专利名称：偏光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种偏光元件及其制造方法。
背景技术：
在过去，偏光元件(polarizing element)有采用多层电介体薄膜的偏振光光束分光器、采用双折射晶体的罗雄棱镜或格拉姆-汤姆逊棱镜、或者通过沿一个方向使有机化合物的树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线偏振光薄膜等。
另外，已知有下述这样的偏光元件，其特征是使具有形状各向异性的银微小颗粒在玻璃中析出分散(比如，NEW GLASS，vol.12，No.4 1997，p42)。该偏光元件是将分散有卤化银微小颗粒的玻璃加热延伸，同时进行卤化银微小颗粒的向旋转椭圆体的变形与该旋转椭圆体的向长轴方向的定向。接着，在还原性条件下对玻璃进行加热，将卤化银微小颗粒还原成银微小颗粒，由此，完成偏光元件的制造。
此外，具有所谓的层压型偏光元件(住友大阪セメント(株)光偏振控制元件产品目录)。该层压型偏光元件，首先在真空蒸镀、溅涂等的真空环境下，形成在玻璃等的基板上交替地将金属或半导体的薄膜以及电介体层这两者层压数十层的层压结构。接着，沿与该层压方向垂直的方向，将基板与层压结构切片成约30μm厚度的薄片。然后，通过将切片处理后的截面研磨平滑，从而制作偏光元件。
另外，已经实现有在透明基板的表面上形成有金属格栅(grid)的所谓的金属格栅偏光元件(特开平09-304620号公报)。该偏光元件是这样制作的在透明基板的上面形成金属膜后，采用光刻技术对金属膜进行干腐蚀，或通过剥离法(lift off)而形成金属格栅。
但是，在直线偏振光薄膜的情况下，虽然其价格较低，但是，由于是将树脂薄膜延伸而制作的，故与无机化合物类的偏光元件相比较，具有相对热、磨损的耐久性较低的问题。
此外，在特征是使具有形状各向异性的银微小颗粒在玻璃中析出分散的偏光元件的情况下，在还原性条件下对玻璃进行加热、使卤化银微小颗粒还原成银微小颗粒的工序中，卤化银微小颗粒再次形成球状，形状各向异性消失，或银微小颗粒的体积收缩，其结果是，具有入射光散射而插入损耗增加，偏振光特性的稳定性降低的问题。另外，卤化银微小颗粒还原成金属银的处理操作仅仅波及到距玻璃表面数十微米的深度，由此，存在残留有无助于偏振光特性的卤化银微小颗粒的问题。由于卤化银微小颗粒的存在而使光的插入损耗增加，并且从制造上的观点来说，也是无效率的，妨碍偏光元件的制造成本的降低。
此外，在层压型偏光元件的情况下，由于制造工序花费时间，故仍具有不能够减小制造成本的问题。另外，由于金属或半导体与电介体层之间的界面的紧密附着力极小，故能够层压的数量有限。另外，为了将入射光的插入损耗抑制在较小程度，必须按照约30μm以下的厚度，对基板与层压结构进行切片处理，并且将其截面研磨平滑。但是，在该加工工序中，由于层压结构容易受到破坏，故偏光元件的制造合格率显著变差，成本非常高。
还有，在金属格栅偏光元件的情况下，必须减小格栅之间的间距，使其在所使用的偏振光波长以下。比如，在对应光通信波长1.55μm的情况下，必须进行这样的细微加工，即以亚微米的单位形成格栅的线宽度与格栅之间的间距，但是，在光刻技术中具有限制。在格栅的线宽度与格栅之间的间距中的任何一个大于规定宽度的情况下，具有入射光由金属膜反射而插入损耗增加、同时偏振光特性变差的问题。另外，由于金属膜的干腐蚀选择比(金属膜的蚀刻速度/光致抗蚀剂的蚀刻速度)较小，故具有在对较厚的金属膜进行蚀刻时必须增加光致抗蚀剂的厚度、而难于实现的问题。
其结果是，由于不能够形成发挥偏振光特性的厚度的金属膜，故对于比如采用上述特开平09-304620号公报中描述的金的格栅偏光元件的偏振光特性，作为追加试验的结果，其消光比为20Db左右，无法充分地满足光学元件等所要求的性能。
本发明的目的在于提供一种价格较低的、具有良好的偏振光特性的偏光元件以及该偏光元件的制造方法。
发明的公开为了实现上述目的，本发明的偏光元件是从透射的电磁波吸收特定波长的成分而形成偏振光，其特征在是该偏光元件由透明基板和多个薄膜状的导电体构成，上述多个薄膜状的导电体与该透明基板的一个表面正交，并且以规定的间距平行地设置。
另外，本发明的偏光元件的特征是上述透明基板具有开设于上述一个表面上的多个第1凹部，上述多个薄膜状的导电体埋设于上述第1凹部中。
