(57)【要約】【課題】  従来の透過型および反射型の１／２波長板の厚さを薄くし，反射損失や吸収損失、出射光の余分な偏光回転誤差を低減した三次元フォトニック結晶を用いた反射型偏光回転素子を提供することである。【解決手段】  シリコンウエハ積層体の積層方向と垂直な空隙部の断面形状が断面に垂直な軸に対して４回回転対称性を持つ凸多面体形状の三次元フォトニック結晶であって、シリコンウエハの積層方向と垂直な三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光をシリコンウエハの積層方向と垂直に面内回転させた三次元フォトニック結晶内で反射させ、三次元フォトニック結晶の表面から出射した反射光の偏光を、前記入射光の偏光に対して回転させる。【選択図】  図１３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウエハ積層体の内部にダイヤモンド構造の各格子点に配置される空隙部を備え、この空隙部が前記シリコンウエハ積層体の積層方向と平行な断面において複数の異なる断面積を持ち、且つシリコンウエハ積層体の積層方向と垂直な空隙部の断面形状が断面に垂直な軸に対して４回回転対称性を持つ凸多面体形状の三次元フォトニック結晶であって、
シリコンウエハの積層方向と垂直な三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光をシリコンウエハの積層方向と垂直に面内回転させた三次元フォトニック結晶内で反射させ、
三次元フォトニック結晶の表面から出射した反射光の偏光を、前記入射光の偏光に対して回転させる反射型偏光回転素子。
【請求項２】
前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光は、入射角が−４５．０度〜＋４５．０度の範囲内である請求項１に記載の反射型偏光回転素子。
【請求項３】
前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光は、０．１ＴＨｚ〜１２ＴＨｚの周波数領域である請求項１又は２に記載の反射型偏光回転素子。
【請求項４】
前記三次元フォトニック結晶を、４５度の整数倍だけ面内回転させる請求項１に記載の反射型偏光回転素子。
【請求項５】
前記４回回転対称性を持つ凸多面体形状が正八面体形状である請求項１に記載の反射型偏光回転素子。
【請求項６】
前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光を三次元フォトニック結晶内でブラッグ反射させる請求項１に記載の反射型偏光回転素子。
【請求項７】
請求項１に記載の反射型偏光回転素子と、反射型偏光回転素子から出射した偏光した出射光を検知する検出器と、を備える反射型偏光回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光の偏光に対して出射光の偏光を回転させることのできる三次元フォトニック結晶を用いた反射型偏光回転素子及びその素子を用いた反射型偏光回転装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者は、シリコンウエハ積層体の内部にダイヤモンド構造の各格子点に配置される空隙部を備えた三次元フォトニック結晶を提案している（特許文献１）。この三次元フォトニック結晶は、空間対称性が高いという優れた特徴を有している。本発明者は、さらに鋭意研究を続けることによって、三次元フォトニック結晶が偏光された光の偏光方向を回転させる性質を有することを見い出して本発明に至った。
【０００３】
従来、偏光された光の偏光方向を回転させる偏光装置として、反射型１／２波長板を用いたものが知られている（特許文献２）。この偏光装置は、水晶板の裏面にアルミコートを施した反射型１／２波長板に偏光された光を反射させるもので、可視域で使用する光学系の一部品として利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２６８２９
