(57)【要約】【課題】信号光の制御が可能で、かつ、低コストを実現し、加工プロセス途中での破壊が少なく、高い歩留まりで作製できる光制御素子及び光制御装置を提供する。【解決手段】基板１の表面上に、２個の金属構造体２が間隔ｄ＝５ｎｍで離隔して配置された単位配列パターンＰを２次元的に配列させた処理領域５が形成され、基板１の外周にコイル３が巻回され、このコイル３にＡ方向の静磁場６を発生させる電流を供給する制御信号電源４を備えている。この光制御素子にＸ軸から４５度傾いた直線偏光光を有する波長λの入射光７が処理領域５に照射されたとき、制御信号電源４からの電流供給をＯＮ、ＯＦＦすることによって、前記静磁場６の発生、停止を行わせ、この静磁場６の発生、停止を制御することによって、前記入射光の偏光状態を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長λの入射光に対し、Ｄ＜λの直径Ｄを有する金属構造体の複数個を基板上に、ｄ＜Ｄの間隔ｄで離隔して配置させた配列パターンを単位配列パターンとして備え、
当該単位配列パターンを２次元的に配列させた処理領域の面に対して垂直方向から印加する磁界発生手段を有し、当該磁界発生手段の発生磁界を制御することで前記入射光の偏光状態を制御することを特徴とする光制御素子。
【請求項２】
前記入射光は、複数の光の波長λｉ（ｉ＝１〜Ｎ、Ｎ≧２、ｉ＝１〜Ｎ−１に対してλｉ＜λｉ＋１）を有し、
前記処理領域は、複数個に分割されて形成され、
当該分割された前記処理領域内の金属構造体の直径Ｄｉ及び間隔ｄｉは、分割された処理領域毎に相違し、前記光の波長λｉに対し、λｉ−１＜Ｄｉ＜λｉとなる直径Ｄｉ及びｄｉ＜Ｄｉとなる間隔ｄｉとなるように設定したことを特徴とする請求項１記載の光制御素子。
【請求項３】
前記発生磁界を変化させることで、前記処理領域における前記波長λまたはλｉの入射光のみの通過を選択的に制御することを特徴とする請求項１または２記載の光制御素子。
【請求項４】
前記発生磁界を変化させることで、前記処理領域における前記波長λまたはλｉの入射光のみの偏光状態を選択的に変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の光制御素子。
【請求項５】
少なくとも前記処理領域が形成される部分の基板が透光性であり、前記処理領域が形成される基板領域がレンズ面となることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の光制御素子。
【請求項６】
少なくとも前記処理領域が形成される部分の基板が透光性であり、前記処理領域に２次元的に配列される前記単位配列パターンの個々において、形成される領域の基板の各領域部分が独立的曲面形状であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の光制御素子。
【請求項７】
前記金属構造体の形状が、半球形状、円柱形状、半回転楕円体形状、楕円柱形状、多角柱形状、錐体形状の何れかの形状であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の光制御素子。
【請求項８】
前記金属構造体が、金、銀、アルミニウム、白金、ニッケル、クローム、もしくは銅のいずれか、または、これらの組み合わせで構成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の光制御素子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の光制御素子を、複数個、前記入射光の光路上に直列的に配置させたことを特徴とする光制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれか１項記載の光制御素子の前記入射光の入射側に配置され、直線偏光のみを通過させる偏光子を備え、
当該偏光子を通過した直線偏光の偏光方向が、前記金属構造体の単位配列パターンに対して非対称になる偏光成分となるように、前記偏光子を前記光制御素子に対して配置させたことを特徴とする光制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光制御素子及び光制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた光通信システム、光情報システムにおいては、伝送容量を拡大するために、波長の異なる多数の光信号を同時に利用する方式が用いられている。この方式では、波長多重された信号光信号が光ファイバにより入力され、光分波器で分波され、フィルタで波長選択され、波長変換素子で各通信に対応した波長の光に波長変換され、光カップラによって波長多重化される。波長多重された光信号の中から多チャンネルフィルタで波長が選択され、波長変換素子で次の波長変換を繰り返すことにより、波長領域での光交換が実現されている。従って、複数の波長の光信号を同時に選択できることが可能なフィルタが重要となってくる。
【０００３】
このような多波長を分離する光学素子として、フォトニック結晶を用いたものが提案されている。例えば、一案としてのフォトニック結晶フィルタは、サブミクロンオーダの凹凸が一方の主面に２次元周期的（平面的）に形成されたフィルタ用基板上に、屈折率が相対的に異なる高屈折率媒質層と低屈折率媒質層とを交互に形成して一対のミラー部で一つのキャビティ部を挟むようにフォトニック結晶を形成したものである。
【０００４】
このフォトニック結晶フィルタの一方の主面に対し波長多重信号光を垂直に入射すると、特定の波長を有する信号光がフォトニック結晶フィルタの他方の主面から選択的に出射される。このフォトニック結晶フィルタは、厚み方向の膜構造を同一構造として格子定数Ｌｘを領域によって様々な値としながら増加させていくことにより、フィルタ用基板に垂直方向に波長多重信号光（波長λ１，λ２，λ３）を入力させた時の各領域から出力する出射光の透過中心波長λ１〜λ３が、格子定数Ｌｘの増加する方向に向かって長波長側に変化するように構成されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３４１５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながらこのようなフィルタでは、厚み方向の膜構造を変化させ多数積層する必要があり、多層膜の層厚、屈折率を精密に制御する必要がある。また、透過波長のシフト量を大きくすることができずに、形成できる波長範囲が限られているという欠点があり、このような素子では実用的に多波長を分離する機能を持つ光機能素子を実現するのは困難といった課題がある。
【０００６】