此外，本发明的偏光元件的特征是上述多个薄膜状的导电体埋设于由均匀地设置于上述一个表面上的电介体形成的多个第2凹部中。
还有，本发明的偏光元件的特征是上述透明基板具有开设于上述一个表面上的多个第1凹部，上述多个薄膜状的导电体形成于上述多个第1凹部的侧面上。
再有，本发明的偏光元件的特征是具有电介体，上述电介体覆盖上述一个表面以及上述多个薄膜状的导电体这两者的全体。
另外，本发明的偏光元件的特征是在上述透明基板的一个表面上具有电介体，该电介体具有多个槽部，上述多个槽部以规定的间距平行地与上述一个表面正交而开设，上述多个薄膜状的导电体埋设于上述多个槽部中。
此外，本发明的偏光元件的其特征是上述导电体之间的规定的间距由d表示，高度由H表示，宽度由W表示，上述导电体的复数介电常数的绝对值由|ε|表示，偏振光波长由λ表示，并且d、W、H和λ的单位为微米，则具有下述关系0.1λ≤d＜0.5λ；0.5d＜H≤20d；0.06d≤W≤1.5d；1.0μm≤|ε|·W·(H/d)。
优选，根据本发明的偏光元件，H与d以及W与d具有下述关系0.7d＜H≤15d；0.06d≤W≤0.7d。
更加优选，根据本发明的偏光元件，H与d以及W与d具有下述关系
1.0d≤H≤10d；0.06d≤W≤0.5d。
另外，本发明的偏光元件的特征是上述导电体包含从下述组中选择出的至少1种，该组包括金、银、铜、钯、白金、铝、锗、铑、硅、镍、钴、锰、铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、铟、铋。
为了实现上述目的，本发明的偏光元件的制造方法是从透射的电磁波吸收特定波长的成分而形成偏振光的偏光元件的制造方法，其特征是该方法包括第1凹凸结构形成工序，是在透明基板的表面上，以规定的间距相互平行地开设多个直线状的第1凹部，从而形成第1凹凸结构；第2凹凸结构形成工序，是通过液相析出法，在上述第1凹凸结构使电介体以基本均匀的厚度析出，形成具有宽度窄于上述第1凹部的宽度的多个第2凹部的第2凹凸结构；导电体埋设工序，在上述多个第2凹部中埋设导电体。
另外，本发明的偏光元件的制造方法的特征是上述第2凹凸结构形成工序中的上述液相析出法，是使上述第1凹凸结构与过饱和地溶解有二氧化硅的氟硅酸溶液接触，使二氧化硅在上述第1凹凸结构的表面析出。
附图的简单说明
图1为表示本发明第1实施例的偏光元件的正视图；图2为表示图1的偏光元件的平面图；图3为相对图1的偏光元件10而省略电介体12的图示的偏光元件10的正视图；图4为表示图1的偏光元件的变形例的正视图；图5为说明图4的偏光元件的制造工序的说明图，其中图5(a)表示透明基板的加工工序，图5(b)表示电介体的形成工序，图5(c)表示导电体的埋设工序，图5(d)表示所制造的偏光元件；图6为表示本发明第2实施例的偏光元件的正视图；图7为表示本发明第3实施例的偏光元件的正视图；图8为表示本发明第4实施例的偏光元件的正视图；图9为表示本发明第5实施例的偏光元件的正视图；图10为表示本发明第6实施例的偏光元件的正视图；
图11为表示本发明第7实施例的偏光元件的正视图；图12为表示本发明第8实施例的偏光元件的正视图。
实施发明的最佳方式下面参照附图，对本发明实施例的偏光元件进行具体描述。
图1为表示本发明第1实施例的偏光元件的正视图。图2为表示图1的偏光元件的平面图。
本发明第1实施例的偏光元件10，在透明基板11上设置有电介体12。由该电介体12所保持的、宽度为W、高度为H的多个薄膜状的导电体13相互平行地以规定的间距d竖立设置在透明基板11上。
透明基板11为相对于所采用的偏振光波长而透明的基板即可，比如可采用玻璃基板、树脂基板、单晶体基板等。
玻璃基板的种类有许多，比如有碱石灰玻璃、硅铝酸盐玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃等，根据偏光元件10的用途而从这些玻璃中选择适合的类型。在这些玻璃中，由于石英玻璃从紫外线到近红外线的区域的光的透射率较高，故其特别适合于针对光通信用波长(1.55μm)的光而使用偏光元件10的情况。另外，石英玻璃容易采用激光烧蚀(アブレ一ジョン)和干腐蚀等的表面微细加工技术，从此方面来说是优选的。
