹部結(jié)構(gòu)。在第1凹凸結(jié)構(gòu)的第1凸部73的側(cè)面上形成導(dǎo)電體72。該導(dǎo)電體72在第1凹凸結(jié)構(gòu)的整個表面上，通過非電解電鍍等形成導(dǎo)電體72的薄膜，然后，采用指向性較高(非各向同性)的蝕刻(比如使用CF6氣體的活性離子腐蝕)，將形成于第1凸部73的頂面上的導(dǎo)電體和形成于第1凹部74的底面上的導(dǎo)電體去除而形成。該導(dǎo)電體72的寬度為W，高度為H，鄰接的導(dǎo)電體72之間的間距為d。導(dǎo)電體72從第1凹部74的底面直立。
圖10為表示本發(fā)明第6實施例的偏光元件的正視圖。
在透明基板81的頂部上，通過曝光—干腐蝕等的方法，形成具有多個直線狀的第1凸部82的第1凹凸結(jié)構(gòu)。在第1凹凸結(jié)構(gòu)中，從第1凸部82的頂面到側(cè)面的途中，形成導(dǎo)電體83。該導(dǎo)電體83從第1凸部82的上方通過濺射法、CVD法等而形成。導(dǎo)電體83的寬度為W，高度為H，鄰接的導(dǎo)電體83之間的間距為d。
圖11為表示本發(fā)明第7實施例的偏光元件的正視圖。
本實施例的偏光元件與第6實施例的偏光元件的唯一區(qū)別在于，從第6實施例的偏光元件，通過研磨等將粘接于第1凸部82的頂面上的導(dǎo)電體83去除。通過去除第1凸部82的頂面的導(dǎo)電體，插入損耗提高。
圖12為表示本發(fā)明第8實施例的偏光元件的正視圖。
在本實施例的偏光元件中，針對第7實施例的偏光元件，其凹凸結(jié)構(gòu)的整個表面通過電介體84而被覆蓋，以便在保護(hù)導(dǎo)電體83的同時，對透射光的相位進(jìn)行補償。電介體84具有與透明基板81基本相同的折射率。該電介體84通過下述方式形成，該方式為比如，將以烷氧基硅烷等的有機(jī)硅化合物為主成分的溶膠狀涂敷液涂敷于第1凹凸結(jié)構(gòu)的整個表面上，接著，進(jìn)行加熱處理，通過膠化反應(yīng)，使溶膠狀涂敷液固化而形成。
象上述這樣，由于本發(fā)明的偏光元件，可將用于發(fā)揮偏振光特性的透明基板表面的結(jié)構(gòu)的厚度減小到與所適用的偏振光波長相同的程度，故可容易形成較薄的偏光元件。
另外，由于在透明基板的表面上形成用于發(fā)揮偏振光特性的結(jié)構(gòu)，故可容易地獲得大面積的偏光元件。
此外，由于可從大面積的偏光元件切出規(guī)定尺寸的偏光元件，而一次性地制造多個偏光元件，故容易促進(jìn)偏光元件的成本降低。
實施例
(實施例1)作為透明基板，準(zhǔn)備100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃。在該透明基板上涂敷光致抗蝕劑，進(jìn)行He-Cd激光的二光束干涉曝光，接著，通過活性離子腐蝕，形成寬度(W’)為0.30μm、深度(H)為1.5μm的直線狀的槽以0.30μm的間距(d’)平行地設(shè)置的凹凸結(jié)構(gòu)。
接著，通過采用以過飽和狀態(tài)包含二氧化硅的氟硅酸溶液(處理液)的液相析出法，以0.10μm的厚度，在凹凸結(jié)構(gòu)的整個表面上形成二氧化硅的相，形成寬度(W)為0.1μm、深度(H)為1.5μm、間距(d)為0.5μm的凹凸結(jié)構(gòu)。
在本實施例的液相析出法中，采用氟硅酸的濃度為2.5mol/l，處理液的溫度為35℃的處理液。
然后，通過非電解電鍍，在凹凸結(jié)構(gòu)的凹部上，埋設(shè)作為導(dǎo)電體的金。在形成于凸部頂面上的多余的金采用研磨裝置而去除。
象這樣，制作在石英玻璃的表面上寬度(W)為0.1μm、高度(H)為1.5μm的薄膜狀的金以0.5μm的間距(d)而直立、金與二氧化硅粘接的偏光元件。
另外，在制作上述偏光元件時，凹凸結(jié)構(gòu)的形狀、導(dǎo)電體的形狀采用進(jìn)行相同處理而制作的另一試樣，通過掃描型電子顯微鏡(SEM)觀察該試樣的截面而測定。
在采用波長為1.55μm的光，對該偏光元件的偏振光特性進(jìn)行評價時，消光比為52.3dB，插入損耗為0.13dB。
