(57)【要約】【課題】光通信分野で使用される光部品内に組込みやすく、高性能で、しかも容易に作製できる偏光子、その製造方法及び光アイソレータを提供。【解決手段】光学的に透明な基板（Ａ）と金属酸化物薄膜（Ｂ）を含んだ偏光子であって、金属酸化物薄膜（Ｂ）は、対向する側面の一方から他方に向かい、基板に平行かつ互いに平行に伸びた細孔群を有し、それぞれの細孔内部又は内壁には導電性物質（Ｃ）が０．５ｍｍ以上の長さで連続的に埋設されていることを特徴とする偏光子などによって提供。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に透明な基板（Ａ）と金属酸化物薄膜（Ｂ）を含んだ偏光子であって、金属酸化物薄膜（Ｂ）は、対向する側面の一方から他方に向かい基板に平行に伸びた細孔群を有し、それぞれの細孔は相互に平行であり、かつ細孔内部又は内壁には導電性物質（Ｃ）が０．１ｍｍ以上の長さで連続的に埋設されていることを特徴とする偏光子。
【請求項２】
基板（Ａ）が、ガラス又は合成樹脂の平板であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項３】
基板（Ａ）の厚さが、０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項４】
薄膜（Ｂ）が、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、又は酸化インジウムから選択される１種の薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項５】
薄膜（Ｂ）の厚さが、０．０７〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項６】
薄膜（Ｂ）の上部、基板（Ａ）と薄膜（Ｂ）の間、あるいは基板（Ａ）の薄膜が形成されていない面のいずれかに反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項７】
導電性物質（Ｃ）が、ニッケル、金、銀、又は銅から選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項８】
導電性物質（Ｃ）が、直径１０〜３００ｎｍの細孔に埋設されることを特徴とする請求項１に記載の偏光子。
【請求項９】
基板上に金属薄膜を形成する工程と、この金属薄膜の上端部と下端部（底面）が露出するように保護膜を形成する工程と、保護膜が形成されていない上端部が電極となるように金属薄膜を酸溶液の浴に漬け、金属薄膜を陽極酸化して、金属酸化物とするとともに、基板に対して平行に伸びた細孔を金属薄膜の側面に形成する工程と、この細孔の内部に導電性物質を埋設させる工程を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の偏光子の製造方法。
【請求項１０】
薄膜の細孔内に、メッキ法によって導電性物質が埋設されることを特徴とする請求項９に記載の偏光子の製造方法。
【請求項１１】
薄膜の細孔内に、ＣＶＤ法又はＰＶＤ法によって導電性物質が埋設されることを特徴とする請求項９に記載の偏光子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の偏光子を、光が基板平面に向かって略垂直に入射するように組込んでなる光アイソレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光子、その製造方法及び光アイソレータに関し、さらに詳しくは、光通信分野で使用される光部品内に組込みやすく、高性能で、しかも容易に作製できる偏光子、その製造方法及び光アイソレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信は、光送信装置により電気信号を光信号に変換して光ファイバ中を伝送させ、この光信号を光受信装置により再び電気信号に変換するという原理に基づいて通信するシステムである。
【０００３】
この光通信システムでは、半導体レーザから発せられた光が、光ファイバーの入射口で、あるいは光部品の途中で反射して再び半導体レーザに入射することがあり、これによる半導体レーザの破壊を防止し、半導体レーザの発振の不安定化を防止するために光アイソレータが用いられている。
【０００４】
光アイソレータは、図１０に示すように、偏光を回転させるファラデーローテーター（ＦＲ）なる光学磁気材料と、偏光の入射側、出射側に付帯する２枚の偏光子（２０）と、光学磁気材料に磁界を加える円筒型磁石から構成される。
入射側偏光子に入射した光は、図１０では縦偏光のみが透過しファラデーローテーター（ＦＲ）で偏光回転し、４５度偏光して出射側偏光子を通過する。この際、戻り光が逆方向に出射側偏光子を通過すると、ファラデーローテーター（ＦＲ）で偏光回転し、４５度偏光するので、入射側偏光子を透過することができない。
【０００５】
こうして半導体レーザを保護できることから、光アイソレータは、非常に小型でありながら光通信において重要な部品のひとつとされている。年々、通信速度が高速化し大容量化するなかで、光アイソレータを構成する偏光子にも、消光比の向上と、ハンドリングのしやすさ、低価格化などが求められている。
【０００６】
