(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光ビームを偏光するワイヤグリッド偏光子であって、
表面を有する基板と、
上記表面に配置される平行且つ細長いワイヤプリフォームのアレイとを含み、
上記ワイヤプリフォームのそれぞれは、上記入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれ、
上記ワイヤプリフォームのそれぞれは、交互にされる細長い金属ワイヤと細長い誘電層とからなるワイヤ内下位構造を含み、
上記交互にされる細長い金属ワイヤと細長い誘電層とからなるワイヤ内下位構造は、少なくとも２つの上記細長い金属ワイヤを含む、ワイヤグリッド偏光子。
【請求項２】
上記ワイヤグリッド偏光子は、上記入射光ビームに対し、上記ワイヤグリッド偏光子が偏光ビームスプリッタとして機能するような角度に方向付けられ、透過偏光ビームと反射偏光ビームとを上記入射光ビームの上記角度から分離する請求項１記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項３】
上記交互にされる細長い金属ワイヤと細長い誘電層とからなるワイヤ内下位構造は、上記細長い金属ワイヤを通じる共鳴エンハンストトンネリングを支援し、それにより上記プリフォームのアレイに対し直交する偏光の透過を増加する、請求項１記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項４】
上記交互にされる細長い金属ワイヤと細長い誘電層とからなるワイヤ内下位構造は、少なくとも２つの上記誘電層を含む請求項１記載のワイヤグリッド偏光子。
【請求項５】
上記ワイヤ内下位構造のそれぞれは、約０．２乃至３．０μｍの全体の厚さを有する請求項１記載のワイヤグリッド偏光子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、ワイヤグリッド偏光子に係り、特に、多層ワイヤグリッド偏光子及び可視スペクトルのビームスプリッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
並行にされる導線アレイを使用し、電磁波を偏光することは１１０年以上前にさかのぼる。一般的に、透明基板に並行に支持される薄い導体のアレイであるワイヤグリッドは、電磁スペクトルの赤外線部の偏光子として使用されてきた。
【０００３】
ワイヤグリッド偏光子の性能を決定する主な要因は、並行なグリッド素子の中心心の間隔（周期又はピッチと称される）と入射光の波長との関係である。グリッドの間隔又は周期が波長に比べて長いと、グリッドは、偏光子ではなく回折格子として機能し、両方の偏光を回折するが、公知の原理によると、等しい効率で回折するとは限らない。しかし、グリッドの間隔（ｐ）が波長に比べてかなり短いと、グリッドは偏光子として機能し、グリッドと並行に偏光される電磁放射線（「ｓ」偏光）は反射し、直交偏光（「ｐ」偏光）の放射線を透過させる。
【０００４】
グリッド周期が、約半波長から波長の２倍のレンジ内にある遷移領域は、グリッドの透過及び反射特性の急な変化によって特徴付けられる。特に、グリッド素子に対し直交に偏光される光線に対し、反射率の急激な増加、及び、対応する透過率の低下は、任意の所与の入射角で１つ以上の特定の波長で発生する。これらの影響は、１９０２年に初めてウッド（Wood）によって報告され、通常、「Wood’s  Anomalies」と称される。続いて、１９０７年に、レイリー（Rayleigh）がウッドのデータを分析し、波長と高いオーダの回折が発生する角度を組合わせると発生することを発見した。レイリーは、以下の式を考え出し、異常の位置を予測することを可能にした。これは文献にて一般的に、「レイリー共鳴（Rayleigh  Resonances）」と称される。
【０００５】
λ＝ε（ｎ＋／−sinθ）／ｋ                                （１）
ただし、エプシロン（ε）は、格子周期であり、ｎは格子を取り囲む媒体の屈折率であり、ｋは発生する回折されるタームのオーダに対応する整数であり、ラムダ及びシータは、共鳴が起こる波長及び入射角（ともに空気中で測定される）を示す。
【０００６】
誘電基板の１つの側面上に形成される格子では、上記式におけるｎは、１、又は、基板材料の屈折率と等しい。尚、共鳴が起こる最も長い波長は、以下の式から得られる。
【０００７】
λ＝ε（ｎ＋sinθ）                                        （２）
ただし、ｎは基板の屈折率に設定される。
【０００８】
角度に依存することによる効果は、角度が増加するとともに透過領域を大きい波長にシフトすることである。これは、偏光子を偏光ビームスプリッタ又は偏光反射鏡として使用する場合は重要である。
【０００９】
一般的に、ワイヤグリッド偏光子は、グリッドのワイヤに対し並行な電界ベクトルを有する光線（「ｓ」偏光）は反射し、グリッドのワイヤに対し垂直な電界ベクトルを有する光線（「ｐ」偏光）は透過させるが、以下に説明するように、入射面は、グリッドのワイヤに対し垂直である場合も、そうでない場合もある。ワイヤグリッド偏光子は、例えば、Ｓ偏光といった１つの偏光に対し完全に反射し、Ｐ偏光といったもう１つの偏光に対し完全に透過するよう機能することが理想的である。しかし、実際には、鏡として使用される最も高反射率の金属でも、入射光の幾らかの割合で吸収し、９０％乃至９５％のみを反射し、また、ガラスは表面反射によって入射光を１００％透過しない。ワイヤグリッド偏光子、及び、他の偏光装置の性能は、波長の範囲と関心の入射角に対し評価されるコントラスト比、又は、消光比によって多くは特徴付けられる。ワイヤグリッド偏光子、又は偏光ビームスプリッタにおいては、透過ビームに対するコントラスト比（Ｔｐ／Ｔｓ）及び反射ビームに対するコントラスト比（Ｒｓ／Ｒｐ）はともに関心の対象である。
【００１０】
歴史的に、ワイヤグリッド偏光子は、赤外線における使用のために開発されてきており、可視波長に対しては利用できていなかった。これは主に、可視スペクトルにおける有効な動作のための十分に小さい波長以下の構造を形成可能な処理技術がなかったためである。名目上は、グリッド間隔又はピッチ（ｐ）は、有効な動作のためには、〜λ／５以下であるべきであり（可視波長に対してはｐ〜０．１０−０．１３μｍ）、一方、より細かいピッチ構造（例えば、ｐ〜λ／１０）は装置のコントラストに更なる改善を与えることができる。しかし、処理技術の最近の発展によって、その処理技術には、０．１３μｍ極端ＵＶフォトリソグラフィー及び干渉リソグラフィーが含まれるが、可視波長ワイヤグリッド構造も実現可能となった。従来技術において幾つか可視波長ワイヤグリッド偏光装置が既知であるが、これらの装置では、例えば、デジタルシネマ投射といった需要の高い適用に必要な広帯域可視スペクトルに亘っての非常に高い消光比（＞１,０００：１）が得られない。
【００１１】
