光学隔离元件的制作方法

本申请要求于2017年10月20日提交的韩国专利申请第10-2017-0136742号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。

本申请涉及光学隔离元件。

背景技术：

光学隔离装置是正向透光率高于反向透光率的装置，其也称为光学二极管。光学隔离装置可以用于防止光通信或激光光学领域中的不必要的反射光。另外，光学隔离装置还可以应用于建筑物或汽车玻璃以用于安全或隐私保护等。光学隔离装置可以应用于各种显示器中的亮度增强，并且还可以应用于隐藏和遮蔽用军用产品。

作为光学隔离装置，已知有法拉第(faraday)光学隔离装置。法拉第光学隔离装置包括被设置成使得各自的吸收轴彼此形成45度的第一偏振器和第二偏振器以及设置在它们之间的法拉第旋转器。法拉第旋转器使通过穿过第一偏振器而线偏振的入射光旋转45度并且经旋转的光透射过第二偏振器(正向)。相反地，如果透射过第二偏振器的线偏振光被法拉第旋转器旋转45度，则其变成与第一偏振器的吸收轴平行，使得其不能透射过第一偏振器(反向)

由于法拉第光学隔离器需要非常大的外部磁场来驱动，并且必须对其应用昂贵的材料，因此难以使其尺寸变大。

技术实现要素：

技术问题

本申请的一个目的是提供一种光学隔离装置，所述光学隔离装置可以以低成本制造而不需要用于正向驱动的外部磁场并且可以制成大的面积。

技术方案

在本申请中，术语“光学隔离元件”可以意指被配置成使得任一方向上的入射光的透射率大于不同于该方向的方向上的入射光的透射率的元件。在光学隔离元件中，入射光的透射率大的方向可以称为正向，以及透射率小的方向可以称为反向。在此，正向和反向可以彼此成约160度至约200度的角度。该角度可以为例如约165度或更大、170度或更大、或者175度或更大，并且可以为约195度或更小、约190度或更小、或者约185度或更小，但不限于此。另外，以下将描述的光进入表面可以意指以正向行进的光入射的表面。然后，以下将描述的光出射表面可以意指以反向行进的光入射的表面。

在本说明书中，诸如术语“透射率”、“延迟值”、“反射率”和“折射率”的光学特性的参考波长可以根据待通过使用光学隔离装置隔离的光来确定。例如，当光学隔离装置旨在隔离可见光区域中的光时，透射率等的参考波长为例如基于具有在400nm至700nm范围内或约550nm的任何波长的光的值。在另一个实例中，当其旨在隔离红外区域中的光时，透射率等的参考波长可以基于例如具有1000nm的波长的光来确定。在另一个实例中，当其旨在隔离紫外区域中的光时，透射率等的参考波长可以基于例如250nm的波长来确定。

在本申请中，除非另外说明，否则术语“入射角”为基于光进入表面或光出射表面的法线测量的角度中的具有小的绝对值的角。此外，在本申请中，除非另外说明，否则术语“出射角”为基于光进入表面或光出射表面的法线测量的角度中的具有小的绝对值的角。在此，基于法线在顺时针方向上测量的角度可以由正数表示以及在逆时针方向上测量的角度可以由负数表示。

在本申请中，表示角度的值可以为考虑误差范围的值。表示角度的值可以意指例如垂直的、平行的、入射角、出射角和/或倾斜角，并且误差范围可以在±10度以内、在±9度以内、在±8度以内、在±7度以内、在±6度以内、在±5度以内、在±4度以内、在±3度以内、在±2度以内、或在±1度以内。

本申请涉及光学隔离元件。本申请的光学隔离元件按照以下顺序包括各自包括光进入表面和光出射表面的第一光路改变元件、第二光路改变元件和第三光路改变元件。此外，第一光路改变元件可以为全息学元件。

在本申请中，术语“光进入表面”和“光出射表面”的描述如上所述。

在本申请中，术语“光路改变元件”可以意指能够通过使入射光折射、衍射或反射来改变入射光的行进路径的元件。

在本申请中，术语“全息”可以意指在光敏介质中形成干涉图案以再现称为全息图的三维图像的技术。此外，术语“全息光学元件(holographicopticalelement，hoe)”可以指包含如上其中形成有干涉图案的光敏介质的元件。具体地，全息光学元件可以意指其中使用记录光在具有光敏颗粒的膜上记录干涉图案的元件。在此，干涉图案可以用作能够使照射至全息光学元件的再现光衍射的衍射光栅。此外，干涉图案可以周期性地重复。

