(57)【要約】【課題】偏光フィルターを形成するには面内に光学異方性を持つ材料が必要であるが、シリコン結晶は、光学異方性が非常に小さい材料であり、そのままでは偏光フィルターとしての機能を実現することが出来なかった。【解決手段】光に対して面内に光学異方性をもつポーラスシリコンからなり、特性（平均誘電率、誘電率の異方性、膜厚）の異なる３種類以上のポーラスシリコンで形成される多層膜構造を形成することにより、偏光プリズムと偏光フィルターの長所を併せ持つ新規の偏光フィルターを提供するものである。また、ポーラスシリコン作製におけるエッチング電流値とエッチング時間のシーケンスプログラムの設計によって、任意の目的とする光学特性を持たせる偏光フィルターを得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光に対して面内に異方性を持つシリコン（Si）のみで構成される偏光フィルター。
【請求項２】
前記シリコンがポーラスシリコンであることを特徴とする請求項１に記載の偏光フィルター。
【請求項３】
前記ポーラスシリコンが、特性（平均誘電率及び／又は誘電率の異方性及び／又は膜厚）の異なる３種類以上の層の組み合わせによる多層膜で形成されることを特徴とする請求項２に記載の偏光フィルター。
【請求項４】
前記多層膜が、２種類以上のダイクロイックミラーを積層した構造を含むことを特徴とする請求項３に記載の偏光フィルター。
【請求項５】
前記多層膜が、１種類以上のダイクロイックミラーと１種類以上のダイクロイックマイクロキャビティーを積層した構造を含むことを特徴とする請求項３に記載の偏光フィルター。
【請求項６】
前記ポーラスシリコンに形成される多層膜が対称構造を有し、偏光フィルターの面のどちらから光を照射しても光透過特性及び反射特性が同じであることを特徴とする請求項３に記載の偏光フィルター。
【請求項７】
前記ポーラスシリコンに形成される多層膜が非対称構造を有し、偏光フィルターへの光の照射面により、光透過特性及び／又は反射特性が異なることを特徴とする請求項３に記載の偏光フィルター。
【請求項８】
前記ポーラスシリコン面の少なくともどちらか一方の面に、特定の波長域のみを透過又は反射する特性を持つ物質を有することを特徴とする請求項３に記載の偏光フィルター。
【請求項９】
前記請求項３に記載の偏光フィルターの上部又は下部に波長板を形成することによりランダム偏光の光を円偏光に変換する素子（円偏光板）
【請求項１０】
前記ポーラスシリコンが、面方位（１１０）のシリコンから形成されていることを特徴とする請求項２乃至９に記載の偏光フィルター。
【請求項１１】
前記ポーラスシリコンの多層膜中に、空気の誘電率とは異なる誘電率を有する物質を注入したことを特徴とする請求項２乃至１０に記載の偏光フィルター。
【請求項１２】
前記空気と異なる誘電率を有する物質が、温度又は電圧により誘電率が変化することを特徴とする請求項１１に記載の偏光フィルター。
【請求項１３】
前記請求項１２に記載の偏光フィルターにおいて、温度又は電圧を制御することにより、偏光フィルターの性状をチューニング若しくはスイッチングを行うことを特徴とする偏光フィルター。
【請求項１４】
前記請求項３に記載の偏光フィルターにおいて、誘電率が連続的に変わるRugateフィルターを形成することを特徴とする偏光フィルター。
【請求項１５】
前記ポーラスシリコンが、シリコンを陽極化成することにより形成されることを特徴とする請求項２乃至１４に記載の偏光フィルターの製造方法。
【請求項１６】
前記特性は、ポーラスシリコン作製工程における陽極化成の電流値及び／又はエッチング時間を制御することにより特性をコントロールすることを特徴とする請求項２乃至１４に記載の偏光フィルターの製造方法。
【請求項１７】
急峻な電流制御をすることによりポーラスシリコンの多層膜の層間に急峻な界面を形成させることを特徴とする請求項１６に記載の偏光フィルターの製造方法。
【請求項１８】
連続的で、滑らかな変化を有する電流制御をすることによりポーラスシリコンの多層膜の層間に滑らかな界面を形成させることを特徴とする請求項１６に記載の偏光フィルターの製造方法。
【請求項１９】
