JP4103243B2

JP4103243B2 - 紫外線の偏光方法

Info

Publication number: JP4103243B2
Application number: JP13659899A
Authority: JP
Inventors: 隆一小松; 保菅原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: JP2000329937A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を四ほう酸リチウム単結晶からなるローションプリズムを用いて偏光させる紫外線の偏光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報および通信の発展に伴い、光アイソレ−タ、スイッチ等の受動部品が必要になり、これら部品を構成する素子として偏光子が必要となる。更に、最近短波長の紫外線領域で使用される偏光子の必要性が注目されて来ており、その特性には、厳しい要求がされている。
現在、紫外線用偏光子として用いられ、また用いようとしている材料としては、高温型ＢaＢ₂Ｏ₄結晶（ＢＢＯ）、ＬiＢ₃Ｏ₅結晶、ＭｇＦ₂結晶がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の材料である高温型ＢaＢ₂Ｏ₄結晶（ＢＢＯ）は、１９０ｎｍから透明で、複屈折率は約０．１２と高いが、しかし、結晶品質が悪く、大きな結晶が育成出来ないし、紫外線の吸収があり結晶温度が上昇し、特性に影響し、更に寿命も短く成る問題があった。ＬiＢ₃Ｏ₅結晶は、１６０ｎｍから透明であるが、複屈折率は約０．０４５と小さい。また育成法が溶液成長なので、大きな結晶が育成できず、複屈折率の小ささを結晶の大きさで保証することが出来ない問題を抱えている。ＭｇＦ₂結晶は、１３０ｎｍから透明であり、現在の紫外線用偏光子の主力である。しかし、複屈折率が０．０１３程度であり、また大きな高品質結晶も育成出来ない。更に、長時間の紫外線の照射により、透過率の低下をもたらすとの問題があった。
【０００４】
四ほう酸リチウム単結晶（Ｌi₂Ｂ₄Ｏ₇単結晶）は、従来ＳＡＷ（弾性表面波）デバイス用の基板材料に用いられており、また可視、赤外線領域での偏光子としての使用が可能とされている（特願平０８−１６５５１６号公報）。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記事情に鑑み、紫外線領域下でも偏光子として使用可能な材料を、鋭意開発すべく研究を進めたところ、上述の高品質の四ほう酸リチウム単結晶が、紫外線用の偏光子としても優れた特性を有し、短波長の紫外線領域でも十分に使用に耐え得る材料であるとの知見を得たのである。
【０００６】
本発明は、上述の知見に基づいて得られたものであって、請求項１に記載の発明は、紫外線を、紫外線ローションプリズムを用いて偏光させる紫外線の偏光方法であって、上記ローションプリズムとして、波長１９３ｎｍ〜２６６ｎｍの範囲内の紫外線を１２．４〜１４．７ｄｅｇの範囲内の分離角を有するように偏光させる四ほう酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の紫外線の偏光方法において、結晶内の格子変動が５×１０^-5以下で、かつエッチピット密度（ＥＰＤ）が１００／ｃｍ²以下であることを特徴とするものである。
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の紫外線の偏光方法において、上記ローションプリズムとしての四ほう酸リチウム単結晶は、チョコラルスキ−法により、四ほう酸リチウム多結晶体を坩堝内に充填して、ヒータで融解した後に、引き上げる際に、融液表面と融液直上１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００℃／ｃｍとし、それより上部の雰囲気の温度勾配を１０℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍｍ／時間〜２ｍｍ／時間として得られることを特徴とするものである。
【０００７】
結晶内の格子変動は、例えばボンド法により測定される。ＥＰＤは、例えばエッチング法により測定される。結晶内の格子変動が５×１０^-5より大きい場合には、屈折率変動が１０^-5より大きくなる傾向にありあまり好ましくない。また、ＥＰＤが１００／ｃｍ²より大きい場合は、上と同様の傾向にありあまり好ましくない。
【０００８】
本発明に係わる偏光子としての四ほう酸リチウム単結晶からなるローションプリズムは、コノスコ−プ像干渉縞の変形のような光学的不均一性が見られない再現性に富む精密なものである。また、本発明に係わるローションプリズムは、消光比も高く、優秀な偏光子である。さらに、本発明に係わる四ほう酸リチウム単結晶を、請求項３に記載の発明のように、チョコラルスキ−法によって製造することにより、結晶欠陥の少ないローションプリズムを容易に量産的に製造することが出来る。
【０００９】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明で用いる偏光子材料である四ほう酸リチウム単結晶を作製する単結晶の引き上げ装置１０である。この引き上げ装置１０は、四ほう酸リチウム材料が融解される白金坩堝１を有している。この白金坩堝１の周囲には、断熱材２、３を介して、坩堝内の四ほう酸リチウムを融解させるためのヒ−タ４（例えば、抵抗加熱ヒ−タ）が設けられている。一方、白金坩堝１の上部には、断熱壁５、６が二重に設けられており、種結晶が取り付けられる引き上げ軸７が、この断熱壁５、６を貫通するようになっている。
【００１０】
このような引き上げ装置１０を用いて、四ほう酸リチウム単結晶を育成する。すなわち、所定モル比の四ほう酸リチウム多結晶体を白金坩堝内に充填し、ヒ−タで融解した後、引き上げ方位<１１０>で単結晶を引き上げる。
このとき、融液表面と融液直上１ｃｍの間の温度勾配を５０〜１５０℃／ｃｍ、それより上部の温度勾配を５〜１０℃／ｃｍとし、単結晶の直胴部を引き上げる際の引き上げ速度を０．３〜１ｍｍ／時間とすることが好ましい。
【００１１】
この様にして引き上げられた四ほう酸リチウム単結晶から成るウェ−ハを切断し、図２に示す形状の偏光子としてのローションプリズムを作製する。入射面と出射面と両側面は、ラッピング、ポリッシングなどの研磨手段で研磨される。
【００１２】
本実施形態に係わるローションプリズムは、コノスコ−プ像干渉縞の変形のような光学的不均一が見られない再現性に富む精密な偏光子である。また、本実施形態に係わるローションプリズムは、屈折率が高く、優秀な偏光子である。なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々に改変することが出来る。
【００１３】
【実施例】
次に、本発明にかかる波長１９３ｎｍ〜２６６ｎｍの範囲内の紫外線を１２．４〜１４．７ｄｅｇの範囲内の分離角を有するように偏光させる四ほう酸リチウム単結晶を用いたローションプリズムについて、詳細な実施例を具体的に説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。図１に示す引き上げ装置１０を用いて、四ほう酸リチウム単結晶を作製した。白金坩堝１としては、直径９０ｍｍ、高さ１００ｍｍのものを用いた。
【００１４】
まず、所定モル比の純度９９．９９％の四ほう酸リチウム多結晶体１３００ｇを白金坩堝内に充填し、ヒ−タで融解した後、引き上げ方位＜１１０＞で直径２インチの単結晶を引き上げた。
この時、融液表面と融液直上１０ｍｍの間の温度勾配を８０℃／ｃｍ、それより上部の温度勾配を８℃／ｃｍとし、単結晶の直胴部を引き上げる際の補記上げ速度を０．５ｍｍ／時間とした。
【００１５】
この単結晶の結晶内の格子変動をボンド法により調べたところ、１×１０^-6であった。また、エッチピット密度（ＥＰＤ）をエッチング法により調べたところ、１０／ｃｍ²程度であった。
この単結晶を図２に示す形状に切断して偏光子としてのロ−ションプリズムを得た。プリズムの光入射面は、四ほう酸リチウム単結晶の（０１０）面に対して、０の角度で傾いており、プリズムの光出射面は、入射面に垂直な底面に対して、θ=７０±０．３°傾いていた。入射面と出射面と両側面は、ラッピングにより光学研磨した。
【００１６】
作製したロ−ションプリズムの分離角を測定した（測定方法は図３を参照）。結果を表１に示した。
表１からわかるように、このローションプリズムは、波長１９３ｎｍ〜２６６ｎｍの範囲内の紫外線を１２．４〜１４．７ｄｅｇの範囲内の分離角を有するよう偏光させる特性を有することが確認された。
【００１７】
［比較例］
図２に示すロ−ションプリズムとして、ＭｇＦ₂を用いた以外は、前記実施例と同様にして、分離角を求め、これらの結果を同様に表１に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
また、上記実施例のロ−ションプリズムを用いて、常光および異常光の消光比を求め（測定方法は図４を参照のこと）、これらの結果を表２に示した。その値はすべて３５ｄＢ以上であり、十分にプリズムとして用いられることが判った。
【００２０】
【表２】