全息光学元件可以包含光敏材料作为记录介质。只要光敏材料为能够通过用记录光照射来记录干涉图案的材料即可，类型没有特别限制，其中可以应用已知能够用作光敏材料的材料。作为光敏材料，可以应用光聚合物、光致抗蚀剂、卤化银乳剂、重铬酸盐明胶、感光乳胶、光热塑性或光学衍射(光折变)材料。

全息光学元件也可以例如呈仅由光敏材料(例如光聚合物)组成的膜的形式，或者也可以呈具有层状结构的膜的形式例如基底和光聚合物的层层合的形式。

在本申请中，“第一光路改变元件”可以意指这样的光学元件：其能够使以预定入射角入射的光以不同于入射角的出射角发射。其详细描述将在下面描述。

在一个实例中，第一光路改变元件可以为配置成使得以第一角度的入射角入射的光可以以第二角度的出射角发射的元件。第一角度和第二角度可以为不同的角度。第一角度可以大于-90度且小于90度。在另一个实例中，第一角度可以为-80度或更大、-70度或更大、-60度或更大、-50度或更大、-40度或更大、-30度或更大、-20度或更大、-10度或更大、或者-5度或更大，并且可以为80度或更小、70度或更小、60度或更小、50度或更小、40度或更小、30度或更小、20度或更小、10度或更小、或者5度或更小，并且可以为约0度。

第二角度可以大于0度且小于90度。在另一个实例中，第二角度可以为5度或更大、10度或更大、15度或更大、20度或更大、或者25度或更大，并且可以为85度或更小、80度或更小、75度或更小、70度或更小、65度或更小、60度或更小、55度或更小、50度或更小、45度或更小、40度或更小、或者35度或更小，并且也可以为约30度。

在另一个实例中，第二角度可以大于-90度且小于0度。在另一个实例中，第二角度可以为-5度或更小、-10度或更小、-15度或更小、-20度或更小、或者-25度或更小，并且可以为-85度或更大、-80度或更大、-75度或更大、-70度或更大、-65度或更大、-60度或更大、-55度或更大、-50度或更大、-45度或更大、-40度或更大、或者-35度或更大，并且可以为约-30度。

在一个实例中，第二光路改变元件可以为这样的元件：其配置成使得以第二角度的入射角入射在光进入表面或光出射表面上的光可以透射，并且以第三角度的入射角入射在光进入表面或光出射表面上的光可以以与入射光的方向平行的方向反射。即，第二光路改变元件可以为配置成使得以第三角度的入射角入射在光出射表面上的光以与第三角度相同但是方向相反的角度发射的元件。第二角度和第三角度可以为不同的角度，并且第二角度可以如上所述。

在一个实例中，第三角度可以大于0度且小于90度。在另一个实例中，第三角度可以为5度或更大、10度或更大、15度或更大、20度或更大、或者25度或更大，并且可以为85度或更小、80度或更小、75度或更小、70度或更小、65度或更小、60度或更小、55度或更小、50度或更小、45度或更小、40度或更小、或者35度或更小，并且也可以为约30度。在另一个实例中，第三角度可以大于-90度且小于0度。在另一个实例中，第三角度可以为-5度或更小、-10度或更小、-15度或更小、-20度或更小、或者-25度或更小，且-85度或更大、-80度或更大、-75度或更大、-70度或更大、-65度或更大、-60度或更大、-55度或更大、-50度或更大、-45度或更大、-40度或更大、或者-35度或更大，并且可以为约-30度。

在一个实例中，第三光路改变元件可以为这样的元件：其配置成使得以第二角度的入射角入射在光进入表面上的光可以以第四角度发射的出射角，并且以第四角度的入射角入射在光出射表面上的入射光可以以第二角度或第三角度的出射角分光并发射。