本発明は、単位配列パターンを２次元的に配列させた処理領域面に垂直方向から印加する磁界発生手段を制御して、入射光の偏光状態を制御する光制御素子及び光制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、波長λの入射光に対し、Ｄ＜λの直径Ｄを有する金属構造体の複数個を基板上に、ｄ＜Ｄの間隔ｄで離隔して配置させた配列パターンを単位配列パターンとして備え、当該単位配列パターンを２次元的に配列させた処理領域の面に対して垂直方向から印加する磁界発生手段を有し、当該磁界発生手段の発生磁界を制御することで前記入射光の偏光状態を制御する光制御素子であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光制御素子において、前記入射光は、複数の光の波長λｉ（ｉ＝１〜Ｎ、Ｎ≧２、ｉ＝１〜Ｎ−１に対してλｉ＜λｉ＋１）を有し、前記処理領域は、複数個に分割されて形成され、当該分割された前記処理領域内の金属構造体の直径Ｄｉ及び間隔ｄｉは、分割された処理領域毎に相違し、前記光の波長λｉに対し、λｉ−１＜Ｄｉ＜λｉとなる直径Ｄｉ及びｄｉ＜Ｄｉとなる間隔ｄｉとなるように設定したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の光制御素子において、前記発生磁界を変化させることで、前記処理領域における前記波長λまたはλｉの入射光のみの通過を選択的に制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の光制御素子において、前記発生磁界を変化させることで、前記処理領域における前記波長λまたはλｉの入射光のみの偏光状態を選択的に変化させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項記載の光制御素子において、少なくとも前記処理領域が形成される部分の基板が透光性であり、前記処理領域が形成される基板領域がレンズ面となることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか１項記載の光制御素子において、少なくとも前記処理領域が形成される部分の基板が透光性であり、前記処理領域に２次元的に配列される前記単位配列パターンの個々において、形成される領域の基板の各領域部分が独立的曲面形状であることを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか１項記載の光制御素子において、前記金属構造体の形状が、半球形状、円柱形状、半回転楕円体形状、楕円柱形状、多角柱形状、錐体形状の何れかの形状であることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項記載の光制御素子において、前記金属構造体が、金、銀、アルミニウム、白金、ニッケル、クローム、もしくは銅のいずれか、または、これらの組み合わせで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項記載の光制御素子を、複数個、前記入射光の光路上に直列的に配置させた光制御装置であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項記載の光制御素子の前記入射光の入射側に配置され、直線偏光のみを通過させる偏光子を備え、当該偏光子を通過した直線偏光の偏光方向が、前記金属構造体の単位配列パターンに対して非対称になる偏光成分となるように、前記偏光子を前記光制御素子に対して配置させた光制御装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明の光制御素子及び光制御装置によれば、単位配列パターンを２次元的に配列させた処理領域面に垂直方向から印加する磁界発生手段を制御して、入射光の偏光状態を制御することにより、信号光の制御が可能で、かつ、低コストを実現し、加工プロセス途中での破壊が少なく、高い歩留まりで作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施形態の光制御素子及び光制御装置は、従来技術の欠点を改善し、信号光の制御が可能で、かつ、低コストを実現し、加工プロセス途中での破壊が少なく、高い歩留まりで作製できる光制御素子及び光制御装置を提供するものである。
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本実施形態の光制御素子及び光制御装置を詳細に説明する。なお、本実施形態は以下に述べるものに限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。
【００２０】
［実施例１］
図１は、本実施形態の光制御素子の概略構成を示す斜視図である。また図２は、図１中のＰ部の拡大平面図である。図１中、１は石英ガラス等からなる基板、２は基板１上に形成された直径Ｄ＝５０ｎｍの金（Ａｕ）からなる微小な金属構造体、３は基板１の外周に巻回されたコイルで、制御信号電源４から電流を供給されたときに矢印Ａ方向に静磁場６を発生させるものである。
【００２１】
本実施形態の光制御素子は、図２で示すように、基板１の表面上に２個の金属構造体２が間隔ｄ＝５ｎｍで離隔して配置された単位配列パターンＰが、図１中に示すような所定間隔で２次元的に配列させた処理領域５が形成されている。また、基板１の外周にコイル３が巻回され、このコイル３にＡ方向の静磁場６を発生させる電流を供給する制御信号電源４が設けられている。
【００２２】
この光制御素子の、基板１の表面に対して垂直方向（矢印Ｂ方向）からＸ軸−Ｙ軸面（基板１と平行な面）において、Ｘ軸から４５度傾いた直線偏光光を有する波長λの入射光７が前記処理領域５に照射されたとき、制御信号電源４からの電流供給をＯＮ、ＯＦＦすることによって前記静磁場６の発生、停止を行わせている。すなわち、この静磁場６の発生、停止を制御信号電源４からの電流供給の有無によって制御し、この静磁場６の発生、停止を制御することによって、前記入射光の偏光状態を制御するようになっている。
【００２３】
ここで、光制御素子の制御方法について説明する前に、所定間隔ｄで離隔された２個の金属構造体２が基板１表面に配列された単位配列パターンＰに所定波長の入射光が照射された場合の偏光状態の基本原理について、図３〜図６に基づいて説明する。
【００２４】
本実施形態の光制御で使用される基本原理は、微小金属構造体中の電子の集団運動、すなわち、プラズモンを介在することにより、透過光または反射光を制御する。従って、微小な金属構造体２を構成する金属材料は、可視光領域でプラズモンを効率よく励振できる必要がある。また、プラズモンは特定の波長の光により共鳴的に励振されるため、金属材料の選択の仕方により、光制御素子の稼動範囲を選択することができる。可視光領域でプラズモンを効率良く励振できる金属材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クローム（Ｃｒ）等が利用できる。
【００２５】
このような微小金属構造体および処理領域面の作成は、種々の加工方法により可能である。電子ビームリソグラフィ技術を用いた方法や、ＤＵＶ（遠紫外線）、ＥＵＶ（深紫外線）リソグラフィ技術による一括露光を行う方法、モールドと呼ばれる型を用い熱をかけて押し付けるナノインプリント技術等が利用できる。
【００２６】
次に、本実施形態の光制御素子の動作原理と、複数の微小金属構造体の配列方法について、数値計算結果を基に説明する。数値計算は、電磁界の運動を記述するマクスウェル方程式を時空間の差分方程式に近似して解く有限時間領域差分法（ＦＤＴＤ法）を用いて行った。
【００２７】
図３は、数値計算に使用したモデルを表しており、微小な金属構造体２として、空気中に存在する直径が４０ｎｍの２つのＡｕ球における近接する端部の間隔ｄを０〜８０ｎｍまで変化させた場合の、反射遠方場における偏光状態の変化を調べた。Ａｕの光学定数は、屈折率ｎ＝０．０７２，ｋ＝１．４９６を用いた。この値は、Ａｕのプラズモン共鳴波長近傍である５００ｎｍの波長をもつ光に対する誘電率を、金属中の電子運動方程式から導出したＤｒｕｄｅモデルを適用することにより得られた値である。
