Coherent、メタオプティクス技術により、赤外偏光板のブレークスルー達成

February, 20, 2024, Saxonburg--Coherentは、赤外線光学における数十年の経験と、メタ光学およびナノパターニングにおける最新の進歩を活用して、これまでにない性能と信頼性を実現する革新的な赤外線偏光板ファミリーを開発した。
これにより、量子カスケードレーザに基づく大気リモートセンシング(QCL)、赤外線マシンビジョンシステム、前方赤外線(FLIR)イメージャ、さらには天文学など、様々な中波長赤外線(MWIR)および長波長赤外線(LWIR)アプリケーションでの成果が向上する。

IR偏光板の課題
偏光板は、あらゆる種類の光学系、特にレーザで広く使用されている部品。偏光板の製造には、いくつかの異なる技術が使用されている。これらは、可視光と近赤外光で非常にうまく機能する。

とは言え、MWIR(3µm～5µm)やLWIR (7µm～14µm)のスペクトル範囲など、より長い波長の偏光板を製造することは、長い間課題となっていた。これは、薄膜(コーティング)技術に基づく偏光子に特に当てはまる。理由は、赤外線透過性材料の光学特性とコストにより、短波長の偏光子と同レベルの性能と信頼性を備えた偏光子を経済的に構築することが容易ではないからである。これらの問題は、最も一般的に使用されるビームスプリッタ基板材料であるシリコンが6µm以上では透過しないため、LWIRデバイスでより顕著になる。

薄膜デバイスの制限を回避するために、従来のソリューションは「ワイヤグリッド」偏光板(WGP)だった。WGPは、平らな透過性基板上の一連の平行な導電性構造(金属線など)で構成されている。ワイヤ間の間隔は光の波長よりも小さく、各ワイヤの幅は隣接するワイヤ間の間隔よりもはるかに小さくする必要がある。

ワイヤの長手方向に偏光された入射光は、電子をワイヤの長さに沿って自由に移動するように誘導する。これにより、ワイヤアレイは従来の金属コーティングされた鏡のように機能し、光が反射される。

入射光がワイヤに対して垂直に偏光している場合、導体の幅が狭いため、電子はあまり遠くまで移動できない。その結果、電流はほとんど、あるいは全く発生しない。したがって、反射が妨げられ、ほとんどの光が通過する。

ワイヤコヒーレント偏光板は優れているか
しかし、WGPsには独自の問題がある。大きな問題は、通常、線材としてアルミニウムが使用されていることである。しかし、アルミニウムは特に高温にさらされると酸化し、偏光子の性能が低下する。ワイヤに保護層を敷いても、この酸化を防ぐことはできない。また、このアプリケーションにはあまり一般的に使用されていない銅と銀の両方が、同じ欠点に悩まされている。

Coherentは、これらのレガシーデバイスの欠点を克服するために、多くの技術的進歩を適用してきた。まず、ワイヤに酸化しない別の不活性金属を使用するように切り替えた。これにより、特に高温多湿にさらされた場合に、デバイスの寿命と信頼性が延びる。

次に、メタ光学面の製造における数十年の経験を応用して、より良いワイヤ構造を作り出した。Coherentの高度なフォトリソグラフィ法により、ワイヤの形態をより正確に制御し、WGPの全体的な光学性能を向上させることができる。具体的には、偏光子の消光比(光学部品が所望の偏光をどれだけうまく通過し、望ましくない偏光を除去するかを示す尺度)を上げることが含まれる。また、同社の技術により、特定の波長または波長範囲に対して性能を高度に最適化することもできる。また、大量生産におけるユニット間の一貫性を高める。

材料と薄膜反射防止コーティングにおけるCoherentの能力も、特にLWIR偏光板で発揮される。このスペクトル範囲では、基板材料としてシリコンではなくZnSを使用する。他社もZnSを使用しているが、この材料をCoherentのナノリソグラフィ技術と組み合わせることで、優れた結果を得ることができる。

Coherentはすでに、この新世代の高性能で信頼性の高いWGPsを使用して、QCLメーカー向けに製造するファラデーアイソレータを改良している。