在此，相对于以第四角度的入射角入射在第三光路改变元件的光出射表面上的光的光量，从第三光路改变元件以第二角度的出射角发射的光的光量可以为95％或更小。在另一个实例中，比率可以为约90％或更小、约85％或更小、约80％或更小、约75％或更小、约70％或更小、约65％或更小、约60％或更小、或者约55％或更小，但不特别限于此。比率的下限没有特别限制，但是可以例如大于0％，为约5％或更大、约10％或更大、约15％或更大、约20％或更大、约25％或更大、约30％或更大、约35％或更大、约40％或更大、或者约45％或更大。然后，在另一个实例中，比率可以为约50％左右。

在此，相对于以第四角度的入射角入射在第三光路改变元件的光出射表面上的光的光量，从第三光路改变元件以第三角度的出射角发射的光的光量可以为5％或更大。比率没有特别限制，但可以为例如约10％或更大、约15％或更大、约20％或更大、约25％或更大、约30％或更大、约35％或更大、约40％或更大、或者约45％或更大。另外，比率的上限没有特别限制，但可以小于100％，为约95％或更小、约90％或更小、约85％或更小、约80％或更小、约75％或更小、约70％或更小、约65％或更小、约60％或更小、或者约55％或更小。然后，在另一个实例中，比率可以为约50％左右。

第四角度可以为-80度或更大、-70度或更大、-60度或更大、-50度或更大、-40度或更大、-30度或更大、-20度或更大、-10度或更大、或者-5度或更大，并且可以为80度或更小、70度或更小、60度或更小、50度或更小、40度或更小、30度或更小、20度或更小、10度或更小、或者5度或更小，并且也可以为约0度。

可以将光学隔离元件配置成使得第一角度与第四角度之间的差的绝对值在0度至10度的范围内。在另一个实例中，值可以为9度或更小、8度或更小、7度或更小、6度或更小、5度或更小、4度或更小、3度或更小、2度或更小、或者1度或更小。因此，第一角度和第四角度可以基本上彼此相等。

可以将光学隔离元件配置成使得第二角度与第三角度之和的绝对值在0度至10度的范围内。在另一个实例中，值可以为9度或更小、8度或更小、7度或更小、6度或更小、5多或更小、4度或更小、3度或更小、2度或更小、或者1度或更小。因此，第二角度和第三角度在符号上彼此相反，并且它们的数值可以基本上彼此相等。

由于光学隔离元件包括被配置成使得入射光或发射光满足如上所述的第一角度至第四角度的元件，因此其可以实现入射在光进入表面(正向)上的光的透射率高于入射在光出射表面(反向)上的光的透射率的元件。即，其可以实现其中在两个方向上入射的光的透射率不对称的光学元件。

在一个实例中，第一光路改变元件的光出射表面与第二光路改变元件的光进入表面以及第二光路改变元件的光出射表面与第三光路改变元件的光进入表面可以彼此相对。

在本申请中，任一表面与另一表面彼此相对的事实可以意指两个表面被定位成它们彼此面对的形式。

图1为示出本申请的光学隔离元件的结构的示意图。根据图1，本申请的光学隔离元件1可以按照以下顺序包括第一光路改变元件10、第二光路改变元件20和第三光路改变元件30。第一光路改变元件10可以使以第一角度的入射角入射在光进入表面上的光以不同于第一角度的第二角度发射，并且可以使以第二角度的入射角入射在光出射表面上的光以第一角度发射；第二光路改变元件20可以透射以第二角度的入射角入射在光进入表面或光出射表面上的光，并且可以使以不同于第二角度的第三角度的入射角入射在光进入表面或光出射表面上的光以与该光的方向平行的方向反射；以及第三光路改变元件30可以使以第二角度的入射角入射在光进入表面上的光以第四角度的出射角发射，并且可以使以第四角度的入射角入射在光出射表面上的光以第二角度或第三角度的出射角分光并发射。

在一个实例中，光学隔离元件中包括的全息光学元件的平均折射率可以在1.4至1.6的范围内。即，第一光路改变元件的平均折射率可以在1.4至1.6的范围内。然后，当下面将描述的反射式全息光学元件用作第二光路改变元件时，其平均折射率也可以在1.4至1.6的范围内。在另一个实例中，范围可以为1.41或更大、1.42或更大、1.43或更大、1.44或更大、1.45或更大、1.46或更大、1.47或更大、1.48或更大、或者1.49或更大，并且可以为1.59或更小、1.58或更小、1.57或更小、1.56或更小、1.55或更小、1.54或更小、1.53或更小、1.52或更小、或者1.51或更小，但不特别限于此。