在将偏光元件10用于光通信用波长的情况下，除了石英玻璃以外，还可将砷化镓单晶体基板用作透明基板11。
另外，在采用石英玻璃以外的透明基板的情况下，也可采用以数微米的厚度在透明基板的表面形成二氧化硅覆盖膜(石英)的物品。由于该偏光元件10在从透明基板11的表面起至数微米的部分发挥偏振特性，故如果该部分为与石英玻璃相同的特性，则与石英玻璃的透明基板相同，容易采用上述的表面细微加工技术。
此外，根据偏光元件的用途，除了上述的基板以外，还可采用丙烯酸、聚碳酸酯等的透明树脂基板。
立设于透明基板11的表面上、即与该表面正交而设置的多个薄膜状的导电体13在与透明基板11或电介体12接触的状态下被固定。由此，多个薄膜状的导电体13不会从透明基板11剥离开，在导电体13与透明基板11或电介体12的边界面上均可无需特别的担心而保持良好的紧密附着性。由此，可将发挥偏光特性的多个薄膜状的导电体13固定于规定的位置，其结果是，可发挥稳定的偏振光特性。另外，相对于在机械加工和装配等的后续工序中受到的各种的外力，不容易被破坏。
与导电体13接触的同时固定导电体13的物质优选具有与透明基板11的折射率相等或基本相等的折射率。其用于对透射偏光元件10的光的相位补偿。所以，优选这样的物质是与透明基板11相同的物质。在将与透明基板11不同的材料用于电介体12的情况下，最好选择其折射率与透明基板11的折射率类似的材料。
此外，透明基板11或电介体12也可置换为其它的透明的固体，比如粘接剂这样的硬化性透明树脂。
下面参照图3，对偏光元件10的偏振光功能进行描述。
图3为从图1的偏光元件10中省略电介体12的图示的偏光元件10的正视图。
在射入偏光元件10的光中，作为波面与导电体13的侧面相平行、电场与y方向相平行的偏振光的TE偏振光(电场波)被反射。另一方面，作为波面与导电体13的侧面相垂直、电场与x方向相平行的偏振光的TM偏振光在偏光元件10中实现透射。
在TE偏振光中，由于与波长相比较，导电体13具有实质上用作导电体的程度的长度(图3的高度H)，故瞬态电流流过导电体13。其结果是，由于获得与金属表面的现象类似的反射和吸收性能，故TE偏振光不在偏光元件10中实现透射。
另一方面，在TE偏振光的情况下，由于与波长相比较，导电体13的长度(图3的宽度W)较短，故导电体13实质上不作为导电体而作用，瞬态电流不流过导电体13。于是，TM偏振光在偏光元件10中实现透射。
一般，作为用于评价偏光元件的偏振光功能的特性，采用消光比与插入损耗。
消光比指根据射入偏光元件的直线偏振光中的、以较大量实现透射的TM偏振光的透射率TTM与以较少量实现透射的TE偏振光的透射率TTE的比、按照下述公式定义的值。
消光比(dB)＝10·log10(TTM/TTE)插入损耗指根据射入偏光元件的直线偏振光中的、以较大量实现透射的TM偏振光的透射率TTM的百分比(％)、按照下述公式定义的值。
插入损耗(dB)＝-10·log10(TTM/100)消光比大而插入损耗小，就意味着该偏光元件的偏振光特性良好。
下面对用于相对所采用的偏振光波长而发挥良好的偏振光特性的导光体13的形状、即宽度W、高度H和规定的间距d进行描述。
最好导电体13的形状由所采用的偏振光波长导出。导电体13立设于透明基板11上的规定的间距d相对波长λ最好为0.1λ≤d＜0.5λ如果规定的间距d超过0.5λ，则相对于所采用的偏振光波长而有助于反射和吸收TE偏振光的导电体13没有充分存在。其结果是，TE偏振光的透射率提高，无法实现偏光元件10的功能。
规定的间距d越小，分离偏振光的效果越大，但是，在d不到0.1λ的情况下，由于应实现透射的TM偏振光的反射和吸收增加，即入射光的插入损耗增加，故偏光元件10的性能降低。另外，就图1所示的偏光元件10的结构来说，难于以d小于0.1λ的间距设置导电体13，从工业方面的观点来说也是不好的。
另外，优选导电体13的高度H相对于导电体13的规定的间距d，为0.5d＜H≤20d。而且，更加优选为0.7d＜H≤15d，最优选为d≤H≤10d。
另外，最好导电体13的高度H为相对于所射入的直线偏振光的行进方向、实质上作为导电体而作用的程度。即最好高度为这样的程度当导电体13接受TE偏振光时，流过瞬态电流，其结果是，获得与金属表面的现象类似的反射和吸收性能，从而不使TE偏振光实现透射。