【特許文献２】特開２０１４−４１１７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の偏光装置をテラヘルツ領域で使用する場合、反射型１／２波長板を構成する水晶板の板厚が大きくなってしまう。また、テラヘルツ領域における水晶板の屈折率は可視領域の屈折率に比べて大きい他、水晶板の吸収ロスが積算されるために、反射型１／２波長板に光が入射する際、及び反射型１／２波長板から光が出射する際の反射ロスが大きくなり、出射光量が減衰されるおそれがあった。さらに、前述の反射ロスが出射光の偏光回転に影響を及ぼして、誤差回転角度が大きくなるおそれがあった。例えば、可視領域での屈折率１．５に比べて０．４ＴＨｚでの屈折率は２．１３とかなり大きくなり、その場合には前述の誤差回転角度が２５度と非常に大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明の反射型偏光回転素子は、第１に偏光回転素子自体を薄く形成すること、第２に偏光回転素子への光の入射時及び出射時の反射ロスを抑えること、第３に出射光の偏光回転に影響を及ぼさないようにすること、を目的としている。特に本発明は、０．１ＴＨｚ〜１２ＴＨｚのようなテラヘルツ領域での偏光回転において優位性が発揮される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る反射型偏光回転素子は、シリコンウエハ積層体の内部にダイヤモンド構造の各格子点に配置される空隙部を備え、この空隙部が前記シリコンウエハ積層体の積層方向と平行な断面において複数の異なる断面積を持ち、且つシリコンウエハ積層体の積層方向と垂直な空隙部の断面形状が断面に垂直な軸に対して４回回転対称性を持つ凸多面体形状の三次元フォトニック結晶であって、シリコンウエハの積層方向と垂直な三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光をシリコンウエハの積層方向と垂直に面内回転させた三次元フォトニック結晶内で反射させ、三次元フォトニック結晶の表面から出射した反射光の偏光を、前記入射光の偏光に対して回転させる。
【０００８】
また、本発明に係る反射型偏光回転素子は、前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光は、入射角が−４５．０度〜＋４５．０度の範囲内であってもよい。
【０００９】
また、本発明に係る反射型偏光回転素子は、前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光は、０．１ＴＨｚ〜１２ＴＨｚの周波数領域であってもよい。
【００１０】
また、本発明に係る反射型偏光回転素子は、前記三次元フォトニック結晶を、４５度の整数倍だけ面内回転させてもよい。
【００１１】
また、本発明に係る反射型偏光回転素子は、前記三次元フォトニック結晶の表面に入射させた偏光した入射光を三次元フォトニック結晶内でブラッグ反射させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る反射型偏光回転装置は、上述の反射型偏光回転素子と、反射型偏光回転素子から出射した偏光した出射光を検知する検出器と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る反射型偏光回転素子によれば、偏光回転素子自体を薄型化することができる。また、本発明に係る反射型偏光回転素子によれば、偏光回転素子の反射の際のロスを抑えることができる。さらに、本発明に係る反射型偏光回転素子によれば、出射光の偏光回転に影響を及ぼすことがない。さらにまた、本発明に係る反射型偏光回転素子によれば、テラヘルツ領域での吸収スペクトルが安定するので、この領域での利用が可能である。
【００１４】
本発明に係る反射型偏光回転装置によれば、装置全体を小型化することができると共にテラヘルツ領域内において信頼性の高い偏光回転装置として実用化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ダイヤモンド構造の格子点を示す模式図である。