在本申请中，任一元件的“平均折射率”可以意指待测量的元件的最大折射率和最小折射率的平均值。例如，如果任一元件的最大折射率为约1.8且最小折射率为约1.2，则该元件的平均折射率可以为约1.5。折射率的参考波长如上所述，并且其测量方法也是已知的。

在一个实例中，最大折射率可以为1.5或更大、1.55或更大、1.6或更大、1.65或更大、1.7或更大、1.75或更大、或者1.8或更大，并且可以为2.0或更小、1.95或更小、1.9或更小、或者1.85或更小。另外，最小折射率可以为1.0或更大、1.05或更大、1.1或更大、1.15或更大、或者1.20或更大，并且可以为1.4或更小、1.35或更小、1.3或更小、或者1.25或更小。

在一个实例中，全息光学元件中的最大折射率与最小折射率之间的差可以在0.002至0.6的范围内。值没有特别限制，但可以为例如0.003或更大、0.004或更大、0.005或更大、0.006或更大、0.007或更大、或者0.008或更大，并且可以为0.60或更小、0.55或更小、0.50或更小、0.45或更小、0.40或更小、0.35或更小、0.30或更小、0.25或更小、或者0.20或更小。

下文中，以上值的一半将被称作折射率调制(δn)。全息光学元件中包括的干涉图案可以在全息光学元件的整个区域上形成并且干涉图案可以表现出根据记录光的信息的折射率的梯度。此时，全息光学元件的折射率调制可以意指上述折射率梯度中的最大值与最小值之间的差的绝对值的一半。控制折射率调制的方法是公知的，例如，当全息光学元件通过经由在光敏材料上的激光曝光形成干涉图案而制造时，可以在上述激光曝光的条件(激光强度、曝光时间等)改变时调节折射率调制。

在一个实例中，当全息光学元件应用于第二光路改变元件时，该元件可以为反射式全息光学元件。在此，“反射式全息光学元件”可以意指这样的全息光学元件：使以预定入射角入射的光以与该光的方向平行的方向反射并且使以不同于入射角的角度的入射角入射的光透射。

透射式全息光学元件和反射式全息光学元件可以根据其上形成的干涉图案法线与全息光学元件的光进入表面或光出射表面的法线形成的角度来区分。具体地，可以将第一光路改变元件配置成满足以下方程式1。另外，可以将反射式全息光学元件配置成满足以下方程式2。包括干涉图案的全息光学元件在满足方程式1的情况下可以用作透射式全息光学元件并且在满足方程式2的情况下可以用作反射式全息光学元件。

[方程式1]

90-θc≤|θg|

[方程式2]

|θg|≤θc

在方程式1和2中，θg可以为干涉图案的法线与全息光学元件的光进入表面或全息光学元件的光出射表面的法线形成的角度中的具有小的绝对值的角度(单位：度)，以及θc可以为全息光学元件的临界角(单位：度)。

在本申请中，术语“临界角”可以意指当光的全反射开始时入射在任一构件的光进入表面上的光的入射角中的正值。当全息光学元件对预定波长的折射率、或平均折射率为n时，全息光学元件的临界角(θc)可以计算为反正弦(n)。因此，当全息光学元件的平均折射率确定时，其临界角也可以确定，并因此，当将元件设计成使得全息光学元件中干涉图案的θg值满足上述方程式1或方程式2时，元件可以为透射式全息光学元件或反射式全息光学元件。此外，如果全息光学元件中干涉图案的θg值确定，则干涉图案的间距也可以确定。

在本申请中，术语“折射率”意指绝对折射率，其是通过将在真空中的折射率限定为1并比较光在介质中的速度与光在真空中的速度来确定的折射率。

在一个实例中，可以根据将具有相同组成的全息光学元件曝光的方法来确定任一全息光学元件是透射式全息光学元件还是反射式全息光学元件。具体地，在通过激光曝光在任一光敏材料上形成干涉图案以制造全息光学元件的过程中，可以根据目标光和参考光入射的方向来确定全息光学元件是透射式型还是反射式型。更具体地，当在制造全息光学元件时照射的目标光和参考光二者均入射在光敏材料的同一表面上时，可以制造满足以上方程式1的透射式全息光学元件。另外，当目标光和参考光入射在光敏材料的不同表面上时，可以制造满足以上方程式2的反射式全息光学元件。在此，当制造全息光学元件时，目标光意指其中记录光从目标表面被漫反射以到达光敏材料的光，以及参考光意指其中记录光直接到达光敏材料的光。