興味深いワイヤグリッド偏光子は、米国特許第４，２８９，３８１号にGarvin外によって説明される。ここでは、単一の基板上の２つ以上のワイヤグリッドは、誘電中間層によって分離される。各ワイヤグリッドは別々の配置され、ワイヤは、入射光に対し不透明であるよう十分に厚い（１００−１０００ｎｍ）。ワイヤグリッドは、１つのワイヤグリッドは５００：１のみの偏光比を与えるのに対し、対のグリッドが組み合わされることにより、２５０，０００：１の偏光比を与え効果的に増加する。この装置は、赤外線スペクトル（２−１００μｍ）での使用に説明されるが、この発明の思想は可視波長にも拡大可能であると考えられる。しかし、この装置は、一連の２つ以上のワイヤグリッドを使用するので、追加のコントラスト比は、透過効率及び許容角度の低下と引き換えにされる。更に、この装置は、反射ビームに対しては高品質の消光が得られるよう設計されておらず、偏光ビームスプリッタとしての価値が制限される。
【００１２】
可視波長範囲に対するワイヤグリッド偏光ビームスプリッタは、米国特許第５，３８３，０５３号にHegg外によって説明される。ここでは、金属ワイヤが金属グリッド線上に配置され（ピッチはｐ＜＜λ及び〜１５０ｎｍ特徴）金属グリッド線はガラス又はプラスチック基板上に配置される。この装置は、可視スペクトルのほとんど（０．４５−０．６５ｎｍ）をカバーするよう設計されるが、予期される偏光性能はあまりよくなく、全体として、たった６．３：１のコントラスト比をもたらす。
【００１３】
米国特許第５，７４８，３６８号において、Tamada外は近赤外スペクトル（０．８−０．９５μｍ）用のワイヤグリッド偏光子を説明し、ここでは、ワイヤの構造は性能を高めるよう形付けられる。この場合、近赤外スペクトルにおける動作は、小さいグリッド間隔（ｐ〜λ／５）ではなく長いグリッド間隔（λ／２＜ｐ＜λ）を有する構造によって、ワイヤグリッド偏光子と回折格子との間の遷移領域における共鳴のうちの１つを利用することによって達成される。それぞれ〜１４０ｎｍの厚さを有するワイヤは、ウェッジプレートを有する組立体であるガラス基板上に配置される。特に、この装置は、台形ワイヤ形状、基板及びウェッジプレート間のインデックス適合、及び、入射角調整を組合わせて使用し、装置の動作を共鳴帯域に当たるよう合わせる。この装置は、多くの適用において有用である〜３５：１の妥当な消光を与えるが、コントラストはデジタルカメラといったより高い性能を求める適用に対しては不適当である。更に、この装置は、狭い波長帯域でのみ（〜２５ｎｍ）適当に動作し、更に、この装置は角度に敏感である（入射角が２°シフトされると、共鳴帯域が〜３０ｎｍシフトする）。これらの考慮しなければならない点によって、装置は、ワイヤグリッド装置が「高速」光学系（例えば、Ｆ／２）で動作しなければならない広帯域波長適用において不適当となる。
【００１４】
より最近の米国特許第６，１０８，１３１号（Hansen外）及び第６，１２２，１０３号（Perkins外）は、これらはともに米国ユタ州、オーレム（Orem）のMoxtek社に譲受されたが、可視スペクトル用に設計されるワイヤグリッド偏光子を説明する。米国特許第６，１０８，１３１号は、スペクトルの可視領域で動作するよう設計される簡単なワイヤグリッド偏光子を説明する。ワイヤグリッドは、〜０．１３μｍのガイドライン間隔（ｐ〜λ／５）を有する基板上に直接形成される一連の単一のワイヤから構成され、ワイヤ幅（ｗ）は０．０５２−０．０７８μｍであり、ワイヤ厚（ｔ）は、０．０２μｍより大きい。〜０．１３μｍのグリッド間隔又はピッチを有するワイヤを使用することにより、この装置は、要求される可視波長以下の構造を有し、これは、装置が長い波長共鳴帯域よりも上で、ワイヤグリッド領域において動作することを可能にする。米国特許第６，１２２，１０３号は、基本的なワイヤグリッド構造に様々な改善を提供し、波長スペクトルを広げ、より細かいピッチ構造（例えば、〜λ／１０）を必要とすることなく使用する波長スペクトル全体に亘っての効率及びコントラストを改善することを目的とする。基本的に、ワイヤグリッドを取り囲む媒体の有効屈折率（ｎ）を減少するために様々な技術が使用され、それにより、最も長い波長共鳴帯域を短い波長にシフトさせる（式（１）及び（２）を参照）。このことは、ガラス基板を反射防止（ＡＲ）コーティングとして機能する誘電層で被覆し、この中間誘電層の上にワイヤグリッドを製造することによって最も単純に達成される。中間誘電層は、ワイヤグリッドにおける光の屈折率を効果的に減少し、それにより、最も長い波長共鳴を短い波長にシフトする。米国特許第６，１２２，１０３号は更に、ワイヤの間の空間に溝を形成することによって有効屈折率を減少する別の設計を説明し、溝は基板自体に延在し、及び／又は、基板上に配置される中間誘電層内にも延在する。このような設計改善の結果、低い波長帯域エッジは、〜５０−７５ｎｍ低くシフトし、可視スペクトル全体をカバーすることを可能にする。更に、基本的な従来技術のワイヤグリッド偏光子に対し、平均効率が可視スペクトル全体で〜５％改善される。
【００１５】
米国特許第６，１０８，１３１号及び第６，１２２，１０３号２開示される装置は、従来技術に対し確かに改善されてはいるが、ワイヤグリッド偏光子及び偏光ビームスプリッタの両方に対し性能を更に改善する余地がある。特に、偏光していない光線源を有する光学系では、系の光線の効率は最大にされなければならないが、反射ビーム及び透過ビームの両方に高い消光を示す偏光ビームスプリッタは重要である。米国Moxtek社から入手可能なワイヤグリッド偏光子は、反射チャネルに対し、１００：１又は２，０００：１ではなく、〜２０：１のコントラストを与えるので、その実用性は制限される。更に、これらの装置の性能は、可視スペクトル全体に亘ってかなり変動し、偏光ビームスプリッタは、透過光に対し〜３００：１乃至〜１２００：１、青から赤で変動するコントラスト比を与え、一方、反射ビームのコントラスト比は、１０：１乃至３０：１で変動する。従って、特に可視スペクトルの青の部分内で偏光コントラスト性能を与えるだけでなく、可視光全体に亘ってのより均一な消光の余地がある。最後に、従来技術のワイヤグリッド装置によって与えられるレベルを超えて、透過されたｐ偏光に対する偏光コントラストを改善する余地がある。このような改善は、デジタルシネマ用の電子投射システムといった電子投射システム等の電子撮像システムの設計に特に有利である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、広い波長帯域幅、及び、高いコントラスト（１，０００：１以上を目標とする）を要求する可視光系に特に使用する改善されたワイヤグリッド偏光子が必要である。更に、約４５度の入射角で使用する改善されたワイヤグリッド偏光子が必要である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの面において、入射光ビームを偏光するワイヤグリッド偏光子は、第１の表面を有する基板を含む。上記第１の表面上にグリッド、又は、平行且つ細長い導電ワイヤのアレイが配置され、隣接するワイヤは、上記入射光の波長より小さいグリッド周期で間隔が置かれる。各ワイヤは、交互にされる細長い金属ワイヤと細長い誘電層からなるワイヤ内下部を含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の様々な構成要素には参照番号が付けられ、当業者が本発明を使用することを可能にするよう本発明が説明される添付図面を参照する。
【００１９】