消光比與插入損耗按照上述的定義進(jìn)行評價。
另外，完全沒有金與二氧化硅之間的界面、以及石英玻璃與二氧化硅之間的界面的剝離。
(實施例2～10)與實施例1相同，采用100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃，按照與實施例1相同的工序，象表1所示的那樣，制造導(dǎo)電體的種類與形狀不同的偏光元件。
表1的規(guī)定的間距d、高度H、寬度W、以及參數(shù)|ε|·W·(H/d)的各單位為μm。
表2表示各實施例的偏光元件的特性(消光比，插入損耗)。
在實施例6中所采用的波長為0.78μm，其它的實施例中所采用的波長為1.55μm。
表1

表2

實施例1其為構(gòu)成本發(fā)明的偏光元件的導(dǎo)電體的材料與形狀在優(yōu)選的范圍內(nèi)選擇的實例，獲得消光比、插入損耗均良好的偏振光特性。
實施例2由于導(dǎo)電體的寬度W比實施例1大，故消光比較大，但是插入損耗增加。
實施例3由于導(dǎo)電體的高度H大于實施例1，故獲得較大的消光比。即使在增加H的情況下，插入損耗僅僅稍稍增加。
實施例4由于導(dǎo)電體的間距d小于實施例1，故獲得較大的消光比。由于W相同，故插入損耗僅稍稍增加。
如果象這樣，采用實施例1～4，即使在使導(dǎo)電體的形狀在較寬的范圍內(nèi)變化的情況下，也能獲得良好的偏振光性能。
實施例5導(dǎo)電體的形狀與實施例1相同，作為導(dǎo)電體而采用鋁。即使在采用鋁的情況下，仍獲得優(yōu)良的特性的偏光元件。
實施例6采用與其它的實施例不同的波長(0.78μm)，形成適合它的形狀，由此，獲得與其它的實施例(光通信波長的1.55μm)相同的優(yōu)良的偏振光特性。
實施例7、8不改變導(dǎo)電體的形狀，即使在導(dǎo)電體的種類采用銀、銅的情況下，也可獲得與金相同的優(yōu)良的偏振光特性。
實施例9由于減小導(dǎo)電體的寬度W，故獲得極小的插入損耗。消光比僅稍稍減小。
實施例10導(dǎo)電體的形狀不必一定在良好的范圍內(nèi)，另外，即使在采用導(dǎo)電率較小的鋁的情況下，仍能獲得實用的偏光元件。
(比較例1～4)采用與實施例1相同的100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃，按照與實施例1相同的工序，制造象表3所示的那樣導(dǎo)電體的種類與形狀不同的偏光元件。
表3的規(guī)定的間距d、高度H、寬度W、以及參數(shù)|ε|·W·(H/d)的各單位為μm。
表4表示各比較例的偏光元件的特性(消光比，插入損耗)。
表3

表4

比較例1由于高度H較小，故不能獲得充分的偏振光特性(消光比)。
比較例2由于導(dǎo)電體的間距d相對于使用波長而較大，故不能獲得充分的消光比。
比較例3由于導(dǎo)電體的物理特性值與形狀的匹配性不充分，故特別是高度較小，由此，形成與消光比、插入損耗一起無法在實際中使用的偏振光特性。
比較例4由于導(dǎo)電體的寬度W較大，故插入損耗極大。
產(chǎn)業(yè)上的利用性如果象上面具體描述的那樣，采用本發(fā)明的偏光元件，由于多個薄膜狀的導(dǎo)電體與透明基板的一個表面正交、以規(guī)定的間距平行地設(shè)置，故可減小散射、吸收造成的入射光的插入損耗，由此，獲得偏振光特性。另外，由于采用單純的結(jié)構(gòu)，故價格較低。
此外，按照本發(fā)明的偏光元件，由于透明基板具有開設(shè)于一個表面上的多個第1凹部，多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于第1凹部，故可固定導(dǎo)電體的位置，另外，導(dǎo)電體不會從透明基板剝離，其結(jié)果是，可發(fā)揮穩(wěn)定的偏振光特性。
還有，按照本發(fā)明的偏光元件，由于多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于由均勻地設(shè)置于一個表面上的電介體形成的多個第2凹部中，故可固定導(dǎo)電體的位置，另外導(dǎo)電體不會從透明基板剝離，其結(jié)果是，可發(fā)揮穩(wěn)定的偏振光特性。