在一个实例中，第一光路改变元件的厚度可以为1μm或更大。具体地，厚度可以为约2μm或更大、约3μm或更大、约4μm或更大、约5μm或更大、约6μm或更大、约7μm或更大、或者约8μm或更大。此外，厚度的上限没有特别限制，并且也可以为例如200μm或更小、190μm或更小、180μm或更小、170μm或更小、160μm或更小、或者150μm或更小。

在另一个实例中，当应用透射式全息光学元件作为第一光路改变元件时，其厚度也可以为30μm或更大。此外，值可以具体地为35μm或更大、40μm或更大、45μm或更大、或者50μm或更大，并且也可以为200μm或更小、190μm或更小、180μm或更小、170μm或更小、160μm或更小、或者150μm或更小。特别地，在以上范围内，相对于以第一角度的入射角入射在透射式全息光学元件的光进入表面上的光的光量，以第二角度的出射角发射的光的光量可以尤为增加。

在一个实例中，透射式全息光学元件的最大折射率与最小折射率之间的差可以在0.01至0.03的范围内。在另一个实例中，值可以为0.012或更大、0.014或更大、或者0.016或更大，并且可以为0.028或更小、0.026或更小、0.024或更小、0.022或更小、或者0.02或更小。即，当第一光路改变元件为透射式全息光学元件时，其折射率调制可以在0.005至0.015的范围内，具体地可以为0.006或更大、0.007或更大、或者0.008或更大，并且可以为0.014或更小、0.013或更小、0.012或更小、或者0.01或更小。在以上范围内，相对于入射在第一光路改变元件的光进入表面上的光的光量，以第二角度的出射角发射的光的光量可以尤为增加。

在一个实例中，第二光路改变元件的厚度可以为5μm或更大。具体地，厚度可以为约5μm或更大、6μm或更大、7μm或更大、或者8μm或更大，并且可以为500μm或更小、490μm或更小、480μm或更小、470μm或更小、460μm或更小、450μm或更小、440μm或更小、430μm或更小、420μm或更小、410μm或更小、或者400μm或更小。

在另一个实例中，当应用反射式全息光学元件作为第二光路改变元件时，其厚度可以为10μm或更大。具体地，值可以为10μm或更大、15μm或更大、20μm或更大、或者25μm或更大，并且也可以为500μm或更小、490μm或更小、480μm或更小、470μm或更小、460μm或更小、450μm或更小、440μm或更小、430μm或更小、420μm或更小、410μm或更小、或者400μm或更小。在以上范围内，以第三角度的入射角入射在反射式全息光学元件的光出射表面上的光的反射效率(反射光的光量与入射光的光量的比率)可以尤为增加。

在另一个实例中，反射式全息光学元件中的最大折射率与最小折射率之间的差可以为0.06或更大。具体地，值可以为0.07或更大、0.08或更大、0.09或更大、0.10或更大、0.11或更大、或者0.12或更大，并且上限没有特别限制，但可以为0.60或更小、0.55或更小、0.50或更小、0.45或更小、0.40或更小、0.35或更小、0.30或更小、0.25或更小、或者0.20或更小。即，反射式全息光学元件的折射率调制可以为0.03或更大。具体地，值可以为0.04或更大、0.05或更大、或者0.06或更大，并且上限没有特别限制，但可以为例如0.3或更小、0.25或更小、0.2或更小、0.15或更小、或者0.1或更小。

在另一个实例中，第二光路改变元件可以为包括金属层的棱镜膜。

在本申请中，术语“棱镜”可以意指当使入射光折射和/或散射时使用的多面体光学元件。具体地，棱镜由使入射光折射或反射的透明固体材料形成，其可以意指透明且多面体的光学元件。此外，“棱镜膜”可以意指其中规则或不规则地设置有多个棱镜的膜。棱镜的形状没有特别限制，只要其可以改变入射在光学元件上的光的路径即可。例如，作为棱镜，也可以应用与棱镜的脊线正交的截面的形状为三角形的棱镜。