従来、偏光子としては、高い屈折率をもつ方解石やルチルなどの結晶を斜めに配置して、特定方向の直線偏光のみを通過させる構造のものが知られている。結晶を斜めに配置するのは、通常、光学素子界面からの反射レーザ光を防止する反射防止膜だけでは不十分であり、光学素子における光入出射面の法線ベクトルがレーザー光の進行方向とは平行にならないようにするためである。しかし、このように結晶を斜めに配置したのでは、偏光子の構造が厚くなり、光学装置全体を小型化するという要請に応えることができない。
【０００７】
現在最もよく使用されている偏光子は、ポラコア（コーニング社の商品名）といわれ、ガラス（２１）内において線状金属微粒子（２２）を１方向に整列させ金属繊維としたものである（図１１に断面を示す）。この偏光子（２０）は、光の偏光が銀などの金属に平行な方向か、垂直な方向かで光の吸収は大きく異なり、金属繊維に平行な偏光を持っている光は大きく吸収され、透過しにくいことを利用したものである。
【０００８】
この偏光子を製造するには、図１２のように、ハロゲン化銀やハロゲン化銅などの金属粒子（２３）を分散させたガラス板（２１）の上下を冶具（２４）で先ず固定する。次に、ガラス及びハロゲン化銀等の融点以上の温度でガラス板（２１）を加熱し、一方向にガラス板を引っ張る。これにより、ガラス板（２１）中のハロゲン化銀等の金属粒子（２３）も一方向に細長い金属繊維になって整列する。その後、ガラスの表面付近のみを還元して、ガラス表面部分のみを金属（銀や銅）にする。
【０００９】
こうして製造した材料を偏光子として用いれば、金属繊維（２２）が一定方向に並んだガラス（２１）に向かって特定方向に偏光した光が入ってきた場合、金属繊維に平行な方向に偏光した光が大きく吸収され、垂直な方向に偏光した光の吸収を相対的に小さくすることができる。
【００１０】
しかし、この偏光子では、一度に大きな製品原材が製造しにくいため、どうしても製品単価が高くなり、光アイソレータ製造時の組み込み過程でも、偏光子を小さいまま扱わねばならないため、光アイソレータの量産性が上がらないなどの欠点がある。
【００１１】
一方、アルミニウム板を陽極酸化し、この板面に垂直方向に多数の浅い細孔を生成させた偏光子材料の製造方法が開発され、その細孔に光を平行あるいは垂直に入射させた時、偏光によって実効的誘電率が異なり、屈折率が異なることを利用した偏光子が提案されている（非特許文献１参照）。この方法によれば大きな製品材料が製造でき、光アイソレータを量産性できる可能性が生まれた。
【００１２】
しかしながら、このような偏光子を用いても、１：１００程度の消光比しか得られない。１：１００の消光比を安定的に得ようとすれば、光路長を１０ｍｍもとらねばならない。通常、光通信では、１：１０００以上（用途によっては１：１０，０００）の消光比が求められているが、これを達成するには、さらに光路長を伸ばさねばならない。ところが、通常の光アイソレータでは偏光子の厚みが０．５ｍｍ以下に制限されるので、この適用は非現実的である。
【００１３】
また、上記と同様にして、アルミニウムに陽極酸化法で細孔を開け、この細孔に金属（ニッケル）を埋設させて偏光子とすることが提案され、アルミニウムの広い面に垂直にあいた細孔に光を斜め入射させ、偏光子として利用することが記載されている（特許文献１参照）。
【００１４】
これは、先述した方解石などの結晶を用いる場合と本質的に同じであり、斜めにして光を斜め入射させる構造であるため、偏光子の構造が厚くなってしまう。また、実際に製造するときにアラインメントが難しくなるので、基板となるガラスをある特定の角度に削らねばならないなどの課題を有している。
【００１５】
このような状況下、１：１０００以上の消光比が得られ、高性能でありながら光アイソレータへの組み込みも容易な偏光子の出現が切望されていた。
【００１６】
【非特許文献１】
日本工業新聞  ２００２年３月６日（朝刊第２面）
【特許文献１】
特開平７−２２５３１７号公報（特許請求の範囲、実施例）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来の問題点に鑑み、光通信分野で使用される光部品内に組込みやすく、高性能で、しかも容易に作製できる偏光子、その製造方法及び光アイソレータを提供することにある。
【００１８】
【問題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、透明な基板に金属薄膜を付着させて、この薄膜の一側面を陽極酸化し金属酸化物薄膜にするとともに、基板に平行かつ互いに平行に細孔を開け、その後、この細孔内に導電性物質を連続的に埋設させることで薄膜中に特定長さの金属柱を容易に形成でき、得られた構造体の基板に対して垂直にレーザ光を入射させると、偏光方向が金属柱に平行であれば光の大きな吸収が起きるが、金属柱に垂直であると殆ど吸収が起きないことから所望の偏光成分のみを透過させる偏光子として機能させることが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１９】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、光学的に透明な基板（Ａ）と金属酸化物薄膜（Ｂ）を含んだ偏光子であって、金属酸化物薄膜（Ｂ）は、対向する側面の一方から他方に向かい基板に平行に伸びた細孔群を有し、それぞれの細孔は相互に平行であり、かつ細孔内部又は内壁には導電性物質（Ｃ）が０．