再有，按照本發(fā)明的偏光元件，由于多個薄膜狀的導(dǎo)電體形成于開設(shè)在一個表面上的多個第1凹部的側(cè)面上，故可固定導(dǎo)電體的位置，另外，導(dǎo)電體不會從透明基板剝離，其結(jié)果是，可發(fā)揮穩(wěn)定的偏振光特性。
另外，按照本發(fā)明的偏光元件，由于電介體覆蓋一個表面和多個薄膜狀的導(dǎo)電體這兩者的整體，故導(dǎo)電體不運動而由電介體保護(hù)，由此，即使相對于在機(jī)械加工、裝配等的后續(xù)工序中接受的各種外力，也小容易被破壞。
此外，如果采用本發(fā)明的偏光元件，由于在透明基板的一個表面上具有電介體，該電介體以規(guī)定的間距平行地與一個表面正交而開設(shè)的多個槽部，多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于上述多個槽部，故可固定導(dǎo)電體的位置，另外，導(dǎo)電體不會從透明基板剝離，其結(jié)果是，可發(fā)揮穩(wěn)定的偏振光特性。
還有，按照本發(fā)明的偏光元件，由于上述導(dǎo)電體之間的規(guī)定的間距由d表示，高度由H表示，寬度由W表示，上述導(dǎo)電體的復(fù)數(shù)介電常數(shù)的絕對值由|ε|表示，偏振光波長表示為λ，并且d、W、H和λ的單位為μm，則具有下述關(guān)系0.1λ≤d＜1.5λ0.5d＜H≤20d0.06d≤W≤1.5d1.0μm≤|ε|·W·(H/d)故消光比較大，插入損耗減小，由此，獲得更加良好的偏振光特性。
最好是，按照本發(fā)明的偏光元件，由于H與d和W具有下述關(guān)系0.7d＜H≤15d0.06d≤W≤0.7d故消光比更大，插入損耗進(jìn)一步減小，由此，獲得更進(jìn)一步良好的偏振光特性。
更好是，按照本發(fā)明的偏光元件，由于H與d和W具有下述關(guān)系1.0d≤H≤10d
0.06d≤W≤0.5d故消光比更大，插入損耗更進(jìn)一步減小，由此，獲得更進(jìn)一步良好的偏振光特性。
另外，按照本發(fā)明的偏光元件，由于上述導(dǎo)電體為從下述一組中選擇出的至少1種，該組由金、銀、銅、鈀、白金、鋁、鍺、銠、硅、鎳、鈷、錳、鐵、鉻、鈦、釕、鈮、釹、鐿、釔、鉬、銦、鉍組成，故如果將它們用作導(dǎo)電體，則可形成導(dǎo)電率與介電常數(shù)較大的導(dǎo)電體，入射光的反射和吸收特性增大，由此，可進(jìn)一步提高偏振光特性。
按照本發(fā)明的偏振光的制造方法，由于可制造導(dǎo)電體平行地、以規(guī)定的間距而埋設(shè)于透明基板的表面的偏光元件，故可減小偏光元件散射、吸收造成的入射光的插入損耗，由此，獲得良好的偏振光特性。另外，由于為單純的工序，故能以較低價格制造。
權(quán)利要求
1.一種偏光元件，該偏光元件是從透射的電磁波吸收特定波長的成分而形成偏振光，其特征在于，該偏光元件由透明基板和多個薄膜狀的導(dǎo)電體構(gòu)成，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體與該透明基板的一個表面正交，并且以規(guī)定的間距平行地設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于，上述透明基板具有開設(shè)于上述一個表面上的多個第1凹部，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于上述第1凹部中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏光元件，其特征在于，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于由均勻地設(shè)置于上述一個表面上的電介體形成的多個第2凹部中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于，上述透明基板具有開設(shè)于上述一個表面上的多個第1凹部，