在一个实例中，可以应用作第二光路改变元件的包括金属层的棱镜膜的棱镜可以为三角形棱镜。三角形可以为等腰三角形、等边三角形或不等边三角形。

在本申请中，术语“三角形棱镜”可以意指在与棱镜的脊线正交的截面中具有三角形形状的棱镜，具体地，可以意指与棱镜的脊线正交的截面的形状为具有一条底边和两条斜边的三角形的棱镜。不等边三角形棱镜可以意指与三角形棱镜的脊线正交的截面的三条边中的至少两条边具有不同长度的三角形棱镜。在一个实例中，在应用于第二光路改变元件的三角形棱镜中，三角形的顶角可以在70度至120度的范围内。具体地，顶角可以为例如72度或更大、74度或更大、76度或更大、78度或更大、80度或更大、82度或更大、84度或更大、86度或更大、88度或更大、或者90度或更大，并且可以为118度或更小、116度或更小、114度或更小、112度或更小、110度或更小、108度或更小、106度或更小、104度或更小、102度或更小、100度或更小、98度或更小、96度或更小、94度或更小、92度或更小、或者90度或更小。

在本申请中，三角形的顶角可以意指由三角形棱镜中三角形的两条斜边形成的角。

在一个实例中，应用于第二光路改变元件的三角形棱镜还可以具有由两条斜边形成的面向第二光路改变元件的光进入表面或第二光路改变元件的光出射表面的其顶点。

在一个实例中，包括金属层的棱镜膜可以为包括设置在三角形的至少一条斜边上的金属层的三角形棱镜膜。即，可以在构成棱镜的三角形的两条斜边中的任一者或两条斜边二者上形成金属层。形成金属层的方法没有特别限制，并且可以应用已知的气相沉积法，例如诸如物理气相沉积或化学气相沉积的方法。

构成金属层的金属没有特别限制，只要其可以使入射光反射即可。作为金属，可以应用选自以下的一者或更多者：铝(al)、银(ag)、铜(cu)、金(au)、镍(ni)、钯(pd)、铂(pt)和铬(cr)、前述中两者或更多者的合金、或者前述中一者或更多者的氧化物。

通过应用包括金属层的棱镜膜作为第二光路改变元件，可以使以第二角度入射在第二光路改变元件的光进入表面或光出射表面上的光透射，并且可以使以不同于第二角度的角度(例如第三角度)入射在光进入表面或光出射表面上的光以与该光的方向平行的方向反射。

在一个实例中，可以应用棱镜膜作为第三光路改变元件。此外，应用作第三光路改变元件的棱镜膜的棱镜可以为三角形棱镜，其中三角形的形状可以为等边三角形、等腰三角形或不等边三角形，并且具体地，可以为等腰三角形。等腰三角形棱镜可以意指在与三角形棱镜的脊线正交的截面中具有相同长度的两条斜边的棱镜。在一个实例中，应用于第三光路改变元件的三角形棱镜可以具有由两条斜边形成的面向第三光路改变元件的光进入表面或第三光路改变元件的光出射表面的其顶点。

在一个实例中，在应用作第三光路改变元件的三角形棱镜中，三角形的顶角可以在40度至50度的范围内。具体地，顶角可以为40度或更大、41度或更大、42度或更大、或者43度或更大，并且可以为50度或更小、49度或更小、48度或更小、47度或更小、或者46度或更小。

光学隔离元件的正向透射率可以为50％或更大。值可以为约50％或更大、约55％或更大、约60％或更大、约65％或更大、约70％或更大、约75％或更大、约80％或更大、约85％或更大、约90％或更大、或者95％或更大。正向透射率的上限可以为约100％。

光学隔离元件的反向透射率还可以小于约50％，为约45％或更小、约40％或更小、约35％或更小、约30％或更小、约25％或更小、约20％或更小、约15％或更小、约10％或更小、或者约5％或更小。反向透射率的下限可以为约0％左右。

在本申请中，某构件的“透射率”意指当用具有预定波长的光照射该构件时，透射过该构件的光的光量相对于照射光量以％表示。因此，光学隔离元件的正向透射率可以意指从第三光路改变元件发射的发射光的光量相对于入射在第一光路改变元件的光进入表面上的入射光的光量的比率。此外，光学隔离元件的反向透射率可以意指从透射式全息光学元件发射的发射光的光量相对于入射在第三光路改变元件的光出射表面上的入射光的光量的比率。