在高度H不到0.5d的情况下，导电体13相对于所射入的直线偏振光的行进方向而实质上不作为导电体而作用，无法获得充分的消光比。
此外，通过增加高度H而可增加消光比，但是如果高度H超过20d，则消光比不会再增加。另外，由于形成高度H大于20d这样的导电体就目前的技术来说是不现实的，故从工业上的观点来说，最高高度H在20d以下。
优选导电体13的宽度W相对于导电体13的规定的间距d，为0.06d≤W≤1.5d。进一步优选为0.06d≤W≤0.7d，更加优选为0.06d≤W≤0.5d。
随着导电体13的宽度W相对于规定的间距d而减小，插入损耗减小，但是，如果不到0.06d，则无法获得充分大的消光比。另外，为了使宽度W不超过0.06d，薄膜状的导电体13的厚度必须极薄，形成这样的导电体是困难并且不现实的。
随着宽度W相对于规定的间距d而增加，消光比增加，但是，如果宽度W超过1.5d，由于应实现透射的TM偏振光的反射和吸收增加，入射光的插入损耗增加，故是不好的。
导电体13的物理特性对获得的偏光元件10的偏振光特性产生较大影响。尤其是由于导电体13的导电率与介电常数有助于偏振光特性，它们越大，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。
作为同时表现导电率和介电常数的物理量采用复数介电常数(複素 比誘電率)ε的绝对值|ε|的情况下，如果采用|ε|较大的导电体，则可获得消光比较大的偏光元件。象上述那样导电体13的形状、即宽度W、高度H、规定的间距d以及导电体13的物理特性值|ε|是决定偏振光特性的主要原因。这些各主要原因不是单独地决定偏振光特性。
于是，通过采用偏光元件10的偏振光波长，将导电体13的形状、即W、H、d相关联，另外，将这些形状与导电体13的物理特性值|ε|相关联，由此，偏光元件10可对应于所采用的偏振光波长，发挥适合的特性。
即，构成偏光元件10的导电体13的形状与物理特性值最好在下述的范围内。
1.0μm≤|ε|·W·(H/d)比如，在采用|ε|较小的导电体13的情况下，如果是使W和(H/d)中的至少一个增加的形状，则偏光元件10具有实际上充分的特性。另外，在采用|ε|较大的导电体13的情况下，只要减小W和(H/d)中的至少一个即可。
象这样，可按照对应于所采用的偏振光波长而发现适合的特性的方式，制作偏光元件10。
另外，优选导电体13的材料为从下述组中选择出的至少1种，该组由金、银、铜、钯、白金、铝、锗、铑、硅、镍、钴、锰、铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、铟、铋构成。
另外，进一步优选导电体13的材料为在上述的材料中，从下述一组中选择出的至少1种，该组由金、银、铜、铝、钯、铑、镍、钴、铬组成。
由于在金属材料中，这些材料的导电率与介电常数也是较大的，故在用作构成偏光元件10的导电体13的情况下，由于对偏光元件10的入射光的反射和吸收的特性变大，故可提高偏光元件10的偏振光特性。
图4为表示图1的偏光元件的变形例的正视图。
在图4中，与图1的组成部分相同的组成部分采用相同的标号。
偏光元件10具有在其透明基板21的其中一个表面上、相互平行地形成多个直线状的第1凹部22的凹凸结构(在下面称为第1凹凸结构)。在该第1凹凸结构的表面上，形成由二氧化硅构成的电介体30的层。由于该电介体30的层形成为在任何的部位均基本相同的厚度，故表面的外部轮廓也具有凹凸结构(在下面称为“第2凹凸结构”)。第2凹凸结构中的凹部32(在下面称为第2凹部32)的宽度为W，深度为H。另外，第2凹凸结构的凸部33(在下面称为“第2凸部33)的宽度为d。在各第2凹部32中，埋设宽度为W、高度为H的薄膜状的导电体13。
下面参照图5，对图4的偏光元件的制造方法进行描述。
图5为说明图4的偏光元件的制造工序的说明图，图5(a)为表示透明基板的加工工序，图5(b)表示电介体的形成工序，图5(c)表示导电体的埋设工序，图5(d)表示所制造的偏光元件。
首先，象图5(a)所示的那样，在透明基板21的顶部，形成多个直线状的第1凹部22。作为形成该第1凹部22的方法，具有这样的方法通过光刻曝光技术、电子线绘图技术、激光绘图技术、激光的二光束干涉曝光技术等曝光，然后，实施干腐蚀或湿式蚀刻。另外，也可采用也作为可形成细微的第1凹凸结构的方法的激光烧蚀和根据加压的图案转印方法等。