【００２８】
ＦＤＴＤ法により得られた微小金属構造体（Ａｕ）２の集合構造体（二つのＡｕ球）の近傍の電界分布から遠方場光の特性を得るために、電界分布のフーリエ変換により角度θ＝０°の成分を抽出した。そして、図４、図５に示すように、ｘ軸方向とｙ軸方向の振幅比と位相差を算出した。４０ｎｍのＡｕ微小球のプラズモン共鳴波長近傍である波長５４４ｎｍを用い、図４に示すｘｙ面内においてｘ軸から４５°の方向に電界の振動方向をもつ平面波を照射する計算を行った。
【００２９】
図４に示すグラフは、金属微粒子間距離ｄに対する振幅比Ａｙ／Ａｘを表しており、金属微粒子間距離ｄが大きな領域においては振幅比が１に近づき、偏光面（電界の振動方向）が入射光の偏光方向と一致していることがわかる。これに対し、ｄ＝０近傍に近づくにつれて、振幅比が増加し、すなわち偏光面がｙ軸方向へ傾く。一方、図５は、金属微粒子間距離ｄに対する電界のｘ成分とｙ成分との位相差を表している。金属微粒子間距離ｄがゼロに近づくほど位相差が大きくなり、ｄ＝０の場合に位相差が４５°程度となる。ＦＤＴＤ法によるシミュレーションの結果から、Ａｕ球の間隔を制御することにより、偏光面を回転させることができ、また、偏光状態を、例えば直線偏光から楕円偏光に変換することが可能であることが確認できた。
【００３０】
従って、本実施形態の光制御素子は、微小金属構造体２の相対的な位置関係を選択することにより、位相板ないしは偏光板として機能させることができる。また、金属材料としてＡｇ微小球を使用した場合にも、同様の計算結果が得られるが、この場合、偏光状態に変化の生じる波長領域はＡｇ球のプラズモン共鳴波長近傍である波長４００ｎｍ近傍であった。
【００３１】
上述の数値計算結果から分かるように、二つの微小金属構造体２が近接してくると、微小金属構造体２の直径程度に局在して分布する近接場光と呼ばれる電磁場を介在して、二つの微小金属構造体２に相互作用を生じる。この相互作用の大きさが、微小金属構造体２の配列の向きと入射する偏光の向きとが、平行な場合と垂直な場合とでそれぞれ異なるために、透過光または反射光に異方性が生じてくる。この効果は、微小金属構造体内に励振されるプラズモンの共鳴周波数近傍で最大となる。微小金属構造体２の直径および形状は、プラズモンの共鳴波長を決定するものであり、これらは二つの微小金属構造体２において一致しているならば、どのような直径、形状であっても構わない。
【００３２】
図６は、金属球の直径Ｄに対するプラズモンの共鳴波長の変化を調べるために、ミー散乱理論により解析的に計算した空気中に配置された単一Ａｕ球の中心部における電界強度を波長に対してプロットした図である。なおこの場合、Ａｕ球間の間隔ｄ＝５ｎｍとしている。Ａｕ球の直径が１０ｎｍ程度になると、ほとんど直径には依存しなくなるが、直径５０ｎｍの場合と比較して約２５ｎｍ程度の共鳴波長のシフトが生じ、直径の増加に伴って電界強度が増強されることが確認された。
【００３３】
すなわち一般に、金属構造体２の直径を変化させることで共鳴波長を選択でき、金属構造体２の間隔ｄを調整することにより、入射光のうち共鳴波長の成分のみに偏光面の回転等の偏光状態の変化の作用を及ぼすことができる。このように、複数の波長の光が微小な金属構造体に照射されている場合、入射光のうち、前記金属構造体の共鳴波長と一致した波長の入射光のみが透過することになる。また、入射光のうち、共鳴波長の成分のみに偏光面の回転などの偏光状態の変化の作用を及ぼすことができる。
【００３４】
上記の如く、各金属構造体２の直径Ｄを、単位配列パターンＰの共鳴波長が対応する波長λになるように設定することに加えて、金属構造体２相互の間隔ｄを適宜に調整することによって、光制御素子から射出する波長成分の光の偏光状態を入射光７における偏光状態から変化させることができる。すなわち、入射光７の偏光状態（ｘ軸方向に対して４５度傾いた方向に電場が振動する直線偏光状態）に対して金属構造体２が非対称に配置されているので、各金属構造体２に生じる局在表面プラズモンの共鳴周波数に依存して、金属構造体２間に生じる近接場相互作用により、各金属構造体２間で位相差が生じる。これに伴い、各金属構造体からの光が重畳された透過光の偏光成分にも位相差が生まれ、出射光における偏光状態が変換される。このように、入射光７の偏光方向をｘ軸方向に対して４５度傾いた直線偏光とすると、基板１を透過した光は処理領域５における金属構造体２の間隔に応じた楕円偏光となる。
【００３５】
次に、単位配列パターンＰの２次元配列の関係について、図７に基づいて説明する。図７は、図１の処理領域５における２個の金属構造体２（半球状であって直径：Ｄとする）のｘ軸方向における近接配列（間隔：ｄ）による単位配列パターンＰの配列状況を示している。図７において、符号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、ｘ軸方向およびｙ軸方向において隣接して配列された３つの単位配列パターンＰを示している。単位配列パターンＡ３に例示するように、金属構造体２はｘ軸方向に間隔ｄを隔して配置されて１つの単位配列パターンＰをなしている。図７の如く、ｘ軸方向に隣接する単位配列パターンＡ１，Ａ２の間隔（最近接間隔）をｄｘ、ｙ軸方向に隣接する単位配列パターンＡ１，Ａ３の間隔（最近接間隔）をｄｙとすると、隣接した微細構造間に生じる近接場相互作用を利用するため、少なくともλ＞Ｄ＞ｄであるが、直径：Ｄ、間隔：ｄ，ｄｘ，ｄｙともに入射光の最小波長λよりも十分小さいことが好ましい。間隔ｄｘとｄｙとは隣接する単位配列パターン間の相互作用の影響を少なくするため、ｄよりも大きい必要がある。単位配列パターンはこのような一般的なルールに従って２次元配列することができる。
【００３６】
上記のような一般的なルールに従って種々の２次元配列を行うことができるが、前述のような２個の金属構造体２の近接配置の他に、３個以上の金属構造体２によるＶ字型配置もしくはＬ字型配置、４個以上の金属構造体２によるＴ字型配置、５個以上の金属構造体２による十字型配置の何れかであることが好ましい。
【００３７】
図８は、同一サイズの金属構造体２を３個、Ｌ字型に配列して単位配列パターンとした例を示している。符号１は基板を示す。基板１には、金属構造体２による単位配列パターンＰおよび単位処理領域５をなす単位配列パターンの２次元配列が上記一般的なルールに従って形成されている。
【００３８】
図８の例では、３個の金属構造体はＬ字状に配列しているが、３個の金属構造体をＶ字状に配列して単位配列パターンとしてもよい。上記一般的な配列ルールに従い、各単位処理領域において、単位配列パターンＰ内で隣接する金属構造体２の最近接間隔は処理すべき光の波長よりも小さく、隣接する単位配列パターンの間隔は、上記最近接間隔よりも十分に大きくかつ上記波長よりも十分に小さい。入射する光の偏光方向を、例えばｘ方向に対して４５度傾いた方向とすると、各単位配列パターンを構成する金属構造体の配列が非対称となり、透過もしくは反射した光の位相差が生じる。したがって、処理領域５において対応する波長の光の偏光状態を選択的に変化させることができる。
【００３９】
図９は、単位配列パターンＰの別の例を示す。図９において、基板１には単位配列パターンＰが２次元的に配列されている。単位配列パターンＰは４個の金属構造体２をＬ字型に配してなる。この場合も配列のルールは前記一般的ルールに従う。
