JPS6187101A - 人工複屈折媒質 - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は、主屈折率および複屈折の大きさを制御可能な
人工的な複屈折媒質に関するものである。

［従来技術］ 従来は、複屈折媒質として、複屈折性結晶を用いていた
ので、主屈折率および複屈折の大きさは結晶に固有な定
数として定まっており、人工的に制御できないという欠
点があった。

また、複屈折性結晶は基板との格子整合や成長温度の制
約が厳しいので、他の材料の上に作製することが困難で
あるという欠点があった。

また、複屈折性結晶には、潮解性をもつものが多いとい
う欠点があった。

他方、非晶質誘電体は光学的に等方性であるので、複屈
折媒質として使用できないという欠点があった。

［目的］ 本発明は、これらの欠点を解決して、主屈折率および複
屈折の大きさを制御可能な人工的な複屈折媒質を提供す
ることにある。

［発明の構成］ かかる目的を達成するために、本発明では、屈折率の異
なる２種類の非晶質誘電体を光の波長よりも十分小さい
周期で交互に積層することによって非晶質誘電体に光学
的異方性を付与し、主屈折率および複屈折の大きさが積
層した２種類の非晶質誘電体の屈折率および層厚によっ
て制御可能な人工的な複屈折媒質を構成する。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示し、ここで、■および２
は光の波長よりも十分小さい周期で交互に積層された、
屈折率の異なる２種類の非晶質誘電体であり、これら非
晶質誘電体１および２を基板３上に配置する。非晶質誘
電体１および２の屈折率はそれぞれｎｌおよび１２（＃
ｎ＋　）であり、各々の層厚はそれぞれｄｌおよびｄ２
である。このように、本発明では、非晶質誘電体１と２
とからなる周期的な多層膜によって人工屈折媒質を構成
する。

かかる周期的な多層膜の動作は次に述べる原理に基く。

今、かかる多層膜の周期Δ−ｄｌ　＋ｄ２は光の波長入
に比べて十分小さいので、この多層膜は光に対して均質
な媒質とみなせ、その光学的性質は誘電体テンソルεで
表わされる。直交座標！＋Ｌ２を第１図のようにとると
、εは ε６　＝　ｆｌｎ、２＋ｒ２ｎ２” ε６　＝（ｆｔ　　ｎＩ−”＋ｆ２　　ｎ２−’戸＜ε
０となる。ただし、　ｆｔ　”ｄｘ　／Δ＊ｆ２−ｄ２
／Δ−１−ｆ、はそれぞれ非晶質誘電体ｌおよび２の層
厚の周期に対する比である。

従うて、この多層膜は、Ｚ軸、すなわち層の法線４を光
学軸とする負の一軸性複屈折媒質として動作する。常光
、異常光に対する主屈折率ｎｏ　＋ｎｅおよび複屈折の
大きさΔｎは、それぞれｎｏ　４　＝　（ｆｔ　ｎｌ”
　＋（１−ｆｔ　）ｎｚ２）＋（１）ｎｅ　４　＝（ｆ
ｔ　ｎｉ２＋（１−ｆｔ　）ｎｚ−”）−”　　　　　
　　　　（２）Δｎｓ　ｎ□　−ｎ６　　　　　　　　
　　　　　　　　（３）となり、’ｌ　、１１　＋！１
２によって制御することが可能である。従って、同じ材
料の組合せであっても、多層膜の周期に対する比ｆｌを
変えるだけでｎＱ　＋ｎｅ　＋Δｎを変えることができ
る。

さらにまた、材料によっては従来の複屈折性結晶よりも
大きな複屈折を実現することができる。

あるいはまた、八をλよりも十分小さくすることによっ
て周期構造による分散を小さくすることができる。

さらに、非晶５！ｊ誘電体１および２は非晶質であるの
で、格子整合の必要がなく、スパッタ法、　ＥＣＲ型プ
ラズマ付着法、蒸着法などを用いて、他の物質の上に低
温で作製することが可能である。

なお、非晶質誘電体は従来の複屈折性結晶よりも潮解性
が少ないので安定である。

本発明の人工複屈折媒質は、このように制御可能な光学
特性をもち、かつ、他の物質の上に容易に作製可能であ
るため、精密な屈折率制御を必要とし、かつ、半導体、
磁気光学結晶、電気光学結晶など異種材料との組合せが
必要な、光集積回路用の複屈折材料として有用である。

第２図は上述した実施例において、基板３として非晶質
石英基板を用い、その上に非晶質誘電体層１．２として
Ｔａ２０５　　（五酸化二タンタル。

ｎＩ＝２．２）、　５ｉ０２　（二敢化ケイ素、　　ｎ
２−１．５）をスパッタ法で形成した場合のｎＱ　ｌ　
　ｎｅ　＋Δｎとｆ、との関係を示したものである。

ここで、５ｉ０２とＴａ２ｏ５はともに可視、近赤外゛
　にわたる広い波長領域で透明、すなわち低損失であり
、かつ、屈折率差が比較的大きいので、大きな複屈折を
得ることができる。さらに、５ｉ０２とＴａ２０５は機
械的にも安定であるから、同一のプロセスで作製可能で
あり、かつ任意の割合で混合物を形成するので、積層し
た場合の両者の界面の密着性が良い。