通过这些方法，形成宽度为W’、深度为H的第1凹部22，宽度为d’的第1凸部23。
接着，象图5(b)所示的那样，在第1凹凸结构的表面形成二氧化硅的电介体30的层。
该电介体30的层的形成是通过液相析出法实施的。具体来说，使透明基板21与以过饱和状态包含二氧化硅的氟硅酸(H2SiF6)溶液(在下面将其称为处理液)接触，使处理液中的二氧化硅成分在透明基板21的表面析出。
处理液是通过下述方法，以过饱和状态包含二氧化硅，该方法是在氟硅酸溶液中，以基本饱和状态溶解硅胶、硅石玻璃等二氧化硅含有物，然后，添加水或试剂(硼酸、金属铝等)，或使基本饱和状态的氟硅酸溶液的温度上升。
在透明基板21采用树脂基板的情况下，若在使二氧化硅析出之前，预先形成由包含有机官能团的有机硅化合物构成的膜，该有机官能团具有甲基丙烯酰氧基、氨基等，然后，形成二氧化硅膜，则可形成牢固地与树脂基板紧密附着的二氧化硅膜。
按照该液相析出法，在第1凹部22的底面、侧面和第1凸部23的顶面的各表面上，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，形成电介体30的层后的第2凹部32的宽度W小于形成于透明基板21的顶部的第1凹部22的宽度W’，第2凹部32的深度H等于第1凹部22的深度H。从导电体13到相邻的导电体13的间距d大于第1凸部23的宽度d’。
另外，通过该液相析出法，第2凹部32的宽度极窄，可容易形成为该宽度的15倍的深的槽形状。
在形成导电体30的层后，象图5(c)所示的那样，将导电体13埋设于第2凹部32。作为该埋设方法，最好采用无电解电镀方式。
此外，也可在将含有导电体原料的溶液涂敷于电介体30的层上后进行加热，将导电体13埋设于第2凹部32中。作为涂敷含有该导电体原料的溶液的方法，有浇注法、浸渍涂敷法、照相凹版涂敷法、苯胺印刷法、辊涂法、喷射法、旋涂法等。
按照该方法，由于导电体13还残留于第2凸部33的表面，故在这种情况下偏光元件20的插入损耗增加。为了避免该情况，在埋设导电体13后，对残留于第2凸部33的表面上的导电体进行研磨，或蚀刻处理，或通过布等进行擦拭，从而将其去除。
在象这样形成的导电体13中，比如，宽度为0.1μm，高度H为1.5μm，间距d为0.5μm。为了将这样的形状的导电体13埋设于凹部32中，必须要求凹部32的宽度W为0.1μm，深度H为1.5μm，间距d为0.5μm。
象这样，制造出图5(d)所示的偏光元件20。
另外，在第2凹部32的宽度较宽、深度较浅的情况下，也可采用CVD法、真空蒸镀法、溅射法等。
此外，通过在导电体13的表面上形成具有反射防止功能的层，可制造插入损耗减小、偏振光特性提高的偏光元件20。
对于象这样制造的偏光元件，可容易地使消光比在25dB以上，插入损耗在1.0dB以下。
此外，也可形成下述更加优选的偏光元件，该偏光元件的消光比在30dB以上，插入损耗在1.0dB以下。
针对在透明基板21的顶部形成第1凹部22后、形成介电体30的层的制造方法进行了描述，但是，也可省略电介体30的层的形成，在最初的工序中，以较小的宽度形成第1凹部22，将导电体13埋设于该第1凹部22。
图6为表示本发明第2实施例的偏光元件的正视图。
在透明基板41的顶部，通过曝光—干腐蚀等的方法，相互平行地形成多个直线状的第1凹部42。在该第1凹部42直接埋设导电体13。该导电体13的宽度为W，高度为H，相邻的导电体13之间的间距为d。
图7为表示本发明第3实施例的偏光元件的正视图。
在透明基板51的顶部，通过曝光—干腐蚀等的方法，在电介体52的表面上平行地形成多个直线状的槽部53。在透明基板51上，以数微米的厚度形成二氧化硅等的电介体52，导电体13埋设于槽部53。导电体13的宽度为W，高度为H，邻接的导电体13之间的间距为d。各导电体13与电介体52粘接。
图8为表示本发明第4实施例的偏光元件的正视图。
在透明基板61的顶部上，通过曝光—干腐蚀等的方法，将导电板13形成为数微米的薄膜状。
图9为表示本发明第5实施例的偏光元件的正视图。