【図２】ダイヤモンド構造の格子点の形状を示す模式図である。
【図３】シリコンウエハ積層体を構成する４枚のシリコンウエハに形成される正八面体形状の空隙部の一例を示す斜視図である。
【図４】シリコンウエハ積層体を構成する４枚のシリコンウエハに形成される正八面体形状の空隙部の他の例を示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明に係る反射型偏光回転素子の一実施形態を示す斜視図である。
【図５Ｂ】反射型偏光回転素子のＸＹ面を示す平面図である。
【図６Ａ】反射型偏光回転素子のＸＹ面における入射Ｓ偏光方向を示す説明図である。
【図６Ｂ】反射型偏光回転素子のＸＹ面における面内回転を示す説明図である。
【図７】ダイヤモンド構造型フォトニック結晶のエネルギーバンド構造を示す図である。
【図８】ダイヤモンド構造型フォトニック結晶における第一ブリルアンゾーンを示す図である。
【図９】１ｍｍ厚高抵抗シリコンのテラヘルツ領域での透過率を示すグラフである。
【図１０】高抵抗シリコンのテラヘルツ領域での透過率を示すグラフである。
【図１１Ａ】単結晶石英のテラヘルツ領域での屈折率を示すグラフである。
【図１１Ｂ】単結晶石英のテラヘルツ領域での吸収係数を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例に用いたＴＨｚ−ＴＤＳ装置測定系を示す概要図である。
【図１３Ａ】面内回転角θ＝４５ｎ度（ｎ＝０〜２）における周波数とＳ偏光反射率との関係を示すグラフである。
【図１３Ｂ】面内回転角θ＝４５ｎ度（ｎ＝０〜２）における周波数とＰ偏光反射率との関係を示すグラフである。
【図１４Ａ】面内回転角θ＝１５ｎ度（ｎ＝０〜６）における周波数とＳ偏光反射率との関係を示すグラフである。
【図１４Ｂ】面内回転角θ＝１５ｎ度（ｎ＝０〜６）における周波数とＰ偏光反射率との関係を示すグラフである。
【図１５】０．４２ＴＨｚにおける面内回転角と反射光の回転角度αSPとの関係、並びに１／２波長板の理論特性グラフとの比較を示すグラフである。
【図１６】反射光の偏光回転角度αSPの定義図である。
【図１７】０．４２ＴＨｚにおけるＺ方向（積層方向）の電場分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下添付図面に基づいて、本発明の実施形態に係る反射型偏光回転素子及びこの素子を利用した反射型偏光回転装置を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の反射型偏光回転素子には、三次元フォトニック結晶が用いられる。この三次元フォトニック結晶は、図１に示されるように、４枚のシリコンウエハ３，４，５，６によって積層されたシリコンウエハ積層体２に、一つのダイヤモンド構造型単位格子が得られる。符号ａはダイヤモンド構造の格子定数、白丸は各格子点である。この実施形態に係る三次元フォトニック結晶は、（１００）面シリコンウエハを原料とする各シリコンウエハ３，４，５，６によって作製されている。各シリコンウエハ３，４，５，６の厚みは、それぞれ目的とするダイヤモンド構造の格子定数aの１／４となっている。図２に示されるように、各格子点の形状は正八面体であり、Ｌは正八面体の一辺の長さである。
【００１８】
図３にはシリコンウエハ積層体２を構成する４枚のシリコンウエハ３，４，５，６に形成される空孔が模式的に示されている。１枚目のシリコンウエハ３に形成される空孔３ａ，３ｂ、２枚目のシリコンウエハ４に形成される空孔４ａ，４ｂ、３枚目のシリコンウエハ５に形成される空孔５ａ，５ｂ及び４枚目のシリコンウエハ６に形成される空孔６ａ，６ｂは、それぞれが前記ダイヤモンド構造の各格子点の上半分または下半分に対応した位置に設けられている。また、この実施形態では図３に示されるように、各シリコンウエハに形成される空孔は正四角錐台形状をしている。シリコンウエハを表面側からエッチングする場合と、裏面側からエッチングする場合とで、前述の正四角錐台形状の上下方向が逆向きとなり、図３に示されるような上下の頂部がカットされた正八面体形状の空隙部７，８，９を構成する。また、図３及び図４に示したように、シリコンウエハ４，５に形成される正四角錐台形状の空孔４ａ，５ｂと、シリコンウエハ３，６に形成される正四角錐形状の空孔３ｃ，６ｃを合わせることで、図２に示されるような正八面体形状の空隙部１が構成される。
