(57)【要約】【課題】層数を更に少なく３層にしても常光と異常光に対する反射率を広い波長範囲にわたり同時に小さくする。しかも膜の付着強度が高く、ハイパワー光にも十分対応できるようにする。【解決手段】複屈折結晶の表面に、第１層（複屈折結晶側）として屈折率ｎ１  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ１  が０．０５３≦Ｄ１  ≦０．０６７のＳｉＯ２  膜、第２層として屈折率ｎ２  ＝２．１で光学的膜厚Ｄ２  が０．０４７≦Ｄ２  ≦０．０５４のＴａ２  Ｏ５  膜、第３層（空気側）として屈折率ｎ３  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ３  が０．１５３≦Ｄ３  ≦０．１６９のＳｉＯ２  膜の３層構造となるように順次成膜した複屈折結晶用反射防止膜である。但し、光学的膜厚ＤＸ  は、ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  、ｘ＝１，２，３、ｎＸ  ：各層の屈折率、ｄＸ  ：各層の膜厚、λ０  ：設定波長である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複屈折結晶の表面に形成する反射防止膜において、複屈折結晶に接する第１層として屈折率ｎ１  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ１  が０．０５３≦Ｄ１  ≦０．０６７のＳｉＯ２  膜、中間の第２層として屈折率ｎ２  ＝２．１で光学的膜厚Ｄ２  が０．０４７≦Ｄ２  ≦０．０５４のＴａ２  Ｏ５  膜、空気側の第３層として屈折率ｎ３  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ３  が０．１５３≦Ｄ３  ≦０．１６９のＳｉＯ２  膜の順に成膜された３層構造をなしていることを特徴とする複屈折結晶用反射防止膜（但し光学的膜厚ＤＸ  は、ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  、ｘ＝１，２，３、ｎＸ  ：各層の屈折率、ｄＸ  ：各層の膜厚、λ０  ：設定波長）。
【請求項２】
複屈折結晶の表面に形成する反射防止膜において、複屈折結晶に接する第１層として屈折率ｎ１  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ１  ＝０．０６のＳｉＯ２  膜、中間の第２層として屈折率ｎ２  ＝２．１で光学的膜厚Ｄ２  ＝０．０５のＴａ２  Ｏ５  膜、空気側の第３層として屈折率ｎ３  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ３  ＝０．１６１のＳｉＯ２  膜の順に成膜された３層構造をなしている複屈折結晶用反射防止膜（但し光学的膜厚ＤＸ  は、ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  、ｘ＝１，２，３、ｎＸ  ：各層の屈折率、ｄＸ  ：各層の膜厚、λ０  ：設定波長）。
【請求項３】
複屈折結晶がルチル単結晶であり、イオンアシスト蒸着法によって成膜されている請求項１又は２記載の複屈折結晶用反射防止膜。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複屈折結晶への入射光の表面反射を防止するための膜構造に関し、更に詳しく述べると、ＳｉＯ２  膜／Ｔａ２  Ｏ５  膜／ＳｉＯ２  膜の３層構造とした複屈折結晶用反射防止膜に関するものである。この技術は、常光・異常光を利用して光路や光量を制御する各種光デバイスに組み込む複屈折結晶の反射防止膜として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平８−１１４７０２号公報
【０００３】
光アイソレータ、光サーキュレータ、光スイッチ、光アッテネータなどの各種光デバイスでは、常光・異常光を利用した偏光素子あるいは光路制御素子などとして複屈折結晶が用いられることがある。その場合、複屈折結晶に入射する光の不要な表面反射を防止するために、該複屈折結晶の表面には反射防止膜が形成されている。しかし複屈折結晶は、通常の光学部品と異なり、常光と異常光とで透過光の屈折率が異なるため、その表面に形成する反射防止膜は、それら常光と異常光の両方に対して反射率を低く抑える必要がある。
【０００４】
複屈折結晶の表面に形成する反射防止膜として、従来から様々な構成が開発されている。その一種に、ＴｉＯ２  膜とＳｉＯ２  膜を交互に積層して４層とする構成がある。例えば特許文献１には、第１層（複屈折結晶側）が屈折率ｎ１  ＝２．２６で膜厚ｄ１  ＝２２．８ｎｍのＴｉＯ２  膜、第２層は屈折率ｎ２  ＝１．４６８で膜厚ｄ２  ＝７７．５ｎｍのＳｉＯ２  膜、第３層は屈折率ｎ１  ＝２．２６で膜厚ｄ３  ＝２２．８ｎｍのＴｉＯ２  膜、そして第４層（空気側）は屈折率ｎ２  ＝１．４６８で膜厚ｄ２  ＝１５５．１ｎｍのＳｉＯ２  膜とする構成が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、層数を多くした方が常光と異常光の両方に対する反射率を同時に広帯域にわたって低く抑え易いとされており、要求特性を満たし易くなる。しかし、生産性並びにコストなどの観点からは、反射防止膜の層数はできるだけ少ないこと（１層でも少ないこと）が望ましい。また反射防止膜は付着強度が大きいことも重要である。近年の研究によれば、ＴｉＯ２  膜は耐パワー性能の面で問題があり、ハイパワー光の入射に対して剥離が生じる恐れがある点が指摘されている。