本申请还涉及光学隔离装置。本申请的光学隔离装置可以包括至少一个如上所述的光学隔离元件。

在本申请中，术语“光学隔离装置”为包括光学隔离元件的装置并且具有光学隔离功能。因此，也可以在光学隔离装置中原样应用如上所述的正向和反向的描述。

光学隔离装置可以包括一个或两个或更多个如上所述的光学隔离元件。当光学隔离装置中包括两个或更多个光学隔离元件时，光学隔离元件可以各自设置成使得沿正向透射过任一光学隔离元件的光可以进入另一光学隔离元件的第一光路改变元件侧。例如，当光学隔离装置包括定位在正向上的第一光学隔离元件和第二光学隔离元件时，元件可以被定位成使得第一光学隔离元件中的第三光路改变元件的光出射表面和第二光学隔离元件中的第一光路改变元件的光进入表面彼此相对。以这种方式，光学隔离装置可以通过包括复数个光学隔离元件来进一步改善光隔离度(opticalisolationratio)。

在本申请中，光隔离度表示正向透射率相对于反向透射率增加了多少，其被限定为以下方程式3并且可以意指值越大，光学隔离性能越好。

正向上透射过复数个光学隔离元件的光继续透射而无光量损失，但是在反向上透射的光的情况下，其光量呈指数降低，例如降低至(0.5)ⁿ倍(其中，n意指光学隔离元件的数量)。因此，随着光学隔离装置中包括的光学隔离元件的数量增加，其光隔离度可以增加。

在一个实例中，通过根据以下方程式3的隔离度(isolationratio，ir)，光学隔离装置中正向上入射的光的透射率与反向上入射的光的透射率的比率可以为约3db或更大：

[方程式3]

ir＝10×n×log(f/b)

在方程式3中，ir为隔离度，n为光学隔离装置中包括的光学隔离元件的数量，f为沿正向入射在光学隔离装置上的光的透射率，以及b为沿反向入射在光学隔离装置上的光的透射率。

光学隔离装置的沿正向入射的光的透射率(f)可以为约50％或更大、约55％或更大、约60％或更大、约65％或更大、约70％或更大、约75％或更大、约80％或更大、约85％或更大、约90％或更大、或者约95％或更大。正向透射率的上限可以为100％。此外，光学隔离装置的沿反向入射的光的透射率可以小于约50％，为约45％或更小、约40％或更小、约35％或更小、约30％或更小、约25％或更小、约20％或更小、约15％或更小、约10％或更小、或者约5％或更小。反向透射率的下限可以为约0％左右。

在本申请中，某构件的“透射率”意指当用具有预定波长的光照射该构件时，透射过该构件的光的光量相对于照射光量以％表示。

这样的光学隔离装置还可以包括另外的构成。例如，如有必要，除了上述光学隔离元件中包括的那些以外，光学隔离装置还可以包括可以另外地控制光路的光路控制器，例如棱镜或反射板。另外，如有必要，光学隔离装置可以包括除以上之外的另外的光学组件。例如，光学隔离装置可以包括光学组件，例如百叶板。这样的百叶板等可以设置在例如在正向上行进的光最终出射的侧面，例如上述第二光路改变元件的光出射表面上。

有益效果

本申请的光学隔离装置可以以低成本制造而不需要用于正向驱动的外部磁场并且可以被制成大的面积。

附图说明

图1为示出根据本申请的光学隔离元件的结构的示意图。

图2和3为示出第一光路改变元件的结构的示意图。

图4和5为示出第二光路改变元件的结构的示意图。

图6为第一光路改变元件的1t效率评估结果。

图7为第二光路改变元件的0t效率评估结果。

图8为第二光路改变元件的-1r效率评估结果。

图9为示出第三光路改变元件的正向光路的示意图。

图10为示出第三光路改变元件的反向光路的示意图。

具体实施方式

下文中，将通过实施例详细描述本申请的光学隔离元件。然而，本申请的范围不受以下实施例限制。

实施例

对于本申请的光学隔离元件的评估，使用了以下第一光路改变元件、第二光路改变元件和第三光路改变元件。

将参照图2和3描述应用作第一光路改变元件的透射式全息光学元件。作为透射式全息光学元件，使用了这样的全息光学元件：其中通过适当地调节激光曝光条件而如图2中在常规光聚合物(300nm至800nm的任一波长下的平均折射率：约1.5，临界角：约41度)上形成有干涉图案。图3为由图2中的圆圈表示的部分的放大图。如图3所示，在透射式全息光学元件中，由透射式全息光学元件的干涉图案的法线(g)和光进入表面的法线形成的角度为约-75度，以及干涉图案的间距(a)为约685nm。