【００１９】
三次元フォトニック結晶における各格子点の形状は、４回回転対称形状であることが望ましい。４回回転対称形状とは、三次元フォトニック結晶をその積層方向から見た時に、４回の回転で元の形状に戻ることを意味する。代表的な４回回転対称形状は、上述した正八面体形状である。正八面体形状には、図２に示したように２つの正四角錐形状の底面同士を合わせた形状のものや、図３に示したように２つの正四角錐台形状の底面同士を合わせた形状のものだけでなく、正八面体形状においてＸＹ軸方向の４つの頂点がない形状のものなども含まれる。
【００２０】
図５Ａには上述した三次元フォトニック結晶を構成するシリコンウエハを更に積層して構成した反射型偏光回転素子１０の一例が示されている。Ｘ，Ｙ，Ｚは、それぞれ図１の座標軸に対応している。この実施形態では、反射型偏光回転素子１０のＸＹ面内の一辺の長さは１０ｍｍ、Ｚ方向には７５μｍ厚シリコンウエハが２８層積層されている。図５Ｂは、図５ＡのＸＹ面内の拡大図である。格子定数ａは３００μｍである。また、正八面体の一辺の長さＬは１５０μｍである。
【００２１】
次に、前記三次元フォトニック結晶の面内回転について説明する。面内回転とは、三次元フォトニック結晶の表面に入射する偏光した入射光に対して、三次元フォトニック結晶を平面上で所定角度回転させることを意味する。例えば図５Ａおよび図５Ｂに示された反射型偏光回転素子１０で説明すると、図に示された座標系ＸＹＺにおいて、入射光の進行方向はＺ軸に平行、ＸＹ面内に垂直とする。また、図６Ａ及び図６ＢにおけるＸ軸、Ｙ軸は、図５Ａ及び図５ＢにおけるＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ対応している。そして、図６Ａに示すように、＋Ｘ軸から４５度時計回りに回転した角度の方向に入射光のＳ偏光方向があると仮定し、このＳ偏光が入射する時の面内回転角θ＝０度とする。なお、入射するＳ偏光の方向は固定とする。
【００２２】
一方、反射型偏光回転素子１０をθ＝４５度面内回転させるとは、図６Ｂに示すように、反射型偏光回転素子１０をθ＝０度から反時計回りにθ＝４５度の位置までＸＹ面内で回転させることを意味する。同様に、三次元フォトニック結晶をθ＝９０度まで面内回転させるとは、図６Ｂに示すように、反射型偏光回転素子１０をθ＝０度から反時計回りにθ＝９０度の位置までＸＹ面内で回転させることを意味する。本発明では三次元フォトニック結晶を任意の角度で面内回転させることができる。例えば、θ＝４５度の整数倍だけ面内回転させることができる。この場合において、θ＝０度、９０度および１８０度の各方向は構造的および光学的に同等であり、θ＝４５度と１３５度の方向も構造的および光学的に同等である。
【００２３】
本発明において、反射型偏光回転素子に入射される偏光された光の入射角度は、−４５．０〜＋４５．０度の範囲が望ましい。図７に示されるエネルギーバンド構造及び図８に示される三次元ダイヤモンド構造型フォトニック結晶のブリルアンゾーンから明らかにされる。図８において、本発明における垂直入射（入射角＝０度）はΓ−Ｘの方向だが、入射角を次第に大きくした場合、Γ−ＵやΓ−ＷやΓ−ＫやΓ−Ｌの方向に移行していく。しかしながら、その方向に移行しても、表１に示されるように、ブラッグ反射が起こる中心周波数はΓ−Ｌ方向では０．３６ＴＨｚに下がるものの、その他の方向では０．４０〜０．４１ＴＨｚでほぼ一定である。またフォトニックバンドギャップＰＢΔＦの値はどの点でも殆ど変わらない。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