１ｍｍ以上の長さで連続的に埋設されていることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２０】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、基板（Ａ）が、ガラス又は合成樹脂の平板であることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２１】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、基板（Ａ）の厚さが、０．０５〜１ｍｍであることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２２】
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、薄膜（Ｂ）が、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、又は酸化インジウムから選択される１種の薄膜であることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２３】
また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、薄膜（Ｂ）の厚さが、０．０７〜１００μｍであることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２４】
また、本発明の第６の発明によれば、第１の発明において、薄膜（Ｂ）の上部、基板（Ａ）と薄膜（Ｂ）の間、あるいは基板（Ａ）の薄膜が形成されていない面のいずれかに反射防止膜を形成したことを特徴とする偏光子が提供される。
【００２５】
また、本発明の第７の発明によれば、第１の発明において、導電性物質（Ｃ）が、ニッケル、金、銀、又は銅から選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２６】
さらに、本発明の第８の発明によれば、第１の発明において、導電性物質（Ｃ）が、直径１０〜３００ｎｍの細孔に埋設されることを特徴とする偏光子が提供される。
【００２７】
一方、本発明の第９の発明によれば、第１〜８のいずれかの発明において、基板上に金属薄膜を形成する工程と、この金属薄膜の上端部と下端部（底面）が露出するように保護膜を形成する工程と、保護膜が形成されていない上端部が電極となるように金属薄膜を酸溶液の浴に漬け、金属薄膜を陽極酸化して金属酸化物とするとともに、基板に対して平行に伸びた細孔を金属薄膜の側面に形成する工程と、この細孔の内部に導電性物質を埋設させる工程を含むことを特徴とする偏光子の製造方法が提供される。
【００２８】
また、本発明の第１０の発明によれば、第９の発明において、薄膜の細孔内に、メッキ法によって導電性物質が埋設されることを特徴とする偏光子の製造方法が提供される。
【００２９】
また、本発明の第１１の発明によれば、第９の発明において、薄膜の細孔内に、ＣＶＤ法、あるいはＰＶＤ法によって導電性物質が埋設されることを特徴とする偏光子の製造方法が提供される。
【００３０】
一方、本発明の第１２の発明によれば、第１〜８のいずれかに記載の偏光子を、光が基板平面に向かって略垂直に入射するように組込んでなる光アイソレータが提供される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の偏光子、その製造方法及び光アイソレータについて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３２】
１．偏光子
本発明の偏光子は、図１に示すような全体構造をしており、光学的に透明な基板（１）と、この基板上に形成された金属酸化物薄膜（２）とを含み、金属酸化物薄膜（２）には対向する側面の一方から他方に向かい基板に平行に伸びた細孔群を有し、それぞれの細孔は相互に平行であり、その細孔内部には導電性物質が埋設され、特定長さの金属柱を形成している。また、金属酸化物薄膜（２）の上部には反射防止膜（３）が形成されている。
【００３３】
また、図２のように、ガラス基板（１）に形成した金属酸化物薄膜（２）上に、別のガラス（９）を載せて、金属酸化物薄膜（２）を両側からサンドイッチ状態にすることもできる。このように構成することより、厚さを調整できるだけでなく、反射率の調整や表面保護に適したものとなる。
【００３４】
（Ａ）基板
基板としては、光学的に透明な平板が用いられる。基板の厚さは特に限定されないが、０．０５〜１ｍｍ、特に０．１〜０．８ｍｍとすることが好ましい。０．０５ｍｍ未満では強度が弱いので取り扱い難く、１ｍｍを超えると偏光子接着後のアイソレータの厚みが厚くなり、アイソレータ自体の平行性が悪くなり、機器への装着に支障がでるなどの面で問題が生じる。基板の材料としてはガラスが好適であるが、ナイロン、ポリイミド、ＰＰＳなどの合成樹脂フィルムを使用することも可能である。
【００３５】
（Ｂ）金属酸化物薄膜
金属酸化物薄膜としては、アルミナ、チタニア、酸化亜鉛、あるいは酸化インジウムのように光透過性が良い金属酸化物の材料が用いられる。陽極酸化により良好な細孔を得る必要があるため、いずれも不純物が少ない材料を用いることが好ましい。この他にも透明で同様な特性を有する酸化物薄膜であれば使用することができる。