前記ポーラスシリコンの表面を強制的に酸化又は窒化することによって、偏光フィルターの安定性向上もしくは光学特性を制御することを特徴とする請求項２乃至１４に記載の偏光フィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部品として用いられる偏光フィルター及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然光や無偏光の入射光から直線偏光を得る光学素子には、主に高分子からなる偏光フィルタとブロック型の偏光プリズムがある。
ここで、偏光フィルターとは、ランダムに偏光した光からある特定の方向に偏光した光を取り出す光学素子であり、光が関与する分野で必ず必要とされている素子である。そのため利用分野を限定するのが困難なほど利用分野は多岐にわたっているが、代表的な利用分野として、光通信分野などが挙げられる。
【０００３】
偏光性能（消光比）は、一般には、偏光プリズムの方が偏光フィルターよりも優れている。また、偏光プリズムは、高出力レーザーに対して使用できるという特徴がある。そのため、高い偏光能が求められる光通信の偏光制御等には、一般に、偏光プリズムが使用されている。
【０００４】
また、素子に白色光（いろいろな波長の光が混じりあっている）を入射した場合、ある特定の波長の光のみを透過し、それ以外の光は透過しないものとして、誘電体多層膜フイルタが知られている。
【０００５】
一方で、ポーラス（多孔質）シリコン（Si）は、光学異方性を持たせることが可能であることが知られており、光学異方性を持つポーラスシリコンは、従来から、波長板などに利用できることが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ１９９６２１９９Ａ１
【非特許文献１】N. Kunzner, D. Kovalev, J. Diener, E. Gross, V. Yu. Timoshenko, G. Polisski, F. Koch, and M. Fujii, "Giant Birefringence in Anisotropically Nanostructured Silicon," Optics Letters, Volume 26, Issue 16, pp. 1265-1267, August (2001)
【非特許文献２】J. Diener, N. Kunzner, D. Kovalev, E. Gross, F. Koch, and M. Fujii, " Dichroic behavior of multilayer structures based on anisotropically nanostructured silicon," Journal of Applied Physics, Volume 91, Issue 10, pp. 6704-6709, May (2002).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
偏光プリズムは２枚のプリズムにより構成されるため、数ｍｍ以上のブロック型の形状となるため小型化が難しく、小さいものでも直径６mm長さ１５mm程度ある。そのため、小型の光学系機器に組み込むことが困難であるという問題がある。また、偏光プリズムは、高価である。
一方、偏光フィルターは、安価であり、また、フィルム状のものは小型化が可能である点で、偏光プリズムよりも優れているが、性能（消光比）的には偏光プリズムより劣るという問題がある。
特に、フィルム状の偏光フィルターは通常、吸収型であるため、強光度のレーザーには使用できないことが最大の欠点になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、ポーラスシリコンに関する性状について鋭意研究を重ねた結果、上述の問題を解決するための手段について、ポーラスシリコンを用いることで、偏光プリズムと偏光フィルターの長所を併せ持つ新規の偏光フィルターを開発することに成功するに至った。
【０００９】