以上のことから、入射角を変えても最大Ｋ点の−４５度〜＋４５度までは、中心周波数Ｆやブラッグ反射の帯域ＰＢΔＦも同程度であり、後述する実施例１、２における入射角φ１＝７度以外においても、図１３Ａ，図１３Ｂおよび図１４Ａ，図１４Ｂで示された結果と同様に、ブラッグ反射（Ｓ偏光反射率＋Ｐ偏光反射率＝１００％）が現われると考えられる。
【００２６】
本発明において利用される光の周波数領域は特に制約を受けないが、高抵抗シリコン（抵抗率＞１０の４乗Ωｃｍ）を材料とした三次元フォトニック結晶では０．１ＴＨｚ〜１２ＴＨｚ領域での吸収スペクトルが安定するので、この範囲での利用が可能である。図９にはテラヘルツ領域における高抵抗シリコンの透過率が示されている（テラヘルツ技術総覧  テラヘルツテクノロジーフォーラム編より）。高抵抗シリコンの厚みは１ｍｍである。この図には１０ＴＨｚ付近までの周波数領域で透過率がほぼ安定していることが示されている。同様に、図１０にもテラヘルツ領域における高抵抗シリコンの透過率が示されている（日本分光株式会社  サブミリ波専用フーリエ変換分光光度計測定例より）。この図にも１２ＴＨｚ付近までの周波数領域では透過率がほぼ安定していることが示されている。また、後述する実施例１、２では０．２ＴＨｚ〜０．６ＴＨｚの周波数領域における反射特性の実験を行なっており、各周波数においてピークが規則正しく出ている（図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂを参照）。なお、０．１ＴＨｚにおける反射特性の実験では光源の強度が弱くなり、測定値のノイズが大きくなるが、上記０．２ＴＨｚ〜０．６ＴＨｚでの測定値と同様、規則正しいピークが出るものと思われる。したがって、高抵抗シリコンでは少なくとも０．１ＴＨｚ〜１２ＴＨｚまでは良好な反射特性を示すものと考えられる。
【００２７】
一方、反射型１／２波長板に用いられる単結晶石英の場合には、図１１Ａのテラヘルツ領域での屈折率を表したグラフ（テラヘルツ技術総覧  テラヘルツテクノロジーフォーラム編より）及び図１１Ｂのテラヘルツ領域での吸収係数を表したグラフ（テラヘルツ技術総覧  テラヘルツテクノロジーフォーラム編より）からも明らかなように、テラヘルツ領域での屈折率や吸収係数が周波数と共に増加しており、高周波程反射ロスや吸収ロスが増加することが顕著である。
【００２８】
以下、上記形態に基づいた具体的な実施例を示す。図１２には本発明に係る反射型偏光回転素子１０の反射特性を検出するために、ＴＨｚ−ＴＤＳ（time-domain spectroscopy)装置（日邦プレシジョン製）を用いた測定系が示される。上記実施形態に係る測定系は、反射型偏光回転素子１０の入射側に光源１１を備える。この光源１１からはＳ偏光に調整された光が出射され、第１ミラー１２を介して所定の入射角φ１（例えば７度）で反射型偏光回転素子１０にＳ偏光の光が入射される。なお、本実施例における７度の入射角φ１は、使用したＴＨｚ−ＴＤＳ装置が、ほぼ垂直入射（７度の入射を含む）に対する特性評価装置となっているためである。したがって、反射型偏光回転素子１０への入射角φ１は７度に限定されるものではない。光源１１からＳ偏光の光が出射されない場合には、光源１１と第１ミラー１２との間に偏光子(図示せず)を配置し、この偏光子によって正確なＳ偏光を得ることができる。
【００２９】
一方、反射型偏光回転素子１０の反射側には、前記第１ミラー１２と同様、反射型偏光回転素子１０から所定の反射角φ２（φ１＝φ２）で出射した偏光した反射光を角度調整する第２ミラー１３と、反射光の偏光特性を検知する検知器１４が配置される。なお、この検知器１４はＳ偏光のみを検知するものである。Ｓ偏光された入射光が反射型偏光回転素子１０を面内回転させることで、一部もしくは全部の反射光がＰ偏光に回転されて反射されるかどうかを確認するために、前記第２ミラー１３で反射した反射光を直接検知器１４で検知する場合と、第２ミラー１３と検知器１４との間に透過型１/２波長板１５を配置して検知した場合の両方で偏光特性を調べた。この透過型１/２波長板１５は、０．４２ＴＨｚでＰ偏光をＳ偏光にほぼ完全に変換することができる厚さ７．５ｍｍのものである。この透過型１/２波長板１５に入射したＰ偏光は、Ｓ偏光に変換（回転）されるため、検知器にはＳ偏光として検知される。