図１は、基本的な従来技術のワイヤグリッド偏光子を示し、従来技術及び本発明の一連の例示的な実施例に使用される用語を定義付けする。ワイヤグリッド偏光子１００は、誘電基板１２０に支持される多数の並行な導電電極１１０からなる。この装置は、導体の格子間隔、或いは、導体のピッチ又は周期ｐ、個々の導体の幅ｗ、及び、導体の厚さｔによって特徴付けられる。ワイヤグリッド偏光子は、波長以下の構造を使用し、ピッチ（ｐ）、導体又はワイヤ幅（ｗ）、及び、導体又はワイヤ厚（ｔ）は全て入射光（λ）の波長より小さくされる。光源１３２によって発生される光ビーム１３０は、垂線から角度θで偏光子に入射し、入射面は、導電素子に対し直交にされる。ワイヤグリッド偏光子１００は、この光ビームを反射光ビーム１４０と、回折されない透過光ビーム１５０とに分割する。Ｓ偏光及びＰ偏光に対し典型的な定義を使用し、つまり、Ｓ偏光は、入射面に対し直交する偏光ベクトルを有し、従って、導電素子と並行である。反対に、Ｐ偏光は、入射面と並行な偏光ベクトルを有し、従って、導電素子に対し直交する。
【００２０】
図２ａを参照するに、米国ユタ州オーレムのMoxtek社から市販されるワイヤグリッド偏光ビームスプリッタの、可視スペクトル内の波長に対する透過効率曲線２００及び透過「ｐ」偏光コントラスト比曲線２０５を示す。この装置は、米国特許第６，１０８，１３１号に記載される基本的なワイヤグリッド偏光ビームスプリッタと類似しており、〜１３０ｎｍのピッチ（ｐ〜λ／５）のワイヤ（並行な導電電極１１０）を有し、これは４０−６０％のデューティサイクル（５２−７８ｎｍワイヤ幅（ｗ））で誘電基板１２０上に配置される。固体金属ワイヤは、＞２０ｎｍの厚さに画成され、これは、表皮厚さ（δ）が可視波長に対し超える十分な金属厚である。このデータは、この装置において、大きくないＮＡ（開口数）の光ビームが４５°の入射角（θ）でワイヤグリッド偏光子１００に入射する際の値を示す。この装置は、光の入射ビーム１３０を２つの出発偏光ビーム（１４０及び１５０）に分割するので、この装置は偏光ビームスプリッタであると考えられ、２つの出発光線の進行路は、入来光線路からははっきりと区別可能である。透過コントラスト比曲線２００は、透過「ｓ」偏光に対する透過「ｐ」偏光の平均コントラスト（Ｔｐ／Ｔｓ）を評価する。ただし、「ｓ」偏光は望ましくない漏れである。同様に、反射コントラスト比曲線２１０は、「ｐ」偏光に対する反射「ｓ」偏光の平均コントラストを評価する（Ｒｓ／Ｒｐ）。
【００２１】
図２ｂを参照するに、可視スペクトル内の波長に対し、光線１３０の垂直入射（θ＝０°）する大きくないＮＡビームについての米国Moxtek社から市販されるワイヤグリッド偏光子１００の平均性能を示す。特に、透過効率曲線２２０及び透過コントラスト比曲線２２５を示す（「ｐ」偏光に対して示す）。これらの両方の装置の性能は、一般的に、「ｐ」偏光透過ビームコントラスト＞３００：１をもたらすので非常に良好であり、多くの適用において十分である。
【００２２】
図２ａ及び図２ｂに示す性能曲線は、現行のワイヤグリッド装置及び現行の偏光子全般と比較すると非常に良好ではあるが、依然として改善の余地がある。特に、ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタにおいて反射コントラスト比曲線２１０によって評価されるように、反射「ｓ」偏光ビームのコントラスト比はむしろ低い。青のスペクトル（４５０ｎｍ）における偏光コントラストはたった〜１０：１であり、赤のスペクトル（６５０ｎｍ）においても〜４０：１に上昇するだけである。反射ビーム及び透過ビームの両方に良好な偏光コントラストが必要な適用では、この性能では不十分である。例として、ＬＥＤに基づく電子投射システムでは、投射光は偏光ビームスプリッタを透過し且つ反射し、ビームは高速（Ｆ／４以下）であるが、反射が低性能であると、システムは追加のコンポーネントによって補強されなければならない。更に、この従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタは、赤のスペクトルで〜１２００：１のコントラストを与えるが、偏光は、波長によってかなり変動し、低い青のスペクトルでは〜４００：１まで下がる（図２ａの透過コントラスト比曲線２０５を再び参照されたい）。
【００２３】
基本ワイヤグリッド偏光子の性能レベルは、ワイヤ幅、ワイヤ厚、ワイヤピッチ、又は、これら３つのうちの任意の組合せを変えることによって改善することができる。しかし、これらの設計変更は、反射ビームに対し又は要求される波長帯域全体に所望されるコントラスト比を必ずしも与えるとは限らない。更に、米国特許第６，１２２，１０３号２説明されるワイヤグリッド設計性能の改善は、誘電基板１２０と入射光との相互作用を変更することによって、波長通過帯域を広げ、透過効率を増加するが、広帯域可視スペクトルの高いコントラスト適用に対し十分なコントラスト比を与えるとは限らない。米国特許第６，１０８，１３１号及び第６，１２２，１０３号のワイヤグリッド偏光子、ならびに、他の引用した従来技術のワイヤグリッド装置特許は、ワイヤグリッド偏光子及び偏光ビームスプリッタを構成する細長いワイヤの面（図１に示すＸ：Ｙ面）内の共鳴効果のみを利用する。入射光がワイヤ及び誘電基板１２０と同時に相互作用するので、界面における構造的な詳細も性能に影響を与える（第６，１２２，１０３号に説明される）。従って、ワイヤ面は、ワイヤ自体だけでなく、近接する表面及び誘電基板１２０の下位表面も含むものとして考慮されるべきである。
【００２４】
本発明の改善される装置に対しベンチマークを与えるために、幾つかの従来技術の装置をより詳細に解析される。図３ａは、第６，１０８，１３１号に記載される従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタと同様の装置に対し波長の関数として算出される反射偏光及び透過偏光コントラスト比を示す。この解析は、Gsolyer格子解析ソフトウェアツールを用いてモデル化され、このツールは、厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）を用い、波長以下の構造を十分にモデル化することを可能にする。Gsolyerは米国テキサス州アーレン（Allen）郵便番号３５３のGrating  Solver  Development  Companyから市販される。ワイヤグリッド装置は、透明のガラス基板上に直接形成される一連の細長い並行ワイヤとしてモデル化される。この解析では、周期ｐ＝０．１３μｍ、導体幅ｗ＝０．０５２μｍ（４０％のデューティサイクル）、導体厚ｔ＝０．１８２μｍ、及び、基板屈折率ｎ＝１．５２５を有するアルミニウムワイヤグリッドを使用する。単純にするために、この解析は、角度θ＝４５°でワイヤグリッド偏光ビームスプリッタに入射する並行ビームのみを考慮する。図３ａは、並行透過ビームコントラスト２５０（Ｔｐ／Ｔｓ）及び並行反射ビームコントラスト２５５（Ｒｓ／Ｒｐ）を示す。算出される透過ビームコントラスト２５０は、可視スペクトル全体で１０４−１０５：１の範囲にあり、これは、図２ａに示されるように、実際の装置に対し報告される〜１，０００：１レベルよりかなり大きい。しかし、図２ａの曲線２５０は、実際の装置の角度が平均化された性能を表し、一方、図３ａの曲線２５０は完全な装置を通過する並行ビームの理論上の性能を表す。図３ａは、更に、従来技術のワイヤグリッド装置に対しモデル化される理論上の反射ビームコントラスト２５５を示す。算出される理論上の反射ビームコントラストは、可視スペクトル全体で〜１０：１乃至〜１００：１の範囲にわたり、図２ａに示す実際の装置に対しての反射ビームコントラスト２５５より僅かに良好である。図３ｂは、理論上の全体のコントラスト２７５の曲線を示し、全体のコントラストＣは、