【００４０】
図１０に示す例は、４個の金属構造体（ＳＴ）２をＴ字型に組合せて単位配列パターンＰを構成した例である。また図１１に示す例は、１３個の金属構造体（ＳＴ）２を卍型に組合せて単位配列パターンＰとした例である。配列のルールは前記一般的ルールに従う。Ｔ字型の配列は５個以上の金属構造体ＳＴの配列でもよいし、卍型の配列は「逆周り」の配列でもよい。
【００４１】
なお、この場合における基板１は、透光性でも反射性でもよい。すなわち、前述の光の通過は、透過の場合と反射の場合とを含む。基板の材料としては石英ガラスや、ＢＫ７，パイレックス（登録商標）（商品名）等の硼珪酸ガラス、ＣａＦ2，Ｓｉ，ＺｎＳｅ，Ａｌ2Ｏ3等の光学結晶材料等を用いることができる。反射光に対して光処理を行う場合、反射性の基板は反射率の高い材料が好ましく、上記光学ガラスや光学結晶材料にＡｌやＡｕなどの金属膜を蒸着したものや、シリコン基板等を好適に用いることができる。また、部分反射膜としてＣｒコーティング等を利用して透過光と反射光の双方を光処理するハーフミラーとすることもできる。
【００４２】
また、本実施形態における微小な金属構造体２の形状には、種々の形態が許容されるが、金属構造体２の作製の容易さの観点からすると、半球形状、円柱形上、半回転楕円体形状、楕円柱形状、多角柱形状、錐体形状の何れかであることが好ましい。錐体形状は円錐形状や三角錐形状、多角錐形状が含まれるが、これらは切頭形状（切頭円錐等）であることが好ましい。
【００４３】
上記構成の光制御素子に静磁場の影響について、図１２に基づいて説明する。図１２は、前記金属構造体２におけるＡｕ微小球内部の電界強度と共鳴波長との関係に関する計算結果を示している。図１２（ａ１），（ａ２）は、制御信号電源４からの電流をコイル３に流さず、静磁場をｏｆｆにした場合を示している。また、図１２（ｂ１），（ｂ２）は、静磁場をｏｎにした場合を示している。
【００４４】
ここで、入射光の波長をλα＝４７０ｎｍとし、かつｘ軸方向の偏光（直線偏光）の光を光制御素子に照射した場合を考える。静磁場がＯｆｆのとき、分極の強度はＡ１ｘとなる。一方、静磁場がｏｎのときはＢ１ｘとなる。つまり、静磁場のＯＮ，ＯＦＦにより金属構造体２内の分極を制御することができ、そのｏｎおよびｏｆｆにおける分極の比はＢ１ｘ／Ａ１ｘとなる。つまり、この光制御素子を通る光はこの分極で決まるので、前記波長λα＝４７０ｎｍでかつｘ軸方向の偏光の光は、制御信号電源４のＯＮ，ＯＦＦ動作によって分極の強度を変え、その結果、偏光の状態の変化を制御できる。同様に、波長λβ＝５５０ｎｍでかつｙ軸方向の偏光（直線偏光）の光を光制御素子に照射した場合は、その制御信号電源４のＯＮ，ＯＦＦ動作の切り換えによって、Ｂ２ｙ／Ａ２ｙで制御信号電源４により偏光の状態の変化を制御できる。
【００４５】
次に、図２のようにｘ軸とｙ軸とに重なることない（この場合は４５度の角度があるので、ｘ・ｙ両方の偏光を持つ）直線偏光を光制御素子に照射した場合には、制御信号電源４による偏光制御が可能になる。まず、波長λα＝４７０ｎｍの光を照射し、静磁場；ｏｆｆの場合、光制御素子を透過する光のｘ偏光の強度はＡ１ｘ、ｙ偏光の強度はＡ１ｙ、両者間の位相差はφ１ａである。一方、静磁場；ｏｎの場合、光制御素子を透過する光のｘ偏光の強度はＢ１ｘ、ｙ偏光の強度はＢ１ｙ、両者間の位相差はφ１ｂである。光の偏光はｘ偏光とｙ偏光との強度比および位相差により決まるので、制御信号電源４により透過光の偏光制御が可能となる。
【００４６】
また、波長λβ＝５５０ｎｍの光を照射し、静磁場；ｏｆｆの場合、光制御素子を透過する光のｘ偏光の強度はＡ２ｘ、ｙ偏光の強度はＡ２ｙ、両者間の位相差はφ２ａである。一方、静磁場；ｏｎの場合、光制御素子を透過する光のｘ偏光の強度はＢ２ｘ、ｙ偏光の強度はＢ２ｙ、両者間の位相差はφ２ｂである。光の偏光はｘ偏光とｙ偏光との強度比および位相差により決まるので、制御信号電源４により透過光の偏光制御が可能となる。
【００４７】
以上のようにして、本実施形態における光制御素子においては、入射光の偏光状態を制御信号電源４による電流のＯＮ，ＯＦＦによって制御可能であるが、この光制御素子を複数個使用したり、偏光版を併用する等して光線の処理をより効率的に行うことのできる光制御装置とすることができる。
【００４８】
図１３は、本実施形態の光制御素子を複数個使用した場合の光制御装置の斜視図であり、この実施形態の光制御装置は、図１に即して説明したような３個の光制御素子１０１，１０２，１０３を入射光７の光路上に直列的に配置したものである。
【００４９】
なお図１３においては、光制御素子１０１，１０２，１０３を同一構造のものとして記載しているが、これらは必ずしも同一構造のものである必要はない。また、光制御素子１０１に関してのみ電磁コイル３と制御信号電源４を記載してあるが、光制御素子１０２，１０３に関しても電磁コイルと制御信号電源を有する。ここでは図が煩雑になるので、省略してある。
【００５０】
また、光制御素子１０１〜１０３全体に対して一つのコイルと制御信号電源とにより静電場を印加する構成でもよい。例えば、図７に示す単位配列ユニットＰを処理領域５に２次元的に配列するのに、単位配列ユニットＰの配列は、前記配列ルールにおける隣接する単位配列パターンＰ間の距離：ｄｘ、ｄｙを、単位配列ユニットＰ内における隣接金属構造体２間の間隔：ｄよりも大きくする必要のため、配列密度をある程度以上高くすることは難しい。
【００５１】
このような場合、光制御素子１０１，１０２，１０３における各単位処理領域５１，５２，５３における単位配列ユニットＰの配列密度を低くすると共に配列状態を異ならせ、光制御素子１０１，１０２，１０３を重ねて光路方向から見たときに、各単位処理領域５１，５２，５３における単位配列パターンＰの２次元配列が高密度の配列となるようにすることができる。このようにすると、光処理の効率を容易に高めることができる。
【００５２】
なお、図１３中において、８は、波長λ，ｘ成分，ｙ成分の強度Ａｘ，Ａｙ及び位相φの入射光７が光制御素子１０１，１０２，１０３を透過した後の出射光であり、ｘ成分，ｙ成分の強度及び位相がそれぞれＡ’ｘ，Ａ’ｙ，φ’に偏光されていることを示している。
【００５３】
次に、本実施形態による光制御素子と偏光版を併用した場合の光制御装置について、図１４に基づいて説明する。前述の如く、図１の光制御素子に対し、ｘ方向に対して４５度傾いた直線偏光Ｌを入射させた場合、透過光の偏光状態をもっとも効率よく楕円偏光に変換するとともに、制御信号電源４により偏光を制御できる。具体的には、図１４に示すように、光制御素子１１２の入射面側に、±４５度傾いた偏光のみを通過させる偏光板１１１を配置することにより、種々の偏光光を含む信号光９から波長λ，ｘ成分，ｙ成分の強度Ａｘ，Ａｙ及び位相φを有する入射光７のみを通過させて光制御素子１１２の処理領域に照射する。これによって、光制御素子１１２から効率よく制御信号電源により楕円偏光化された出射光８を射出させたり、偏光を制御させたりすることができる。なお、偏光板１１１は光制御素子１１２と一体に形成されていてもよい。
【００５４】
［実施例２］
図１５は、本実施形態による光制御素子の他の実施形態を説明するための図である。図１５において、符号１４０は基板１の１個の処理領域５が形成される部分であり、この部分はレンズ面１０，１１をなし、このレンズ面１０上に単位配列ユニットＰが２次元的に配列されている。
