DE102018109772A1

DE102018109772A1 - Transmissionsgitter, Laservorrichtung, die es verwendet, und Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters

Info

Publication number: DE102018109772A1
Application number: DE102018109772.7A
Authority: DE
Inventors: Yukitoshi Marutani
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2018-04-24
Publication date: 2018-10-25
Also published as: JP2018185403A; US20180306952A1; JP6885184B2; JP7125640B2; US11002893B2; JP2021131566A; US20210239888A1

Abstract

Ein Transmissionsgitter umfasst: erste lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n; und zweite lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n, der kleiner ist als n. Lichtreflexionsgrenzflächen, auf die Licht, das durch die ersten lichtdurchlässigen Bereiche durchgelassen wird, einfällt, sind zueinander parallel und sind derart geneigt, dass eine zu jeder der Lichtreflexionsgrenzflächen normale Linie in einem Neigungswinkel θ in Bezug auf die flache Lichteinfallsoberfläche und die flache Lichtemissionsoberfläche liegt, wobei 0° < θ < 90°. Wenn eine Dicke der ersten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den Lichtreflexionsoberflächen tist und eine Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den Lichtreflexionsoberflächen tist, liegt die Dicke tin einem Bereich von 0,1/π(n-n)bis t.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-086432 , eingereicht am 25. April 2017, deren Inhalte hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Transmissionsgitter und eine Laservorrichtung unter Verwendung desselben und ein Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters.
Eine Wellenlängenstrahlkombinationstechnik (WBC-Technik), um die Helligkeit einer Halbleiterlaservorrichtung zu erhöhen, ist bekannt. Bei dieser Technik wird Laserlicht (Strahlen), das von mehreren Halbleiterlaserelementen emittiert wird, durch ein optisches Element (Kollimationslinse) zu im Wesentlichen parallelem Licht kollimiert und auf ein Wellenlängendispersionselement (Reflexionsgitter) einfallen lassen, so dass die Strahlen durch Wellenlängendispersionseigenschaften des Beugungsgitters überlappt werden (beispielsweise in „Laser Beam Combining for High-Power High-Radiance Sources" T. Y. Fan, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Band 11, Nr. 3, Mai/Juni 2005, S. 567-577 beschrieben).
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Transmissionsgitter erfährt einen Reflexionsverlust an einer Oberfläche ohne Gittermuster, wenn gebeugtes Licht durch dieses durchgelassen wird. Das vorstehend beschriebene Reflexionsgitter erfährt jedoch im Wesentlichen keinen Reflexionsverlust, der in einem Transmissionsgitter auftritt, und daher wird gesagt, dass es eine höhere Beugungseffizienz im Vergleich zu jener des Transmissionsgitters bereitstellt.
In einer WBC-Laserlichtquellenvorrichtung müssen, wenn ein Reflexionsgitter als Wellenlängendispersionselement verwendet wird, ein erstes optisches Element, das vorgesehen ist, um einen einfallenden Strahl, der von einer Lichtquelle emittiert wird und auf das Wellenlängendispersionselement einfällt, durchzulassen, und ein zweites optisches Element, das vorgesehen ist, um einen Emissionsstrahl vom Wellenlängendispersionselement durchzulassen, auf derselben Seite von der Wellenlängendispersionselementseite gesehen angeordnet sein. Das Erhöhen der Anzahl von Laserelementen in der Laserlichtquellenvorrichtung, um eine höhere optische Ausgabe zu erreichen, würde eine Erhöhung der Größe des ersten optischen Elements erfordern, um die einfallenden Strahlen zum Wellenlängendispersionselement durchzulassen. Wenn die Größe des ersten optischen Elements erhöht wird, wären der Raum, der für das erste optische Element erforderlich ist, und der Raum, der für das zweite optische Element erforderlich ist, in einer solchen WBC-Laserlichtquellenvorrichtung schwierig voneinander zu trennen. Dies erlegt der Anzahl der Laserelemente, die in eine einzelne Laserlichtquellenvorrichtung eingebaut werden können, eine Begrenzung auf, was wiederum die Erhöhung der optischen Ausgabe begrenzt. In einigen Fällen wird überdies ein Metallfilm auf der Oberfläche des Reflexionsgitters angeordnet, um das Reflexionsvermögen des Reflexionsgitters zu verbessern. Die Absorption von Licht durch den Metallfilm kann jedoch nicht vollständig beseitigt werden, was zu einer Erhöhung der Wärmeerzeugung des Reflexionsgitters aufgrund der Absorption von Licht mit hoher Ausgangsleistung beitragen kann. Eine solche Wärmeerzeugung würde die Zuverlässigkeit des Beugungsgitters verringern. Um eine solche Wärmeerzeugung zu verringern, ist eine Verbesserung nicht nur am Beugungsgitter, sondern auch an der ganzen Laserlichtquellenvorrichtung, in die das Reflexionsgitter eingebaut ist, erforderlich. Mit anderen Worten, eine solche Wärmeerzeugung würde zu einer Verschlechterung der Leistung und Zuverlässigkeit der WBC-Laserlichtquellenvorrichtung führen. Während ein Transmissionsgitter aus einem transparenten Material besteht und solche Verschlechterungen, die durch Wärmeerzeugung verursacht werden, vermieden werden können, ist dennoch der optische Verlust aufgrund einer Spiegeloberflächenreflexion in einem Transmissionsgitter größer als in einem Reflexionsgitter. Mit anderen Worten, ein Transmissionsgitter weist eine geringere Beugungseffizienz auf.
Da ein einzelnes Beugungsgitter, entweder ein herkömmliches Transmissionsgitter oder ein herkömmliches Reflexionsgitter, ferner erfordert, dass mikroskopische Strahlen in der Oberfläche ausgebildet werden, war ferner die Herstellung von großen Mengen von Beugungsgittern mit niedrigen Herstellungskosten schwierig.
Folglich besteht eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darin, ein Transmissionsgitter mit hoher Beugungseffizienz, das mit niedrigen Kosten massenproduziert werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben zu schaffen.
Ein Transmissionsgitter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine flache Lichteinfallsoberfläche und eine flache Lichtemissionsoberfläche auf und umfasst mehrere erste lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n₁ und mehrere zweite lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n₂, der kleiner ist als n₁. Die ersten lichtdurchlässigen Bereiche und die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche sind abwechselnd in einer Beugungsgitterperiode von d angeordnet, wobei benachbarte Bereiche eine Grenzfläche dazwischen aufweisen.
Unter mehreren Grenzflächen zwischen den ersten lichtdurchlässigen Bereichen und den zweiten lichtdurchlässigen Bereichen sind Lichtreflexionsgrenzflächen, an denen Licht, das durch die ersten lichtdurchlässigen Bereiche durchgelassen wird, einfallen lassen wird, parallel zueinander und auch derart geneigt, dass eine Linie, die zu jeder der Lichtreflexionsgrenzflächen normal ist, in einem Neigungswinkel θ (0 ° < θ < 90°) in Bezug auf die flache Lichteinfallsoberfläche und die flache Lichtemissionsoberfläche liegt.
Wenn eine Dicke der ersten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den Lichtreflexionsoberflächen t₁ ist und eine Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den Lichtreflexionsoberflächen t₂ ist, liegt die Dicke t₂ in einem Bereich von 0,1/π(n₁ ²-n₂ ²)^1/2 bis t₁.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: Vorsehen von zwei Glasplatten mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, die entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei die erste Hauptoberfläche mehrere längliche umgekehrt trapezförmige Nuten mit umgekehrt trapezförmiger Gestalt in einem vertikalen Querschnitt, die jeweils durch eine erste Wand, eine zweite Wand und eine Bodenoberfläche definiert sind, mit einer oberen Öffnungsbreite a, einer Bodenbreite b und einer Tiefe h definiert. Die ersten Wände der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten sind zueinander parallel und die zweiten Wände der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten sind zueinander parallel und die länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten sind in einem gleichmäßigen Intervall von (a + b - d1) ausgebildet, was folglich mehrere längliche trapezförmige Vorsprünge mit jeweils einem trapezförmigen Querschnitt mit einer ersten Wand und einer zweiten Wand zwischen benachbarten länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten schafft; Eingriff der länglichen trapezförmigen Vorsprünge von einer der zwei Glasplatten mit den länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten der anderen der zwei Glasplatten, um die zwei Glasplatten aneinander zu fügen; und enges Anfügen der Wände von einer Seite der länglichen trapezförmigen Vorsprünge an die Wände von einer Seite der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten, wobei die oberen Oberflächen der länglichen trapezförmigen Vorsprünge eng an die Bodenoberflächen der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten angefügt werden, und Verbinden miteinander.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: Stapeln von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke mit einem vorbestimmten Raum zwischen jeweils zwei benachbarten dünnen Glasplatten, um eine mehrlagige Glasstruktur zu erhalten, in der jeweils zwei benachbarte dünne Glasplatten über den Raum einander zugewandt sind; Verschmelzen eines Glases an jeder seitlichen Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur, um die Räume in der mehrlagigen Glasstruktur einzuschließen; Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur mit den abgedichteten Räumen durch eine Glasstützstruktur an einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und zwei seitlichen Oberflächen, die in Bezug auf eine Mittelachse zueinander entgegengesetzt sind, die zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur parallel ist; Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um sie gemeinsam zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zur Mittelachse; und Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zu einer ersten Ebene mit der Mittelachse senkrecht ist, und einer Stapelrichtung der dünnen Glasplatten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: Vorsehen von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche, einer zweiten Hauptoberfläche entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche, einer ersten seitlichen Oberfläche, einer zweiten seitlichen Oberfläche, einer dritten seitlichen Oberfläche und einer vierten seitlichen Oberfläche; wobei die erste Hauptoberfläche von jeder der dünnen Glasplatten mehrere Nuten mit einer vorbestimmten Öffnungsbreite definiert, die sich jeweils von der Seite der ersten seitlichen Oberfläche zur Seite der dritten seitlichen Oberfläche erstrecken, wobei die erste seitliche Oberfläche und die dritte seitliche Oberfläche zueinander entgegengesetzt angeordnet sind; Stapeln der mehreren dünnen Glasplatten, so dass Öffnungen der Nuten an den seitlichen Endflächen in einer vorbestimmten Ausrichtungsrichtung angeordnet sind, um eine mehrlagige Glasstruktur zusammenzufügen; Verschmelzen eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die erste seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die zweite seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die dritte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, und eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die vierte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, um benachbarte dünne Glasplatten zu verbinden und auch die Öffnungsenden der Nuten abzudichten; Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur, die die abgedichteten Nuten enthält, durch eine Glasstützstruktur an der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche, der Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält, und der Endoberfläche, die die vierten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält und entgegengesetzt zur Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen enthält, in Bezug auf die Mittelachse angeordnet ist; Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um sie gemeinsam zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zur Mittelachse; Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer ersten Ebene, die zur Mittelachse senkrecht ist; und weiteres Schneiden der mehrlagigen Glasstruktur und der gezogenen Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zur vorbestimmten Ausrichtungsrichtung der Nuten parallel ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Transmissionsgitter mit hoher Beugungseffizienz, das mit niedrigen Kosten massenproduziert werden kann, geschaffen werden. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters mit hoher Beugungseffizienz, das mit niedrigen Kosten massenproduziert werden kann, geschaffen werden. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Laservorrichtung, die das Transmissionsgitter mit hoher Beugungseffizienz gemäß bestimmten Ausführungsformen, das mit niedrigen Kosten masseproduziert werden kann, umfasst, geschaffen werden.