【００３０】
なお、Ｐ偏光とＳ偏光は共に波の偏光方向を表し、互いに波の進行方向に垂直である。ずなわち、Ｓ偏光は図６Ａで示したθ＝０度の方向でＸＹ面内にあり、Ｐ偏光はＳ偏光と互いに垂直である。
【実施例１】
【００３１】
図１３Ａ及び図１３Ｂには、三次元フォトニック結晶のＰＢΔＦ（フォトニックバンドギャップ）近辺において、０．２ＴＨｚ〜０．６ＴＨｚで反射型偏光回転素子を所定角度ずつ面内回転させたときの反射特性が示されている。面内回転角θ＝０度、４５度、９０度である。図の中心付近に周波数ｆ＝０．４２ＴＨｚを通る実線が示されている。
【００３２】
図１３Ａは、面内回転角θ＝０度、４５度、９０度における反射光のＳ偏光反射率（ＲＳ）を示している。この場合は前述の透過型１/２波長板が配置されない。０．４２ＴＨｚでは、面内回転角θ＝４５度のときにＳ偏光反射率は極小値を取り、０に近い値となる。一方、面内回転角θ＝０度及び９０度のときにＳ偏光反射率は極大値を取り、１に近い値となる。
【００３３】
一方、図１３Ｂは、面内回転角θ＝０度、４５度、９０度における反射光のＰ偏光反射率（ＲＰ）を示している。この場合は前述の透過型１/２波長板が配置される。０．４２ＴＨｚでは、面内回転角θ＝４５度のときにＰ偏光反射率は極大値を取り、１に近い値となる。一方、面内回転角θ＝０度および９０度のときにほぼ極小値を取り、０に近い値となる。すなわち、図１３Ａと図１３Ｂとでは、偏光反射率の大小関係が逆転している。
【００３４】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示されるように、面内回転角θ＝０度、４５度、９０度ではＳ偏光の反射率＋Ｐ偏光の反射率＝１００％（もしくは１）となりブラッグ反射が起こっていることがわかる。特に、面内回転角θ＝４５度では入射光の偏光の向きが、反射光ではほぼ完全に９０度回転している。ブラッグ反射であるため反射光のロスもない。例えば、従来の反射型１/２波長板では水晶板の吸収ロスや水晶板の表面における光の往路と復路での反射ロスによる出射光量の減衰並びに出射光の偏光回転誤差が現れるが、本発明の反射型偏光回転素子ではこれ等がほぼ解消される。なお、反射率という光強度測定では偏光の向きの１８０度の違いは検知できない。このため、１８０度異なる偏光の向きは同じとみなし、偏光回転角度を０度以上９０度以下で表すものとする。
【００３５】
また、面内回転角θ＝４５度の偶数倍（０を含む）では反射偏光の方向成分は入射偏光と同じＳ偏光が大半を占める一方、面内回転角θ＝４５度の奇数倍では反射偏光の方向成分は入射Ｓ偏光に垂直なＰ偏光が大半を占めていることを示している。すなわち、面内回転角θ＝４５度の奇数倍では入射されたＳ偏光の入射光が反射型偏光回転素子内での反射によってＰ偏光に回転することがわかった。
【実施例２】
【００３６】
実施例１と同様、三次元フォトニック結晶のＰＢΔＦ（フォトニックバンドギャップ）近辺において、０．２ＴＨｚ〜０．６ＴＨｚで反射型偏光回転素子を所定角度ずつ面内回転させたときの反射特性の実験を行った。ここではθ＝１５度ずつ面内回転させたときのＳ偏光反射率（ＲＳ）と、Ｐ偏光反射率（ＲＰ）を、それぞれ図１４Ａと図１４Ｂに示した。
【００３７】
図１４Ａは、実施例１における面内回転角θ＝０度、４５度、９０度に加えて、面内回転角θ＝１５度、３０度、６０度、７５度における反射光のＳ偏光反射率（ＲＳ）を示している。この場合は前述の透過型１/２波長板が配置されない。０．４２ＴＨｚでは、面内回転角θ＝３０度のときにはＳ偏光反射率は約２０％、θ＝６０度のときには約３０％、θ＝１５度のときには約７５％、θ＝７５度のときには約８０％であった。
【００３８】