【００３６】
金属酸化物薄膜の膜厚は、屈折率や金属柱の密度に依存するが０．０７〜１００μｍであることが望ましい。好ましくは、０．１〜５０μｍとする。０．０７μｍよりも薄いと細孔が形成しにくいし、１００μｍを超えると光の吸収が大きくなりすぎ、透過率自体が悪くなるので好ましくない。
【００３７】
この薄膜の上部、基板と薄膜の間、あるいは薄膜がない方の基板面のいずれかに、表面反射率を低減するための反射防止膜を設けることができる。反射防止膜としては、ＴｉＯ２、ＭｇＦ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２、又はＳｉ３Ｎ４などのいずれかを使用できる。反射防止膜の厚さは、薄膜の上部では、０．４〜０．６μｍ、基板と薄膜の間では、０．４〜０．６μｍとし、また薄膜がない方の基板面では０．４〜０．６μｍとすればよい。これらは単層でもよいし、２層以上の多層で構成しても良い。
【００３８】
（Ｃ）導電性物質
本発明において、導電性物質は、入射された偏光成分を吸収する機能をもつ、ニッケル、金、銀、銅、白金、ロジウム、イリジウム、鉄、クロム、或いはタングステンなどの物質である。加工性、光吸収性などの面から、ニッケル、金、銀、又は銅から選ばれた少なくとも１種の金属が好ましい。導電性物質は、実質的に金属であることから、以下、導電性物質のことを単に金属という場合がある。
【００３９】
導電性物質は、金属酸化物薄膜に形成された直径１０〜３００ｎｍの細孔内部に埋設され、長く伸びた金属柱の形態を呈している。
【００４０】
金属柱は、基板と平行に、かつ互いに平行に形成されているが、その末端は閉じていても薄膜を貫通していてもよい。本発明の偏光子は、光の入射面として約０．５〜１ｍｍ角のサイズを必要とするので、金属柱（細孔の深さ）も同程度の長さ（深さ）が望ましいが、０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ〜１ｍｍ、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとする。０．１ｍｍ未満では０．１ｍｍ角サイズで偏光子として使用せざるをえなくなり、偏光子に光を絞り込む必要が出てきて実用的でなくなる。一方、１ｍｍを超える長さのものは偏光子を多数個取り出せるので好ましいが、これを得ようとすると製品の収率が低下してくる。
【００４１】
次に、細孔内に導電性物質（金属）を埋設した偏光子における光の吸収と膜厚の決定方法について述べる。
【００４２】
複素屈折率を有する金属柱群が互いに平行に、且つ薄膜面に平行に薄膜面内に分布している系に、光を薄膜に垂直に入射させた時の光の吸収は、Ｍｉｅ等の計算に従って計算される。Ｈ．Ｃ．ｖａｎ  ｄｅ  Ｈｕｓｔ著：“Ｌｉｇｈｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｂｙ  ｓｍａｌｌ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”  ｐｐ．２６７−２９６，Ｄｏｖｅｒ，Ｎｅｗｙｏｒｋ，１９８１年を参照。
【００４３】
ここでは、計算例の条件として、光の波長＝１．５μｍで、媒質が酸化アルミニウムの場合、屈折率ｎ０＝１．６７とし、細孔内部に埋設する金属がニッケルの場合、ｎ１＝２．６３、ｎ２＝５．２６とした。また、金属の直径として、酸化アルミニウム中に実際に作製されている細孔径（＝４０ｎｍφ）を用いた。
【００４４】
光が金属柱群に垂直に入射した場合の透過率を、金属酸化物薄膜の膜厚を変化させて計算すると、その結果は図３のようになった。横軸は膜厚であり、縦軸は入射光の電場部分が金属柱に平行に入射した場合（便宜上、縦偏光という）の透過光量ＰＷ１と、金属柱に垂直に偏光した光（縦偏光という）の透過光量ＰＷ２の比＝ＰＷ１／ＰＷ２（消光比という）を示している。通常、光通信等では、消光比が、１０−３〜１０−６が望ましいので、図３から、その消光比の範囲となる膜厚は、３００〜４００ｎｍが好ましいことがわかる。
【００４５】
必要な膜厚Ｌは、次の式（１）で求められる範囲となる。
（λ×ｎ０／ｎ１／ｎ２）＜Ｌ＜４×（λ×ｎ０／ｎ１／ｎ２）        （１）
式（１）中、λ＝入射波長（ｃｍ）、ｎ０＝媒質の屈折率、ｎ１、ｎ２＝金属の複素屈折率の実部と虚部を示している。
【００４６】
このような金属柱を用いたとき、吸収の少ない偏光成分の透過率は、９７．５％となる。これに対して、ポラコアの場合を同様に計算すると、透過率は９４％となる。つまり、本発明の偏光子は、現行のポラコアを用いた偏光子より、望ましい偏光成分の光の吸収が少ないことになる。従来より３％強も光の減衰が少なくなるわけで、光通信では、入射光が次の光アンプまでより長い距離を走ることができ、本発明の偏光子を用いれば、高額な光アンプが少なくてすむというメリットが得られることを意味している。
【００４７】
２．偏光子の製造方法
本発明の偏光子は、基板上に金属薄膜を形成する工程（ｉ）と、この金属薄膜の上端部と下端部（底面）が露出するように保護膜を形成する工程（ｉｉ）と、保護膜が形成されていない金属薄膜の上端部を電極として酸溶液の浴に漬け、金属薄膜を陽極酸化して、対向する側面の一方から他方に向かい基板に平行に伸びた細孔群を有し、それぞれの細孔が相互に平行になるように細孔を形成する工程（ｉｉｉ）と、この細孔の内部に導電性物質を埋設させる工程（ｉｖ）を順次行うことによって製造される。