Figurenliste

1A ist ein schematisches Diagramm, das eine perspektivische Ansicht eines Transmissionsgitters gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
1B ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht eines ersten lichtdurchlässigen Bereichs des in 1A gezeigten Transmissionsgitters darstellt.
1C ist ein schematisches Diagramm, das eine Seitenansicht eines zweiten lichtdurchlässigen Bereichs des in 1A gezeigten Transmissionsgitters darstellt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Querschnitt des in 1 gezeigten Transmissionsgitters darstellt.
3 zeigt das Transmissionsgitter gemäß der ersten Ausführungsform, die durchgelassenes gebeugtes Licht erster Ordnung mit einem Beugungswinkel von null darstellt.
4 ist ein Diagramm, das eine minimale Dicke des in 3 gezeigten Transmissionsgitters darstellt.
5 ist ein Diagramm, das eine maximale Dicke des in 3 gezeigten Transmissionsgitters darstellt.
6 ist ein schematisches Diagramm einer Laserlichtquellenvorrichtung unter Verwendung des Transmissionsgitters der ersten Ausführungsform.
7 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts eines Transmissionsgitters gemäß einem Variationsbeispiel 1 der ersten Ausführungsform.
8 ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts eines Transmissionsgitters gemäß einem Variationsbeispiel 2 der ersten Ausführungsform.
9A ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts eines Abschnitts eines Transmissionsgitters gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9B ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts eines Teils des Transmissionsgitters gemäß der zweiten Ausführungsform.
10A ist ein schematisches Diagramm, das reflektiertes und gebeugtes Licht nullter Ordnung im Transmissionsgitter des Variationsbeispiels 1 der ersten Ausführungsform darstellt.
10B ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts, das eine Konfiguration darstellt, um die Intensität von reflektiertem und gebeugtem Licht erster Ordnung im Transmissionsgitter des Variationsbeispiels 1 der ersten Ausführungsform zu erhöhen.
10C ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts, das eine Konfiguration darstellt, um die Intensität von reflektiertem und gebeugtem Licht zweiter Ordnung im Transmissionsgitter des Variationsbeispiels 1 der ersten Ausführungsform zu erhöhen.
11A ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts einer Glasplatte, die mit länglichen trapezförmigen Vorsprüngen in einem Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
11B ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts, das zwei Glasplatten darstellt, die jeweils mit länglichen trapezförmigen Vorsprüngen ausgebildet sind, die miteinander in Eingriff gebracht werden, im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der dritten Ausführungsform.
11C ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts, das zwei Glasplattten darstellt, die jeweils mit länglichen trapezförmigen Vorsprüngen ausgebildet sind und miteinander in Eingriff gebracht werden und verschmolzen werden im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der dritten Ausführungsform.
11D ist ein schematisches Diagramm eines Querschnitts, das die Beugung von Lichtstrahlen im Transmissionsgitter gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
12A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die Abstandhalterpartikel darstellt, die auf einer dünnen Glasplatte im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verteilt werden.
12B ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine andere dünne Glasplatte darstellt, die auf den Abstandhalterpartikeln angeordnet ist, die auf einer dünnen Glasplatte im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß einer vierten Ausführungsform verteilt werden.
12C ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine mehrlagige Glasstruktur darstellt, die durch Stapeln einer vorbestimmten Anzahl von dünnen Glasplatten aufeinander im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform zusammengefügt werden.
12D ist eine schematische perspektivische Ansicht, die die Abdichtung der mehrlagigen Glasstruktur in einem Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
12E ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 12D.
12F ist eine schematische Querschnittsansicht entlang B-B von 12D.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Abstützung der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur durch die Glasstützstruktur im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur, die durch die Glasstützstruktur abgestützt wird, vor dem Ziehen im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur, die durch die Glasstützstruktur abgestützt wird, nach dem Ziehen im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
16A ist eine schematische Querschnittsansicht, die den Ort, um die mehrlagige Glasstruktur und die Glasstützstruktur nach dem Ziehen zu schneiden, im Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform darstellt.
16B ist ein Diagramm, das schematisch eine Schnittoberfläche, die durch Schneiden der mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur erhalten wird, im Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
17A ist eine schematische perspektivische Ansicht einer dünnen Glasplatte, die eine Anordnung von periodischen Nuten definiert, im Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer fünften Ausführungsform.
17B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Stapels von mehreren dünnen Glasplatten, die jeweils mehrere Nuten definieren, im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform.
17C ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine dünne Glasplatte ohne Nuten darstellt, die auf einem Stapel von mehreren dünnen Glasplatten angeordnet ist, die jeweils mehrere Nuten definieren, im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform.
17D ist eine schematische perspektivische Ansicht, die den Stapel der mehreren dünnen Glasplatten, die miteinander verschmolzen werden, im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform darstellt.
17E ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 17D.
18 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die mehrlagige Glasstruktur, die durch die Glasstützstruktur abgestützt wird, im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform darstellt.
19A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Schnittoberfläche, die durch Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Stützstruktur erhalten wird, in einer Richtung parallel zu einer zur Ziehrichtung senkrechten Ebene darstellt.
19B ist eine schematische Querschnittsansicht, die das Schneiden des geschnittenen Produkts der mehrlagigen Glasstruktur und der Stützstruktur, die in 19A gezeigt ist, entlang einer zur Ziehrichtung parallelen Ebene darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bestimmte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die nachstehend beschriebene Lichtemissionsvorrichtung zum Implementieren der technischen Konzepte der vorliegenden Erfindung bestimmt ist und die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen begrenzt ist, wenn nicht anders angegeben. Beschreibungen einer Ausführungsform und/oder eines Beispiels können auch auf andere Ausführungsformen und/oder andere Beispiele angewendet werden. In der nachstehenden Beschreibung beziehen sich dieselben Bezeichnungen oder dieselben Bezugszeichen auf dieselben oder ähnliche Elemente und auf doppelte Beschreibungen wird geeigneterweise verzichtet. Die Größe, Positionsbeziehung und dergleichen in den Zeichnungen können der Deutlichkeit halber übertrieben sein.
ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Transmissionsgitter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Das Transmissionsgitter gemäß der ersten Ausführungsform ist von einem Volumenphasenbeugungsgitter. Wie in 1A-1C gezeigt, umfasst das Transmissionsgitter gemäß der ersten Ausführungsform mehrere erste lichtdurchlässige Bereiche 10 mit jeweils einem Brechungsindex von n₁ und mehrere zweite lichtdurchlässige Bereiche 20 mit jeweils einem Brechungsindex von n₂, der kleiner ist als der erste Brechungsindex n₁, die abwechselnd zwischen einer flachen Lichteinfallsoberfläche 30 und einer flachen Lichtemissionsoberfläche 40 angeordnet sind. Jeder der ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 ist ein erstes rechteckiges Parallelepipedelement oder ein Bereich mit zwei kongruenten Parallelogrammbasen: einer ersten Basis 15 und einer zweiten Basis 16, und vier rechteckigen seitlichen Oberflächen: einer ersten, zweiten, dritten und vierten seitlichen Oberfläche 11, 12, 13 und 14 zwischen der ersten Basis 15 und der zweiten Basis 16. Die erste seitliche Oberfläche ist auf einer Lichteinfallsseite angeordnet, die zweite seitliche Oberfläche ist auf einer Lichtemissionsseite angeordnet, die dritte seitliche Oberfläche ist an einer ersten Lichtreflexionsgrenzfläche angeordnet und die vierte seitliche Oberfläche ist an einer zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche angeordnet, die nachstehend zu beschreiben sind. Jeder der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 ist ein zweites rechteckiges Parallelepipedelement oder ein Bereich mit zwei kongruenten Parallelogrammbasen: einer ersten Basis 25 und einer zweiten Basis 26, und vier rechteckigen seitlichen Oberflächen: einer ersten, zweiten, dritten und vierten seitlichen Oberfläche 21, 22, 23 und 24 zwischen der ersten Basis 25 und der zweiten Basis 26. Die einen entgegengesetzten Winkel der ersten Basis 15 und der ersten Basis 25 sind 90°-θ und die anderen entgegengesetzten Winkel der ersten Basis 15 und der ersten Basis 25 sind 90°+θ. Die Länge eines Paars von entgegengesetzten Seiten der ersten Basis 15 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 ist gleich der Länge von einem Paar von entgegengesetzten Seiten der ersten Basis 25 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20. Mit anderen Worten, die dritten und vierten seitlichen Oberflächen 13, 14 von jedem der ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 und die dritten und vierten seitlichen Oberflächen 23, 24 von jedem der zweiten lichtdurchlässige Bereiche 20 sind alle kongruent. In der vorstehend beschriebenen Konfiguration sind die ersten und zweiten seitlichen Oberflächen 11, 12 der ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 und die ersten und zweiten seitlichen Oberflächen 21, 22 der zweiten lichtdurchlässige Bereiche 20 derart, dass zumindest die langen Seiten der ersten und zweiten seitlichen Oberflächen 11, 12 und die langen Seiten der ersten und zweiten seitlichen Oberflächen 21, 22 eine gleiche Länge aufweisen und jede der benachbarten ersten seitlichen Oberfläche 11 und der ersten seitlichen Oberfläche 21 sich eine einzelne lange Seite teilen, und jede der benachbarten zweiten seitlichen Oberfläche 12 und der zweiten seitlichen Oberfläche 22 sich eine einzelne lange Seite teilen.
