(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を光学素子に入射させ、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を前記光学素子から出射する方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を具備する：
前記光学素子を用意する工程（ａ）；ここで
前記光学素子は以下を具備する：
サファイヤ単結晶層（１１）、および
ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、前記サファイヤ単結晶層（１１）上に積層されており、
前記サファイヤ単結晶層（１１）の表面は、ｍ面の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）の表面は（０１０）の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）を構成するＣａxＣｏＯ2のｘの値が、０．１５以上０．５５以下である；
および、
前記直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を前記光学素子に照射し、前記サファイヤ単結晶層（１１）のｃ軸方向に平行な成分のみを有する出力波を前記光学素子から出射する工程（ｂ）。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有する。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有する。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記サファイヤ単結晶層（１１）に照射され、前記出力波は前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）から出射される。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）に照射され、前記出力波は前記サファイヤ単結晶層（１１）から出射される。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記光学素子の法線方向に沿って前記光学素子に照射される。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記出力波は前記光学素子の法線方向に沿って前記光学素子から出射される。
【請求項８】
直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を入射したときに、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射するテラヘルツ電磁波用光学素子であって、以下を具備する：
サファイヤ単結晶層（１１）、および
ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）、ここで
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、前記サファイヤ単結晶層（１１）上に積層されており、
前記サファイヤ単結晶層（１１）の表面は、ｍ面の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）の表面は（０１０）の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）を構成するＣａxＣｏＯ2のｘの値が、０．１５以上０．５５以下であり、
前記特定の偏光方向は、前記サファイヤ単結晶層（１１）のｃ軸方向に平行な方向である。
【請求項９】
請求項８に記載のテラヘルツ電磁波用光学素子であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有する。
【請求項１０】
請求項８に記載のテラヘルツ電磁波用光学素子であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ電磁波用光学素子と、当該素子を用いて特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射する方法とに関する。より具体的には、直線偏光したテラヘルツ電磁波を入射したときに、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射するテラヘルツ電磁波用光学素子と、直線偏光したテラヘルツ電磁波を当該素子に入射させ、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を当該素子から出射する方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ電磁波とは、０．１ＴＨｚ以上の周波数を有する電磁波である。特許文献１、非特許文献１、および非特許文献２は、テラヘルツ電磁波を偏光させる方法を開示している。非特許文献１および非特許文献２は、テラヘルツ電磁波を偏光させる偏光子（テラヘルツ偏光子；terahertz polarizer）を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−５２９２０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Itsunari Yamada et. al., “Terahertz wire-grid polarizers with micrometer-pitch Al gratings”, Optics Letters, (2009), Vol. 34, No.3, p.p. 274-276
【非特許文献２】Lei Ren et. al., ”Carbon Nanotube Terahertz Polarizer”, Nano Letters, (2009), Vol. 9, No. 7, p.p. 2610-2613
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、直線偏光したテラヘルツ電磁波を入射したときに、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射する、新規なテラヘルツ電磁波用光学素子と、当該素子により、特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射する方法と、を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の項目１−１０に係る発明は、上記課題を解決する。
１．  直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を光学素子に入射させ、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を前記光学素子から出射する方法であって、以下の工程（ａ）および工程（ｂ）を具備する：
前記光学素子を用意する工程（ａ）；ここで
前記光学素子は以下を具備する：
サファイヤ単結晶層（１１）、および
ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、前記サファイヤ単結晶層（１１）上に積層されており、
前記サファイヤ単結晶層（１１）の表面は、ｍ面の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）の表面は（０１０）の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）を構成するＣａxＣｏＯ2のｘの値が、０．１５以上０．５５以下である；
および、
前記直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を前記光学素子に照射し、前記サファイヤ単結晶層（１１）のｃ軸方向に平行な成分のみを有する出力波を前記光学素子から出射する工程（ｂ）。
２．  前記項目１に記載の方法であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有する。
３．  前記項目１に記載の方法であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有する。
４．  前記項目１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記サファイヤ単結晶層（１１）に照射され、前記出力波は前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）から出射される。
５．  前記項目１〜３のいずれかに記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）に照射され、前記出力波は前記サファイヤ単結晶層（１１）から出射される。