また、この製造方法には、金属酸化物薄膜を形成する前、その形成後、あるいは導電性物質の埋設後のいずれかに反射防止膜を形成する工程を付加することができる。
【００４８】
（ｉ）金属薄膜の形成
まず、平らで光学的に透明な基板を用意し、この上にアルミニウムなどの金属薄膜を成膜する。
【００４９】
金属薄膜の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｉｎなどのように、酸化するとアルミナ、チタニア、酸化亜鉛、酸化インジウムとなり、光透過性が良い金属が用いられる。前記の理由により、不純物の含有量が少ないものが使用される。
【００５０】
金属薄膜は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法を用いて成膜することができる。なお、金属薄膜を成膜するかわりに、圧延法等で作製された金属の薄い板を光学的に透明な接着剤で基板に接着させてもよい。
【００５１】
金属薄膜の膜厚は、金属酸化物薄膜にしたときの屈折率や金属柱の密度に依存するが、０．０７〜１００μｍであることが望ましく、好ましくは０．１〜５０μｍとする。膜厚が０．０７μｍよりも薄いと細孔が形成しにくく、１００μｍを超えると光の吸収が大きくなりすぎ、透過率自体が悪くなる。
【００５２】
（ｉｉ）保護膜の形成
金属薄膜を基板上に形成した後、金属薄膜の対向する２側面は被覆し、残る側面のうち１面を被覆し他面を露出した状態か、あるいは両側面を露出した状態として保護膜を形成する。
【００５３】
保護膜は、金属薄膜を被覆して後工程で陽極酸化する際に、細孔をあけない部分を酸からガードするものである。熱硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂等を塗布することで保護膜を形成することができる。シリカ等を蒸着法あるいはスパッタ法でコートすれば、反射防止膜を兼用させることもできる。
【００５４】
熱硬化性樹脂としては、例えば、液性エポキシ系樹脂（ＥＭＩ社のＯＰＴＯＣＡＳＴ−３５０７など）が使用できる。これには、熱硬化性樹脂と紫外線硬化樹脂の両方がある。熱硬化性樹脂であれば、その種類にもよるが、塗布後に５０〜３００℃の温度に加熱し、紫外線硬化樹脂であれば紫外線を照射して硬化させる。
【００５５】
上記保護膜の膜厚は、１０μｍ〜１ｍｍとすることが必要であり、１０μｍよりも薄いと、樹脂系接着剤の場合、膜厚を均一にするのが難しく樹脂に穴があくことが考えられ、後工程の陽極酸化の時に露出している側面部以外でも反応が起こってしまう場合があり好ましくない。保護膜は通常、最終的には除去されるから、１ｍｍよりも厚くするのは無駄である。樹脂が硬いと、後述の陽極酸化のときに割れる可能性があるため、保護膜としては柔らかな材料を用いることが好ましい。
【００５６】
（ｉｉｉ）金属薄膜の陽極酸化
次に、金属薄膜の一部に保護膜が被覆された基板を陽極酸化して、金属薄膜を金属酸化物薄膜に酸化するとともに、内部に細孔を形成させる。
【００５７】
陽極酸化は、酸溶液の浴に金属材料が陽極となるように配置し、電圧（数十Ｖの直流電圧）をかけると、陽極で酸素が発生し、金属材料が酸化される現象である。図１３に示すように、陽極（２６）としてアルミニウム（２５）を用い、希硫酸の浴（２７）に浸漬して通電すると、アルマイト（酸化物）が生成する現象である。この時、図１４のように、アルマイト（２５）には数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度の間隔で細孔（２８）が規則正しく、しかも整然と自己整列して形成される。
【００５８】
陽極酸化の工程において、細孔の大きさは、電圧や酸種、時間等に応じて適宜制御される。例えば、薄膜がアルミニウムの場合、電圧を２０〜５０Ｖ、酸として０．０１〜１ｍｏｌの蓚酸を用いることができ、この条件で所定時間保持すれば、金属薄膜中に直径１０〜３０ｎｍの細孔を形成することができる。酸として、リン酸を用いれば、数１００ｎｍΦの細孔をあけることができる。
【００５９】
細孔をあける側面積が大きすぎると、金属薄膜中に細孔が多くなり、光の減衰も大きくなりすぎる。そのため、金属薄膜が厚すぎる場合は、図９のように露出している側面（２）の一部を、保護膜と同材料のシールド（６）で被覆して側面積を調節する（図９では、理解を助けるため細孔を大きくした）。これによって細孔（４）の数を所定の性能が出るように制御できる。こうして金属薄膜が露出している側面に、互いに平行で規則正しく整列した細孔があけられ、金属酸化物薄膜が基板と一体化した構造体ができあがる。
【００６０】
基板上に金属酸化物薄膜が形成された構造体は、３００〜６００℃程度の温度で数時間熱処理することができる。この工程は必須というわけではないが、熱処理を行うことにより、光の透過率を数１０％上げることができる。熱処理温度が３００℃よりも低いと、光透過率を上昇できないので好ましくない。一方、６００℃を超えると、細孔が破壊されるなどの現象が起こり、偏光子の特性に劣化が現れてしまう。
【００６１】
次に、保護膜を除去してから金属酸化物薄膜の両面を研磨し、かつ反射防止膜（ＡＲ膜）を塗布する。そのため実際に使用する入射面積よりも大きいサイズの金属酸化物薄膜を作製しておき、これを研磨しＡＲ膜を塗布した後に、必要サイズに切断するのが効率的である。