Mehrere der ersten rechteckigen Parallelepipede (der ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10) und mehrere der zweiten rechteckigen Parallelepipede (der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20), wie vorstehend beschrieben, sind abwechselnd angeordnet, um das Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform zu bilden. Zu dieser Zeit (i) sind die ersten seitlichen Oberflächen 11 und die ersten seitlichen Oberflächen 21 in einer gleichen Ebene angeordnet und die seitliche Oberfläche 12 und die seitliche Oberfläche 22 sind in einer gleichen Ebene angeordnet und (ii) jede von zwei benachbarten seitlichen Oberflächen der dritten seitlichen Oberfläche 13 und der vierten seitlichen Oberfläche 24 stehen auch miteinander in Kontakt und jede von zwei benachbarten seitlichen Oberflächen der vierten seitlichen Oberfläche 14 und der dritten seitlichen Oberfläche 23 stehen miteinander in Kontakt. Im Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform bilden die ersten seitlichen Oberflächen 11 und die ersten seitlichen Oberflächen 21, die in einer gleichen Ebene angeordnet sind, eine flache Lichteinfallsoberfläche 30 und die zweiten seitlichen Oberflächen 12 und die zweiten seitlichen Oberflächen 22, die in einer gleichen Ebene angeordnet sind, bilden eine flache Lichtemissionsoberfläche 40.
Das Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform mit einer vorstehend beschriebenen Konfiguration weist mehrere Oberflächen auf, wobei zwei benachbarte seitliche Oberflächen der vierten seitlichen Oberfläche 14 und der dritten seitlichen Oberfläche 23 miteinander in Kontakt stehen (was Grenzflächen zwischen den ersten lichtdurchlässigen Bereichen 10 und den zweiten lichtdurchlässigen Bereichen 20 erzeugt), die jeweils eine erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 bilden, wo Licht, das durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich durchgelassen wird, einfällt und reflektiert wird. Eine zur ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 normale Linie ist in einem Neigungswinkel θ (0° < θ < 90°) zur flachen Lichteinfallsoberfläche 30 und zur flachen Lichtemissionsoberfläche 40 geneigt. Ein normaler Vektor, der von der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 in Richtung der Seite des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 zeigt, ist zur flachen Lichtemissionsoberfläche gerichtet. Der Neigungswinkel θ in einem Bereich von größer als 0° und gleich oder kleiner als 45 ° ist für ein Transmissionsgitter geeignet. Die mehreren ersten Lichtreflexionsgrenzflächen 27 sind zueinander parallel. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Lichtreflexionsgrenzflächen 27 an der flachen Lichteinfallsoberfläche oder der flachen Lichtemissionsoberfläche ist die Beugungsgitterperiode d des Transmissionsgitters der ersten Ausführungsform. Das heißt, wie in 2 gezeigt, ist die Beugungsgitterperiode d eine Summe von Breiten von zwei benachbarten seitlichen Oberflächen 11 und 21.
Wenn eine Dicke der ersten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den ersten Lichtreflexionsgrenzflächen 27 t₁ ist und eine Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche in einer Richtung senkrecht zu den Lichtreflexionsoberflächen t₂ ist, liegt die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 vorzugsweise in einem Bereich von 0,1/π(n₁ ²-n₂ ²)^1/2 bis t₁. Die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Bereichs ist als Produkt der Breite der ersten seitlichen Oberfläche 11 und des Cosinus des Neigungswinkels θ (cosθ) definiert. Die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 ist als Produkt der Breite der ersten seitlichen Oberfläche 21 und des Cosinus des Neigungswinkels θ (cosθ) bestimmt.
Das Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
In der nachstehenden Beschreibung ist der Abstand zwischen der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 und der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 als Beugungsgitterbereichsdicke t angegeben. Die mehreren ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 bestehen aus einem ersten transparenten Material mit einem Brechungsindex n₁. Die mehreren zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 können aus einem zweiten Material mit einem Brechungsindex n₂ (1 ≤ n₂ < n₁) bestehen oder können alternativ durch eine Flüssigkeit, ein Vakuum, dessen Brechungsindex 1 ist, oder ein Gas, das einen Brechungsindex von ungefähr 1 aufweist, gebildet sein. Der Brechungsindex n₁ kann in der nachstehenden Beschreibung als „hoher Brechungsindex n₁“ bezeichnet werden und der Brechungsindex n₂ kann als „niedriger Brechungsindex n₂“ bezeichnet werden. Wenn ein Material einen Brechungsindex n, eine Dicke T und einen optischen Absorptionskoeffizienten α aufweist, kann das Durchlassvermögen für Licht von einem Vakuum, das senkrecht auf zwei parallele Platten einfällt, die aus dem Material bestehen, als (1-R)²e^-αT ausgedrückt werden, wobei e die Basis des natürlichen Logarithmus ist, R ein Reflexionsvermögen des Lichts ist, das senkrecht auf ein Material mit einem Brechungsindex von n im Vakuum einfällt. In der vorliegenden Patentbeschreibung bezieht sich der Begriff „(ein) transparentes Material“ darauf, dass das Material ein internes Durchlassvermögen e^-αT von 0,9 oder größer, bevorzugter 0,99 oder größer aufweist. Der optische Absorptionskoeffizient α des Materials ist beispielsweise vorzugsweise 0,01 cm^-1 oder weniger, bevorzugter 0,001 cm^-1 oder weniger. Ferner kann vorzugsweise angenommen werden, dass die imaginäre Komponente des Brechungsindex n_j (j ist null oder eine positive ganze Zahl; j = 1, 2, ...) des Materials null ist und das Material im Wesentlichen keine Absorption von Licht aufweist (d. h. die Absorption von Licht im Material mit einer Dicke t kann vernachlässigbar sein). Wenn die Absorption von Licht durch das Material vernachlässigbar ist, kann die Wärmeerzeugung im Material aufgrund von Absorption von Licht vernachlässigbar sein, selbst wenn die optische Dichte erhöht ist. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Beugungsgitters, das das Material verwendet, und der Lichtquellenvorrichtung, die das Beugungsgitter verwendet, verbessert werden.
Das erste transparente Material und das zweite transparente Material sind vorzugsweise anorganische Materialien. Da anorganische Materialien im Allgemeinen bessere Lichtbeständigkeitseigenschaften aufweisen als organische Materialien. Ein optisches Glas wie z. B. ein synthetisches Quarzglas, ein Borsilikatkronglas, das als BK7 bekannt ist, kann beispielsweise für das erste transparente Material verwendet werden. Für das zweite transparente Material kann beispielsweise ein optisches Glas wie z. B. ein synthetisches Quarzglas, ein Borsilikatkronglas, das als BK7 bekannt ist, verwendet werden, oder alternativ kann Vakuum, Luft, Stickstoffgas, ein Edelgas oder dergleichen verwendet werden. In Abhängigkeit von der zu beugenden Wellenlänge kann ferner ein elementarer Halbleiter wie z. B. Silizium oder Germanium, ein Verbundhalbleiter wie z. B. ZnS, GaAs oder GaN, ein Metalloxid wie z. B. Saphir, Galliumoxid, Zinkoxid oder Hafniumoxid oder ein anderes Material wie z. B. ein dielektrisches Material als erstes transparentes Material und/oder als zweites transparentes Material verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist eine Linie, die zur ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 normal ist, in einem Neigungswinkel von θ zur flachen Lichteinfallsoberfläche 30 und zur flachen Lichtemissionsoberfläche 40 geneigt. Im Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform kann der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0° ≤ θ < 90° liegen, aber der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0° < θ ≤ 45° ist bevorzugt.
Im Transmissionsgitter der ersten Ausführungsform wird das Licht, das durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 hindurchtritt und von der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, als durchgelassenes gebeugtes Licht verwendet. Wenn t₁ größer ist als t₂, wird folglich eine größere Menge an Licht durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 durchgelassen. Um die Menge an Licht zu erhöhen, das an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, und die Beugungseffizient zu erhöhen, ist folglich ein größeres t₁ als t₂ bevorzugt.
Die Operation eines Transmissionsgitters gemäß der ersten Ausführungsform wird nachstehend im Einzelnen mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
In der nachstehenden Beschreibung wird angenommen, dass Licht mit einer Wellenlänge λ im Vakuum auf die flache Lichteinfallsoberfläche einfällt. In den Figuren ist einfallendes Licht in einem Winkel (Einfallwinkel) α zu einer Linie normal zur flachen Lichteinfallsoberfläche des Beugungsgitterbereichs orientiert, und gebeugtes Licht m-ter Ordnung ist in einem Winkel (Beugungswinkel) βm (wobei m eine ganze Zahl ist (0 ±1, ±2, ..., Ordnung der Beugung)) zu einer Linie normal zur flachen Lichtemissionsoberfläche (oder zur flachen Lichteinfallsoberfläche) des Beugungsgitterbereichs orientiert. Im Fall von mehreren verschiedenen Wellenlängen von einfallendem Licht bezeichnet λ_i die Wellenlänge im Vakuum von einfallendem Licht i, α_i bezeichnet den Winkel (den Einfallswinkel) zwischen dem einfallenden Licht i und der Normalen zur flachen Lichteinfallsoberfläche des Beugungsgitterbereichs, wobei i eine ganze Zahl ist. In der nachstehenden Beschreibung liegt θ in einem Bereich von 0° bis 45° (1A-1C, 2).
Im in 2 gezeigten Transmissionsgitter erfüllen die Beugungsgitterperioden d und t₁, t₂ und θ die Beziehung (1).
$d= (t_{1} + t_{2}) / cos θ$
3 stellt einfallendes Licht dar, das in das Transmissionsgitter 100, das in 2 gezeigt ist, in einem Einfallswinkel α₀ zur flachen Lichteinfallsoberfläche 30 von einem Raum mit einem Brechungsindex n₀ einfällt. Wie in 3 dargestellt, breitet sich Licht 50, das auf den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 mit einem Brechungsindex n₁ in der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 (ersten seitlichen Oberfläche 11) in einem Einfallswinkel α₀ einfällt, im ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 mit einem Brechungswinkel α₁ aus. Gemäß dem Snell-Gesetz erfüllen n₀, α₀, n₁ und α_i die Beziehung (2).