将参照图4和5描述第二光路改变元件的设定内容。作为第二光路改变元件，使用了反射式全息光学元件。作为反射式全息光学元件，使用了这样的全息光学元件：其中通过适当地调节激光曝光条件而如图4中在常规光聚合物(300nm至800nm的任一波长下的平均折射率：约1.5，临界角：约41度)上形成有干涉图案。图5为由图4中的圆圈表示的部分的放大图。如图5所示，在反射式全息光学元件中，由第二光路改变元件的干涉图案的法线(g)和光进入表面的法线形成的角度为约-30度，其中干涉图案的间距(a)为约177nm。

作为第三光路改变元件，使用了这样的等腰三角形棱镜膜：其中顶角为约44度，对300nm至800nm的任一波长的折射率为约1.46，以及顶点面向第三光路改变元件的光出射表面。

通过使用virtuallabfusion软件(lighttrans)的rcwa(rigorouscoupledwaveanalysis，严格耦合波分析)功能评估第一光路改变元件和第二光路改变元件的发射效率。

图6示出了第一光路改变元件中的指数调制与1t效率之间的关系。在此，1t效率意指相对于以约0度的入射角入射在第一光路改变元件的光进入表面上的光的光量的以约30度的角度发射的光的光量。根据图6，可以确定，随着透射式全息光学元件的折射率调制增加，1t效率周期性地增加和减小，其中透射式全息光学元件的厚度越大，周期越短。例如，当透射式全息光学元件通过激光曝光法制造时，由此可以看出，在适当地调节曝光条件和其厚度的情况下，透射式全息光学元件可以具有超过一定水平的1t效率。例如，当厚度为约30μm并且折射率调制设定为约0.008时，可以看出，透射式全息光学元件的1t效率可以接近1。

图7中示出了反射式全息光学元件中的厚度与0t效率之间的关系。在此，0t效率意指相对于以约30度的角度入射在反射式全息光学元件的光进入表面上的光的光量的透射过反射式全息光学元件的光的光量。根据图7，可以看出，无论反射式全息光学元件的厚度如何，以约30度的角度入射的大部分光可以透射过反射式全息光学元件。

图8中示出反射式全息光学元件中的厚度与-1r效率之间的关系。在此，-1r效率意指相对于以约-30度的入射角入射在反射式全息光学元件的光出射表面上的光的光量的以与入射光平行的方向反射的光的光量。根据图8，可以看出，在同一折射率调制下，随着反射式全息光学元件的厚度增加，-1r效率增加。此外，根据图8，可以看出，在同一厚度下，随着反射式全息光学元件的折射率调制增加，-1r效率增加。特别地，当折射率调制为0.03或更大时，可以看出，即使其具有8μm左右的薄的厚度，反射式全息光学元件也可以具有0.8或更大的-1r效率。

使用lighttools软件(synopsys)模拟了第三光路改变元件性能。

图9中示出了当约30度的光入射在第三光路改变元件的光进入表面上时发射的光的路径。根据图9，可以看出，当约30度的光入射在第三光路改变元件的光进入表面上时，大部分入射光作为约0度的光发射。

图10中示出了当约0度的光入射在第三光路改变元件的光出射表面上时发射的光的路径。根据图10，可以看出，当约0度的光入射在第三光路改变元件的光出射表面上时，入射光的一半左右作为约30度的光发射并且其余作为约-30度的光发射。

使其中如图1所示设置有具有以上性能的第一光路改变元件10、第二光路改变元件20和第三光路改变元件30的以膜形式制造的形状经受计算机模型，并通过模拟软件评估其性能。作为如图1所示(正向照射)用光照射具有这样的形式的元件的结果，获得的正向透射率(f)与通过在相反方向上用光照射而获得的反向透射率(b)的比率(f/b)为约2，并且通过将其代入方程式3中而确定的隔离度(ir)为约3db。