６．  前記項目１〜５のいずれかに記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記電磁波は前記光学素子の法線方向に沿って前記光学素子に照射される。
７．  前記項目６に記載の方法であって、前記工程（ｂ）において、前記出力波は前記光学素子の法線方向に沿って前記光学素子から出射される。
８．  直線偏光した０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有するテラヘルツ電磁波を入射したときに、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射するテラヘルツ電磁波用光学素子であって、以下を具備する：
サファイヤ単結晶層（１１）、および
ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）、ここで
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、前記サファイヤ単結晶層（１１）上に積層されており、
前記サファイヤ単結晶層（１１）の表面は、ｍ面の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）の表面は（０１０）の面方位を有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有し、
前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）を構成するＣａxＣｏＯ2のｘの値が、０．１５以上０．５５以下であり、
前記特定の偏光方向は、前記サファイヤ単結晶層（１１）のｃ軸方向に平行な方向である。
９．  前記項目８に記載のテラヘルツ電磁波用光学素子であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有する。
１０．  前記項目８に記載のテラヘルツ電磁波用光学素子であって、前記ＣａxＣｏＯ2結晶層（１２）は、２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、直線偏光したテラヘルツ電磁波を入射したときに、出力波として特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射する新規なテラヘルツ電磁波用光学素子と、当該素子により、特定の偏光方向のテラヘルツ電磁波を出射する方法と、を提供する。特定の偏光方向は、当該素子が備えるサファイヤ単結晶層のｃ軸方向に平行な方向である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態によるテラヘルツ偏光子の断面図を示す。
【図２】図２は、一実施形態による方法を概念的に示す。
【図３】図３は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：０．１マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図４】図４は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図５】図５は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図６】図６は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：４マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図７】図７は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：６マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図８】図８は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：９マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図９】図９は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１２マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１０】図１０は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１６マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１１】図１１は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２０マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１２】図１２は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２５マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１３】図１３は、表面にｍ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（０１０）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：３０マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１４】図１４は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：０．１マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１５】図１５は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１６】図１６は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１７】図１７は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：４マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１８】図１８は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：６マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図１９】図１９は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：９マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図２０】図２０は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１２マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図２１】図２１は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：１６マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図２２】図２２は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２０マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図２３】図２３は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：２５マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【図２４】図２４は、表面にｃ面方位を有するサファイア単結晶層上に形成された、表面が（００１）の面方位を有するＣａｘＣｏＯ２結晶層（膜厚：３０マイクロメートル）の透過率スペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態が、図面を参照しながら説明される。
（実施形態）
図１は、一実施形態によるテラヘルツ偏光子（以下、単に「偏光子」という）の断面図を示す。偏光子は、板の形状を有する（プレート状である）。偏光子は、サファイヤ単結晶層１１およびＣａｘＣｏＯ２結晶層１２を具備する。ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２は、サファイヤ単結晶層１１の上に積層されている。ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２およびサファイヤ単結晶層１１の間には、他の層が挟まれていないことが好ましい。