$n_{1} sin α_{1} = n_{0} sin α_{0}$
Das auf das Transmissionsgitter 100 einfallende Licht wird an der Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert. In diesem Fall sind gemäß dem Reflexionsgesetz der Einfallswinkel und der Reflexionswinkel zur ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 gleich. Das reflektierte Licht wird durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 durchgelassen und von der flachen Lichtemissionsoberfläche (zweiten seitlichen Oberfläche 12) emittiert. Im Transmissionsgitter 100 wird Licht 50, das auf den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 durch die flache Lichteinfallsoberfläche 30 einfällt, an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert und von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 emittiert, und Beugungslicht tritt in der Richtung auf, in der das reflektierte Licht, das von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 reflektiert wird, die Beugungsbedingung für die m-te Ordnung erfüllt (d. h. die Differenz der Strahlengänge ist ein ganzzahliges Vielfaches (m Mal) der Wellenlänge). In der ersten Ausführungsform wird angenommen, dass gebeugtes Licht von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 in ein Vakuum emittiert wird. Wenn d(sinα - sinβm)= mλ, wobei m ≠ 0 erfüllt ist, in einen Vakuum, nimmt die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts m-ter Ordnung zu. Im Transmissionsgitter 100 sind die ersten Lichtreflexionsgrenzflächen 27 auch vorgesehen, die darauf abzielen, eine Geradeausausbreitung des einfallenden Lichts, das von der flachen Lichteinfallsoberfläche (der ersten Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10) einfällt, zu beseitigen, so dass durchgelassenes gebeugtes Licht nullter Ordnung unterdrückt werden kann. Im Transmissionsgitter 100 der ersten Ausführungsform ist es bevorzugt, die Dicke t des Transmissionsgitters und die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Bereichs so festzulegen, dass Licht, das von der flachen Lichteinfallsoberfläche (der ersten seitlichen Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10) einfällt, nicht von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 als durchgelassenes gebeugtes Licht nullter Ordnung emittiert wird.
Im Transmissionsgitter 100 wird gebeugtes Licht erster Ordnung, das eine größere Intensität als gebeugtes Licht zweiter oder höherer Ordnung aufweist, vorzugsweise verwendet, wobei die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 vorzugsweise eine flache Oberfläche ähnlich zu einer Spiegeloberfläche ist. Insbesondere weist die Lichtreflexionsgrenzfläche vorzugsweise eine Oberflächengenauigkeit (mit anderen Worten, eine Ebenheit oder einen Ebenheitsgrad) von λ/4 oder weniger, bevorzugter λ/8 oder weniger, auf. Denn je näher sie einer Spiegeloberfläche ist, desto größer ist die Verringerung von Streulicht, was das durchgelassene gebeugte Licht zweiter Ordnung verringern kann.
Als nächstes wird ein Beispiel des Transmissionsgitters der ersten Ausführungsform beschrieben, wobei das durchgelassene gebeugte Licht nullter Ordnung verringert oder beseitigt wird und die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts erster Ordnung verwendet wird. In dem nachstehend gezeigten Beispiel wird hauptsächlich eine Beschreibung mit Bezug auf 3 über den Fall gegeben, in dem der Beugungswinkel erster Ordnung von durchgelassenem Licht null ist. In der nachstehenden Beschreibung wird ein Beugungsgitter gemäß der ersten Ausführungsform unter Verwendung von Intensität von durchgelassenem gebeugtem Licht erster Ordnung beschrieben, aber das Transmissionsgitter gemäß der ersten Ausführungsform kann auch unter Verwendung von gebeugtem Licht höherer Ordnung, wie z. B. gebeugtem Licht zweiter Ordnung oder dritter Ordnung, strukturiert sein.
Wie in 3 dargestellt, wenn zwei benachbarte einfallende Lichter in die flache Lichteinfallsoberfläche 30 an Stellen eintreten, die in einem Abstand d voneinander beabstandet sind, der eine Beugungsgitterperiode ist, ist die Differenz der Strahlengänge dsinao. Im Fall eines Transmissionsgitters erfordert die Beugungsbedingung für die erste Ordnung, dass die Differenz der Strahlengänge gleich der Wellenlänge im Material, in dem sich die zwei benachbarten einfallenden Lichter ausbreiten, ist. Das in 3 gezeigte Beispiel erfüllt die Gleichung (3).
$dsin α_{0} = λ / n_{0}$
Ferner breitet sich im vorliegenden Beispiel das Licht, das an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, in einer Richtung senkrecht zur flachen Lichtemissionsoberfläche 40 aus (d. h. β₁ = 0). Folglich ist der Brechungswinkel α₁ gleich zweimal der Einfallswinkel θ (d. h. α₁ = 2θ).
Aus den Gleichungen (1), (2) und (3) und α₁ = 2θ erfüllen λ, n1, t1, t2 und θ die Gleichung (4-1) oder (4-2).
$λ / (t_{1} + t_{2}) = 2 n_{1} sin θ$
oder $θ= arcsin (λ / 2 n_{1} (t_{1} + t_{2}))$
Wie vorstehend beschrieben, kann durch abwechselndes Stapeln des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 mit einer Dicke von t₁ und des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 mit einer Dicke von t₂ in einem Neigungswinkel θ, der die Gleichung (4-1) oder (4-2) erfüllt, das Transmissionsgitter 100, das die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts 61 erster Ordnung verstärken kann, erhalten werden.
Als nächstes wird die Dicke t des Transmissionsgitters 100 mit Bezug auf 4 beschrieben.
Wenn die Dicke t des Transmissionsgitters 100 zu klein ist, nimmt die Menge an durchgelassenem gebeugtem Licht nullter Ordnung, das heißt die Menge des einfallenden Lichts, das nicht an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, sondern durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 durchgelassen wird, zu. Daher wird die Dicke t des Transmissionsgitters 100 vorzugsweise festgelegt, um die Menge an durchgelassenem gebeugtem Licht nullter Ordnung nicht zu erhöhen. Insbesondere um den Lichtdurchlass durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 zu verringern oder zu beseitigen, ohne an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert zu werden, kann der minimale Wert t_min der Dicke t des Transmissionsgitters 100 in der Gleichung (5) gegeben sein.
$t_{min} = t_{1} cos2 θ /sin θ$
4 stellt ein Diagramm der Operation des Transmissionsgitters 100 mit der minimalen Dicke tmin dar. Wie in 4 gezeigt, wenn die Dicke t des Transmissionsgitters 100 kleiner ist als die minimale Dicke tmin, kann ein Teil des einfallenden Lichts durch den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 durchgelassen werden, ohne an den Lichtreflexionsgrenzflächen reflektiert zu werden.
Wenn die Dicke t des Transmissionsgitters 100 zu groß ist, kann sich unterdessen Licht, das an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, im ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 ausbreiten und wird an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 auf der entgegengesetzten Seite der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert, was das gebeugte Licht nullter Ordnung erhöht. Der zweite lichtdurchlässige Bereich 28 ist die Grenzfläche zwischen einer vierten seitlichen Oberfläche 14 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 und einer dritten seitlichen Oberfläche 23 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 14. Die Reflexion von Licht an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 kann den optischen Verlust wie z. B. einen Streuverlust erhöhen und ist daher unerwünscht. Der maximale Wert (t_max) der Dicke t des Transmissionsgitters 100, der ermöglicht, dass Licht an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert wird, von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 durchgelassen wird, ohne an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 reflektiert zu werden, kann aus der Gleichung (6) bestimmt werden.
$t_{max} = t_{1} / sin θ$
5 stellt ein Diagramm der Operation des Transmissionsgitters 100 mit der maximalen Dicke t_max dar. Wie in 5 gezeigt, wenn die Dicke t des Transmissionsgitters 100 größer ist als die maximale Dicke t_max, kann Licht an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 reflektiert werden.
Wie aus der obigen Beschreibung zu sehen ist, erfüllt die Dicke t des Transmissionsgitters 100 vorzugsweise die Beziehung von (7).
$t_{1} cos2 θ /sin θ {<t<t}_{1} / sin θ$
Wie vorstehend beschrieben, wenn das Transmissionsgitter 100 eine Dicke t aufweist, die die Gleichung (7) erfüllt, kann einfallendes Licht auf den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 reflektiert und von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 durchgelassen werden, ohne an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 reflektiert zu werden, und ferner kann der Durchlass von durchgelassenem gebeugtem Licht von der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 gesteuert werden. Folglich kann ein Transmissionsgitter mit hoher Beugungseffizienz, das in der Lage ist, nur durchgelassenes gebeugtes Licht erster Ordnung zu beugen, ausgebildet werden.
Das Transmissionsgitter 100 mit einer solchen Struktur, wie vorstehend beschrieben, kann beispielsweise durch abwechselndes Stapeln von mehreren transparenten Platten (Dicke t₁) mit einem hohen Brechungsindex (n₁) für die ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 und mehreren transparenten Platten (Dicke t₂) mit niedrigem Brechungsindex (n₂) für die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20, Verbinden derselben, um eine Struktur aus gestapelten Platten auszubilden, dann Neigen der Struktur aus gestapelten Platten in einem Winkel θ, der die Gleichung (4-1) oder (4-2) erfüllt, in Bezug auf eine zur Ebene normale Linie, Schneiden der geneigten Struktur aus gestapelten Platten in der normalen Richtung und in zwei parallelen Ebenen mit einem Abstand, der die Gleichung (6) erfüllt, der ungefähr die maximale Dicke t_max ist, dann Polieren auf eine Dicke t, die die Gleichung (7) erfüllt, hergestellt werden. Ein spezielleres Verfahren zur Herstellung eines solchen Transmissionsgitters 100 wird nachstehend weiter beschrieben.
Als nächstes werden die Dicke t des Transmissionsgitters 100, die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 und die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 im Einzelnen beschrieben.
Wenn der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 0 ≤θ ≤ 45° liegt, nimmt die maximale Dicke t_max der Dicke t des Transmissionsgitters 100 monoton ab, wenn der Neigungswinkel θ zunimmt, wie in Gleichung (8) angegeben. Die Gleichung (8) wird durch Einsetzen der in (4-2) gegebenen Formel in die durch (6) gegebene Formel erhalten.
$t_{max} = 2 n_{1} t_{1} (t_{1} + t_{2}) / λ$
Die Gleichung (8) gibt an, dass, wenn eine Wellenlänge λ und ein hoher Brechungsindex n1 des einfallenden Lichts 50 gegeben sind, je größer der Wert von t₁(t₁ + t₂) ist, desto größer die Dicke t sein kann. Mit einer größeren Dicke t kann die mechanische Festigkeit des Transmissionsgitters 100 erhöht werden. Wenn jedoch die Summe der Dicken (t₁ + t₂) des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 und des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 zu groß ist, nimmt die Anzahl von zulässigen Beugungsordnungen zu, was Streulicht vermehren würde. Folglich ist im Transmissionsgitter 100 der ersten Ausführungsform ein größerer Wert von t₁(t₁ + t₂) innerhalb eines Bereichs bevorzugt, in dem der Einfallswinkel α₀ α₀ > 30° erfüllt.