在透明基板71的顶部上，通过曝光—干腐蚀等的方法，形成多个直线状的第1凹部结构。在第1凹凸结构的第1凸部73的侧面上形成导电体72。该导电体72在第1凹凸结构的整个表面上，通过非电解电镀等形成导电体72的薄膜，然后，采用指向性较高(非各向同性)的蚀刻(比如使用CF6气体的活性离子腐蚀)，将形成于第1凸部73的顶面上的导电体和形成于第1凹部74的底面上的导电体去除而形成。该导电体72的宽度为W，高度为H，邻接的导电体72之间的间距为d。导电体72从第1凹部74的底面直立。
图10为表示本发明第6实施例的偏光元件的正视图。
在透明基板81的顶部上，通过曝光—干腐蚀等的方法，形成具有多个直线状的第1凸部82的第1凹凸结构。在第1凹凸结构中，从第1凸部82的顶面到侧面的途中，形成导电体83。该导电体83从第1凸部82的上方通过溅射法、CVD法等而形成。导电体83的宽度为W，高度为H，邻接的导电体83之间的间距为d。
图11为表示本发明第7实施例的偏光元件的正视图。
本实施例的偏光元件与第6实施例的偏光元件的唯一区别在于，从第6实施例的偏光元件，通过研磨等将粘接于第1凸部82的顶面上的导电体83去除。通过去除第1凸部82的顶面的导电体，插入损耗提高。
图12为表示本发明第8实施例的偏光元件的正视图。
在本实施例的偏光元件中，针对第7实施例的偏光元件，其凹凸结构的整个表面通过电介体84而被覆盖，以便在保护导电体83的同时，对透射光的相位进行补偿。电介体84具有与透明基板81基本相同的折射率。该电介体84通过下述方式形成，该方式为比如，将以烷氧基硅烷等的有机硅化合物为主成分的溶胶状涂敷液涂敷于第1凹凸结构的整个表面上，接着，进行加热处理，通过胶化反应，使溶胶状涂敷液固化而形成。
象上述这样，由于本发明的偏光元件，可将用于发挥偏振光特性的透明基板表面的结构的厚度减小到与所适用的偏振光波长相同的程度，故可容易形成较薄的偏光元件。
另外，由于在透明基板的表面上形成用于发挥偏振光特性的结构，故可容易地获得大面积的偏光元件。
此外，由于可从大面积的偏光元件切出规定尺寸的偏光元件，而一次性地制造多个偏光元件，故容易促进偏光元件的成本降低。
实施例
(实施例1)作为透明基板，准备100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃。在该透明基板上涂敷光致抗蚀剂，进行He-Cd激光的二光束干涉曝光，接着，通过活性离子腐蚀，形成宽度(W’)为0.30μm、深度(H)为1.5μm的直线状的槽以0.30μm的间距(d’)平行地设置的凹凸结构。
接着，通过采用以过饱和状态包含二氧化硅的氟硅酸溶液(处理液)的液相析出法，以0.10μm的厚度，在凹凸结构的整个表面上形成二氧化硅的相，形成宽度(W)为0.1μm、深度(H)为1.5μm、间距(d)为0.5μm的凹凸结构。
在本实施例的液相析出法中，采用氟硅酸的浓度为2.5mol/l，处理液的温度为35℃的处理液。
然后，通过非电解电镀，在凹凸结构的凹部上，埋设作为导电体的金。在形成于凸部顶面上的多余的金采用研磨装置而去除。
象这样，制作在石英玻璃的表面上宽度(W)为0.1μm、高度(H)为1.5μm的薄膜状的金以0.5μm的间距(d)而直立、金与二氧化硅粘接的偏光元件。
另外，在制作上述偏光元件时，凹凸结构的形状、导电体的形状采用进行相同处理而制作的另一试样，通过扫描型电子显微镜(SEM)观察该试样的截面而测定。
在采用波长为1.55μm的光，对该偏光元件的偏振光特性进行评价时，消光比为52.3dB，插入损耗为0.13dB。
消光比与插入损耗按照上述的定义进行评价。
另外，完全没有金与二氧化硅之间的界面、以及石英玻璃与二氧化硅之间的界面的剥离。
(实施例2～10)与实施例1相同，采用100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃，按照与实施例1相同的工序，象表1所示的那样，制造导电体的种类与形状不同的偏光元件。
表1的规定的间距d、高度H、宽度W、以及参数|ε|·W·(H/d)的各单位为μm。
表2表示各实施例的偏光元件的特性(消光比，插入损耗)。
在实施例6中所采用的波长为0.78μm，其它的实施例中所采用的波长为1.55μm。
表1
表2
实施例1其为构成本发明的偏光元件的导电体的材料与形状在优选的范围内选择的实例，获得消光比、插入损耗均良好的偏振光特性。
实施例2由于导电体的宽度W比实施例1大，故消光比较大，但是插入损耗增加。