Ｃ＝１／（（１／Ｃｔ）＋（１／Ｃｒ））                          （３）
から計算される。全体のコントラストＣは、透過光ビーム１５０（「ｐ」偏光）のコントラストを反射光ビーム１４０（「ｓ」偏光）のコントラストと組合わせたものであるが、最も低いコントラスト比、即ち、反射光ビームのコントラストによって多くは決定されることが分かる。従って、第６，１０８，１３１号の従来技術の装置の全体のコントラストは、「ｓ」偏光反射ビームによって制限され、可視スペクトル内においてたった〜１０：１乃至〜１００：１であり、青の波長で最も低い性能を有する。
【００２５】
図４は、同一の従来技術の装置に対し、５００ｎｍにおける角度に対する全体のコントラスト比Ｃのモデル化された変動を等高線として示す（０，０座標は、４５°に対応する）。これは、全体のコントラスト比２７５は、入射角によってかなり変動することを示し、４５°の入射角における〜２３：１から、〜５５°の入射角（ポーラアングル＋１０°）における〜１４：１、〜３５°の入射角（ポーラアングル＋１０°、方位角１８０°）における〜３０：１まで変動する。従って、図４は、全体のコントラスト比が、大きいＮＡ入射ビームを有することによって、平均して低くなることを効率的に示す。全体のコントラストＣは、反射コントラスト（Ｒｓ／Ｒｐ）によって制限される。角度に対する透過ビームコントラスト（Ｔｐ／Ｔｓ）のみの同様の解析は、「マルチーズクロス」パターンとなるコントラスト等高線を示し、非常に狭い角度範囲においてのみ非常に高いコントラスト値（＞１０４：１）を有し、一方、〜８００：１の平均コントラスト値はかなり広い角度範囲（＞１２°ポーラアングル、２５°方位角）内で見受けられる。光効率もG-solverによってモデル化され、基本的には図２ａの透過効率曲線２００を裏付けた。「ｐ」偏光の透過効率はかなり均一で、可視スペクトルのほとんどに亘って〜８７％であった。一方、反射「ｓ」光効率は、可視スペクトル全体で〜９２％と非常に均一であった。
【００２６】
本発明のワイヤグリッド偏光子３００は、図５ａに断面図として示すが、各細長いワイヤプリフォーム３１０（又は並行な導電電極）と、一連の細長い金属ワイヤ（３２０、３２２、３２４）とが交互にされる細長い誘電ストリップ（誘電層３４０、３４２、３４４）とからなる層状の内構造を有し、その内構造が透明の誘電基板３０５上に配置される構造を使用する。金属ワイヤの厚さと誘電層の厚さをそれぞれ適当に決め、ワイヤグリッド偏光子のワイヤプリフォーム３１０を適当に構成すると、光子トンネル及びグリッド内共鳴効果の組合せを使用し、偏光子の性能を高めることが出来る。従来技術のワイヤグリッド偏光子と比較すると、本発明のワイヤグリッド偏光子は、細長いワイヤ面（Ｘ：Ｙ面）内の共鳴効果を使用するだけでなく、Ｚ軸に沿っての多数の並行なワイヤ内面間の共鳴効果も使用し、性能を定め、且つ、高める。図５ａ乃至図５ｄに示すワイヤグリッド偏光子３００は寸法が決められている訳ではなく、ワイヤプリフォーム３１０は、誘電層が交互にされる細長い金属ワイヤのワイヤ内下部構造を示すために大きく示されることを理解するべきである。従来技術のワイヤグリッド装置と同様に、ピッチ（ｐ）及びワイヤ幅（ｗ）は、その寸法において波長以下である（〜λ／５又はそれ以下）。ワイヤ厚（ｔ）も、波長以下であるが、以下に説明するように波長以下である必要はない。
【００２７】
特に、本発明のワイヤグリッド偏光子の設計は、共鳴エンハンストトンネリング（reso
nance  enhanced  tunneling）という或る程度知られている物理現象を使用することに基づき、この現象では、適当に構成される金属層は、入射光に対し部分的に透明となることが可能となる。この現象は、共鳴が高められるトンネリングを可能にするフォトニックバンドギャップが構成されると発生するが、これは、例えば、１９９９年１２月のOE  Reportsにおける調査報告「Photonic  Band  Gap  Structure  Makes  Metals  Transparent」（3p.）に説明される。この概念は、１９９８年３月のJ.  App.  Phys.  83  (5)においてM.  Scalora外によって「Transparent,  Metallo-Dielectric,  One-Dimensional,  Photonic  Band-Gap  Structures」（pp.2377-2383）に詳細に説明される。
【００２８】
従来技術において、入射光は、反射する前に、金属フィルムの短い距離だけを伝搬すると考えられており、これは、表皮厚さ（δ）として知られる。表皮厚さは、以下の式（４）から求められる。
【００２９】
δ＝λ／４πｎｉ，            （４）
ただし、算出される厚さは、光度がその入力表面における値の〜１／ｅ２に減少した距離に対応する（ただし、ｎｉは、屈折率の虚数部である）。従来において、薄い金属層は、その厚さが、例えばアルミニウム及び銀といった金属では、たった１０−１５ｎｍである一般的な表皮厚さ値δを超えると透過可視光に対し不伝導性となると考えられる。しかし、上述した文献が説明するように、金属−誘電（metallo-dielectric）フォトニックバンドギャップ構造は、薄い金属シートと薄い誘電シートを交互にすることによって構成されることができ、それにより入射光は、合わされると表皮厚さδより厚くなる個々の金属層を効率よく透過することができる。（本質的に、フォトニックバンドギャップ構造とは、同様の厚さを有するが、異なる屈折率を有する材料層またはセクションが交互にされ、基板上又は外の構造上で周期的に又は準周期的に間隔が開けられる構造である。）最も単純には、これらの構造は、図５ａに示す任意の単一のワイヤプリフォーム３１０を考慮することによって考え出すことができ、この構造の構成要素である交互にされる金属ワイヤ（３２０、３２２、３２４）及び誘電層（３４０、３４２、３４４）は、誘電基板３０５の２次元表面のほとんどをカバーするようシート状に伸ばされる。例えば、これらの文献に説明される１つの構成要素が３つの層からなる（one  three）周期構造は、１４０ｎｍの厚さを有する３つのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）層によって離される、３０ｎｍの厚さを有する３つのアルミニウム（Ａｌ）層を有するが、これは緑の波長帯域において可変である１５−５０％透過率を与える。結果として、入射光は、第１の薄い金属層を通り抜け、消失しながら次の誘電層に到達する。第１の金属層を透過し、次の誘電層に到達した光線は、第２の金属層に到達する。適当な境界条件が設定され、それにより、構造全体がファブリー・ペローのキャビティ（又は、エタロン）と略同様に機能し、誘電層内の共鳴が金属層を通る光透過を高める。共鳴エンハンストトンネリング効果は、薄い金属層と薄い誘電層とが交互にされる構造が繰り返される設計によって更に高められる。更に、これらの文献は、周期を追加する（従って、金属の厚み全体が追加される）ことによって、少ない周期を有する構造に対し、全体の光透過率を増加することができ、更には、帯域通過領域内の振動を減少することができる。更に、誘電層の厚さを調節することによって、帯域通過構造のエッジを、行われた変更に応じて長い又は短い波長にシフトすることができることが示される。一般的に、これらの構造における薄い誘電層は、薄い金属層よりかなり厚く（〜３−１０倍又はそれ以上大きい）、一方で、薄い金属層は表皮厚さ分の厚さしかない場合もあるが、理論上の表皮厚さ（δ）の数倍の厚さである場合もある。