本発明に係る偏光フィルターを開発するに先立ち、本発明者等は、面方位が（１１０）のシリコンウエハーをフッ化水素酸溶液中で陽極化成すると、面内に光学異方性（２つの光学軸の誘電率が異なる）をもつポーラスシリコンが形成され、その結果、シリコンのみからなる波長板（光の偏光状態を変える光学素子）を形成できることを知見した（非特許文献１）。
【００１０】
また、光に対して面内に光学異方性をもつポーラスシリコンの多層膜構造（誘電率、膜厚が異なる層の積層構造）を形成することにより、ダイクロイックミラーやダイクロイックマイクロキャビティーを作製できることを知見した（非特許文献２）。
ここで、ダイクロイックミラーとは、入射光の偏光方向により反射帯の波長が異なるミラー、言い換えれば、偏光に依存した反射率をもつミラーをいう。
また、ダイクロイックマイクロキャビティーとは、誘電体多層膜ミラーを形成する周期的な多層膜の途中に欠陥層（周期性を崩す層）を挿入し、誘電体多層膜ミラーの反射帯中でシャープな透過バンドを形成した構造を有するものをいう。ダイクロイックマイクロキャビティーの光特性は、入射光の偏光方向により、シャープな透過バンドの波長が異なるものである。用途としては、白色光からある波長の光だけを取り出すことなどに用いられる。
【００１１】
ところで、偏光フィルターを形成するためには面内に光学異方性を持つ（面に垂直に光を入射した場合に、光の偏光方向により誘電率が異なる）材料が必要である。しかし、シリコン結晶は、本来、光学異方性が非常に小さい材料であり、そのままでは偏光フィルターとしての機能を実現することが出来ない。すなわち、シリコンのみで構成される偏光フィルタを開発するためには、シリコン結晶の構造に異方性を持たせるように工夫する必要がある。
【００１２】
本発明では、シリコン結晶に構造異方性を持たせるために、シリコン結晶を加工し、ポーラスシリコンを形成した。しかしながら、通常使用される面方位が（１００）もしくは（１１１）のシリコン結晶から作成したポーラスSiでは、面内方向に異方性をもたない。本発明では、面方位が（１１０）のシリコン結晶からポーラスシリコンを作成した。面方位が異方性をもつシリコン結晶から作成したポーラスシリコンは構造異方性を持ち、結果として、面内に光学異方性を持つのである。
【００１３】
本発明に係る偏光フィルターは、光に対して面内に光学異方性をもつポーラスシリコンであって、特性の異なる３種類以上のポーラスシリコン層で形成される多層膜からなるものである。
ここで、特性とは、平均誘電率、誘電率の異方性（光学異方性の度合い）、膜厚をいう。特性の異なるというのは、これらの平均誘電率、誘電率の異方性（光学異方性の度合い）、膜厚のいずれかが異なることを意味する。
なお、光に対して面内に異方性を持つシリコン又はポーラスシリコンのみで構成される偏光フィルターは、まだ実現されておらず、本発明によって初めて実現されるものである。
【００１４】
上述した如く、面内に光学異方性をもつポーラスシリコンは、シリコンウエハーをフッ化水素酸水溶液中で陽極化成することにより作製される。陽極化成はフッ化水素酸水溶液中で、数分間〜数時間のエッチングプロセスで行われる。ここで、エッチング電流が異なると、作製されるポーラスシリコン層の誘電率および光学異方性の度合いが異なる。したがって、エッチング電流の異なる層どうしでは、誘電率も光学異方性の度合いも異なることになるのである。すなわち、ポーラスシリコン作製工程における陽極化成の電流値やエッチング時間を制御することにより特性をコントロールすることができるのである。
【００１５】
また、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコン作製工程における陽極化成の電流に関して、急峻な電流制御をすることによりポーラスシリコンの多層膜の層間に急峻な界面を形成させることができる。
【００１６】
さらに、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコン作製工程における陽極化成の電流に関して、連続的で、滑らかな変化を有する電流制御をすることによりポーラスシリコンの多層膜の層間に滑らかな界面を形成させることができる。
【００１７】