【００５５】
このようにすると、光制御素子の機能とレンズ面の機能とを１つの光制御素子で実現することができ、省スペース化を図れると共に、光学調整などの簡便化も可能となる。レンズからの出射光８のＯＮ，ＯＦＦ制御、偏光制御が制御信号電源４で可能であることは上述した実施形態と同様である。この場合に電磁コイル３は、基板１の回りに、あるいは入射光・出射光を妨げないように基板１の下に設けられていて、制御信号電源４から前記電磁コイル３に流す電流により矢印Ａで図示した静磁場６が光制御素子に印加される。このようなコイル３の配置は、前述の実施例１で示す光制御素子においても同様な構造を採用できることは言うまでもない。
【００５６】
［実施例３］
図１６は、本実施形態による光制御素子の他の実施形態を説明するための図である。図１６において、符号１５０は基板中の１個の処理領域５が形成される部分であり、この部分は、独立的曲面形状、すなわちマイクロレンズ面１５１アレイをなし、各マイクロレンズ面１５１上に単位配列ユニットＰが１ユニットずつ形成配列されている。このような構成によっても、光制御素子の機能とレンズ面の機能とを１つの光制御素子で実現することができ、省スペース化を図れると共に、光学調整などの簡便化も可能となる。
【００５７】
［実施例４］
図１７および図１８は、本実施形態による他の実施形態の光制御素子を示す図であり、２０が光制御素子の全体を示す。図の如く、ｘ，ｙ，ｚ方向を定めると、ｚ方向は図面に直交する方向であり、処理すべき光の入射方向である。図１と同様に基板１の回りに電磁コイル３が設けられていて、制御信号電源４からの電流によりこの電磁コイル３に静磁場６が印加される。この際の印加方向としては光制御素子２０に対して、ｚ方向に平行方向に静磁場６が印加される。
【００５８】
図１７または図１８において、基板１は平行平板状であって透光性であり、その両面はｘｙ面に平行で、光の入射する側の面に４つの領域Ａ〜Ｄが設定されている。基板１の領域Ａには単位処理領域Ｓ１が形成され、また領域Ｂには単位処理領域Ｓ２が形成され、また領域Ｃには単位処理領域Ｓ３が形成され、さらに領域Ｄには単位処理領域Ｓ４がそれぞれ形成されている。
【００５９】
単位処理領域Ｓ１は単位配列パターンＰ１を２次元的に配列してなり、単位処理領域Ｓ２は単位配列パターンＰ２を２次元的に配列してなり、単位処理領域Ｓ３は単位配列パターンＰ３を２次元的に配列してなり、単位処理領域Ｓ４は単位配列パターンＰ４を２次元的に配列してなる。単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４は、基板１上の互いに異なる領域に４等分割されて形成されている。
【００６０】
単位配列パターンＰ１は微小な金属構造体ＳＴ１が２個、ｘ方向へ微小距離（ｄ１とする）を隔して配列された配列パターンである。また単位配列パターンＰ２は、金属構造体ＳＴ１より大径の微小な金属構造体ＳＴ２が２個、ｘ方向へ微小距離（ｄ２とする）を隔して配列された配列パターンである。また単位配列パターンＰ３は、金属構造体ＳＴ２より大径の微小な金属構造体ＳＴ３が２個、ｘ方向へ微小間隔（ｄ３とする）を隔して配列された配列パターンである。さらに単位配列パターンＰ４は、金属構造体ＳＴ３より大径の微小な金属構造体ＳＴ４が２個、ｘ方向へ微小間隔（ｄ４とする）を隔して配列された配列パターンである。
【００６１】
ここで、処理されるべき光Ｌが波長：λ１，λ２，λ３，λ４を含み、これらの大小関係が、λ１＜λ２＜λ３＜λ４であるとし、これらは何れも電界の振動方向が、図１７においてはｘ軸方向の直線偏光、また図１８においてはｘ方向に対して４５度傾いた直線偏光であるとする。
【００６２】
金属構造体ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４はその形状が半球状であり、材質的には金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クローム（Ｃｒ）、もしくは銅（Ｃｕ）の何れか、または、これらの組み合わせにより形成することができるが、この例では金（Ａｕ）により形成されているものとする。
【００６３】
金属構造体ＳＴ１〜ＳＴ４は半球状であるので、そのサイズは半球形状の直径である。金属構造体ＳＴ１〜ＳＴ４のサイズ：Ｄ１〜Ｄ４の大きさは、上記波長：λ１〜λ４に対してＤ１＜λ１，λ１＜Ｄ２＜λ２，λ２＜Ｄ３＜λ３，λ３＜Ｄ４＜λ４であり、また上記微小間隔：ｄ１〜ｄ４に対して、ｄ１＜Ｄ１，ｄ２＜Ｄ２，ｄ３＜Ｄ３，ｄ４＜Ｄ４である。すなわち、図１７および図１８に示す光制御素子は、処理すべき入射光７の波長：λｉ（ｉ＝１〜４、ｉ＝１〜３に対してλｉ＜λｉ＋１）に対し、直径：Ｄｉ（ｉ＝１〜４）がλｉ―１＜Ｄｉ＜λｉ、λ０＝０を持つ微小な金属構造体ＳＴｉ（ｉ＝１〜４）を２個、間隔：ｄｉ（＜Ｄｉ）を隔して所定の配置で配列して単位配列パターンＰｉ（ｉ＝１〜４）とし、この単位配列パターンＰｉを２次元的に配列させた単位処理領域Ｓｉ（ｉ＝１〜４）が、異なる単位処理領域Ｓｉが互いに分離するようにして、基板１に形成されてなる。
【００６４】
ここで、図１７において、ｘ軸方向の直線偏光（Ｌ）が光制御素子２０に照射された場合に、各単位処理領域Ｓｉ（ｉ＝１〜４）の金属構造体ＳＴｉ（ｉ＝１〜４）において、定められた静磁場が印加された状態で単位配列パターンＰｉが共鳴する波長がλｉ（ｉ＝１〜４）となるように、金属構造体ＳＴｉ（ｉ＝１〜４）の直径Ｄｉを設定する。すなわち、各単位処理領域Ｓｉ（ｉ＝１〜４）についての、図１２における波長λαをλαｉ（ｉ＝１〜４）とすると、λαｉがλｉ（ｉ＝１〜４）に一致するように金属構造体ＳＴｉ（ｉ＝１〜４）の寸法・間隔・材料などを決める。
【００６５】
このようにすると、光制御素子２０に処理すべき光ＬをＺ方向に入射させ、かつ前記静磁場を印加した場合、単位処理領域Ｓ１では、入射する光Ｌのうちで、波長：λ１の成分のみが共鳴するので、単位処理領域Ｓ１を形成された基板領域Ａからは波長：λ１の成分光のみが射出することになる。そして、光Ｌを照射しても静磁場を印加しない場合は、基板領域Ａからは波長：λ１の成分光は射出しないことになる。
【００６６】
すなわち、波長λ１〜λ４が多重化された光Ｌから光学領域Ａに対応した波長λ１に分割された光を、制御信号電源４によりＯＮ，ＯＦＦ制御することができる。同様に、単位処理領域Ｓ２が形成された基板領域Ｂからは波長：λ２の成分光のみを制御信号電源４によりＯＮ，ＯＦＦ制御することができ、また単位処理領域Ｓ３が形成された基板領域Ｃからは波長：λ３の成分のみを制御信号電源によりＯＮ，ＯＦＦ制御することができ、さらに単位処理領域Ｓ４を形成された基板領域Ｄからは波長：λ４の成分のみを制御信号電源によりＯＮ，ＯＦＦ制御することができる。
【００６７】
ここで重要なことは、λ２〜λ４≠λα１であることである。すなわち、波長λ１からλ４が多重化された光Ｌから光学領域Ａ〜Ｄのそれぞれに対応した波長λ１からλ４に分割し、かつ各々の信号を制御信号電源によりＯＮ，ＯＦＦ制御することができる。
【００６８】
また、図１２における波長λβを各単位処理領域Ｓｉ（ｉ＝１〜４）についてλβｉ（ｉ＝１〜４）とすると、λ１〜λ４が全てλβ１〜λβ４と一致してはいけない。そうしないと、各光学領域がそれぞれが担当する波長以外の光を静電場により、ＯＮ，ＯＦＦしたり偏光を変化させたりしてしまう。