【００３０】
金属−誘電フォトニックバンドギャップによって可能となる共鳴エンハンストトンネリング現象は、実際の装置にはあまり広く使用されてこなかった。引用した参考文献では、この効果は、１つの波長帯域（例えば、可視波長）は透過するが付近の帯域（ＵＶ又はＩＲ）は遮断する遮光装置に有用であると考えられる。このようなフォトニックバンドギャップ構造は、付近の波長帯域の抑制し、単純な金属フィルムに比べて何倍も改善される。更に、米国特許第５，７５１，４６６号（Scalora外）及び第５，９０７，４２７号（Dowling外）はこの効果を使用して、光通信用の可変のフォトニック信号遅延装置を設計することを説明する。しかし、この従来技術は、金属−誘電フォトニックバンドギャップ構造の共鳴エンハンストトンネリングを、偏光装置全般、又は、ワイヤグリッド偏光子及び特に、偏光ビームスプリッタを設計するのに用いることによる利点を予見していない。更に、共鳴エンハンストトンネリング効果が、可視スペクトル全体で又は任意の単一の色の帯域における偏光コントラスト又は透過を改善することによって、ワイヤグリッド偏光装置の性能を改善することは必ずしも明らかにされていない。
【００３１】
従って、図５ａ乃至図５ｂに示す本発明のワイヤグリッド偏光子３００は、複数の同様に形成される細長いワイヤプリフォーム３１０を使用し、各ワイヤプリフォーム３１０は、交互にされる金属ワイヤ（３２０、３２２、３２４）及び誘電層（３４０、３４２、３４４）を含むワイヤ内下部構造を有する。従来技術のワイヤグリッド偏光子と同様に、ワイヤに対し並行な偏光は装置から反射し、ワイヤに対し直交する偏光は透過する。しかし、従来技術のワイヤグリッド偏光子は、モノリシック状に置かれ、一般的に１００−１５０ｎｍの厚さを有する比較的厚いワイヤを使用するのに対し、本発明のワイヤグリッド偏光子は、各ワイヤを、一連の交互にされる薄い金属層と誘電層として効率よく構成する。その結果、ワイヤに対し直交する入射偏光は、金属層自体をフォトニックトンネリング及び高められた共鳴効果により部分的に透過され、従って、反射偏光に対する透過偏光の全体としてのコントラスト比が高められる。ワイヤ面（図１に示すＸ：Ｙ面）内の共鳴効果のみに依存する従来技術のワイヤグリッド偏光装置と比較すると、本発明のワイヤグリッド偏光装置は、直交方向（図１に示すＺ方向）における共鳴効果も使用し、性能が決定される。
【００３２】
本発明のワイヤグリッド偏光子３００の第１の実施例を図５ａに示す。ここでは、各細長いワイヤプリフォーム３１０は、交互にされる金属層（金属ワイヤ３２０、３２２、及び、３２４）及び誘電層（誘電層３４０、３４２、３４４）を含む６層からなる周期的に層状にされるワイヤ内下位構造３１５を有する。従来技術の装置と同様に、ワイヤグリッド偏光子３００は、１３０ｎｍのピッチ（ｐ〜λ／５）上に配置されるワイヤを有し、４０％のデューティサイクルを有し、つまり、ワイヤ幅（ｗ）が５２ｎｍである構造としてモデル化される。従って、ワイヤプリフォーム３１０の間の溝３１２は、７８ｎｍの幅を有する。溝３１２は、例えば、光液体又は光ゲルといった幾つか他の媒体ではなく、空気によって充填される。従来技術の装置と同様に、本発明の装置も偏光ビームスプリッタとしてモデル化され、並行ビームが角度θ＝４５°で入射する。更に、ワイヤプリフォーム３１０は、ＭｇＦ２からなり、それぞれ３３ｎｍの厚さを有する３つの薄い誘電層（誘電層３４０、３４２、３４４）と、アルミニウムからなり、それぞれ６１ｎｍの厚さを有する３つの薄い金属層（金属ワイヤ３２０、３２２、及び、３２４）とが交互にされるワイヤ内下位構造３１５を有してモデル化される。
【００３３】
有効な媒質の理論によると、入射光は、各層の有効指数と相互作用し、有効指数はワイヤプリフォーム３１０の幾何学形状、層自体の幾何学的形状、層（金属又は誘電のいずれか）の複素屈折率、ワイヤ間の材料（空気）の屈折率、及び、隣接する層によって設定される境界条件に依存する。図５ａに示すワイヤグリッド偏光子の実施例に対しては、ワイヤ内下位構造は、第３の誘電層３４４が、第３の金属層３２４と透明誘電基板３０５の表面３０７との間に位置するよう設計される。ワイヤプリフォーム３１０のワイヤ全体の厚さ（ｔ）は、３つの金属ワイヤ３２０、３２２、及び、３２４と３つの誘電層３４０、３４２、及び、３４４の厚さの和であり、ここでは２８２ｎｍ又は（〜λ／２）である。この装置に対しモデル化される偏光性能は、図６ａ及び図６ｂに示すが、図３ａ及び図３ｂにモデル化された結果が示される基本的なワイヤグリッド偏光子に対し、反射及び透過の両方において改善が見られる。性能は、Gsolverによって、精度を保証するために８つの回折オーダを使用してモデル化された。図６ａに示すように、「ｐ」偏光に対する理論上の透過ビームコントラスト２５０は、可視スペクトル全体で１０５−１０６：１で変動する。一方、「ｓ」偏光に対する反射ビームコントラスト２５５は、可視スペクトル全体でかなり均一な〜１００：１で平均化される。従って、図６ｂに示す全体のコントラスト比２７５も、可視スペクトル全体に亘って〜１００：１で平均化される。改善される偏光性能は、効率を犠牲にして得られるのではなく、というのは、「ｓ」偏光の反射効率は〜９１％であり、一方、「ｐ」偏光の透過効率は〜８３％であり、可視スペクトルに亘ってほとんど変動がないからである。反射「ｓ」偏光に対しこのような比較的高く及び均一な偏光コントラストがあることによって、本発明の装置は、「ｐ」偏光ビーム及び「ｓ」偏光ビームの両方が使用される適用において、偏光ビームスプリッタとして改善された性能を与えることができる。特に、本発明は更に、米国特許第６，１０８，１３１号の従来技術の装置に対し、「ｐ」偏光コントラストにおいて〜１０倍の改善、且つ、高められた青の性能を示し、反射ビームコントラスト２５５及び全体のコントラスト比２７５は、青のスペクトルのほとんどに対し〜２５０：１のコントラストで平均化される。このような性能は、投射システムを含む多くの適用に有用である。
【００３４】
更に、図３ａ、ｂに示す従来技術の装置と比較しての、図６ａ、ｂに示す第１の実施例であるワイヤグリッド偏光ビームスプリッタ装置の全体のコントラスト２７５及び透過ビームコントラスト２５０における改善は、減少された角度性能を犠牲にして得られたものではない。全体のコントラストＣの等高線解析によって、〜５００：１の平均コントラスト値は、５００ｎｍにおける広い角度範囲（＋／−１２°ポーラアングル、及び＋／−３０°方位角）内で得られる。第１の実施例の装置も、垂直入射角（θ＝０°）における並行ビームに対しモデル化される。可視スペクトル全体に対する透過ビームコントラストは、垂直入射角において＞１０５：１であるので、第１の実施例であるワイヤグリッド偏光子は、ワイヤグリッド偏光ビームスプリッタだけでなく、偏光アナライザー又は偏光子として機能することが証明された。
【００３５】