また、本発明に係る偏光フィルターは、ナノメートルサイズの厚みであるポーラスシリコン層の多層膜で構成されるため、薄膜状の平面型となり、かつ、反射型であるため、強光度のレーザー光に対して使用可能な偏光フィルターを提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコンに形成される多層膜が対称構造を有することが可能であり、多層膜が対称構造と有する場合は、偏光フィルターの面のどちらから光を照射しても光透過特性及び反射特性が同じになるという特徴がある。
【００１９】
また、一方、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコンに形成される多層膜が非対称構造を有することが可能であり、この場合は、偏光フィルターへの光の照射面により、光透過特性や反射特性が異なることとなる。
【００２０】
また、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコン面の少なくともどちらか一方の面に、特定の波長域のみを透過又は反射する特性を持つ物質を有することが可能であり、この場合は、ある波長域の光に絞り込んだ状態で、前記偏光フィルターに光を通すことができるため、透過又は反射する光をより狭い波長領域に限定することが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る偏光フィルターの上部又は下部に、波長板を形成することによりランダム偏光の光を円偏光に変換する素子（円偏光板）を作製することができる。この円偏光板（円偏光フィルム）は、ランダムに偏光した白色光から円偏光したある特定の波長の光を取り出すことができるものである。
【００２２】
上述した如く、本発明に係る偏光フィルターは、面方位が（１１０）のシリコン結晶からポーラスシリコンを作成しているが、他の面方位のシリコン結晶であっても、そのシリコン結晶から作製したポーラスシリコンが面内方向に屈折率異方性をもてば、同様の作用があるのは勿論のことである。
【００２３】
また、本発明に係る偏光フィルターは、ポーラスシリコンの多層膜中に、空気の誘電率とは異なる誘電率を有する物質を注入することが可能である。これにより、ポーラス構造のポアに液体又は気体を注入することにより、前記偏光フィルターの素子作成後に特性を制御（微調整）できるというメリットがある。例えば、ポーラスシリコンの空隙部に、エタノール、メタノール、アセトン等の蒸気や液体を注入することにより、偏光フィルターの素子のスイッチングや素子特性チューニングを行うことができるのである。
【００２４】
さらに、空気の誘電率とは異なる誘電率を有する物質を注入した偏光フィルターは、温度又は電圧を制御することによって、この物質の誘電率を変化させることができる。例えば、ポーラスシリコンの空隙部に、液晶などのように温度又は電圧により誘電率が変化する物質を注入することにより、温度又は電圧を制御することにより、偏光フィルターの素子のスイッチングや素子特性チューニングを行うことができるのである。
【００２５】
また、本発明に係る偏光フィルターは、表面を強制的に酸化又は窒化することにより、偏光フィルターの安定性向上もしくは光学特性を制御することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る偏光フィルターの最も顕著な効果は、ポーラスシリコンの各層を作製するエッチング電流値とエッチング時間を制御することにより、多層膜の各ポーラスシリコン層を任意に組み合わせて、偏光フィルターを形成できることである。これにより、透過又は反射させたい波長域が決まれば、まるでブロックのおもちゃのように、様々な光学特性を有する層を自由に組み合わせて、その層の組み合わせに従い、エッチング電流値とエッチング時間のシーケンスプログラム設計を作り、目的とする偏光フィルターを得ることができるということである。
【００２７】
本発明に係る偏光フィルターは、100ミクロン程度もしくはそれ以下といった非常に薄く、薄膜状の平面型でありながら、反射型であって吸収型ではないため、高出力レーザ光に対しても使用可能であるという効果がある。
【００２８】
また、本発明に係る偏光フィルターは、材料にシリコンを用いる、いわゆるシリコンプロセスのため、集積化が可能で小型装置に組込みが容易であるという効果がある。