实施例3由于导电体的高度H大于实施例1，故获得较大的消光比。即使在增加H的情况下，插入损耗仅仅稍稍增加。
实施例4由于导电体的间距d小于实施例1，故获得较大的消光比。由于W相同，故插入损耗仅稍稍增加。
如果象这样，采用实施例1～4，即使在使导电体的形状在较宽的范围内变化的情况下，也能获得良好的偏振光性能。
实施例5导电体的形状与实施例1相同，作为导电体而采用铝。即使在采用铝的情况下，仍获得优良的特性的偏光元件。
实施例6采用与其它的实施例不同的波长(0.78μm)，形成适合它的形状，由此，获得与其它的实施例(光通信波长的1.55μm)相同的优良的偏振光特性。
实施例7、8不改变导电体的形状，即使在导电体的种类采用银、铜的情况下，也可获得与金相同的优良的偏振光特性。
实施例9由于减小导电体的宽度W，故获得极小的插入损耗。消光比仅稍稍减小。
实施例10导电体的形状不必一定在良好的范围内，另外，即使在采用导电率较小的铝的情况下，仍能获得实用的偏光元件。
(比较例1～4)采用与实施例1相同的100mm×100mm×2.1mm的石英玻璃，按照与实施例1相同的工序，制造象表3所示的那样导电体的种类与形状不同的偏光元件。
表3的规定的间距d、高度H、宽度W、以及参数|ε|·W·(H/d)的各单位为μm。
表4表示各比较例的偏光元件的特性(消光比，插入损耗)。
表3
表4
比较例1由于高度H较小，故不能获得充分的偏振光特性(消光比)。
比较例2由于导电体的间距d相对于使用波长而较大，故不能获得充分的消光比。
比较例3由于导电体的物理特性值与形状的匹配性不充分，故特别是高度较小，由此，形成与消光比、插入损耗一起无法在实际中使用的偏振光特性。
比较例4由于导电体的宽度W较大，故插入损耗极大。
产业上的利用性如果象上面具体描述的那样，采用本发明的偏光元件，由于多个薄膜状的导电体与透明基板的一个表面正交、以规定的间距平行地设置，故可减小散射、吸收造成的入射光的插入损耗，由此，获得偏振光特性。另外，由于采用单纯的结构，故价格较低。
此外，按照本发明的偏光元件，由于透明基板具有开设于一个表面上的多个第1凹部，多个薄膜状的导电体埋设于第1凹部，故可固定导电体的位置，另外，导电体不会从透明基板剥离，其结果是，可发挥稳定的偏振光特性。
还有，按照本发明的偏光元件，由于多个薄膜状的导电体埋设于由均匀地设置于一个表面上的电介体形成的多个第2凹部中，故可固定导电体的位置，另外导电体不会从透明基板剥离，其结果是，可发挥稳定的偏振光特性。
再有，按照本发明的偏光元件，由于多个薄膜状的导电体形成于开设在一个表面上的多个第1凹部的侧面上，故可固定导电体的位置，另外，导电体不会从透明基板剥离，其结果是，可发挥稳定的偏振光特性。
另外，按照本发明的偏光元件，由于电介体覆盖一个表面和多个薄膜状的导电体这两者的整体，故导电体不运动而由电介体保护，由此，即使相对于在机械加工、装配等的后续工序中接受的各种外力，也小容易被破坏。
此外，如果采用本发明的偏光元件，由于在透明基板的一个表面上具有电介体，该电介体以规定的间距平行地与一个表面正交而开设的多个槽部，多个薄膜状的导电体埋设于上述多个槽部，故可固定导电体的位置，另外，导电体不会从透明基板剥离，其结果是，可发挥稳定的偏振光特性。
还有，按照本发明的偏光元件，由于上述导电体之间的规定的间距由d表示，高度由H表示，宽度由W表示，上述导电体的复数介电常数的绝对值由|ε|表示，偏振光波长表示为λ，并且d、W、H和λ的单位为μm，则具有下述关系0.1λ≤d＜1.5λ0.5d＜H≤20d0.06d≤W≤1.5d1.0μm≤|ε|·W·(H/d)故消光比较大，插入损耗减小，由此，获得更加良好的偏振光特性。
最好是，按照本发明的偏光元件，由于H与d和W具有下述关系0.7d＜H≤15d0.06d≤W≤0.7d故消光比更大，插入损耗进一步减小，由此，获得更进一步良好的偏振光特性。
更好是，按照本发明的偏光元件，由于H与d和W具有下述关系1.0d≤H≤10d
0.06d≤W≤0.5d故消光比更大，插入损耗更进一步减小，由此，获得更进一步良好的偏振光特性。