【００６２】
（ｉｖ）細孔への導電性物質の埋設
金属酸化物薄膜の細孔には、導電性物質が埋設され金属柱が形成される。薄膜の細孔内部を導電性にするには、アルミサッシの色付けで実用化されている細孔内部に電導性物質を埋め込む方法などが採用される。
【００６３】
第１の方法は、先に行った陽極酸化の場合とは電圧を逆にし（金属酸化物薄膜側を負電圧とする）、メッキ液として硫酸塩、塩化物等を用い、細孔内にメッキする。陽極酸化で細孔をあけた状態で、底部に酸化物の層が薄く残っておれば、これを酸で洗浄除去し、金属酸化物薄膜をむき出しにした状態にしておく。
【００６４】
表面に垂直にあけた細孔中に金属をメッキした例として、銅やニッケルを４５分から１時間で、５０μｍの高さ（長さ）まで一様に析出させることが報告されている。例えば、宮城光信：電子情報通信学会論文誌Ｃ−１、Ｊ７９−Ｃ−１（１２）、（１９９６）４６８を参照。
【００６５】
本発明者が行った実験では、細孔に金属柱が形成される速度は、メッキ条件にもよるが１０〜１５０μｍ／分程度であった。従って、これを５０〜１００μｍ／分に設定すれば、偏光子として必要な０．１ｍｍ〜１ｍｍの長さの金属柱を効率的に形成することができる。
【００６６】
この方法によれば、細孔が細く、かつ深く形成されアスペクト比は１０，０００以上の薄膜が得られるが、底部に金属がむき出しで、細孔中が一様な電場勾配になっているため、他の方法では見られないほど容易に金属を内部析出させることが可能となる。金属は、中に充満させることは必ずしも必要ではなく、電気的につながっていれば細孔内壁の表面に薄く付着させてもよい。
【００６７】
第２の方法は、ＰＶＤ装置、又はＣＶＤ装置の内部に金属酸化物薄膜を設置し、金属蒸気を導入し、その流れの下流側を真空吸引して、ガス流が細孔内を通る状態にして加熱し、温度を制御することで細孔内部に金属を塗布する方法である。条件は特に限定されるわけではないが、１００〜３００℃の温度、０．０１〜１Ｐａの圧力とすることが好ましい。これにより比較的短時間で、厚さが１〜１０ｎｍの均一な膜を細孔内に被覆することができる。
【００６８】
以上、メッキ法又はＰＶＤ法などで導電性物質を埋設する方法を説明したが、本発明では細孔内に導電性物質を導入できれば、上記以外の方法を採用することもでき、例えば半導体製造などの分野で知られている電導性物質のドープ法によることも可能である。
【００６９】
その後、図２のように基板（１）の金属酸化物薄膜（２）上に、別のガラス等（９）を載せ金属酸化物薄膜を両側からサンドイッチ状態にすることもできる。
【００７０】
３．光アイソレータ
本発明の光アイソレータは、上記の方法で製造した偏光子を、光が基板平面に向かって略垂直に入射するように組込んだものである。
【００７１】
光アイソレータは、前記のとおり、偏光を回転させるファラデーローテーター（ＦＲ）なる光学磁気材料と、偏光の入射側、出射側に付帯する２枚の偏光子と、光学磁気材料に磁界を加える円筒型磁石から構成されており、本発明では、この偏光子が光をその基板平面に向かって略垂直に入射するように組込まれている。
【００７２】
こうして構成された光アイソレータは、非常に小型でありながら、通信速度の高速化、大容量化にも対応でき、消光比が向上し、ハンドリングがしやすく、低価格であるという特徴を有する。
【００７３】
【実施例】
次に、本発明を実施例と比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例によってのみ限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
真空蒸着装置（日本電子製）を用い、２０×２０×０．５ｍｍｔのガラス基板の上に、１０×１５ｍｍの窓の開いたマスクをガラス基板に張り、１０μｍの厚さにアルミニウム薄膜を蒸着した。
その後、アルミニウム薄膜の１つの側面が露出した状態になるようエポキシ系熱硬化性樹脂（ＥＭＩ社、ｏｐｔｏｃａｓｔ−３６０２）を塗布し、７０℃に加熱して硬化させ、図４に示す被覆ガラス基板（１）を得た。露出したアルミニウム（２）の側面の対向する側面部（アルミニウム薄膜部の右側部）は電極として使用するので、樹脂（５）を塗布せずに大きく露出させた。
この状態で、電極部（アルミニウム薄膜部の右側部）を上にし、反対側のアルミニウム側面部がむき出しになっている側、すなわちアルミニウム薄膜部の左側部（６）を下にして、０．０５ｍｏｌのシュウ酸溶液の浴に入れ、電極部を陽極側にし、負極にプラチナをつなぎ浸潤させた。このとき、電極部は酸溶液に接触しないように注意した。シュウ酸溶液の温度は約１５℃であった。４０Ｖの電圧を印加し、２０時間放置した。
陽極酸化した後、エポキシ系熱硬化性樹脂を除去し、薄膜（２）の先端（７）を拡大してみると、図５に示すように、先端部約１ｍｍの部分（８）が透明になっていた。側面にカーボンを蒸着後、ＳＥＭ（日立製作所製）で観測したところ、端面に直径約２０ｎｍの薄膜面内を一方向に、細孔が整然と開いていることが確認された。
上記と同様にして作製したサンプルに対し、細孔の底に残る酸化アルミニウムの層（数１０ｎｍ程度とみられる）を、０．５ｍｏｌのリン酸で数１０秒程度エッチングして除去した。
その後、細孔の底部に金属アルミニウムがむき出しになった細孔内に、下記の条件でニッケルメッキを行った。