【００６９】
さらに、ここでは図示しないが、図１７の光Ｌの偏光をｙ軸方向の直線偏光とした場合は、λｉを図１２における波長λβと一致するようにするＤｉの大きさを設定すれば、同様な動作をさせることができる。このようにして、波長：λ１〜λ４を含む入射光Ｌが、単位処理領域Ｓｉごとに分離して射出するとともに、これを制御信号電源４Ａ〜４ＤによりＯＮ，ＯＦＦ制御することができる。すなわち光制御素子２０は、入射光Ｌを成分波長ごとに分波し、かつ光制御素子からの出射光をＯＮ、ＯＦＦ制御する機能を有する。
【００７０】
上記の如く、各金属構造体ＳＴｉ（ｉ＝１〜４）の直径Ｄｉを、単位配列パターン：Ｐｉの共鳴波長が対応する波長：λｉになるように設定することに加えて、金属構造体ＳＴｉ相互の間隔：ｄｉを適宜に調整するとともに、光制御素子に印加される静磁場を制御することによって、各基板領域Ａ〜Ｄから射出する波長成分の光の偏光状態を入射光Ｌにおける偏光状態から変化させることができる。
【００７１】
すなわち、図１８に示すように、入射光Ｌの偏光状態（ｘ方向に対して４５度傾いた方向に電場が振動する直線偏光状態）に対して金属構造体ＳＴｉが非対称に配置している場合は、各金属構造体ＳＴｉに生じる局在表面プラズモンの共鳴周波数に依存して、金属構造体ＳＴｉ間に生じる近接場相互作用により、各金属構造体ＳＴｉ間で位相差が生じ、また、各金属構造体ＳＴｉからの光が重畳された透過光の偏光成分にも位相差が生まれ、出射光における偏光状態が変換される。上記の如く、入射光Ｌの偏光方向をｘ方向に対して４５度傾いた直線偏光とすると、基板を透過した光は各単位処理領域における金属構造体の間隔に応じた「楕円偏光」となる。さらに、制御信号電源４と電磁コイル３により光制御素子に印加する静電場６を制御することで、出射光のｘ偏光強度、ｙ偏光強度および両者間の位相差を制御することができる。すなわち、λ１〜λ４を含む入射光Ｌから、光学領域Ａ〜Ｄに対応する波長λ１〜λ４を選別し、かつ制御信号電源によりその各波長の出射光の偏光状態を制御することができる。
【００７２】
ここでも、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、基板領域Ａ〜Ｄに関して個別にコイル３Ａ〜３Ｄを設ければ、制御信号電源４Ａ〜４Ｄにより、基板領域Ａ〜Ｄから出射する光の偏光状態を独立に制御をすることができる。ここでは、コイルで発生する静磁場６が隣の領域の動作に影響を与えないように、コイル近傍に磁気遮蔽体１２を置いている。この磁気遮蔽体１２は透磁率の高い材料で構成されている。
【００７３】
図２０（ａ），（ｂ）は、図１９で示した光制御素子の変形例である。ここでは、基板の外周部分の磁気遮蔽体１２を省略し、基板領域Ａ〜Ｄを分割する中央の十字状の磁気遮蔽体１２を設けている。特に同様の構造を持つ他の基板が存在しない場合は、このような構成でもよい。
【００７４】
ここで、図１７に示した実施の形態を例にして、単位配列パターンＰｉの２次元配列について説明する。図２１は、図１７における単位処理領域Ｓ１の２個の金属構造体ＳＴ１（半球状であって直径：Ｄ１とする）のｘ方向における、近接配列（間隔：ｄ１）による単位配列パターンＰ１の配列状況を示している。この図２１において、符号Ａ１，Ａ２，Ａ３は、ｘ方向およびｙ方向において隣接して配列された３つの単位配列パターンＰ１を示している。単位配列パターンＡ３に例示するように、金属構造体ＳＴ１はｘ方向に間隔：ｄ１を隔して配置されて１つの単位配列パターンをなしている。
【００７５】
図示の如く、ｘ方向に隣接する単位配列パターンＡ１，Ａ２の間隔（最近接間隔）をｄｘ１、ｙ方向に隣接する単位配列パターンＡ１，Ａ３の間隔（最近接間隔）をｄｙ１とすると、隣接した微細構造間に生じる近接場相互作用を利用するため、少なくともλ１＞Ｄ１＞ｄ１であるが、サイズ：Ｄ１、間隔：ｄ１，ｄｘ，ｄｙともに入射光の最小波長（図１７の実施の形態で波長：λ１）よりも十分小さいことが好ましい。間隔：ｄｘとｄｙとは隣接する単位配列パターン間の相互作用の影響を少なくするため、ｄ１よりも大きい必要がある。単位配列パターンＰ１はこのような一般的なルールに従って２次元配列することができる。
【００７６】
また、単位配列パターンＰをなす金属構造体２の配列パターンＰの他の例をいくつか示す。図２２は、同一サイズの金属構造体を３個、Ｌ字型に配列して単位配列パターンＰ１〜Ｐ４とした例を示している。基板１には、４個の基板領域Ａ〜Ｄに分けられて単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４をなす単位配列パターンＰ１〜Ｐ４の２次元配列が、上記一般的なルールに従って形成されている。基板領域Ａには、金属構造体ＳＴ１による単位配列パターンＰ１が形成され、基板領域Ｂ〜Ｄには、それぞれ金属構造体ＳＴ２〜ＳＴ４による単位配列パターンＰ２〜Ｐ４が形成されている。
【００７７】
図２２の例では、３個の金属構造体はＬ字状に配列しているが、３個の金属構造体を「Ｖ字状」に配列して単位配列パターンとしてもよい。上記一般的な配列ルールに従い、各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４において、単位配列パターンＰ１〜Ｐ４内で隣接する金属構造体ＳＴ１〜ＳＴ４の最近接間隔は処理すべき光の波長よりも小さく、隣接する単位配列パターンの間隔は、上記最近接間隔よりも十分に大きく、かつ上記波長よりも十分に小さい。入射する光の偏光方向を、例えばｘ方向に対して４５度傾いた方向とすると、各単位配列パターンを構成する金属構造体の配列が非対称となり、透過もしくは反射した光の位相差が生じるので、各単位処理領域を形成された基板領域Ａ〜Ｄにおいて、対応する波長の光の偏光状態を前記制御信号電源により選択的に変化させることができる。
【００７８】
また図２３は、単位配列パターンの別の例を示す図である。繁雑を避けるため、混同の恐れが無いと思われるものについては図１７におけると同一の符号を付する。なお、以下の各図においても同様である。
【００７９】
図２３において、基板１は４つの基板領域Ａ〜Ｄに分けられ、これら基板領域に単位配列パターンＰ１〜Ｐ４が２次元的に配列されている。単位配列パターンＰ１は４個の金属構造体ＳＴ１をＬ字型に配してなり、単位配列パターンＰ２〜Ｐ４はそれぞれ４個の金属構造体ＳＴ２〜ＳＴ４をＬ字型に配してなる。配列のルールは前記一般的ルールに従う。
【００８０】
また図２４は、４個の金属構造体ＳＴ１をＴ字型に組合せて単位配列パターンＰ１を構成した例を示す図であり、図２５は、１３個の金属構造体ＳＴ１を「卍型」に組合せて単位配列パターンＰ１とした例を示す図である。配列のルールは前記一般的ルールに従う。Ｔ字型の配列は５個以上の金属構造体ＳＴ１の配列でもよいし、卍型の配列は「逆周り」の配列でもよい。
【００８１】
図２２および図２３に示した例では、各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４における単位配列パターンＰ１〜Ｐ４は、パターンを構成する金属構造体ＳＴ１〜ＳＴ４の直径が、各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４における単位配列パターンＰ１〜Ｐ４ごとに異なる。しかし、単位配列パターンＰ１〜Ｐ４をなすＬ字型の配列は、全ての単位処理領域で同じである。しかし、これは光制御素子の必要条件ではない。