表２に示すように、本発明に用いた四ほう酸リチウム単結晶が、紫外線偏光子として優れた特性を持っていることが確認された。また、直線偏光を四ほう酸リチウム単結晶に通した時の出力光の形の観察から、旋光能がないかどうかを調べたところ、旋光能はないことが確認された。
【００２１】
さらに、本実施例に使用されたプリズムは、四ほう酸リチウム単結晶から成るので、化学的に安定であると共に、結晶欠陥が少ない。なお、結晶欠陥の測定は、前述したように、格子変動とＥＰＤとを測定することにより行った。
【００２２】
【発明の効果】
以上、説明してきた様に、本発明によれば、紫外線を偏光させることができる複屈折率が大きく、旋光能がなく、結晶欠陥が少なく、化学的に安定した優れた特性のローションプリズムができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に使用される四ほう酸リチウム単結晶の製造装置の一例を示す概略断面図。
【図２】本発明の実施形態に使用されるプリズムの正面図および側面図。
【図３】本発明の実施形態における分離角測定方法の概略図。
【図４】本発明の実施形態における消光比測定方法の概略図。
【符号の説明】
７単結晶引き上げ装置
１０引き上げ軸

Claims

紫外線を、ローションプリズムを用いて偏光させる紫外線の偏光方法であって、
上記ローションプリズムとして、波長１９３ｎｍ〜２６６ｎｍの範囲内の紫外線を１２．４〜１４．７ｄｅｇの範囲内の分離角を有するように偏光させる四ほう酸リチウム単結晶を用いたことを特徴とする紫外線の偏光方法。
結晶内の格子変動が５×１０^-5以下で、かつエッチピット密度（ＥＰＤ）が１００／ｃｍ²以下であることを特徴とする請求項１に記載の紫外線の偏光方法。
上記ローションプリズムとしての四ほう酸リチウム単結晶は、チョコラルスキ−法により、四ほう酸リチウム多結晶体を坩堝内に充填して、ヒータで融解した後に、引き上げる際に、融液表面と融液直上１ｃｍの間の雰囲気の温度勾配を３０℃／ｃｍ〜２００℃／ｃｍとし、それより上部の雰囲気の温度勾配を１０℃／ｃｍ〜５０℃／ｃｍとし、引き上げ速度を０．１ｍｍ／時間〜２ｍｍ／時間として得られることを特徴する請求項１または２に記載の紫外線の偏光方法。