【００２９】
また、本発明に係る偏光フィルターは、シリコンを電流でエッチングする製造工程のため、極めて短時間に、かつ、ありふれた材料を使用することと、製造に真空装置を使用しないことから、低コストで製造できるという効果がある。
【００３０】
また、本発明に係る偏光フィルターは、シリコンのみで形成されるため、無害、無毒であり、また、半導体などのシリコンプロセスとの整合性が高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。先ず、本発明に係る偏光フィルターにおける２種類の積層構造について説明する。
【００３２】
一つ目の偏光フィルターの構造は、２種類のダイクロイックミラーを積層したものである。それぞれのダイクロイックミラーを形成するのに少なくとも２種類の層が必要なため、偏光フィルターを作製するためには、少なくとも４種類の層が必要になる。但し、それぞれのダイクロイックミラーを形成する２種類の層のうちの一方の層が、それぞれのダイクロイックミラーで共通である場合は、層の種類は３種類となる。例えば、Ａ層，Ｂ層，Ｃ層と異なる３種類の層を用いて、一種のダイクロイックミラーをＡ層とＢ層により形成し、もう一種のダイクロイックミラーをＡ層とＣ層により形成する場合などが該当する。
【００３３】
２つ目の偏光フィルターの構造は、ダイクロイックミラーとダイクロイックマイクロキャビティーを積層したものである。ダイクロイックマイクロキャビティーの形成には少なくとも３種類の異なる層が必要であるため、偏光フィルターを作製するためには、少なくとも５種類の異なる層が必要になる。但し、ダイクロイックミラーを形成する２種類の層、及びダイクロイックマイクロキャビティーを形成する３種類の層の間で共通の層がある場合は、層の種類は３種類もしくは４種類となる。例えば、Ａ層，Ｂ層，Ｃ層と異なる３種類の層を用いて、ダイクロイックミラーをＡ層とＢ層により形成し、マイクロキャビティーをＡ層とＢ層とＣ層で形成する場合、あるいは、Ａ層，Ｂ層，Ｃ層，Ｄ層と異なる４種類の層を用いて、ダイクロイックミラーをＡ層とＢ層により形成し、マイクロキャビティーをＢ層とＣ層とＤ層で形成する場合、などが該当する。
【００３４】
すなわち、本発明に係る偏光フィルターは、特性（平均誘電率，誘電率の異方性，膜厚）の異なるポーラスシリコン層の組み合わせによる多層膜で形成されているが、前記多層膜は少なくとも３種類以上とする必要があることを意味するものである。
【００３５】
ここで、ポーラスシリコン層の屈折率の異方性は、３０％程度以下で制御している。なお、一般に、屈折率の異方性は、大きければ大きいほど素子設計の自由度が大きい。
【００３６】
また、ポーラスシリコン層の１層の膜厚は３０〜５００ｎｍとしている。これを３種類以上組み合わせて、例えば、５０層以上１００層程度までの異なる特性を持つ層を積層するのである。本発明に係る偏光フィルターの全体の膜厚は数１０μｍ程度となる。
【００３７】
次に、ポーラスシリコンの光学異方性に関して説明する。
ポーラスシリコンの陽極化成による作製において、面方位が（１１０）のシリコンを用いる場合には、エッチングが面に対して垂直ではなく、斜め方向に進行するため、構造異方性が形成される。
ここで、ポーラスシリコンのポロシティは９０％程度以下で制御している。この光学異方性をもつポーラスシリコンからポラライザーを形成するためには、この光学異方性ポーラスシリコンを多層膜構造にする必要があるのである。このポーラスシリコンの２種類の層を交互に積層することにより、ダイクロイックミラーを形成することができる。また、途中に一層だけ欠陥層を導入することによりダイクロイックマイクロキャビティーを形成することができる。
【００３８】