【０００６】
本発明の目的は、層数を更に少なく３層にしても常光と異常光に対する反射率を広い波長範囲にわたり同時に小さく抑えることができ、しかも膜の付着強度が高く、ハイパワー光にも十分対応できるような複屈折結晶用の反射防止膜を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複屈折結晶の表面に形成する反射防止膜において、複屈折結晶に接する第１層として屈折率ｎ１  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ１  が０．０５３≦Ｄ１  ≦０．０６７のＳｉＯ２  膜、中間の第２層として屈折率ｎ２  ＝２．１で光学的膜厚Ｄ２  が０．０４７≦Ｄ２  ≦０．０５４のＴａ２  Ｏ５  膜、そして空気側の第３層として屈折率ｎ３  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ３  が０．１５３≦Ｄ３  ≦０．１６９のＳｉＯ２  膜の順に成膜された３層構造をなしている複屈折結晶用反射防止膜である。但し光学的膜厚ＤＸ  は、ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  、ｘ＝１，２，３であり、ｎＸ  ：各層の屈折率、ｄＸ  ：各層の膜厚、λ０  ：設定波長である。
【０００８】
典型的には本発明は、複屈折結晶の表面に、複屈折結晶に接する第１層として屈折率ｎ１  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ１  ＝０．０６のＳｉＯ２  膜、中間の第２層として屈折率ｎ２  ＝２．１で光学的膜厚Ｄ２  ＝０．０５のＴａ２  Ｏ５  膜、空気側の第３層として屈折率ｎ３  ＝１．４７で光学的膜厚Ｄ３  ＝０．１６１のＳｉＯ２  膜の順に３層構造に成膜した複屈折結晶用反射防止膜（但し光学的膜厚ＤＸ  は、ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  、ｘ＝１，２，３、ｎＸ  ：各層の屈折率、ｄＸ  ：各層の膜厚、λ０  ：設定波長）である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる複屈折結晶の代表例はルチル単結晶である。成膜は、イオンアシスト蒸着法で行うのが好ましい。通常、イオンアシスト蒸着法による成膜は、装置温度を２５０〜３００℃に設定して行っている。ところが加熱温度を２５０〜３００℃にすると、成膜装置の加熱時間及び冷却時間が長くかかり、生産性が非常に悪い。生産性を高めるためには、成膜時の加熱温度を低くすればよいのであるが、従来の膜厚設定のまま加熱温度を、例えば２００℃よりも低くしてイオンアシスト蒸着を行うと、特に成膜したＴａ２  Ｏ５  の膜質が悪化する現象が発生する。具体的には、膜強度が低下し、剥離し易くなる欠点が生じる。また反射率が高くなり、反射防止特性が低下する問題も生じる。
【００１０】
本発明者等は、このような現象が生じる原因についても種々検討した。その結果、Ｔａ２  Ｏ５  膜に厚み方向で構造的な変化などが起きるためであることを見出した。イオンアシスト蒸着法によるＴａ２  Ｏ５  の成膜は、酸素導入中で行われることもあって、蒸着中に試料温度が上昇し易い。その温度上昇幅は、加熱温度を低く設定するほど大きくなる。蒸着中に試料温度が大きく変化すると、蒸着物質（Ｔａ２  Ｏ５  ）の密度や酸化状態などが変化して屈折率が変化するのみならず、アモルファス状態で堆積していたものが途中から結晶化して柱状構造へと変化する。つまり厚く堆積させると、Ｔａ２  Ｏ５  膜の全厚にわたって均一なアモルファスの状態に維持することが難しく、膜質が悪化し、付着強度が低下して剥離が生じ易くなるし、また厚み方向に屈折率分布が生じるために、設計値通りに成膜できず反射率が高くなるものと考えられる。なお、第１層及び第３層のＳｉＯ２  膜に関しては、真空中で成膜されること及び材料の違いから、膜厚が厚くなってもそのような問題は生じない。
【００１１】
そこで本発明では、第２層となるＴａ２  Ｏ５  膜をできるかぎり薄くし、短時間内にイオンアシスト蒸着が完了するようにして、加熱温度を低く（１８０±１０℃）設定してもアモルファス状態が維持され物性値変化が生じないように工夫している。その上で、常光・異常光ともに広い波長範囲で反射率を低くできるように、第１層と第３層のＳｉＯ２  膜の膜厚関係をあえて極端なアンバランスにし、３層構造の良好な反射防止膜を設計している。
【００１２】
装置加熱温度は、成膜作業性の点では低い方が好ましいが、良好な膜を付着するにはある程度の加熱は必要である。より好ましくは、１８０℃前後（１８０±５℃）とすることである。酸素導入中で成膜するＴａ２  Ｏ５  の膜厚を極めて薄くすることで、膜全体に渡って均一なアモルファス状態が実現でき、屈折率のむらが生じず、設計値通りの成膜ができるため、反射率を低く抑えることが可能となる。