Als nächstes wird der Einfallswinkel α₀ beschrieben. Die Gleichungen (1) und (3) und die Beugungsbedingung führen zur Gleichung (9).
$sin β_{m} = (1 - m) λ cos θ {/n}_{0} (t_{1} + t_{2})$
Aus der Beziehung |sinβ_m| ≤ 1 ist auch die Beziehung (10) gegeben.
$- 1 \leq (1 - m) λ cos θ {/n}_{0} (t_{1} + t_{2}) \leq 1$
Da |cosθ| ≤ 1, gibt die Gleichung (10) an, dass je größer der Wert von (t₁ + t₂) ist, ein desto breiterer Bereich von Werten von m zugelassen ist. Das heißt, desto mehr Beugungsordnungen sind zugelassen. Die Verwendung eines Beugungsgitters, das mehrere Beugungsordnungen in der Lichtquellenvorrichtung ermöglicht, würde die Menge an Licht erhöhen, das nicht die optische Ausgabe der Lichtquellenvorrichtung beinhaltet. Daher ist das Setzen von (t₁ + t₂) zu groß im Wert nicht erwünscht.
Aus diesem Grund wird der Einfallswinkel α₀ beispielsweise vorzugsweise in einem Bereich festgelegt, der die Ungleichung (11) erfüllt.
$0,5 < λ cos θ {/n}_{0} (t_{1} + t_{2}) = sin α_{0}$
Wenn die Ungleichung (11) erfüllt ist, werden die ganzen Zahlen m, die in der Beziehung (10) zugelassen sind, auf 0, 1 und 2 begrenzt, was die Beugungswinkel von α₀, 0 bzw. -ao ergibt. Folglich wird der Einfallswinkel α₀ vorzugsweise festgelegt, um die Beziehung (11) zu erfüllen, das heißt ihn in einem Bereich von 90° > α₀ > 30° festzulegen.
Als nächstes wird einfallendes Licht auf das Transmissionsgitter 100 unter Verwendung von linear polarisiertem Laserlicht, wie z. B. Laserlicht, das von einem Kantenemissionshalbleiterlaser emittiert wird, dargestellt. Wenn p-polarisiertes Licht auf das Transmissionsgitter 100 von einem Raum mit einem Brechungsindex von n₀ einfällt, wird das Reflexionsvermögen an der Grenzfläche zwischen dem Raum mit dem Brechungsindex n₀ und dem ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 null in einem bestimmten Einfallswinkel (d. h. Brewster-Winkel θ_B). In diesem Fall wird der Einfallswinkel α₀ bevorzugter in einem Bereich von 30° ≤ α₀ ≈ θ_B festgelegt. Da der Einfallswinkel α₀, der größer ist als der Brewster-Winkel θ_B, zu einer schnellen Erhöhung der Menge an Licht, das an der Grenzfläche zwischen dem Raum mit dem Brechungsindex n₀ und dem ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 (d. h. einer ersten seitlichen Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 in der flachen Lichteinfallsoberfläche) reflektiert wird, führt. Der Einfallswinkel α₀ wird ferner vorzugsweise auf den Brewster-Winkel θ_B festgelegt. Da bei diesem Winkel die Reflexion von Licht an der ersten seitlichen Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 in der flachen Lichteinfallsoberfläche beseitigt wird und folglich eine Verringerung von reflektiertem und gebeugtem Licht nullter Ordnung erhalten werden kann. Das heißt das von der Grenzfläche zwischen dem Raum mit dem Brechungsindex n₀ und den ersten seitlichen Oberflächen 11, 21 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 (d. h. der ersten seitlichen Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10) reflektierte Licht wird beseitigt und das von der Grenzfläche zwischen dem Raum mit dem Brechungsindex n₀ und dem zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20 (d. h. der ersten seitlichen Oberfläche 21 des lichtdurchlässigen Bereichs 20) reflektierte Licht verbleibt. Der Brewster-Winkel θ_B ist durch die Gleichung (12) definiert.
$tan θ_{B} = n_{1} / n_{0}$
Wenn n₀ = 1, dann gilt θ_B > 45°, wobei θ_B = α₀ > 30° immer erfüllt ist. Folglich kann die Anzahl von zulässigen Beugungsordnungen auf 0, 1 und 2 begrenzt werden.
Wenn α₀ = θ_B, erfüllt aus den Gleichungen (2), (12) und α₁ = 2θ die Beziehung zwischen n₀, n₁ und θ die Gleichung (13).
$θ= arcsin (cos (arctan (n_{1} / n_{0}))) / 2$
Aus den Gleichungen (13) und (7) erfüllt die Dicke t des Transmissionsgitters 100 die Beziehung (14). Wenn eine Wellenlänge λ gegeben ist, ergeben ferner die Gleichungen (13) und (4-1) die Gleichung (15). $t_{1} sin (arctan (n_{1} / n_{0})) / sin (arcsin (cos (arctan (n_{1} / n_{0}))) / 2) {<t<t}_{1} / sin (arcsin (cos (arctan (n_{1} / n_{0}))) / 2)$
$t_{1} + t_{2} = λ / 2 n_{1} sin (arcsin (cos (arctan (n_{1} / n_{0}))) / 2)$
Wenn die ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 mit jeweils einer Dicke von t₁ und die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 mit jeweils einer Dicke von t₂, die die Beziehung (14) erfüllen, abwechselnd mit einem Neigungswinkel θ gestapelt sind, der die Gleichung (13) erfüllt, um das Transmissionsgitter 100 zu strukturieren, dessen Dicke t die Beziehung (14) erfüllt, weist das Transmissionsgitter 100 eine Beugungsgitterperiode von λ/n₁cos(arctan(n₁/n₀)) auf. Wenn p-polarisiertes Licht mit dem Brewster-Winkel θ_B auf das wie vorstehend beschrieben strukturierte Transmissionsgitter 100 einfällt, können reflektiertes und gebeugtes Licht nullter Ordnung und durchgelassenes gebeugtes Licht nullter Ordnung verringert werden und gebeugtes Licht dritter oder höherer Ordnung kann beseitigt werden, wohingegen die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts 61 erster Ordnung verstärkt werden kann.
Das Reflexionsvermögen von Licht mit einem Einfallswinkel, der kleiner ist als der Brewster-Winkel θ_B, ergibt ein kleineres Reflexionsvermögen. Wenn der Einfallswinkel α₀ nicht auf den Brewster-Winkel θ_B festgelegt werden kann, wird folglich ein Einfallswinkel, der kleiner ist als der Brewster-Winkel θ_B, vorzugsweise ausgewählt. Wenn der Einfallswinkel α₀ kleiner ist als der Brewster-Winkel θ_B, kann die Verwendung eines bekannten Verfahrens, um eine Antireflexschicht eines einlagigen oder mehrlagigen dielektrischen Films auf der flachen Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters auszubilden, das reflektierte und gebeugte Licht verringern.
Wenn s-polarisiertes Licht von dem Raum mit dem Brechungsindex n₀ auf das Transmissionsgitter 100 einfällt, ist ein Einfallswinkel, der ein Reflexionsvermögen von null ergibt, nicht vorhanden. In diesem Fall führt eine Erhöhung des Einfallswinkels α₀ zu einer monotonen Zunahme des Reflexionsvermögens an der Seitenoberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs. Folglich wird der Einfallswinkel α₀ vorzugsweise auf geringfügig größer als 30° festgelegt.
Als nächstes werden der hohe Brechungsindex n₁, der niedrige Brechungsindex n₂ und der Neigungswinkel θ erörtert. Der Einfallswinkel auf die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 kann als 90° - α₁ + θ ausgedrückt werden. Wenn α₁ = 2θ, ist der Einfallswinkel 90° - θ.
Da n₂ < n₁, gibt es einen kritischen Einfallswinkel θ_Co. Wenn der Einfallswinkel auf die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 größer ist als der kritische Winkel θ_c, wird das einfallende Licht intern totalreflektiert. Wenn die Gleichung (16) erfüllt ist, findet eine interne Totalreflexion statt. Folglich kann durchgelassenes gebeugtes Licht nullter Ordnung verringert werden und die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts 61 erster Ordnung kann verstärkt werden und ist daher bevorzugt.
$90 ° - θ > θ_{c} = arcsin (n_{2} / n_{1})$
Das heißt, je kleiner der Neigungswinkel θ ist, desto größer ist die Auswahl von Materialien für den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 und den zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20, die die Bedingungen für die interne Totalreflexion erfüllen. Je kleiner n₂/n₁ ist, desto kleiner ist auch der kritische Winkel θ_c, was einen breiteren Bereich des Neigungswinkels θ ermöglicht, der eine interne Totalreflexion ermöglicht, und ist daher bevorzugt. Der Brechungsindex des Gases ist kleiner als der Brechungsindex der Flüssigkeit oder des Feststoffs, daher wird ein Gas vorzugsweise als zweites transparentes Material verwendet. Da der Brechungsindex n₂ des zweiten transparenten Materials näher am kleinsten Wert von 1 liegen kann. Wenn ein Gas als zweites transparentes Material verwendet wird, sind die ersten lichtdurchlässigen Bereiche eines ersten transparenten Materials in einem Intervall von t₂ angeordnet, was zwischenliegende zweite Bereiche schafft, und ein Gas ist in die zwischenliegenden zweiten Bereiche gefüllt. Unter Bedingungen von interner Totalreflexion an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 wird flüchtiges Licht an der Grenzfläche 27 erzeugt und dringt in den zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20 ein. Die Eindringtiefe D des flüchtigen Lichts in den zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20 wird durch die Gleichung (17) ausgedrückt.