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體形成于上述多個第1凹部的側(cè)面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的偏光元件，其特征在于，具有電介體，上述電介體覆蓋上述一個表面以及上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體這兩者的全體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏光元件，其特征在于，在上述透明基板的一個表面上具有電介體，該電介體具有多個槽部，上述多個槽部以規(guī)定的間距平行地與上述一個表面正交而開設(shè)，上述多個薄膜狀的導(dǎo)電體埋設(shè)于上述多個槽部中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的偏光元件，其特征在于，上述導(dǎo)電體之間的規(guī)定的間距由d表示，高度由H表示，寬度由W表示，上述導(dǎo)電體的復(fù)數(shù)介電常數(shù)的絕對值由|ε|表示，偏振光波長由λ表示，并且d、W、H和λ的單位為微米，則具有下述關(guān)系0.1λ≤d＜0.5λ；0.5d＜H≤20d；0.06d≤W≤1.5d；1.0μm≤|ε|·W·(H/d)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的偏光元件，其特征在于，具有下述關(guān)系0.7d＜H≤15d；0.06d≤W≤0.7d。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的偏光元件，其特征在于，具有下述關(guān)系1.0d≤H≤10d；0.06d≤W≤0.5d。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任意一項所述的偏光元件，其特征在于，上述導(dǎo)電體包含從下述組中選擇出的至少1種，該組包括金、銀、銅、鈀、白金、鋁、鍺、銠、硅、鎳、鈷、錳、鐵、鉻、鈦、釕、鈮、釹、鐿、釔、鉬、銦、鉍。
11.一種偏光元件的制造方法，是從透射的電磁波吸收特定波長的成分而形成偏振光的偏光元件的制造方法，其特征在于，該方法包括第1凹凸結(jié)構(gòu)形成工序，是在透明基板的表面上，以規(guī)定的間距相互平行地開設(shè)多個直線狀的第1凹部，從而形成第1凹凸結(jié)構(gòu)；第2凹凸結(jié)構(gòu)形成工序，是通過液相析出法，在上述第1凹凸結(jié)構(gòu)使電介體以基本均勻的厚度析出，形成具有寬度窄于上述第1凹部的寬度的多個第2凹部的第2凹凸結(jié)構(gòu)；導(dǎo)電體埋設(shè)工序，在上述多個第2凹部中埋設(shè)導(dǎo)電體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，上述第2凹凸結(jié)構(gòu)形成工序中的上述液相析出法，是使上述第1凹凸結(jié)構(gòu)與過飽和地溶解有二氧化硅的氟硅酸溶液接觸，使二氧化硅在上述第1凹凸結(jié)構(gòu)的表面析出。
全文摘要
一種偏光元件(20)，具有在透明基板(21)的一個表面上相互平行地形成有多個直線狀的第1凹部(22)的第1凹凸結(jié)構(gòu)，在該第1凹凸結(jié)構(gòu)的表面上形成由二氧化硅構(gòu)成的電介體(30)的層。在形成有電介體(30)的層的第2凹凸結(jié)構(gòu)中，第2凹部(32)的寬度為W，深度為H。第2凸部(33)的寬度為d，在每個第2凹部(32)中埋設(shè)寬度為W、深度為H的薄膜狀的導(dǎo)電體(13)。
文檔編號G02B5/30GK1520524SQ0182339
公開日2004年8月11日 申請日期2001年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月26日
發(fā)明者河津光宏, 河本真司, 山本博章, 永田秀史, V·V·瑟里科夫, 豬又宏之, 之, 史, 司, 瑟里科夫, 章 申請人:日本板硝子株式會社