【００１０】
図２は、一実施形態において、偏光子を用いて電磁波を偏光させる方法を概略的に示す。
電磁波は、０．１ＴＨｚ以上０．８ＴＨｚ以下の周波数を有する。
電磁波１４は、入射波として偏光子に照射される。図２では、電磁波１４は、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２である偏光子の表側の面に照射される。
【００１１】
偏光子を通過した電磁波は、出力波１５として偏光子から出力される。図２では、出力波１５はサファイヤ単結晶層１１である偏光子の裏側の面から出力される。これに代えて、電磁波１４がサファイヤ単結晶層１１である表側の面に照射され、かつ出力波１５がＣａｘＣｏＯ２結晶層１２である裏側の面から出力され得る。出力波１５は、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向（図１中の矢印１６を参照）に平行な成分のみを有する。出力波１５は、他の成分を有しない。他の成分の例は、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な成分である。
【００１２】
サファイヤ単結晶層１１は、（１０−１０）の面方位、すなわち、ｍ面の面方位を有することが好ましい。
【００１３】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の表面は、（０１０）の面方位を有する。後述される比較例５〜１５に実証されるように、表面が（００１）の面方位を有する場合には、入射光は偏光されない。
【００１４】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の結晶性が保持される限り、ｘの値は限定されない。Brian. L. Cushing et. al.,”Topotactic Routes to Layered Calcium Cobalt Oxides”, Journal of solid state chemistry, Vol. 141, pages 385-391 (1998)およびH.X. Yang et. al., “Structural properties and cation ordering in layered hexagonal CaxCoO2”, Physical Review, B, Vol. 73, 014109-1 to 014109-6 (2006)によれば、ｘの好ましい値は、０．１５以上０．５５以下である。
【００１５】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２は、２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有する。後述される比較例１および２において実証されるように、厚みが２マイクロメートル未満である場合には、入射光は充分に偏光されない。すなわち、厚みが２マイクロメートル未満である場合には、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な成分が充分に除去されない。逆に、厚みが２０マイクロメートルを超える場合には、後述される比較例３および４において実証されるように、電磁波は偏光子を透過することが困難になる。従って、充分な強度を有する出力波１５が得られない。
【００１６】
実施例１〜４において実証されるように、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２は、２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有することが好ましい。実施例１〜２において実証されるように、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２は、２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有することが好ましい。これは、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な成分が充分に除去され、かつサファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に平行な成分の透過率が高いからである。
【００１７】
偏光子の表側の面および入射波の間に形成される角度は限定されない。入射波は、板の形状を有する偏光子の法線方向に沿って偏光子に入射されることが好ましい。
【００１８】
（実施例）
以下の実施例は本発明をより詳細に説明する。
【００１９】
（実施例１）
（偏光子の作成）
（１０−１０）面、すなわち、ｍ面の面方位を表面に有するサファイヤ結晶基板に、ＣａｘＣｏＯ２結晶層が、高周波マグネトロンスパッタにより形成された。このサファイヤ結晶基板は、サファイヤ単結晶層１１として用いられた。
【００２０】
より具体的には、この高周波マグネトロンスパッタでは、１：１のＣａ：Ｃｏモル比を有する混合物ターゲットが用いられた。
【００２１】
最初に、成膜チャンバー内の気体が排気され、成膜チャンバーの内部が１．０×１０−３Ｐａ未満の圧力を有するようにした。
【００２２】
次に、アルゴン(体積比：９６％)および酸素(体積比：４％)の混合ガスが導入されながら、ヒーターによりサファイヤ単結晶層が加熱された。次いで、２マイクロメートルの厚みを有するＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が、高周波マグネトロンスパッタによりサファイヤ単結晶層１１上に形成され、（０１０）の面方位を表面に有するＣａｘＣｏＯ２結晶層１２を形成した。このようにして、実施例１による偏光子が得られた。
【００２３】
高周波マグネトロンスパッタの条件が以下、記述される。
成膜チャンバー内の圧力：５Ｐａ
サファイヤ結晶基板の温度：４５０℃
ＲＦパワー：１００Ｗ
【００２４】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が形成された後、偏光子は、６０分かけて５Ｐａの圧力下で室温まで冷却された。
【００２５】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２に含まれる陽イオンの組成比が、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて測定された。その結果、Ｃａ：Ｃｏの組成比は、おおよそ１：２、すなわち、ｘ＝０．５であった。
【００２６】
（入射波の照射）
得られた偏光子は、図２に示されるように、電磁波出力器２１および電磁波受信器２２の間に配置された。
【００２７】
電磁波出力器２１は、ダイポール型（dipole-type）の低温成長ＧａＡｓの光伝導アンテナ（浜松ホトニクス株式会社より入手）である。この光伝導アンテナは、Ti:Sapphireレーザーで励起された。
【００２８】
電磁波受信器２２は、ボウタイ型（Bowtie-type）の低温成長ＧａＡｓの光伝導アンテナ（浜松ホトニクス株式会社より入手）であった。
【００２９】
周波数が０．１ＴＨｚから０．８ＴＨｚに変化されながら、電磁波出力器２１から電磁波が出射された。
【００３０】
出射された電磁波は、直線偏光したパルス状の電磁波であった。
【００３１】
電磁波は、偏光子の法線方向から、その表側の面であるＣａｘＣｏＯ２結晶層１２に入射された。このとき、当該法線方向を中心軸として偏光子を回転させることによってサファイヤ単結晶層１１のｃ軸に対する直線偏光の傾きを変えた。電磁波は、傾きを変える前後のそれぞれの時点で、入射された。
【００３２】
電磁波は、サファイヤ単結晶層１１である偏光子の裏側の面から出力波１５として出射された。サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に平行な光の成分が、電磁波受信器２２により受信された。この成分は、出力波１５に含まれていた。同様に、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な光の成分も、電磁波受信器２２により受信された。
【００３３】
図５は、実施例１に従って電磁波受信器２２によって測定された透過率スペクトルを示す。
【００３４】
図３〜図１３において、黒い四角は、（１０−１０）面、すなわち、ｍ面の面方位を表面に有するサファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に平行な光の成分の透過率を指し示す。これは、図３〜１３では、「ＥＴＨｚ‖基板表面に投影されたサファイヤのｃ軸」と示される。図３〜図１３において、白い丸は、（１０−１０）面、すなわち、ｍ面の面方位を表面に有するサファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な光の成分の透過率を指し示す。これは、図３〜１３では、「ＥＴＨｚ⊥基板表面に投影されたサファイヤのｃ軸」と示される。