$D= λ /4 π {({(n_{1} sin (90 ° - θ))}^{2} - n_{2}^{2})}^{1 / 2}$
Wenn θ = 0°, ist die Tiefe D der minimale Wert von λ/4π(n₁ ² - n₂ ²)^1/2. Wenn die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 kleiner ist als die Eindringtiefe D, breitet sich Licht durch den zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20 in den benachbarten ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 aus, was zu einer Verringerung der Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts 61 erster Ordnung und einer Erhöhung des optischen Verlusts aufgrund des durchgelassenen gebeugten Lichts nullter Ordnung und Interferenzstreuung führt. Folglich ist die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 vorzugsweise größer als λ/4π(n₁ ² - n2²)^1/2. Für die Transmissionsgitter, die für sichtbares Licht oder Infrarot ausgelegt sind, ist die Wellenlänge λ 0,4 µm oder größer. Daher ist die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 vorzugsweise größer als 0,1/π(n₁ ²-n₂ ²)^1/2. Wenn ein Gas als zweites transparentes Material verwendet wird, gilt ferner n₂ ²≈1, und folglich ist die Dicke t₂ des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 vorzugsweise größer als 0,1/πn₁ ². Wenn α₁ = 2θ, gilt, je kleiner der Neigungswinkel θ ist, desto kleiner ist die Eindringtiefe D. Folglich kann Licht, das sich im zweiten lichtdurchlässigen Bereich 20 ausbreitet, verringert werden, was die Intensität des ersten durchgelassenen gebeugten Lichts 61 erhöht, und ist folglich bevorzugt. Ferner gilt, je höher der Brechungsindex n₁ des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 ist, desto kleiner ist die Eindringtiefe D, und ist daher bevorzugt. Für sichtbares Licht oder Infrarot können verschiedene Arten von optischen Gläsern geeigneterweise als erstes und zweites transparentes Material verwendet werden.
Als nächstes wird Licht, das auf die ersten seitlichen Oberflächen 21 der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 einfällt, die Abschnitte der flachen Lichteinfallsoberfläche bilden, erörtert. Der Brechungswinkel α₂, der auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfällt, erfüllt die Gleichung (18) gemäß dem Snell-Gesetz.
$n_{2} sin α_{2} = n_{0} sin α_{0}$
Da n₂ < n₁, besteht kein kritischer Winkel θ_C Wenn α₂ > α₁, ist der Einfallswinkel auf die zweite Lichtreflexionsgrenzfläche 28 kleiner als 90° - θ. Im Vergleich zu dem Fall, in dem Licht, das auf die erste seitliche Oberfläche 11 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 einfällt, auf die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 einfällt, weist die zweite Lichtreflexionsgrenzfläche 28 ein geringeres Reflexionsvermögen und ein höheres Durchlassvermögen auf. Der Winkel von Licht, das aus der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters austritt, nachdem es auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfällt und einmal an der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28 reflektiert wird, ist nicht null. Folglich erfüllt Licht, das auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfällt, nicht die Bedingungen für die Beugung und erhöht folglich nicht das durchgelassene gebeugte Licht 61 erster Ordnung. Wenn Licht auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfällt und durch den zweiten lichtdurchlässigen Bereich 28 durchgelassen und gebeugt wird, wird auch durchgelassenes gebeugtes Licht 61 erster Ordnung nicht erzeugt. Das heißt, Licht, das auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfällt, wird zu Streulicht, das zu einem optischen Verlust führt. Aus diesem Grund ist, um das auf die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 einfallende Licht zu verringern, ein kleineres t₂/t₁ bevorzugt. Wohingegen t₂ größer ist als λ/4π(n₁ ² - n₂ ²)^1/2.
Als nächstes wird das Reflexionsvermögen R von Licht, das senkrecht auf die zweite seitliche Oberfläche 12 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 einfällt, beschrieben. Das Reflexionsvermögen R kann durch das nachstehende (19) gegeben sein.
$R= {(n_{1} - n_{0})}^{2} / {(n_{1} + n_{0})}^{2}$
Das heißt, die zweite seitliche Oberfläche 12 des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 dient als teilweise durchlässiger Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von R, das durch die Gleichung (19) gegeben ist. Ferner ermöglicht das Vorsehen eines dielektrischen mehrlagigen Films oder eines dielektrischen einzelnen Films auf der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 das Einstellen des Reflexionsvermögens der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100. Durch Einstellen des Reflexionsvermögens der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 kann beispielsweise die flache Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 anstelle des teilweise durchlässigen Spiegels (teilweise reflektierenden Spiegels, retroreflektierenden Spiegels) des WBC-Systems (Wellenlängenstrahlkombinationssystems), das in 5 von „Laser Beam Combining for High-Power High-Radiance Sources" T. Y. Fan, IEEE Journal of Selected Topcis in Quantum Electronics, Band 11, Nr. 3, Mai/Juni 2005, S. 567-577, gezeigt ist, verwendet werden. Dies kann zu einer Verringerung der Anzahl von Komponenten einer Laserlichtquellenvorrichtung, Stabilisierung der Positionsbeziehung zwischen dem Wellenlängendispersionselement und dem teilweise reflektierenden Spiegel und Verringern einer zeitabhängigen Änderung führen, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der WBC-Laserlichtquellenvorrichtungen beitragen kann. Das Reflexionsvermögen des teilweise durchlässigen Spiegels ist ein wichtiger Faktor für die Leistung und Zuverlässigkeit der WBC-Laserlichtquellenvorrichtungen. Da das Reflexionsvermögen des teilweise durchlässigen Spiegels die Rückkopplungsmenge von Licht zum Laserelement und die Stabilität der Oszillationswellenlänge des Laserelements bestimmt. Das Einstellen des Reflexionsvermögens des dielektrischen mehrlagigen Films oder der dielektrischen einzelnen Schicht kann unter Verwendung eines bekannten Filmabscheidungsverfahrens durchgeführt werden.
6 ist ein schematisches Diagramm einer WBC-Laserlichtquellenvorrichtung unter Verwendung des Transmissionsgitters 100 der ersten Ausführungsform. In der Laserlichtquellenvorrichtung, die in 6 gezeigt ist, sind eine Laseranordnung 200 und ein optisches Einfallsseitensystem (Kollimationslinse) 310 auf der Seite der flachen Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters 100 angeordnet und ein optisches Lichtemissionsseitensystem (Kondensorlinse) 320 und eine Ausgangslichtleitfaser 400 sind auf der Seite der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 angeordnet.
In der Laserlichtquellenvorrichtung 500, die in 6 gezeigt ist, bilden die hintere Endoberfläche der Laseranordnung 200 und das Transmissionsgitter 100 einen externen Resonator. Die Laseranordnung 200 ist dazu konfiguriert, mehrere Laserlichter mit verschiedenen Wellenlängen λ_i (i ist eine ganze Zahl) mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel zu emittieren. Der Divergenzwinkel jedes Laserlichts mit den verschiedenen Wellenlängen λ_i wird durch das optische Lichteinfallsseitensystem (Kollimationslinse) 310) auf einen Divergenzwinkel von im Wesentlichen null verringert, um Lichtstrahlgruppen zu verursachen. Jedes der Laserlichter mit unterschiedlichen Wellenlängen λ_i in den Lichtstrahlgruppen fällt auf die flache Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters 100 in einem Einfallswinkel von α_i ein. Der Brechungsindex n des Raums, die Beugungsgitterperiode d, die Wellenlänge λ_i und der Einfallswinkel α_i erfüllen die Beziehung dsinα₁ = λ_i/n. Das heißt, Lichtstrahlgruppen mit einer Wellenlänge λ_i, die auf das Transmissionsgitter 100 in einem Einfallswinkel α_i einfallen, werden durch das Transmissionsgitter 100 überlagert und werden senkrecht von der flachen Lichtemissionsoberfläche emittiert. Die Lichtstrahlgruppen, die von der flachen Lichtemissionsoberfläche emittiert werden, werden an einer Endoberfläche einer Ausgangslichtleitfaser 400 durch das optische Lichtemissionsseitensystem (Kondensorlinse) 320 kondensiert. Zu dieser Zeit wird reflektiertes und gebeugtes Licht zweiter Ordnung von jedem der Laserlichter der Lichtstrahlgruppe mit einer Wellenlänge von jedem der Laserlichter, die auf das Transmissionsgitter 100 mit einem Einfallswinkel α_i einfallen, in der umgekehrten Richtung der Einfallsrichtung (retroreflektierende Reflexion) reflektiert. Das heißt, das Transmissionsgitter 100 und die hintere Endoberfläche der Laseranordnung 200 bilden eine Resonatorstruktur. Mit der Resonatorstruktur (externe Resonatorstruktur), wie vorstehend beschrieben, kann die Zuverlässigkeit der WBC-Laserlichtquellenvorrichtungen verbessert werden. Eine Änderung der Temperatur der Laseranordnung 200 während ihres Betriebs kann die Wellenlänge λ_i ändern. Wärme, die während des Betriebs erzeugt wird, und/oder eine Änderung der Zeit kann auch den Einfallswinkel α_i ändern. Mit der externen Resonatorstruktur, wie vorstehend beschrieben, kann jedoch eine solche Änderung der Wellenlänge λ_i verringert werden und eine Änderung des Einfallswinkels α_i führt zu einer retroreflektierenden Reflexion, die zum Verbessern der Stabilität der Laserausgangsleistung beiträgt.
Um eine höhere optische Ausgangsleistung mit einer Laserlichtquellenvorrichtung zu verwirklichen, kann eine Erhöhung der Anzahl von Bestandteilskomponenten der Laserlichtquelle wie z. B. Erhöhen der Anzahl von Laseranordnungen, Vorsehen eines Polarisationsprismas, um eine polarisierte Welle zu erzeugen, erforderlich sein. Mit der Verwendung des Transmissionsgitters 100 gemäß der ersten Ausführungsform können jedoch die Bestandteilskomponenten separat auf der Seite der flachen Lichteinfallsoberfläche und der Seite der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 angeordnet werden, was eine leichtere Anordnung der Bestandteilskomponenten im Vergleich zu jener bei der Verwendung eines Reflexionsgitters ermöglicht und folglich für eine höhere optische Ausgangsleistung der Laserlichtquellenvorrichtung geeignet ist.
Als nächstes werden Variationsbeispiele gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
Variationsbeispiel 1
Das Transmissionsgitter 100 gemäß der ersten Ausführungsform, das mit sichtbaren Lichtwellenlängen arbeitet, weist eine Dicke t beispielsweise in einem Bereich von etwa 0,84 µm bis etwa 1,87 µm auf, wenn das erste transparente Material ein Glas mit einem Brechungsindex von 1,51 ist und das zweite transparente Material die Luft ist, und Licht mit einer Wellenlänge von 0,5 µm in einem Winkel von 56,5° einfällt. Wenn die Dicke t des Transmissionsgitters 100 zu klein ist, als dass es eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, wird eine Platte, die aus einem transparenten Material besteht und eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke aufweist, vorzugsweise mit der flachen Lichteinfallsoberfläche oder der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 verbunden.