ここで、陽極化成はフッ化水素酸水溶液中で、予め設計された条件で数分間程度のエッチングプロセスで行っている。各層の特性（平均誘電率や誘電率の異方性や膜厚）は、ポーラスシリコン作成時の電流値とエッチング時間の制御によって決定される。すなわち、陽極化成の電流条件でポロシティを変化させ、時間で膜厚を制御しているのである。予め計算により求めたシーケンスプログラム（電流値とエッチング時間の制御プログラム）により電流をより複雑に制御することにより、例えば、赤〜赤外領域の任意の波長で機能する狭帯域偏光フィルターを形成することができるのである。また、急峻な電流制御をすることにより層間に急峻な界面を形成することができ、逆に、電流を滑らかに変化させることにより滑らかな界面を形成することができるのである。
以下に、具体的な多層膜構造の実施例を挙げて、その作製におけるシーケンスプログラム、光学特性について詳細に説明する。
【実施例１】
【００３９】
本発明に係る偏光フィルターの一実施例として、近赤外用狭帯域偏光フィルターについて以下説明する。
面方位が（１１０）のシリコンウエハー（P型、抵抗率１.５ｍΩ・ｃｍ）の陽極化成により面内に屈折率異方性を有するポーラスシリコン層を形成する。ここで、大きい異方性を有するポーラスシリコン層を形成するためには、低い抵抗率のシリコンウエハーを使用することが望ましい。エッチング液は、エタノール：フッ化水素酸（５０容積％水溶液）＝１：１として調合する。尚、本実施例では、エッチング領域は、１ｃｍ２としている。ここで、エッチングの条件（エッチング電流と時間、結果として得られる膜厚）として次の５通り（Ａ層〜Ｅ層）を採用した。
【００４０】
Ａ層：２２mA，１２.９sec，  膜厚  １７４nm
Ｂ層：２２mA，１１.８６sec，膜厚  １６０nm
Ｃ層：２２mA，１７.９sec，  膜厚  ２４２nm
Ｄ層：７０mA，  ６.１sec，  膜厚  ２１８nm
Ｅ層：７０mA，  ５.５８sec，膜厚  １９８nm
【００４１】
Ａ，Ｂ，Ｃ層はエッチング電流２２mA、Ｄ，Ｅ層はエッチング電流７０mAで作製している。それぞれのエッチング電流でポーラスシリコン層を形成した場合において、光の電場ベクトルが[001]方向と平行な場合の屈折率（n[001]）、[1,-1,0] と平行な場合の方向の屈折率(n[1,-1,0])、屈折率の差△nを表１に示す。  なお、屈折率の測定は、波長１２４０nmで行っている。
【００４２】
【表１】
2005173206.tif 000003
【００４３】
Ａ層−Ｄ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を２０層、Ｂ層−Ｅ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層、Ｃ層を１層（これが欠陥層となる）、Ｅ層−Ｂ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層、各々積層し（合計８１層）、狭帯域偏光フィルターを形成した。ここで、下部の４１層は、見かけ上ダイクロイックマイクロキャビティーを形成している。
図１に、実施例１の偏光フィルターの多層膜構造の断面の模式図を示す。
また、この偏光フィルターの多層膜を作製するために、実際に用いた電流のパターン（シーケンスプログラム）を図２に示す。
【００４４】
図１のような構成の多層膜において、膜に垂直に光を入射した状況下で、図３、図４に示すような透過率の特性が得られている。図３、図４とも縦軸は光の透過率、横軸は光の波長を示している。なお、図４の縦軸は対数軸になっている。図３、図４に示すように、入射光の偏光方向が[001]方向と平行の場合は、光はほとんど透過していない（透過率１％以下）が、入射光の偏光方向が[1,-1,0]の場合は、波長1342nmを中心とする狭い波長領域の光のみを透過している。
【００４５】
以上より、この素子は、近赤外領域の狭帯域偏光フィルターとして機能することが容易に理解できる。つまり、ランダムに偏光した入射光の中で、波長1342nmで[1,-1,0]方向に偏光した光のみが実施例１の偏光フィルターを透過し、結果として波長1342nmで直線偏光した光が得られるのである。なお、直線偏光した透過光の半値幅を測定すると、16nmであり、フィネスＦの値は８４であった。式１にフィネスＦを求める式を示す。
【００４６】
（式１）
フィネスＦ＝（透過光の半値幅）/（透過が最大の波長）
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明に係る偏光フィルターの他の実施例として、可視光用狭帯域偏光フィルターについて以下説明する。