図１４Ｂは、実施例１における面内回転角θ＝０度、４５度、９０度に加えて、面内回転角θ＝１５度、３０度、６０度、７５度における反射光のＰ偏光反射率（ＲＰ）を示している。この場合は前述の透過型１/２波長板が配置される。０．４２ＴＨｚでは、面内回転角θ＝３０度のときにはＰ偏光反射率は約８０％、θ＝６０度のときには約７０％、θ＝１５度のときには約２５％、θ＝７５度のときには約２０％であった。すなわち、図１４Ａと図１４Ｂとでは、偏光反射率の大小関係が逆転している。また、各面内回転角において、Ｓ偏光反射率とＰ偏光反射率の合計はほぼ１００％であることから、ブラッグ反射が起こっていることがわかる。
【００３９】
なお、図１３Ｂ及び図１４Ｂに示されたＰ偏光反射率（ＲＰ）は、透過型１/２波長板による表面反射や吸収などを補正したグラフである。
【実施例３】
【００４０】
０．４２ＴＨｚにおける反射Ｐ偏光と反射Ｓ偏光とのなす偏光回転角度αｓｐ（度）と面内回転角θ（度）との関係を図１５に示した。また、図１５には逆Ｖ型の１／２波長板の特性も示してある。なお、反射Ｐ偏光と反射Ｓ偏光とのなす偏光回転角度αｓｐ（度）は、図１４ＡのＳ偏光反射率（ＲＳ）と図１４ＢのＰ偏光反射率（ＲＰ）とから、αｓｐ＝ｔａｎ−１（√ＲＰ／√ＲＳ）の算出式に基づいて面内回転角θ＝０度〜９０度の範囲で算出した。図１６に偏光回転角度αｓｐ（度）を図示する。面内回転角θ＝０度〜９０度の範囲で、偏光回転角度αｓｐ（度）を算出した結果は、図１５に示したように、逆Ｖ型１／２波長板の理論値にほぼ一致した。
【実施例４】
【００４１】
この実施例では、０．４２ＴＨｚにおける反射型偏光回転素子の電場分布をＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）によってシュミレーションした。図１７は電場分布の解析結果を示したものであり、対象としたモデルは、格子定数ａ＝３００μｍ，正八面体の一辺Ｌ＝１５０μｍ、厚さ７５μｍのシリコンウエハを積層し、サイズ５ａ×５ａ×５ａに相当するモデルを作製した。このモデルは、シリコンウエハを２０層積層したもので、Ｚ方向に約１５００μｍの厚みを有している。そして、このモデルに矢印方向（Ｚ方向）に面内回転角θ＝０度で、０．４２ＴＨｚのＳ偏光の光を入射して解析した。
【００４２】
図１７には電場の強さが黒色の濃淡で表されており、黒色の濃い所ほど電場が強くなっている。それによれば、Ｚ方向の厚みは、格子定数ａの５倍程度、すなわち約１５００μｍの厚みがあれば十分であり、前述した本発明の特性が得られる。これは、０．４２ＴＨｚで比較した場合に、従来の反射型１／２波長板の水晶板の厚み約３．７５ｍｍに比べて半分以下の厚さで形成することができるものである。
【００４３】
本発明に係る反射型偏光回転装置は、上述した反射型偏光回転素子１０と、反射型偏光回転素子１０から出射した偏光した光を検知する検出器１４とを備える。反射型偏光回転素子１０に入射される偏光した入射光は、光源１１からの光だけでなく、自然光を利用することもできる。自然光を利用する場合は、光源１１と反射型偏光回転素子１０との間に偏光子を配置する必要がある。本発明の反射型偏光回転装置は、テラヘルツ領域で使用する偏光カメラ、テラヘルツ領域でレーザ光を動かさずに偏光方向を変えたり、光量を可変させる装置、あるいは分光エリプスメトリーの入射光の偏光方向を正確に出すための角度調整装置として応用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  正八面体形状の空隙部
２  シリコンウエハ積層体
３，４，５，６  シリコンウエハ
３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ  正四角錐台形状の空孔
３ｃ，６ｃ  正四角錐形状の空孔
７，８，９  上下の頂部がカットされた正八面体形状の空隙部
１０  反射型偏光回転素子
１１  光源
１２  第１ミラー
１３  第２ミラー
１４  検知器
１５  透過型１/２波長板
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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