本発明のワイヤグリッド偏光子及び米国特許第４，２８９，３８１号（Garvin外）のワイヤグリッド偏光子は共に、Ｚ軸方向に延在するパターン化されたワイヤの多数の面を有するが、これらのワイヤグリッド偏光子装置は明確に異なる。特に、米国特許第４，２８９，３８１号における多数のワイヤグリッド面のそれぞれにおけるワイヤは、厚い（１００乃至１０００μｍ）固体金属ワイヤであり、ワイヤ内下位構造は無く、ワイヤを透過する有用な消失性の透過率を得るためには厚すぎる。更に、米国特許第４，２８９，３８１号の２つのグリッドの場合における多数のワイヤ面は、重ねられる配列を有するのではなく、ピッチの半分（ｐ／２）が選択的にオフセットにされる。最後に、米国特許第４，２８９，３８１号におけるワイヤグリッド偏光子設計は、隣接するワイヤグリッドをグリッド間隔（ｌ）及びピッチオフセット（ｐ／２）で配置し、それにより、グリッド間共鳴又はエタロン効果の発生を阻止する。対照的に、本発明のワイヤグリッド偏光子３００は、性能を高めるために層状のワイヤ内下部構造内のエタロン型共鳴効果を特に使用する。
【００３６】
図５ｂに、本発明のワイヤグリッド偏光子３００の第２の実施例を示す。ここでは、各ワイヤプリフォーム３１０は、交互にされる金属層（金属ワイヤ３３０ａ−ｉ）及び誘電層（誘電層３５０ａ−ｉ）を含む１８層からなる周期的に層状にされるワイヤ内下位構造３１５を有する。第１の実施例と同様に、本発明の第２の実施例のワイヤグリッド偏光子３００は、１３０ｎｍのピッチ（ｐ〜λ／５）を有するワイヤプリフォーム３１０を有し、４０％のデューティサイクルを有し、つまり、ワイヤ幅（ｗ）が５２ｎｍである構造としてモデル化される。第２の実施例も同様に、偏光ビームスプリッタとしてモデル化され、角度θ＝４５°で入射する平行ビームを有する。上述されるように、最後の誘電層（３３０ｉ）は、誘電基板３０５に隣接する。しかし、ワイヤプリフォーム３１０は、ＭｇＦ２からなり、それぞれ３９ｎｍの厚さを有する９つの誘電層（誘電層３３０ａ−ｉ）と、アルミニウムからなり、それぞれ１７ｎｍの厚さを有する９つの金属層（金属層３５０ａ−ｉ）とが交互にされるワイヤ内下位構造３１５を有してモデル化される。ワイヤプリフォーム３１０のワイヤ全体の厚さ（ｔ）は、これは、金属ワイヤ３３０ａ−ｉと誘電層５０４ａ−ｉの厚さの和であり、ここでは〜１λである。この装置に対しモデル化される偏光性能は、図７ａ及び図７ｂに示すが、図３ａ及び図３ｂにモデル化された結果が示される基本的なワイヤグリッド偏光子に対し、反射及び透過の両方において改善が見られる。図７ａに示すように、「ｐ」偏光に対する理論上の透過ビームコントラスト２５０は、可視スペクトル全体で１０７−１０８：１で変動する。一方、「ｓ」偏光に対する反射ビームコントラスト２５５は、可視スペクトル全体で〜１００：１で平均化される。この装置は第１の実施例と比べるとかなり複雑となるが、「ｐ」偏光に対する理論上の送信ビームコントラスト２５０は、第１の実施例である装置より〜１００倍、従来技術の装置（図３ａ参照）に対し〜１，０００倍良好である。
【００３７】
本発明のワイヤグリッド偏光子３００の第３の実施例は、第２の実施例と同様に、各ワイヤプリフォーム３１０が、交互にされる金属層（金属ワイヤ３３０ａ−ｉ）及び誘電層（誘電層３５０ａ−ｉ）を含む１８層からなる周期的に層状にされるワイヤ内下位構造３１５を有するが、誘電層及び金属層の厚さが変更される。第３の実施例では、ワイヤプリフォーム３１０は、ＭｇＦ２からなり、それぞれ２８３ｎｍの厚さを有する９つの厚い誘電層（誘電層３５０ａ−ｉ）と、アルミニウムからなり、それぞれ１７ｎｍの厚さを有する９つの金属層（金属層３５０ａ−ｉ）とが交互にされるワイヤ内下位構造３１５を有してモデル化される。ワイヤプリフォーム３１０のワイヤ全体の厚さ（ｔ）は、２７００ｎｍ、即ち、〜５／λである。図７ｃ及び７ｄに示すように、図７ａ及び７ｂと比較すると、第３の実施例の装置は、第２の実施例の装置と比較するとかなり異なる偏光性能を有するが、第３の実施例と第２の実施例の相違点は、誘電層３５０ａ−ｉにおける厚さだけである。図７ｄにおいて明らかであるように、全体のコントラスト比２７５は、青のスペクトルにおいては、〜１５０：１の平均コントラストを有するが、緑及び赤のスペクトルにおける性能は低下している。全体のコントラスト比２７５の曲線も、青の波長帯域において高速に変動するので注目に値する。この変動は、〜５０：１及び〜５００：１のコントラスト間で、ピークと谷間の間をスイングする。厚い誘電層を使用する第３の実施例は、「ｐ」透過光に対し最高の性能を有するだけでなく、「ｓ」反射光に対しても非常に良好な性能（２５０：１又は以上）を有する波長帯域に同調されるワイヤグリッド偏光ビームスプリッタを設計する可能性を示唆する。残念ながら、Gsolverは優秀な解析ソフトウェアプログラムではあるが、コードは偏光コントラストの最適化を容易にするよう書かれていないので、更に改善される性能を有する例示的な結果を入手することができない。しかし、金属層と誘電層の厚さが可変であるこの設計の最適化することにより、非周期的な又は二重に周期的な構造を形成するが、青における性能を更に高め、それにより所望の結果が得られる。
【００３８】
ワイヤグリッド偏光子３００の第３の実施例に対する同様の結果は、厚い誘電層を有するが、１８層以外の全体層を有する同様のワイヤ内下位構造３１５を使用して得ることができる。ワイヤグリッド偏光子の第４の実施例は、ＭｇＦ２からなり、それぞれ５２５ｎｍの厚さを有する４つの層と、アルミニウムからなり、それぞれ４５ｎｍの厚さを有する４つの層とが交互にされる８層を含む構造を有してモデル化される。従って、ワイヤプリフォーム３１０の全体の厚さ（ｔ）は、２．２８μｍ、又は、〜４λである。モデル化される装置は、それ以外は、ワイヤピッチ（ｐ）、ワイヤ幅（ｗ）、及び、入射角に関し、上述した実施例と同一である。この第４の実施例の装置の結果としての偏光性能は、図８ａ及び図８ｂに示すが、青のスペクトルにおいて、第３の実施例の装置の偏光性能（図７ｃ及び図７ｄ）と非常に似ている。興味深いことに、図８ａは、透過及び反射ビームの両方に対し青及び赤のスペクトルでは高いコントラストを有するが、緑のスペクトルに対しては両方のビームに対し低いコントラストを与える構造の可能性を示唆する。
【００３９】
１８層からなるワイヤグリッド偏光子の第２の実施例及び第３の実施例に関し、この２つの実施例の相違点は誘電層の厚さだけ（３９ｎｍ対２８３ｎｍ）であるが、誘電層が中間の厚さを有する同様の装置をモデル化すると別の興味深い結果が得られる。例えば、５６ｎｍの厚さを有する誘電層を有するようモデル化される装置は、可視スペクトル全体に対し最小の〜１００：１の全体コントラスト比を与えるが更に、〜４５０ｎｍ及び〜６１０ｎｍにおいて２つの局所的なピークをもたらし、ここでは、全体の偏光コントラスト比は〜１０００：１又はそれ以上である。
【００４０】