【００３５】
透過率は、以下の式に従って算出された：
透過率＝電磁波受信器２２により受信された出力波の強度／電磁波出力器２１から出力された電磁波の強度
【００３６】
（実施例２）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが４マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図６は実施例２において測定された透過率スペクトルを示す。
【００３７】
（実施例３）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが６マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図７は実施例３において測定された透過率スペクトルを示す。
【００３８】
（実施例４）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが９マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図８は実施例４において測定された透過率スペクトルを示す。
【００３９】
（実施例５）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが１２マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図９は実施例５において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４０】
（実施例６）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが１６マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図１０は実施例６において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４１】
（実施例７）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが２０マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図１１は実施例７において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４２】
（比較例１）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが０．１マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図３は比較例１において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４３】
（比較例２）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが１マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図４は比較例２において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４４】
（比較例３）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが２５マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図１２は比較例３において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４５】
（比較例４）
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２の厚みが３０マイクロメートルであることを除き、実施例１と同様の実験が行われた。図１３は比較例４において測定された透過率スペクトルを示す。
【００４６】
以下の表１は、実施例１〜７および比較例１〜４における平均透過率をまとめて示す。表１において、「ｃ軸平行平均透過率」とは、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に平行な光の成分の透過率の平均値を意味する。表１において、「ｃ軸垂直平均透過率」とは、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な光の成分の透過率の平均値を意味する。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
表１から明らかなように、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が２マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下の厚みを有する場合には、ｃ軸平行平均透過率が０．２５以上であり、かつｃ軸垂直平均透過率が０．０７以下である。このことは、出力波１５はサファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に平行な成分のみを実質的に含むことを意味する。言い換えれば、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な成分が充分に除去されている。
【００４９】
ｃ軸平行平均透過率を高めるためには、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が２マイクロメートル以上９マイクロメートル以下の厚みを有することが好ましい。より好ましくは、ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が２マイクロメートル以上４マイクロメートル以下の厚みを有する。
【００５０】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が１マイクロメートル以下の厚みを有する場合には、サファイヤ単結晶層１１のｃ軸方向に垂直な成分が充分に除去されない。
【００５１】
ＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が２０マイクロメートルを超える厚みを有する場合には、ｃ軸垂直平均透過率だけでなくｃ軸平行平均透過率までもが低減する。
【００５２】
（比較例５〜１５）
比較例５〜１５では、（００１）面、すなわちｃ面の面方位を表面に有するＣａｘＣｏＯ２結晶層１２が形成されたこと以外は、実施例１〜７および比較例１〜４と同様の実験が行われた。（００１）面を表面に有するＣａｘＣｏＯ２結晶相１２の形成のため、（１０−１０）面、すなわちｍ面の面方位を表面に有するサファイヤ結晶基板に代えて、（０００１）面、すなわちｃ面の面方位を表面に有するサファイヤ結晶基板が用いられた。
【００５３】
図１４〜図２４において、黒い四角は、（０００１）面（すなわちｃ面の面方位）を表面に有するサファイヤ単結晶層１１のｘ軸方向に平行な光の成分の透過率を指し示す。これは、図１４〜２４では、「ＥＴＨｚ‖ｘ軸」と示される。図１４〜図２４において、白い丸は、（０００１）面（すなわちｃ面の面方位）を表面に有するサファイヤ単結晶層１１のｙ軸方向に平行な光の成分の透過率を指し示す。これは、図１４〜２４では、「ＥＴＨｚ‖ｙ軸」と示される。ｘ軸およびｙ軸は、サファイヤ単結晶層１１のｃ面上にある任意の軸である（サファイヤ結晶は、ｃ面内で異方性を有しない）。ｘ軸方向はｙ軸方向に直交することに留意せよ。表２は、比較例５〜１５の結果を示す。
【００５４】
【表２】
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【００５５】
表２から明らかなように、出力波１５は、サファイヤ単結晶層１１のｘ軸方向に平行な成分およびサファイヤ単結晶層１１のｙ軸方向に平行な成分の両者をほぼ同じ透過率で含む（比較例５、６、１２、および１３）。これは、入射波が全く偏光されていないことを意味する。
【００５６】
比較例７〜１５では、出力波１５そのものが出力されなかった。これは、ＣａｘＣｏＯ２層１２が厚すぎるためであった。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、例えば、光学機器、医療機器、またはセキュリティ装置において用いられ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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