（ａ）電解液として、ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ：２５０ｇ／リットル＋ＮｉＣｌ２・６Ｈ２０：６５ｇ／リットル＋Ｈ３ＢＯ３：５０ｇ／リットルを使用。
（ｂ）対抗電極として、炭素棒を使用。
（ｃ）浴温は、約４５℃。
（ｄ）正極側が１５Ｖ、負極側が２２Ｖとなるような交流電圧を印加した。
約５時間放置後、浴からガラス基板を取り出し、アルミニウム薄膜部を洗浄した。アルミニウム薄膜部を目視したが、ほとんど最初と変化はなく先端が透明であった。先端部をＴＥＭ（日本電子製）で観察したところ、ニッケルが金属柱長さ５００μｍほど細孔中に析出しているのが確認された。
作製できた部材を用いて、図６のように偏光子を組み立て、これに縦偏光（１０）と横偏光（１１）を入射させ、その減衰の差を見た。ヘリウムネオンレーザーと既存の偏光子を用いて、縦偏光と横偏光を得、これを上記で作製した部材に入射させた。縦偏光（金属柱に平行な偏光）の透過率Ｔｐと、横偏光の透過率Ｔｈの比、すなわち消光比（γ＝Ｔｐ／Ｔｈ）はγ＝１０−３であった。これは実用的に十分な消光比といえる。
【００７５】
（実施例２）
真空蒸着装置（上記と同装置）を用い、２０×２０×０．５ｍｍｔのガラス基板の上に、１０×１５ｍｍの窓の開いたマスクをガラス基板に張り、５種類の厚さの異なるアルミニウム薄膜を蒸着した。
膜厚はそれぞれ２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍとした。
その後、薄膜にアルミニウム薄膜の一つの側面がむき出しになるように、熱硬化性樹脂（エポキシ系熱硬化性樹脂：ＥＭＩ社、ｏｐｔｏｃａｓｔ−３６０２）を塗布し、その反対側は電極部として使用するので大きくむき出し、加熱して硬化させた。
この状態で、電極部を上にし、薄膜側面部がむき出しの側を下にして、０．０５ｍｏｌのシュウ酸溶液に浸潤した。このとき、電極部は酸溶液に接触しないように注意した。上記電極部を陽極側にし、負極にプラチナをつなぎ、４０Ｖの電圧を印加し、２０時間放置した。シュウ酸溶液は、約１５℃であった。
樹脂を除去後、アルミニウム部の先端を拡大してみると、先端部（約１ｍｍの部分）が透明になっていた。
その端面側面部にカーボンを付着後、ＳＥＭで観測したところ、アルミニウムの端面に、直径約２０ｎｍの細孔が整然と開いていることが確認された。
上記と同様にして作製したサンプルに対し、細孔の底に残るアルミニウムの層（数十ｎｍ程度とみられる）を、０．５ｍｏｌのリン酸で数十秒程度エッチングし、除去した。
その後、細孔内にニッケルメッキを行った。
（ａ）電解液として、ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ：２５０ｇ／リットル＋ＮｉＣｌ２・６Ｈ２０：６５ｇ／リットル＋Ｈ３ＢＯ３：５０ｇ／リットルを使用。
（ｂ）対抗電極として、炭素棒を使用。
（ｃ）浴温は、約４５℃。
（ｄ）正極側が１５Ｖ、負極側が２２Ｖとなるような交流電圧を印加した。
約５時間放置後、取り出し洗浄をした。目視では、ほとんど変化は見えず先端は透明であった。先端部をＴＥＭ（日本電子製）で観察したところ、ニッケルが金属柱長さ５００μｍほど細孔中に析出しているのが確認された。
作製した部材について、図６のように縦偏光と横偏光を入射させその減衰の差を見た。実施例１と同様にして、偏光子の部材に入射させた。消光比γ＝１０−３であった。計測の結果は図７のとおりであり、理論値の場合とほぼ一致した。
【００７６】
（実施例３）
実施例１と同様な条件で蒸着したアルミニウム薄膜に、陽極酸化法で基板と平行に細孔をあけ、細孔の底部のバリア層を除去したサンプルを５個用意した。
これらについて、実施例１と同様に、細孔内にメッキを施した。メッキ液、交流電圧は実施例１と同様にした。浴温度は約４０℃とし、メッキ時間と金属柱の関係を、メッキ時間を１時間ずつ増加させ、５時間まで変化させて調べた。
その結果、図８に示すように、ほぼメッキ時間に比例して、金属柱の長さは増加し、およそ１００μｍ／時間であった。
【００７７】
（実施例４）
実施例１と同様な条件で蒸着したアルミニウム薄膜に、陽極酸化法で基板に平行に細孔をあけ、細孔の底部のバリア層をリン酸で除去したサンプルを用意した。
これらについて、細孔内に金メッキを施した。メッキ液は、非シアン系溶液（ＮＥケムキャット製ＥＣＦ−６６Ｂ）を使用した。メッキ条件は、浴温度約４０℃、電圧４０Ｖ一定とし、約１時間行った。対抗電極として、炭素棒を使用した。また、交流電圧は実施例１と同様にした。
ＴＥＭを用い細孔内に形成された金の柱の長さを調べた。約２０μｍ／時であった。金の柱の長さを前記実施例と比べると少し小さい理由は、メッキを定電圧で行ったためと考えられる。
【００７８】
（実施例５）
実施例１と同様な条件で蒸着したアルミニウム薄膜に、陽極酸化法で基板に平行に細孔をあけ、細孔の底部のバリア層をリン酸で除去したサンプルを用意した。
これらについて、細孔内に銅メッキを施した。メッキ液は、ＣｕＳＯ４・５Ｈ２Ｏ：７０ｇ／リットル＋Ｈ２ＳＯ４：１５ｗｔ％＋ＨＣｌ：０．００５ｗｔ％を使用した。メッキ条件は、浴温度約２５℃、交流（１５Ｖ）一定とし、約１時間行った。対抗電極として、銅板を使用した。また、交流電圧は実施例１と同様にした。