【００１３】
【実施例】
ルチル単結晶のインゴットから、切断及び研磨によって板状体に整形し、光が入出射する両面を光学研磨処理することによってルチル偏光板を作製した。このルチル偏光板は、光学軸が光学研磨面と平行方向（光線方向に対して直交方向）にあるように設定してある。例えば波長１３１０〜１５９０ｎｍにおいて、ルチル単結晶の常光に対する屈折率ｎｏ  はｎｏ  ＝２．４７〜２．４５、異常光に対する屈折率ｎｅ  はｎｅ  ＝２．７３〜２．７１である。
【００１４】
そして、ルチル偏光板の光学研磨面上に、イオンアシスト蒸着法によって、該ルチル偏光板に接する第１層としてＳｉＯ２  膜、中間の第２層としてＴａ２  Ｏ５  膜、空気側の第３層としてＳｉＯ２  膜を、その順に蒸着した。成膜操作は、装置温度を１８０℃に加熱しながら、２．６７×１０−４Ｐａまで排気して行った。なお、Ｔａ２  Ｏ５  蒸着時は酸素ガスを４×１０−２Ｐａまで導入した。
【００１５】
設定波長（使用波長）λ０  を１５５０ｎｍとして、各層の膜厚を変えた３種類の試料（試料１〜３）を作製した。各試料について、各層の屈折率ｎＸ  、絶対膜厚（物理的膜厚）ｄＸ  （ｎｍ）、光学的膜厚ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  を表１に示す。但しｘ＝１，２，３であり、複屈折結晶側の第１層、中間の第２層、空気側の第３層の各層を表している。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
最小反射率波長（（常光の最小反射率波長＋異常光の最小反射率波長）／２）は、設定波長と同じであるが、常光の最小反射率波長と異常光の最小反射率波長とは異なる。その最小反射率波長差（常光の最小反射率波長−異常光の最小反射率波長）が小さいと、反射率が０．１％以下の波長範囲は大きくなり、反射率が０．２％以下の波長範囲は小さくなる傾向が見られる。最小反射率は全ての試料において０．０７％以下と小さいが、特に試料２は０．０６７％と極めて小さくなる。試料１〜３における常光と異常光の反射率の波長依存性のグラフを、それぞれ図１〜３に示す。どの試料も反射率０．１％波長範囲が７５ｎｍ以上で、反射率０．２％波長範囲が１５０ｎｍ以上であり、広い波長範囲にわたって低反射率を達成することができた。
【００１８】
前記の実施例において、試料２の条件が最も良好であったので、この光学的膜厚を用いて、設定波長と各層の膜厚を変えて更に３種類の試料（試料４〜６）を作製した。表２に、各層の屈折率ｎＸ  、絶対膜厚ｄＸ  （ｎｍ）、光学的膜厚ＤＸ  ＝ｎＸ  ・ｄＸ  ／λ０  を示す（但しｘ＝１，２，３であり、複屈折結晶側の第１層、中間の第２層、空気側の第３層の各層を表す）。全ての試料において、最小反射率波長（（常光の最小反射率波長＋異常光の最小反射率波長）／２）が設定波長と同じになっている。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
試料４〜６における常光と異常光の反射率の波長依存性のグラフを、それぞれ図４〜６に示す。いずれの試料も反射率０．１％波長範囲が６５ｎｍ以上で、反射率０．２％波長範囲が１３０ｎｍ以上であり、広い波長範囲にわたって低反射率を達成することができた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上記のように、ＳｉＯ２  膜／Ｔａ２  Ｏ５  膜／ＳｉＯ２  膜の３層構造とし、膜厚関係を最適化したことにより、層数を更に少なく３層にしても常光と異常光に対する反射率を広い波長範囲にわたり同時に小さく抑えることができ、複屈折結晶用として極めて良好な反射防止特性が得られる。しかも膜の付着強度が高く耐環境性に優れ、ハイパワー光にも劣化が生じず十分対応可能となる。
【００２２】
また本発明に係る反射防止膜は、層数が少ないために製作し易くなる。更に本発明の３層膜は、イオンアシスト蒸着法による成膜時の加熱温度を１８０℃程度と低くできるために、成膜装置の加熱時間及び冷却時間を短縮でき、そのために生産性が大幅に向上し、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試料１における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図２】試料２における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図３】試料３における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図４】試料４における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図５】試料５における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【図６】試料６における常光と異常光の反射率の波長依存性を示すグラフ。
【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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