先ず、実施例1と同様の方法で、容易に、可視光用狭帯域偏光フィルターを作製できることを説明する。作製時のエッチング電流は、実施例１と同じ２２ｍA及び７０ｍAとし、エッチング時間を変えて、次の５種類の膜を作製する。
【００４８】
Ａ層：２２mA，５.４sec，  膜厚  ７３nm
Ｂ層：２２mA，４.８９sec，膜厚  ６６nm
Ｃ層：２２mA，８.１４sec，膜厚  １１０nm
Ｄ層：７０mA，３.１sec，  膜厚  １０９nm
Ｅ層：７０mA，２.７９sec，膜厚  ９９nm
【００４９】
Ａ層−Ｄ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を２０層、Ｂ層−Ｅ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層、Ｃ層を１層（欠陥層）、Ｅ層−Ｂ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層積層し（合計８１層）狭帯域偏光フィルターを形成した。ここで、下部の４１層は、見かけ上ダイクロイックマイクロキャビティーを形成している。
図５に、実施例２の偏光フィルターの多層膜構造の断面の模式図を示す。
【００５０】
また、図６、図７、図８に、実施例２の偏光フィルターの多層膜における透過率の特性を示す。
ここで、図６は、電場ベクトルが[1,-1,0]と[001]を向いている場合の光の透過率の比較である。入射光の偏光方向が[001]方向と平行の場合は、光はほとんど透過していない（透過率１％以下）が、入射光の偏光方向が[1,-1,0]の場合は、波長632.8nmを中心とする狭い波長領域の光のみを透過していることがわかる。これは、図７に示すように、１つのダイクロイックミラーと１つのダイクロイックマイクロキャビティーの重なりのために生じるものであり、この素子は、可視領域の狭帯域偏光フィルターとして機能していることが容易に理解できる。この例からもわかるように、本発明に係る偏光フィルターは、ブロックおもちゃのように、部品となる光学素子（ダイクロイックミラー、ダイクロイックマイクロキャビティー、波長板等）の重なりを工夫することにより、任意の狭帯域偏光フィルターを設計・製作することができるのである。
【００５１】
また、図８は、この素子に波長632.8nmのランダムに偏光した光を入射した場合の透過光強度の角度依存性を示したものである。透過光強度が角度に対してsin2(θ)の関係にあり、直線偏光していることがわかる。なお、直線偏光した透過光の半値幅は、約８nmであり、フィネスＦ値は８０であった。
【実施例３】
【００５２】
次に、本発明に係る偏光フィルターの他の実施例として、実施例１、実施例２と同様の特性をもう少し簡単な構造で実現することができる場合について説明する。エッチング電流は、実施例１と同じ２２ｍA及び７０ｍAとし、エッチング時間を変えて、次の４種類の層を作製する。
【００５３】
Ａ層：２２mA，６.８sec，  膜厚  ９２nm
Ｂ層：２２mA，５.０４sec，膜厚  ６８nm
Ｃ層：７０mA，２.６９sec，膜厚  ９６nm
Ｄ層：７０mA，２.２７sec，膜厚  ８１nm
【００５４】
Ａ層−Ｃ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を２０層、Ｂ層−Ｄ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層積層し（合計６０層）狭帯域偏光フィルターを形成した。
図９に、実施例３の偏光フィルターの多層膜構造の断面の模式図を示す。図９の構成の多層膜において、膜に垂直に光を入射した状況下で、図１０に示すような透過率の特性が得られる。
【００５５】
図１０から、６８０nm付近においては、実施例１や実施例２と同様に、入射光の偏光方向が[001]方向と平行の場合は、光はほとんど透過していない（透過率１％以下である）が、入射光の偏光方向が[1,-1,0]の場合は、波長６８５nmを中心とする狭い波長領域の光のみを透過していることがわかる。以上より、この素子は、可視領域の狭帯域偏光フィルターとして機能することが容易に理解できる。図１１に示すように、この例においても、部品となる光学素子（ダイクロイックミラー、ダイクロイックマイクロキャビティー、波長板等）の重なりを工夫することにより、任意の狭帯域偏光フィルターを設計・製作できることが容易に理解できる。