Wie in 7 gezeigt, weist das Transmissionsgitter 110A gemäß dem Variationsbeispiel 1 eine Konfiguration ähnlich zu jener des Transmissionsgitters 100 gemäß der ersten Ausführungsform auf, außer dass eine Platte, die aus einem transparenten Material besteht und einen Brechungsindex von n₁ aufweist, für die flache Lichteinfallsoberfläche und die flache Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 vorgesehen ist. Insbesondere ist eine erste lichtdurchlässige Platte 111 mit einem Brechungsindex von n₁ einteilig mit der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 verbunden und eine zweite lichtdurchlässige Platte 112 mit einem Brechungsindex von n₂ ist einteilig mit der Ebene 40 der flachen Lichtemissionsoberfläche des Transmissionsgitters 100 entsprechend der ersten Ausführungsform verbunden. Die Verbindung kann unter Verwendung eines bekannten Verbindungsverfahrens wie z. B. Kleben oder Schweißen unter Verwendung eines transparenten Klebstoffs ausgeführt werden. Ferner kann ein dielektrischer mehrlagiger Film oder ein dielektrischer einzelner Film auf der äußeren Oberfläche (d. h. der Oberfläche, die zur Seite der Oberfläche entgegengesetzt ist, die mit dem Transmissionsgitter 100 verbunden ist) der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 angeordnet sein, um einen vorbestimmten teilweise durchlässigen Spiegel bereitzustellen. Der erste lichtdurchlässige Bereich 10, die erste lichtdurchlässige Platte 111 und die zweite lichtdurchlässige Platte 112 können in einem Körper hergestellt werden, wie nachstehend weiter beschrieben, anstelle des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, in dem, nachdem das Transmissionsgitter 100 gemäß der ersten Ausführungsform bereitgestellt ist, die erste lichtdurchlässige Platte 111 mit der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 verbunden wird und die zweite lichtdurchlässige Platte 112 mit der flachen Lichtemissionsoberfläche 40 verbunden wird.
Im Transmissionsgitter 110A gemäß dem Variationsbeispiel 1 weisen der erste lichtdurchlässige Bereich 10 und die erste lichtdurchlässige Platte 111 denselben Brechungsindex auf, was die Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 und der ersten lichtdurchlässigen Platte 111 in der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 im Wesentlichen beseitigen kann und auch die mechanische Festigkeit des Transmissionsgitters 110A erhöhen kann.
Wie in 7 gezeigt, sind die Beugungsbedingungen im Transmissionsgitter 110A gemäß dem Variationsbeispiel 1 und im Transmissionsgitter 100 gemäß der ersten Ausführungsform gleich.
Variationsbeispiel 2
Wie in 8 gezeigt, weist das Transmissionsgitter 110B gemäß dem Variationsbeispiel 2 eine Konfiguration ähnlich zu jener des Transmissionsgitters 110A des Variationsbeispiels 1 auf, außer dass ein Keilprisma 121, das aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex n₁ besteht, anstelle der ersten lichtdurchlässigen Platte 111 verwendet wird. Insbesondere ist das Keilprisma 121, das aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex n₁ besteht, mit der flachen Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters 100 verbunden. Die Verbindung kann in einer ähnlichen Weise wie im Variationsbeispiel 1 unter Verwendung eines bekannten Verbindungsverfahrens wie z. B. Kleben oder Schweißen unter Verwendung eines transparenten Klebstoffs ausgeführt werden. Ähnlich zu jenem im Variationsbeispiel 1 weist das Transmissionsgitter 110B des Variationsbeispiels 2, wie vorstehend beschrieben, eine erhöhte mechanische Festigkeit auf und überdies kann die Reflexion von Licht verringert werden.
Das heißt, im Transmissionsgitter 11B des Variationsbeispiels 2 kann durch Entwerfen des Neigungswinkels der Lichteinfallsoberfläche 121a des Keilprismas 121 der Einfallswinkel in das Keilprisma 121 auf 0° oder den Brewster-Winkel θ_B festgelegt werden. 8 stellt ein Beispiel dar, in dem der Einfallswinkel in das Keilprisma 121 auf 0° festgelegt ist. Es ist bevorzugt, dass das Transmissionsgitter 110B des Variationsbeispiels 2 ferner einen Antireflexfilm auf der Lichteinfallsoberfläche 121a des Keilprismas 121 umfasst, folglich kann eine weitere Verringerung des Verlusts aufgrund einer unbeabsichtigten Reflexion erhalten werden.
Wie in 8 gezeigt, ist im Transmissionsgitter 110B des Variationsbeispiels 2 die Strahlengangdifferenz zwischen zwei Strahlen von Licht, das auf die flache Lichteinfallsoberfläche 30 in einem Abstand der Beugungsgitterperiode d einfällt, dsina. Da die Wellenlänge in einem transparenten Material mit dem Brechungsindex n₁ λ/n₁ ist, werden die Bedingungen für die Beugung erster Ordnung, um durchgelassenes gebeugtes Licht erster Ordnung zu erzeugen, in der Gleichung (20) ausgedrückt.
$dsin α_{1} = λ {/n}_{1}$
Da die Gleichung (2), die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist, auf dem Snell-Gesetz basiert, ist die Gleichung 20 zur Gleichung (3) äquivalent. Daher erfüllen λ, n₁, t₁, t₂ und θ die Gleichung (4-1) oder (4-2).
ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
Das Transmissionsgitter 120 gemäß der zweiten Ausführungsform weist eine ähnliche Konfiguration wie jene des Transmissionsgitters 110A des Variationsbeispiels 1 der ersten Ausführungsform auf, außer dass, wie in 9B gezeigt, die zweite Lichtreflexionsgrenzfläche 28a eine gekrümmte Oberfläche im Transmissionsgitter 120 gemäß der zweiten Ausführungsform aufweist, während die zweite Lichtreflexionsgrenzfläche 28 eine flache Oberfläche im Transmissionsgitter 110A des Variationsbeispiels 1 der ersten Ausführungsform aufweist. Die Form der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28a wirkt sich nicht auf die grundlegende Beugungsbedingung auf, was eine breitere Wahl der Form der zweiten Lichtreflexionsgrenzfläche 28a ermöglicht, wie z. B. eine gekrümmte Oberfläche, wie vorstehend beschrieben, folglich wird eine breitere Wahl für das Verfahren ermöglicht, um die Transmissionsgitter gemäß bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herzustellen.
Das Transmissionsgitter 120 gemäß der zweiten Ausführungsform kann beispielsweise wie nachstehend hergestellt werden. Mehrere Platten werden bereitgestellt, in jeder von denen, wie in 9A gezeigt, das zweite transparente Material 20a mit einem niedrigeren Brechungsindex (n₂), das als zweiter lichtdurchlässiger Bereich 20 dient, in eine vorbestimmte Aussparung der ersten transparenten Platte 10a mit einem höheren Brechungsindex (n₁) gefüllt wird, die als erster lichtdurchlässiger Bereich 10 dient, und dann die Oberfläche poliert wird, um eine flache Oberfläche zu erhalten. Dann werden die mehreren Platten gestapelt, um eine gestapelte Struktur zu bilden, wie in 9B gezeigt, und die gestapelte Struktur wird durch zwei vorbestimmte parallele Ebenen 80 geschnitten. Die in der ersten Ausführungsform beschriebenen Materialien können auch für die ersten transparenten Platten 10a und die zweiten transparenten Bereiche 20a verwendet werden.
Insbesondere kann das Transmissionsgitter 120 gemäß der zweiten Ausführungsform hergestellt werden, wie nachstehend beschrieben.
Unter Verwendung eines ersten transparenten Materials mit einem hohen Brechungsindex (n₁), werden mehrere erste transparente Platten 10a mit jeweils einer Breite wi und einer Dicke t₁, die so konfiguriert sind, dass sie als erster lichtdurchlässiger Bereich 10 dienen, bereitgestellt und mindestens eine Nut (Breite w₂, Tiefe t₂) wird in einer ersten Oberfläche von jeder der ersten transparenten Platten 10a ausgebildet.
Anschließend wird mehreres zweites transparentes Material 20a mit einem niedrigen Brechungsindex (n₂) in die mindestens eine Nut gefüllt, um als zweiter lichtdurchlässiger Bereich 20 zu dienen. Die Oberfläche des zweiten transparenten Materials 20a, das in die mindestens eine Nut gefüllt wird, kann geschliffen oder poliert werden, falls erforderlich, so dass die Oberfläche des zweiten transparenten Materials 20a und die erste Oberfläche der ersten transparenten Platte 10a koplanar sind, wie in 9A gezeigt. Eine mehrfache Anzahl der ersten transparenten Platten 10a mit dem zweiten transparenten Material 20a, wie vorstehend beschrieben, wird bereitgestellt.
Anschließend werden die mehreren ersten transparenten Platten 10a gestapelt, so dass erste Enden der zweiten transparenten Materialien 20a zu einer beabsichtigten flachen Lichteinfallsoberfläche koplanar sind, und die zweiten Enden der zweiten transparenten Materialien 20a zu einer beabsichtigten flachen Lichtemissionsoberfläche koplanar sind, dann verschmolzen, um eine gestapelte Struktur der ersten transparenten Platten 10a auszubilden.
Dann wird die gestapelte Struktur der ersten transparenten Platten 10a durch zwei Ebenen 80 geschnitten, die zur Außenseite parallel und an dieser angeordnet sind, in Bezug auf die beabsichtigte flache Lichteinfallsoberfläche 30 und die geneigte flache Lichtemissionsoberfläche 40, wie in 9B gezeigt.
Gemäß dem Transmissionsgitter 120 und dem Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters 20, wie vorstehend beschrieben, können verschiedene Typen von Transmissionsgittem durch geeignetes Festlegen der Dicke t₁ der ersten transparenten Platten 10a, der Tiefe der Nuten t₂ oder dergleichen in Bezug auf die Wellenlänge λ des gebeugten Lichts hergestellt werden, während der hohe Brechungsindex n₁ der ersten transparenten Platten 10 und der niedrige Brechungsindex n₂ der zweiten transparenten Platten 20a geeignet festgelegt werden. In der obigen Beschreibung wird die obere Oberfläche des zweiten transparenten Materials 20a, das in die Nut der ersten transparenten Platte 10a gefüllt wird, angeordnet, um die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 zu erzeugen, aber alternativ kann die Nut mit einem flachen Boden ausgebildet werden und die untere Oberfläche des zweiten transparenten Materials 20a, das in die Nut der ersten transparenten Platte 10a gefüllt wird, wird auf der Seite der ersten Lichtreflexionsgrenzflächen 27 angeordnet.