第２図において、実線５．破線６．一点鎖線７はそれぞ
れｎＱ、＋１６．Δｎの理論値であり、式％式％ 実験値であり、Ａ　ｍ３５ｎｔａ　、全層数１００の人
工複屈折媒質についてλ〜８４０ｎｍ付近で測定したも
のである。これら実験値は理論値とよく一致し、　ｆｌ
によってｎＱ　ｏｎｅ　＋Δｎを制御できることを示し
ている。

この実験では、　ｆ１＝ｏ、５２でΔｎｍＯ，１３の複
屈折が得られたが、この値は従来使用されてきた代表的
な複屈折結晶である方解石（ＣａＣＯ３）のΔｒｌ　”
０．１７とならぶ大きな値であり、複屈折の大きさの点
でも本発明が有用であることを示している。

第３図は、上述の人工複屈折媒質のｎｏの分散特性の測
定結果であり、八を入よりも十分小さくしたことによっ
て、入３０．５〜２．０　＃Ｌｍの広い範囲で分散が非
常に小さくなっていることを示している。

上記実施例において、非晶質誘電体１としてＴａ２０５
の代わりにＴａ２０５と同様な特性をもっ五酸化二ニオ
ブＮｂｚＯｓ　（ｎｔ・２．２）を用いても同様な結果
が得られる。

さらに、上記実施例において、非晶質誘電体１または２
）あるいは１および２として５ｉ０２とＴａ２Ｑ５また
はＮｂ２Ｏ５との混合物を用いれば、その混合比に応じ
て”ｌ　＋１２を自在に変えることができるので、　”
＋　＋”２　ｏｆｆを適当な値にすることによって、所
望の”Ｏ＋”ｅ　＋Δｎをもった人工複屈折媒質を構成
できる。

さらにまた、上記実施例において、非晶質誘電体１また
は２）あるいは１および２として５ｉＮｘ（屈折率１．
７〜３．５）または５ｉＯｘ（０にＸ≦２）（屈折率！
、５〜３．５）を用いれば、その組成比Ｘによって”１
　＋ｎ２を任意所望の値に変える。ことができるので、
”１　、ｎ２　ｏｆｆを適当な値にすることによって所
望の”Ｏｏｎｅ　＋Δｎをもった人工複屈折媒質を構成
できる。

なお、上述した実施例では多層膜の暦数が１００層の場
合について示したが、層数は数周期以上あれば十分効果
が得られる。

［効果］ 以上説明したように１本発明人工複屈折媒質の主屈折率
ｎＱ　ｏｎｅおよび複屈折の大きさΔｎは材料の非晶質
誘電体の屈折率と層厚とによって決めることができるか
ら、それらを変えることによって任意所望の特性をもっ
た複屈折媒質を人工的に構成できるという利点がある。

さらに加えて、本発明の人工複屈折媒質は非晶質である
から、結晶成長を必要とせず他の材料の上に容易に作製
可能であるという利点および潮解性がないという利点が
ある。

従って、本発明人工屈折媒質を光集積回路に使用すれば
、半導体、電気光学結晶、磁気光学結晶など他の材料に
接して、それと屈折率の整合がとれた複屈折媒質を形成
し、光の偏波を制御することができるという利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は本発
明の主屈折率および複屈折の大きさの層厚比ｆ１依存性
の一例を示す特性曲線図、 第３図は本発明の常光に対する主屈折率の分散特性の一
例を示す特性曲線図である。 ｌ・・・非晶質誘電体。 ２・・・非晶質誘電体、 ３・・・基板。 ４・・・層法線、 ５・・・主屈折率（常光）。 ６・・・主屈折率（異常光）、 ７・・・複屈折の大きさ。 １．２−一−−非晶貫誘電体 ３−−−−一基板 ４−−−−一法蝶 第゛２図 ０　　　０．２　　０．４　　０．６　　０．８　　　
１．０λ　（Ｊ、１ｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）屈折率の異なる２種類の非晶質誘電体を光の波長よ
   りも十分小さい周期で交互に積層して構成したことを特
   徴とする人工複屈折媒質。 ２）特許請求の範囲第１項記載の人工複屈折媒質におい
   て、前記２種類の非晶質誘電体を二酸化ケイ素と五酸化
   二タンタルまたは五酸化二ニオブとしたことを特徴とす
   る人工複屈折媒質。 ３）特許請求の範囲第１項記載の人工複屈折媒質におい
   て、前記２種類の非晶質誘電体の少なくとも一方を、混
   合比によって屈折率が制御可能な二酸化ケイ素と五酸化
   二タンタルまたは五酸化二ニオブとの混合物としたこと
   を特徴とする人工複屈折媒質。 ４）特許請求の範囲第１項記載の人工複屈折媒質におい
   て、前記２種類の非晶質誘電体の少なくとも一方を、組
   成比によって屈折率が制御可能なケイ素窒化物またはケ
   イ素酸化物としたことを用いることを特徴とする人工複
   屈折媒質。