本発明のワイヤグリッド偏光子３００の第５の実施例を図５ｃに示す。ここでは、各ワイヤプリフォーム３１０は、交互にされる金属層（金属ワイヤ３２０、３２２、及び３２４）及び誘電層（誘電層３４０及び３４２）を含む５層からなる周期的に層状にされるワイヤ内下位構造３１５を有する。他の実施例と同様に、ワイヤグリッド偏光子３００の第５の実施例は、１３０ｎｍのピッチ（ｐ〜λ／５）を有するワイヤプリフォーム３１０を有し、４０％のデューティサイクルを有し、つまり、ワイヤ幅（ｗ）が５２ｎｍである構造を有してモデル化される。上述したものと同様に、この装置も偏光ビームスプリッタとしてモデル化され、並行ビームが角度θ＝４５°で入射する。しかし、この装置は、前出の実施例では誘電層であったのに対し、誘電基板３０５には金属層（金属ワイヤ３２４）が隣接して設計される。ワイヤプリフォーム３１０は、２つの薄いＭｇＦ２からなる誘電層（誘電層３４０及び３４２、それぞれ５５ｎｍの厚さを有する）が３つの薄いアルミニウムからなる金属層（金属ワイヤ３２０、３２２、及び、３２４、それぞれ６１ｎｍの厚さを有する）と交互にされるワイヤ内下位構造３１５を有してモデル化される。ワイヤプリフォーム３１０の全体のワイヤ厚さ（ｔ）は、２９３ｎｍであり、即ち、λ／２．λである。この装置に対しモデル化される偏光性能は、図９ａ及び図９ｂに示すが、基本的なワイヤグリッド偏光子（図３ａ及び図３ｂに示す）に対し反射及び透過の両方において改善を示すが、第１の実施例である６層からなる装置と同じようには機能しない。図７ａに示すように、「ｐ」偏光に対する理論上の透過ビームコントラスト２５０は、可視スペクトル全体で１０５−１０６：１で変動する。一方、「ｓ」偏光に対する反射ビームコントラスト２５５は可視スペクトル全体でたった〜４０：１で平均化される。従って、図７ｂに示す全体のコントラスト比２７５も、可視スペクトル全体で〜４０：１で平均化される。更に、青の性能は、第１の実施例の装置と比較すると、その波長帯域に亘ってあまり均一ではない。それにもかかわらず、金属層（金属ワイヤ３２４）が誘電基板３０５に接する第５の実施例の装置は、依然として有用である。
【００４１】
本発明のワイヤグリッド偏光子３００の第６の実施例を図５ｄに示すが、これは、各ワイヤプリフォーム３１０に５層のみを有する第５の実施例の装置の変形であるが、第６の実施例は、非周期的に層状にされるワイヤ内下位構造３１５を有する。従って、ワイヤプリフォーム３１０は、３つの薄いアルミニウム金属層（金属ワイヤ３２０、３２２、及び、３２４、それぞれ６１ｎｍの厚さを有する）が２つの薄いＭｇＦ２誘電層と交互にされるワイヤ内下位構造３１５を有してモデル化される。ただし、誘電層３４０は２７．５ｎｍの厚さを有し、誘電層３４２は８２．５ｎｍの厚さを有する。前述したものと同様に、第３の金属層（３２４）が誘電基板（３０５）と接する。第５の実施例の装置と同様に、この装置の全体のワイヤの厚さ（ｔ）は、２９３ｎｍである。この装置に対しモデル化される性能は、図１０ａ及び図１０ｂに示すが、第５の実施例の性能（図９ａ及び図９ｂ参照）と同様であるが、ただし、全体のコントラストによって評価されるように青のスペクトルにおける性能は平均的に高い。第５の実施例及び第６の実施例の装置も、波長帯域同調ワイヤグリッド偏光子装置の可能性を示唆する。
【００４２】
様々な実施例（１から６まで）に対する「ｓ」偏光反射効率及び「ｐ」偏光透過効率として評価される光効率のグラフは提示しなかったが、これは、それらのデータの変化は最小であったことによる。一般的に、「ｓ」偏光の反射効率は、可視スペクトルに対し均一であり、これは、パーセント効率において８０％後半乃至９０％前半のレベルであった。「ｐ」偏光透過効率は僅かに均一ではなかったが、これは、幾つかの実施例の装置は、スペクトルの低い青の領域において幾らかの減衰を示したことによる。更に、全体としての「ｐ」偏光透過効率は、「ｓ」光線効率よりも低く、これは、幾つかの実施例ではスペクトルの低い青の領域において幾つかの低下を示したことによる。更に「ｐ」偏光透過効率全体も「ｓ」偏光効率より低く、一般的に、パーセント効率において８０％の前半乃至中盤のレベルであった。
【００４３】
各細長いワイヤプリフォーム３１０は、可視光の波長より一般的に大きい長さを有することを理解すべきである。従って、ワイヤプリフォーム３１０は少なくとも約０．７μｍの長さを有する。しかし、多くの実際の装置では、ワイヤプリフォーム３１０は数ミリメートルの長さか、或いは、数センチメートルの長さであり、これは、適用の寸法要件に依存する。本出願における様々な実施例のワイヤグリッド偏光子装置は、グリッドピッチ又は周期（ｐ）と比較してワイヤプリフォーム３１０の幅（ｗ）に対し４０％のデューティサイクルでモデル化されたが、外のデューティサイクルも使用可能であることを理解すべきである。一般的に、４０乃至６０％の範囲内のデューティサイクルが、透過及びコントラスト比に対し最適な全体としての性能を示す。実施例の装置によって示されるように、ワイヤプリフォーム３１０の全体の厚さ（ｔ）は、約半波長から約５波長まで変動することが可能であり、同時に、透過「ｐ」偏光の優れた透過と、「ｓ」偏光の反射を提供することは注目に値する。比較すると、従来技術のワイヤグリッド装置は、「ｓ」偏光を好適に反射することを保証するためには、表皮厚さ（δ）の数倍の金属ワイヤ厚に大きく依存する。更に、本出願における実施例の装置は、細長い金属ワイヤ（例えば３３０の）の厚さを有してもよく、この厚さは、表皮厚さのたった数倍であり（約１−４）、依然として透過「ｐ」偏光の優れた透過と「ｓ」偏光の反射が得られる。例えば、第５の実施例は、６１ｎｍの厚さを有する金属層を使用するが、これは、表皮厚さの約４倍に等しい。最後に、誘電基板１２０の第２の面又は反対側の面は、全体の透過を高めるよう反射防止（ＡＲ）コーティングが施されてもよい。
【００４４】
金属層と誘電層とが交互にされる層状のワイヤ内下位構造３１５を有するワイヤグリッド偏光子３００の設計の様々な実施例は、可能な設計の範囲全体をカバーしていないことを理解するべきである。１つの理由として、偏光コントラストの最適化を可能にしないGsolverソフトウェアによる制限によって、本発明の結果がその可能性よりも制限されることがある。更に、設計において、材料の他の組合せを使用することが可能であり、例えば、アルミニウムを金又は銀によって置き換える、又は、ＭｇＦ２からなる誘電材料をＳｉＯ２又はＴｉＯ２によって置き換えることが可能である。実際の材料選択は、所望の設計性能及び処理制限の両方に依存する。更に、溝３１２は、空気ではなく、光学的に透明な液体、接着剤、又はゲルによって充填されてもよい。尚、全ての実施例の装置では、一番外側の層（誘電基板３０５から一番遠い層）は、ワイヤプリフォーム３１０のワイヤ内下位構造３１５の一部を構成し、金属層として設計されるが、一番外側の層に誘電層を用いてもよい。
【００４５】
尚、もう１つの理由として、実施例の装置では、非周期的な構造を有するのは１つの装置構造のみである。この装置（第６の実施例）は比較的単純ではあるが、かなり複雑な装置も可能であり、これは、設計を最適化する可能性と装置を製造する可能性の両方に依存する。層状にされるワイヤ内下位構造３１５を構成する金属層と誘電層の両方の厚さは、構造に応じて可変である。例えば、チャープ（chirped）構造といった準周期的なワイヤ内下位構造を設計することができる。別の実施例として、一番外側の層の厚さ及び／又は一番内側の層（誘電基板３０５に最も近い層）の厚さを合わせること以外は、ワイヤ内下位構造３１５は周期的に金属層及び誘電層を交互にすることが可能であるが、これは、グリッド以外の領域に対し界面全体の性能を改善する。同様に、誘電基板３０５は、中間層によって被覆されることが可能であり、ワイヤプリフォーム３１０のワイヤ内下位構造の一番内側の層が誘電基板３０５ではなく、中間層に直接接してもよい。装置の最適化は、ワイヤ内下位構造３１５の詳細だけではなく、ワイヤピッチ（ｐ）及びワイヤ幅（ｗ）にも依存する。結果として、層状のワイヤ内下位構造３１５を有するワイヤプリフォーム３１０から構成されるワイヤグリッド偏光子３００を設計する本発明の思想によって、ワイヤグリッド装置が小さなピッチ構造によって与えられ得る性能レベルを達成することを可能にする。