【００５６】
しかしながら、ストップバンド（図９において入射光の偏光方向が[001]方向と平行の場合に光を透過しない領域）100nmに対して、透過光の半値幅は約35nmと実施例１、実施例２の場合に比べて非常にブロードであり、フィネスＦ値も２０と非常に小さい。以上より、実施例３は狭帯域偏光フィルターとして機能するが、実施例１、実施例２に比べると帯域が広く波長選択性は劣ることがわかる。しかし、構造が簡単で、また、広帯域偏光フィルターとして利用できる点で実施例１や実施例２と比較して有利であると考えられる。
【実施例４】
【００５７】
次に、本発明に係る偏光フィルターの他の実施例として、形成される多層膜が対称構造を有するものについて説明する。多層膜が対称構造と有する場合は、偏光フィルターの面のどちらから光を照射しても光透過特性及び反射特性が同じになる。
【００５８】
図１２に、多層膜が対称構造である偏光フィルターの多層膜構造の断面の模式図を示す。
作製時のエッチング電流は、実施例１と同じ２２ｍA及び７０ｍAとし、エッチング時間を変えて、次の５種類の膜を作製している。
【００５９】
Ａ層：２２mA，５.４sec，  膜厚  ７３nm
Ｂ層：２２mA，４.９sec，  膜厚  ６６nm
Ｃ層：２２mA，８.１４sec，膜厚  １１０nm
Ｄ層：７０mA，３.１sec，  膜厚  １０９nm
Ｅ層：７０mA，２.７９sec，膜厚  ９９nm
【００６０】
Ａ層−Ｄ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を２０層、Ｂ層−Ｅ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層、Ｃ層を１層（これが欠陥層となる）、Ｅ層−Ｂ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を１０層、Ｄ層−Ａ層のペア（見かけ上のダイクロイックミラー）を２０層、各々積層し（合計１２１層）、偏光フィルターを形成した。ここで、中心の４１層は、見かけ上ダイクロイックマイクロキャビティーを形成している。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の狭帯域偏光フイルターは、シリコンのみで偏光フィルターを形成できるため、近赤外領域で透過率が非常に高い偏光フィルターが形成できる。また、材質がシリコンのみであり、光集積回路と集積化できる可能性が高い。本発明に係る偏光フイルターは、小型光学系に組み込むことができる偏光フィルターとして、産業上の利用可能性が高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１の偏光フィルターの多層膜構造を示す断面概念図
【図２】実施例１の偏光フィルターの作製における電流パターン（シーケンスプログラム）を示すグラフ図
【図３】実施例１の偏光フィルターの光の透過率を示すグラフ図
【図４】実施例１の偏光フィルターの光の透過率を示すグラフ図（縦軸対数）
【図５】実施例２の偏光フィルターの多層膜構造を示す断面概念図
【図６】実施例２の偏光フィルターの光の透過率を示すグラフ図
【図７】実施例２の偏光フィルターの動作原理を示すグラフ図
【図８】実施例２の偏光フィルターの光の偏光方向と透過率の関係を示すグラフ図
【図９】実施例３の偏光フィルターの多層膜構造を示す断面概念図
【図１０】実施例３の偏光フィルターの光の透過率を示すグラフ図
【図１１】実施例３の偏光フィルターの動作原理を示すグラフ図
【図１２】実施例４の偏光フィルターの多層膜構造を示す断面概念図
【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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