ＴＥＭを用い細孔内に形成された銅の柱の長さを調べた。銅によるメッキ速度は約８０μｍ／時であった。
【００７９】
（実施例６）
アルミ箔（厚さ２０μｍ）をガラス基板に接着し、実施例１と同様に、エポキシ系熱可塑性樹脂で保護し、プラス電極につなぎ、蓚酸溶液（温度約１５℃）に約３０分浸潤させた後、０．５Ｍのリン酸でエッチングを行い洗浄し、乾燥させた。その後、真空蒸着器の中に蒸着源のある真空室Ａと分離した真空室Ｂを設け、両室の隔壁に、上記陽極酸化法で形成された細孔によってのみ、蒸着源側真空室Ａと分離した真空室Ｂとが通気するよう設置した。その後、両室を真空にし、金を蒸発源としアルゴンガスを導入し、ガラス基板温度を３００℃とし、ガス圧力を０．１Ｐａとして電子ビームを蒸発源に照射し蒸発させた。そこで、分離した真空室Ｂ側より若干排気を行い、上記多孔質アルミナ膜の真空室間で圧力差が出るようにした。金蒸気を含んだアルゴンガス流が多孔質内を１０分ほど通過するようにした。その後、多孔質アルミナ膜を取り出し、ＴＥＭで確認したところ、多孔質の内壁に約１０ｎｍ厚の金の蒸着膜が確認された。
【００８０】
（実施例７）
ガラス基板として厚さが０．１ｍｍのものを用いた以外は、実施例１と同様にして本発明の偏光子を作製した。実験前に、この偏光子の消光比を測定したところ、１０−５〜１０−４で実用上問題のない範囲の消光比であった。
偏光子の厚みが薄いので、そのままでは透過率の計測が難しいので、１０枚重ねて、透過率を測定した。最も透過しやすい偏光（横偏光）を入射した。本発明の偏光子は、３９．７％の透過量となり、吸収が少ないことがわかった。
【００８１】
（比較例１）
従来から使用されているポラコア（厚さ０．１ｍｍ）を用いて、その透過率を実験した。実験前に、消光比を測定したところ、１０−５〜１０−４で実用上問題のない範囲の消光比であった。
実施例６と同様に偏光子を１０枚重ねて、透過率を測定した。最も透過しやすい偏光（横偏光）を入射した。１０枚ポラコアの透過率は、２９．０％であり、本発明の偏光子よりも吸収が多いことがわかった。
【００８２】
実施例１、２から、本発明の方法によれば消光比が小さい偏光子の部材を作製でき、実施例３〜５からメッキ法による金属柱の好適な形成条件が理解される。また、実施例６から、ＰＶＤ法によっても金属柱を好適に形成できることが理解される。
さらに、実施例７によって、本発明の偏光子は、光を透過させたとき、従来のポラコア（比較例１）に比べて光の減衰が少ないことが分かる。この光の減衰の違いを光ファイバー内での減衰と考えると、同じ光量に減衰するまで、それだけ遠くまで光を送ることができることになり、それだけ光アンプの数が少なくて済むことになる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明の偏光子によれば、基板に垂直に光を入射させた時、その偏光方向が金属柱に平行な場合に光の大きな吸収が起き、金属柱に垂直な場合は吸収がほとんど起きないことから、所望の偏光成分のみを透過させることができる。また、作製の複雑さが解消され、斜め入射に伴う光アイソレータへの組み込みの難しさを回避した光アイソレータが得られることから、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光子の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の偏光子を組み立てる状況を示す斜視図である。
【図３】本発明の偏光子（金属酸化物薄膜）の膜厚と、この金属柱に偏光を入射したときの消光比との関係を示すグラフである。
【図４】本発明により偏光子を作製する場合（陽極酸化する前）の説明図である。
【図５】本発明により金属薄膜を陽極酸化した後と、その先端部を示す説明図である。
【図６】本発明により作製した偏光子部材に縦偏光と横偏光を入射させ消光比を測定する場合の説明図である。
【図７】偏光子（金属酸化物薄膜）の膜厚と、この金属柱に偏光を入射したときの消光比との関係を示すグラフである。
【図８】偏光子（金属柱）の長さと、メッキ時間との関係を示すグラフである。
【図９】本発明により偏光子を作製する場合（金属薄膜が厚い場合）の説明図である。
【図１０】光アイソレータの原理を示す説明図である。
【図１１】従来の偏光子（ポラコア）の断面を示す説明図である。
【図１２】従来の偏光子（ポラコア）を作製する様子を示す説明図である。
【図１３】陽極酸化の原理を示す説明図である。
【図１４】陽極酸化により細孔があいた金属薄膜を示す説明図である。
【符号の説明】
１                  基板
２                  金属酸化物薄膜
３                  反射防止膜
４                  細孔
５                  保護膜
７                  先端部
１０、１１            偏光
【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】
2004191587.tif 000013
【図１２】
2004191587.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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