【００４６】
更に、ワイヤグリッド偏光子３００は、装置の表面全体に亘って異なる層状のワイヤ内下位構造３１５を有するワイヤプリフォーム３１０と共に設計され製造されることが可能である。従って、偏光ビームスプリッティング又は偏光解析のための空間的に異なる装置を形成することが可能である。
【００４７】
層状のワイヤ内下位構造３１５を有するワイヤプリフォーム３１０から構成されるワイヤグリッド偏光子３００はかなり複雑な設計を有し得るが、複雑さは必ずしも困難な製造過程であるとは限らない。一般的に、金属層又は誘電層のいずれであってもよい個々の層の製造の許容誤差は、比較的緩やかである。典型的な層の厚さの許容誤差は数ナノメートルであると予期されるが、幾つかの装置では、１０ｎｍ以上の層の許容誤差を有し、一方で幾つかの装置は１ｎｍ以下の許容誤差を有し、これは、設計に左右される。
【００４８】
最後に、層状のワイヤ内下位構造３１５を有するワイヤプリフォーム３１０から構成される改善されるワイヤグリッド偏光子３００の思想は特に、電子投射の適用における可視スペクトルでの動作に関し説明したが、本発明の思想は、他の適用及び他の波長帯域に対しても十分に拡大可能である。例えば、本発明の装置は、近赤外波長（〜１．０−１．５μｍ）で設計且つ製造され、光学通信システムに使用されてもよい。特に、本発明の思想は、「ｐ」透過率が＞１０８：１であり、「ｓ」反射率は＞１０４：１である狭い波長の偏光装置を形成する可能性を有する。同様に、狭波長ノッチ偏光ビームスプリッタが設計可能であり、これは、可視スペクトル又は赤外スペクトルのどちらでも可能であり、「ｐ」及び「ｓ」偏光識別は、同時に最適化され、優れた全体としてのコントラストを有する偏光ビームスプリッタが形成される。更に、第３の実施例の装置は、高い偏光コントラストを有する大きい波長帯域を与えることが可能な構造を有する偏光フィルタ装置を示唆し、これは、最小の偏光コントラスト（図８ａ参照）を与える中間波長帯域を取り囲む。例えば、このような装置は、適当に構成される照明と組み合わされ、品質及び欠陥検査のための製品アセンブリラインにあってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術のワイヤグリッド偏光子を示す斜視図である。
【図２ａ】  可視スペクトル内で動作するよう設計される従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプ
リッタの性能を示すプロットである。
【図２ｂ】  可視スペクトル内で動作するよう設計される従来技術のワイヤグリッド偏光子の性能を
示すプロットである。
【図３ａ】  従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタに対し、可視スペクトル内の波長に対
する透過コントラスト比及び反射コントラスト比を示すプロットである。
【図３ｂ】  従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタに対し、可視スペクトル内の波長に対
する全体のコントラスト比を示すプロットである。
【図４】  従来技術のワイヤグリッド偏光ビームスプリッタにおいて、５００ｎｍの光線対し入射
角に対する全体のコントラスト比を示す等高線プロットである。
【図５ａ】  本発明のワイヤグリッド偏光子の様々な構成のうちの１つを示す断面図である。
【図５ｂ】  本発明のワイヤグリッド偏光子の様々な構成のうちの１つを示す断面図である。
【図５ｃ】  本発明のワイヤグリッド偏光子の様々な構成のうちの１つを示す断面図である。
【図５ｄ】  本発明のワイヤグリッド偏光子の様々な構成のうちの１つを示す断面図である。
【図６ａ】  ６層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する反射偏光コントラスト比及び透過偏光コントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図６ｂ】  ６層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する全体のコントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図７ａ】  １８層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する反射偏光コントラスト比及び透過偏光コントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図７ｂ】  １８層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する全体のコントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図８ａ】  別の１８層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する反射偏光コントラスト比及び透過偏光コントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図８ｂ】  別の１８層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する全体のコントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図９ａ】  ５層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する反射偏光コントラスト比及び透過偏光コントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図９ｂ】  ５層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する全体のコントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図１０ａ】  別の５層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する反射偏光コントラスト比及び透過偏光コントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【図１０ｂ】  別の５層構造を有する本発明のワイヤグリッド偏光子の、波長に対する全体のコントラスト比を示すグラフ式プロットである。
【符号の説明】
１００  ワイヤグリッド偏光子
１１０  導電電極
１２０  誘電基板
１３０  光ビーム
１３２  光源
１４０  反射光ビーム
１５０  透過光ビーム
３００  本発明のワイヤグリッド偏光子
３１０  ワイヤプリフォーム
３２０、３２２、３２４、３３０  金属ワイヤ（金属層）
３４０、３４２、３４４、３５０  誘電ストリップ（誘電層）
３０５  誘電基板
３０７  基板の表面
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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