【００８２】
また図２６に示す例のように、例えば基板領域Ａ，Ｂ，Ｃにおける単位配列パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３が３個の金属構造体によるＬ字型の配列でありながらも、その向きが互いに異なるものであってもよい。すなわち、光制御素子をなすＮ個の単位処理領域における単位配列パターンの向きや形状（Ｌ字型，Ｖ字型，卍型，十字型等）は、単位処理領域ごとに適宜に選択することができる。
【００８３】
図２３〜図２６に示した単位配列パターンの２次元配列の何れにおいても、入射光の偏光方向を金属構造体の配列に対して非対称な偏光成分を有するような角度として入射することにより、透過もしくは反射した光に位相差を生じさせて、偏光状態を変化させることができる。
【００８４】
また図２７は、図１８で示した光制御素子を複数個使用した場合の光制御装置を示す図である。この図２７に実施の形態を示す光制御装置は、図１８に即して説明したような光制御素子１２１，１２２，１２３を入射光Ｌの光路上に直列的に配置したものである。図２７においては、光制御素子１２１，１２２，１２３を同一構造のものとして記載しているが、これらは必ずしも同一構造のものである必要はない。また、光制御素子１２１に関してのみ電磁コイル３と制御信号電源４を記載してあるが、光制御素子１２２，１２３に関しても電磁コイルと制御信号電源を有する。ここでは図が煩雑になるので、省略してある。
【００８５】
また、１０１〜１０３全体に対して一つのコイル３と制御信号電源４により静電場６を印加する構成でもよい。例えば、図１８に示す単位配列ユニットＰ１〜Ｐ４を各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４に２次元的に配列するのに、単位配列ユニットの配列は、前記配列ルールにおける隣接する単位配列パターン間の距離：ｄｘ，ｄｙを、単位配列ユニット内における隣接金属構造体間の間隔：ｄよりも大きくする必要があるため、配列密度をある程度以上高くすることは難しい。このような場合、光制御素子１２１，１２２，１２３の各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４における単位配列ユニットの配列密度を低くすると共に、配列状態を異ならせ光制御素子１２１，１２２，１２３を重ねて光路方向から見たときに、各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４における単位配列パターンの２次元配列が高密度の配列となるようにでき、このようにすると、光処理の効率を容易に高めることができる。
【００８６】
前述の如く、図１８の光制御素子２０に対し、ｘ方向に対して４５度傾いた直線偏光である入射光Ｌを入射させた場合、透過光の偏光状態をもっとも効率よく楕円偏光に変換するとともに、制御信号源により偏光を制御できる。例えば、図２８に実施の形態を示す光制御装置のように、光制御素子１３２の入射面側に、±４５度傾いた偏光のみを通過させる偏光板１３１を配置することにより、各単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４の形成された基板領域Ａ〜Ｄから単位処理領域に応じた波長で効率よく楕円偏光化された光を選択的に射出させたり、偏光を制御させたりすることができる。
【００８７】
なお、偏光板１３１は光制御素子１３２と一体に形成されていてもよい。すなわち、図２８は、光制御素子１３２の光入射側に配置され、直線偏光のみを通過させる偏光子１３１を有し、偏光子１３１を通過した直線偏光の偏光方向が金属構造体の単位配列パターンに対して非対称になる偏光成分（上記の例でｘ方向に対して４５度傾く成分）となるように、偏光子１３１と光制御素子１３２の相対的な関係を定めたものである。
【００８８】
ここで、ｘ偏光のみの波長λｉ（ｉ＝１〜４）を入射すると、各光学領域に対応した波長の光の選別と透過・非透過を制御信号電源により効率よく制御できる。つまり、制御信号電源をＯＮ，ＯＦＦすることにより透過光のｘ偏光強度Ａ'ｘおよびｙ偏光強度Ａ'ｙを制御することができる。
【００８９】
また、例えばｘ軸から４５°の偏光の波長λｉ（ｉ＝１〜４）を入射すると、各光学領域に対応した波長の光の選別と偏光制御とを制御信号電源により制御できる。つまり、制御信号電源をＯＮ，ＯＦＦすることにより、透過光のｘ偏光強度Ａ'ｘ、ｙ偏光強度Ａ'ｙおよび両者間の位相差φ'を効率よく制御することができる。また、図１９に示すように、基板領域Ａ〜Ｄに関して個別にコイル３Ａ〜３Ｄを設ければ、制御信号電源４Ａ〜４Ｄにより、基板領域Ａ〜Ｄを独立にＯＮ，ＯＦＦ制御をすることができる。
【００９０】
なお、図１７などを参照しながら説明した上記本実施形態では、基板に４つの単位処理領域Ｓ１〜Ｓ４が形成されているが、これは説明および図示の簡便化のためであり、例えば分波を行うためのものであれば前述の如く数十〜数百の波長を分波する必要があり、これら分波すべき波長の数に等しい単位処理領域Ｓｉが形成されることは言うまでもない。
【００９１】
光制御素子における金属構造体の配列による各単位処理領域Ｓｉは、電子ビームリソグラフィ、ＤＵＶ・ＥＵＶリソグラフィ、ナノインプリント、材料物性の変質を利用したエッチングなどの微細加工技術を利用して作製することが可能である。例えば、基板として平行平板状の光学ガラスを用い、その平坦な面に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を用い、ＣＶＤ等の化学蒸着法や物理蒸着を用いた成膜法あるいは鍍金等の堆積法で薄膜状の金属層を形成する。
【００９２】
この金属層上にフォトレジスト層を形成し、フォトレジスト層に電子線描画やＸ線描画などの手法により単位処理領域Ｓｉごとの金属構造物配列パターン（例えば、金属構造物ＳＴ１〜ＳＴ４の配列パターンに対応するパターン）を残すようにレジストパターンを形成する。その後、不要な金属層部分を例えばＲＩＥなどによりエッチングして、単位処理領域をなす金属構造体の配列を形成することができる。
【００９３】
あるいはまた、光学ガラスによる基板上に単位処理領域Ｓｉごとの金属構造物配列パターンＰｉのネガパターンをなすレジストパターンを形成した後に、金、銀、アルミニウムなどの金属材料をＣＶＤ等の化学蒸着法や物理蒸着を用いた成膜法や鍍金等の堆積法でレジストパターン上に薄膜状に形成し、その後、レジストパターンとともにレジストパターン上に形成された不要金属膜を除去することで、所望の単位処理領域をなす金属構造体パターンを形成することができる。
【００９４】
［実施例５］
図２９は、基板１として、１個の単位処理領域Ｓｉを形成される部分であり、この部分はレンズ面１０、１１をなす基板１４０を使用し、このレンズ面１０上に単位配列ユニットＰｉが２次元的に配列されている。このようにすると、光制御素子の機能とレンズ面の機能とを１つの光制御素子で実現することができ、省スペース化を図れると共に、光学調整などの簡便化も可能となる。レンズからの出射光のＯＮ，ＯＦＦ制御、偏光制御が制御信号電源で可能であることは上述した実施例２と同じである。
【００９５】
［実施例６］