另外，按照本发明的偏光元件，由于上述导电体为从下述一组中选择出的至少1种，该组由金、银、铜、钯、白金、铝、锗、铑、硅、镍、钴、锰、铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、铟、铋组成，故如果将它们用作导电体，则可形成导电率与介电常数较大的导电体，入射光的反射和吸收特性增大，由此，可进一步提高偏振光特性。
按照本发明的偏振光的制造方法，由于可制造导电体平行地、以规定的间距而埋设于透明基板的表面的偏光元件，故可减小偏光元件散射、吸收造成的入射光的插入损耗，由此，获得良好的偏振光特性。另外，由于为单纯的工序，故能以较低价格制造。
权利要求
1.一种偏光元件，该偏光元件是从透射的电磁波吸收特定波长的成分而形成偏振光，其特征在于，该偏光元件由透明基板和多个薄膜状的导电体构成，上述多个薄膜状的导电体与该透明基板的一个表面正交，并且以规定的间距平行地设置。
2.根据权利要求1所述的偏光元件，其特征在于，上述透明基板具有开设于上述一个表面上的多个第1凹部，上述多个薄膜状的导电体埋设于上述第1凹部中。
3.根据权利要求2所述的偏光元件，其特征在于，上述多个薄膜状的导电体埋设于由均匀地设置于上述一个表面上的电介体形成的多个第2凹部中。
4.根据权利要求1所述的偏光元件，其特征在于，上述透明基板具有开设于上述一个表面上的多个第1凹部，上述多个薄膜状的导电体形成于上述多个第1凹部的侧面上。
5.根据权利要求1或4所述的偏光元件，其特征在于，具有电介体，上述电介体覆盖上述一个表面以及上述多个薄膜状的导电体这两者的全体。
6.根据权利要求1所述的偏光元件，其特征在于，在上述透明基板的一个表面上具有电介体，该电介体具有多个槽部，上述多个槽部以规定的间距平行地与上述一个表面正交而开设，上述多个薄膜状的导电体埋设于上述多个槽部中。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的偏光元件，其特征在于，上述导电体之间的规定的间距由d表示，高度由H表示，宽度由W表示，上述导电体的复数介电常数的绝对值由|ε|表示，偏振光波长由λ表示，并且d、W、H和λ的单位为微米，则具有下述关系0.1λ≤d＜0.5λ；0.5d＜H≤20d；0.06d≤W≤1.5d；1.0μm≤|ε|·W·(H/d)。
8.根据权利要求7所述的偏光元件，其特征在于，具有下述关系0.7d＜H≤15d；0.06d≤W≤0.7d。
9.根据权利要求7所述的偏光元件，其特征在于，具有下述关系1.0d≤H≤10d；0.06d≤W≤0.5d。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的偏光元件，其特征在于，上述导电体包含从下述组中选择出的至少1种，该组包括金、银、铜、钯、白金、铝、锗、铑、硅、镍、钴、锰、铁、铬、钛、钌、铌、钕、镱、钇、钼、铟、铋。
11.一种偏光元件的制造方法，是从透射的电磁波吸收特定波长的成分而形成偏振光的偏光元件的制造方法，其特征在于，该方法包括第1凹凸结构形成工序，是在透明基板的表面上，以规定的间距相互平行地开设多个直线状的第1凹部，从而形成第1凹凸结构；第2凹凸结构形成工序，是通过液相析出法，在上述第1凹凸结构使电介体以基本均匀的厚度析出，形成具有宽度窄于上述第1凹部的宽度的多个第2凹部的第2凹凸结构；导电体埋设工序，在上述多个第2凹部中埋设导电体。
12.根据权利要求11所述的偏光元件的制造方法，其特征在于，上述第2凹凸结构形成工序中的上述液相析出法，是使上述第1凹凸结构与过饱和地溶解有二氧化硅的氟硅酸溶液接触，使二氧化硅在上述第1凹凸结构的表面析出。
全文摘要
一种偏光元件(20)，具有在透明基板(21)的一个表面上相互平行地形成有多个直线状的第1凹部(22)的第1凹凸结构，在该第1凹凸结构的表面上形成由二氧化硅构成的电介体(30)的层。在形成有电介体(30)的层的第2凹凸结构中，第2凹部(32)的宽度为W，深度为H。第2凸部(33)的宽度为d，在每个第2凹部(32)中埋设宽度为W、深度为H的薄膜状的导电体(13)。
文档编号G02B5/30GK1520524SQ0182339
公开日2004年8月11日 申请日期2001年7月27日 优先权日2001年4月26日
发明者河津光宏, 河本真司, 山本博章, 永田秀史, V·V·瑟里科夫, 猪又宏之, 之, 史, 司, 瑟里科夫, 章 申请人:日本板硝子株式会社