図３０は、基板１として、１個の単位処理領域Ｓｉを形成される部分であり、この部分はマイクロレンズ面１５１がアレイをなした基板１５０を使用した例を示しており、各マイクロレンズ面１５１上に単位配列ユニットＰｉが１ユニットずつ形成配列されている。このような構成によっても、光制御素子の機能とレンズ面の機能とを１つの光制御素子で実現することができ、省スペース化を図れると共に、光学調整などの簡便化も可能となる。レンズからの出射光のＯＮ，ＯＦＦ制御、偏光制御が制御信号電源で可能であることは上述した実施例３と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本実施形態の実施例１の光制御素子の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本実施形態の実施例１の光制御素子の単位配列パターンの基本構成を示す平面図である。
【図３】本実施形態の実施例１の光制御素子の単位配列パターンの基本動作を説明するための平面図で、（ａ）はｘ−ｙ面で見た場合の平面図を示し、（ｂ）はｘ−ｚ面で見た場合の平面図を示す。
【図４】数値シミュレーションにより得られた振幅比の計算結果を示す図である。
【図５】数値シミュレーションにより得られた位相差の計算結果を示す図である。
【図６】ミー散乱理論に基づき算出した金属構造体の直径依存性を示す図である。
【図７】本実施形態の実施例１の光制御素子の処理領域における単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図８】本実施形態の実施例１の光制御素子の処理領域における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図９】本実施形態の実施例１の光制御素子の処理領域における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図１０】本実施形態の実施例１の光制御素子の処理領域における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図１１】本実施形態の実施例１の光制御素子の処理領域における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図１２】本実施形態の実施例１の光制御素子における静磁場による分極の強度比及び分極の位相差の変化を示す図で、（ａ１）は静磁場をＯＦＦとした場合の分極の強度と共鳴波長との関係を示す図、（ａ２）は、静磁場をＯＦＦとした場合の分極の位相差と共鳴波長との関係を示す図、（ｂ１）は静磁場をＯＮとした場合の分極の強度と共鳴波長との関係を示す図、（ｂ２）は静磁場をＯＮとした場合の分極の位相差と共鳴波長との関係を示す図である。
【図１３】本実施形態の実施例１の光制御素子を複数個使用した光制御装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１４】本実施形態の実施例１の光制御素子と偏光板を併用した光制御装置の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】本実施形態の実施例２の光制御素子の概略構成を示す断面図である。
【図１６】本実施形態の実施例３の光制御素子の概略構成を示す断面図である。
【図１７】本実施形態の実施例４の光制御素子の概略構成を示す斜視図である。
【図１８】本実施形態の実施例４の光制御素子の４５度傾いた偏光光を有する入射光を使用した場合における概略構成を示す斜視図である。
【図１９】本実施形態の実施例４の変形例に係る光制御素子の概略構成を示す図で、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）図のＭ−Ｍ’線上で切断した断面図を示す。
【図２０】本実施形態の実施例４の他の変形例に係る光制御素子の概略構成を示す図で、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）図のＮ−Ｎ’線上で切断した断面図を示す。
【図２１】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１における単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２２】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１〜Ｓ４における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２３】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１〜Ｓ４における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２４】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２５】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２６】本実施形態の実施例４の光制御素子の処理領域Ｓ１〜Ｓ４における他の単位配列パターンの２次元配置を示す平面図である。
【図２７】本実施形態の実施例４の光制御素子を複数個使用した光制御装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２８】本実施形態の実施例４の光制御素子と偏光板を併用した光制御装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２９】本実施形態の実施例５の光制御素子の概略構成を示す断面図である。
【図３０】本実施形態の実施例６の光制御素子の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１，１４０，１５０    基板
２，ＳＴ，ＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３，ＳＴ４    金属構造体
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ    コイル
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ    制御信号電源
５，５１，５２，５３，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４    処理領域
６    静磁場
７    入射光
８    出射光
９    信号光
１０，１１    レンズ面
１２    磁気遮蔽体
１５１    マイクロレンズ面
Ａ    静磁場方向
Ｂ    入射光の入射方向
Ｃ    直線偏光光の傾き方向
Ｐ    単位配列パターン
【図１】
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【図２】
2007334241.tif 000004
【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】
2007334241.tif 000009
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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