In den Transmissionsgittern gemäß den Ausführungsformen gilt, je kleiner das Ausmaß an Reflexion zur Zeit des Lichts ist, das auf den ersten lichtdurchlässigen Bereich 10 einfällt, desto bevorzugter ist es, und folglich wurde ein Verfahren zum Verringern der Reflexion beispielsweise in der ersten Ausführungsform und den Variationsbeispielen der ersten Ausführungsform beschrieben. In der ersten Ausführungsform und den Variationsbeispielen der ersten Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, den Verlust von Licht aufgrund einer unbeabsichtigten Reflexion an der ersten seitlichen Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 zu verringern. Wie vorstehend beschrieben, wenn λ, n₁, t₁, t₂ und θ die Beziehung 0,5 < λcosθ/n₁(t₁ + t₂) erfüllen, wird die Anzahl m von zulässigen Beugungsordnungen auf 0, 1 und 2 begrenzt. Die Intensitäten des reflektierten und gebeugten Lichts von m = 0, 1 und 2 werden durch die Form der ersten seitlichen Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 beeinflusst.
In der Konfiguration, die in 10A gezeigt ist, sind die ersten seitlichen Oberflächen 21 der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 beispielsweise zur flachen Lichteinfallsoberfläche 30 parallel, folglich wird eine reguläre Reflexion (reflektiertes und gebeugtes Licht 51 nullter Ordnung) des einfallenden Lichts 50 verbessert.
In der Konfiguration, die in 10B gezeigt ist, sind die ersten seitlichen Oberflächen 21 der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 zu den vierten seitlichen Oberflächen 24 oder zu den dritten seitlichen Oberflächen 23 der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 senkrecht, was das Verstärken des reflektierten und gebeugten Lichts 52 erster Ordnung ermöglicht, das zur ersten Lichteinfallsoberfläche 30 senkrecht ist.
In der in 10C gezeigten Konfiguration ist jede der ersten seitlichen Oberflächen 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 zum einfallenden Licht senkrecht (das heißt, die Linie normal zur ersten seitlichen Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 ist parallel zum einfallenden Licht), was reflektiertes und gebeugtes Licht 53 zweiter Ordnung verstärkt, das in die Richtung des einfallenden Lichts reflektiert wird. Wenn das reflektierte und gebeugte Licht 53 zweiter Ordnung, das an der ersten seitlichen Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 reflektiert wird und zur Richtung des einfallenden Lichts zurückkehrt, eine ausreichende Intensität aufweist, kann ein Antireflexfilm auf der Oberfläche an der Außenseite der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 (Brechungsindex n₁) angeordnet sein. Wenn der Abstand zwischen der Oberfläche an der Außenseite der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 (Brechungsindex n₁) und der flachen Lichteinfallsoberfläche 30 ein ganzzahliges Vielfaches von λ/2n₁ ist, stimmen die Phasen des reflektierten Lichts von der Oberfläche an der Außenseite der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 (Brechungsindex n₁) und des reflektierten Lichts von der ersten seitlichen Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20 miteinander überein, was das reflektierte und gebeugte Licht 53 zweiter Ordnung weiter verstärkt.
Um die Intensität des reflektierten und gebeugten Lichts nullter Ordnung und erster Ordnung zu verringern, das zu einem optischen Verlust führt, ist die erste seitliche Oberfläche 21 des zweiten lichtdurchlässigen Bereichs 20, der in 10C gezeigt ist, vorzugsweise zum einfallenden Licht senkrecht.
DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der dritten Ausführungsform umfasst:

(a) Vorsehen von zwei Glasplatten mit jeweils mehreren länglichen trapezförmigen Vorsprüngen, die in gleichmäßigen Intervallen ausgebildet sind, mit zwischenliegenden länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten mit umgekehrt trapezförmiger Gestalt im Querschnitt;
(b) Eingriff der länglichen trapezförmigen Vorsprünge von einer der zwei Glasplatten mit den länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten der anderen der zwei Glasplatten, um die zwei Glasplatten aneinander zu fügen; und
(c) enges Anfügen der Wände von einer Seite der länglichen trapezförmigen Vorsprünge an die Wände von einer Seite der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten, enges Anfügen der oberen Oberfläche der länglichen trapezförmigen Vorsprünge an die Bodenoberflächen der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten und Verbinden miteinander.

Das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters der dritten Ausführungsform wird nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Vorsehen von Glasplatten
Zwei Glasplatten 130 mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche 130a und einer zweiten Hauptoberfläche 130b, die zur ersten Hauptoberfläche entgegengesetzt angeordnet ist, werden bereitgestellt. Die zwei Glasplatten 130 bilden die ersten lichtdurchlässigen Bereiche des Transmissionsgitters und jede Glasplatte weist einen hohen Brechungsindex n₁ auf. Die Glasplatten können aus einem optischen Glasmaterial wie z. B. Quarzglas, Borsilikatkronglas, das als BK7 bekannt ist, bestehen.
Wie in 11A gezeigt, werden anschließend mehrere längliche umgekehrt trapezförmige Nuten mit umgekehrt trapezförmiger Gestalt in einem vertikalen Querschnitt, die jeweils durch eine erste seitliche Oberfläche, eine zweite seitliche Oberfläche und eine Bodenoberfläche definiert sind, mit einer oberen Öffnungsbreite a, einer Bodenbreite b und einer Höhe h, die nachstehend als „längliche umgekehrt trapezförmige Nut(en)“ oder „umgekehrt trapezförmige Nut(en)“ bezeichnet werden können, in der ersten Hauptoberfläche 130a von jeder der zwei Glasplatten ausgebildet, die wie vorstehend bereitgestellt werden. Die mehreren länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 werden derart ausgebildet, dass, wie in 11A gezeigt, die ersten Wände 132a der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten zueinander parallel sind und die zweiten Wände 132b der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten zueinander parallel sind, wobei beliebige zwei benachbarte längliche umgekehrt trapezförmige Nuten in einem gleichen Intervall von (a + b - d1) ausgebildet werden. In der vorliegenden Patentbeschreibung bezieht sich der Begriff „ein Intervall zwischen zwei benachbarten umgekehrt trapezförmigen Nuten“ auf einen Abstand zwischen den longitudinalen Mittellinien (senkrecht zum vertikalen Querschnitt), die sich jeweils durch die Mitte der Öffnung von jeder der umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 erstrecken. Durch Ausbilden der mehreren länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten 132, wie vorstehend beschrieben, werden die länglichen trapezförmigen Vorsprünge 131 zwischen beliebigen zwei der benachbarten umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 ausgebildet. Jeder der länglichen trapezförmigen Vorsprünge 131 weist eine obere Oberfläche mit einer Breite b-d1 und eine untere Oberfläche mit einer Breite a-d1 auf, die unteren Oberflächen der länglichen trapezförmigen Vorsprünge 131 sind zu den unteren Oberflächen der umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 koplanar. In jeder der Glasplatten 130 wird der Basisabschnitt, an dem die streifenförmigen Vorsprünge 131 vorgesehen sind, als „Glasbasisabschnitt 133“ bezeichnet.
Die umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 können beispielsweise unter Verwendung einer Photolithographietechnik, durch Anordnen einer Metallmaske mit periodisch angeordneten Streifen auf der ersten Hauptoberfläche 130a der Glasplatten 130 und Ausführen von Ätzen ausgebildet werden. Das Ätzen der Glasplatten 130 kann unter Verwendung beispielsweise einer Trockenätzvorrichtung ausgeführt werden. Die Form der umgekehrt trapezförmigen Nuten 132, das heißt die Form der trapezförmigen Vorsprünge 131 kann durch die Form der Metallmaske und die Bedingungen des Ätzens, wie z. B. Typ von Gas(en) und die Durchflussrate(n) für das Trockenätzen, der Ätzdruck, die HF-Leistung oder dergleichen, eingestellt werden.
Eingriff
Wie in 11B gezeigt, werden unter Verwendung von zwei Glasplatten 130 die länglichen trapezförmigen Vorsprünge 131 von einer der zwei Glasplatten 130 mit den länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 der anderen der zwei Glasplatten 130 in Eingriff gebracht, um die zwei Glasplatten 130 aneinander zu fügen.
Verbindung
Anschließend werden die ersten Wände 132a von einer der zwei Glasplatten 130 eng an die ersten Wände 132a oder die zweiten Wände 132b der anderen der zwei Glasplatten 130 angefügt und die oberen Oberflächen der trapezförmigen Vorsprünge 131 werden eng an die Bodenoberflächen der umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 angefügt und werden miteinander verbunden. Die Verbindung kann beispielsweise unter Verwendung eines Verfahrens wie z. B. Pressverschmelzen, Verbinden (es ist bevorzugt, einen Klebstoff zu verwenden, der einen Brechungsindex aufweist, der zum Brechungsindex der Glasplatten 130 äquivalent ist) oder direkte Verbindung, beispielsweise werden Oberflächen, die einer hydrophilen Behandlung unterzogen werden, eng angefügt, um sie miteinander zu verbinden, ausgeführt werden.
Wie in 11C gezeigt, wird folglich durch Verbinden des Glasbasisabschnitts 133 und der länglichen trapezförmigen Vorsprünge 131 der zwei Glasplatten 130 miteinander und Einschließen von parallelen Luftschichten das Transmissionsgitter des Variationsbeispiels 1 mit einer Glasstruktur eines einzelnen Körpers ähnlich zu jener des in 7 gezeigten Transmissionsgitters hergestellt. In der in 11C gezeigten Struktur werden die ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10, die jenen in 7 entsprechen, durch Verschmelzen der trapezförmigen Vorsprünge 131 der zwei Glasplatten zu einem Körper ausgebildet und die Abschnitte, die den zweiten lichtdurchlässigen Bereichen 20 in 7 entsprechen, werden mit Luftschichten ausgebildet. Im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der dritten Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Oberfläche auf der Einfallsseite der ersten lichtdurchlässigen Platte 111 und die Oberfläche auf der Lichtemissionsseite der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 feinpoliert werden, um einen Antireflexfilm auf jeder Oberfläche auszubilden.
Im Transmissionsgitter 110A, das gemäß dem Verfahren der dritten Ausführungsform hergestellt wird, sind die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 dünne Luftschichten, die in einem Neigungswinkel θ geneigt sind, der der Form der umgekehrt trapezförmigen Nuten (oder der Form der trapezförmigen Vorsprünge 131) entspricht. Die Dicke der Luftschichten (d. h. der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20) t₂ ist d1cosθ und die Beugungsgitterperiode des Transmissionsgitters ist a + b - d1. Die Dicke t₁ des ersten lichtdurchlässigen Bereichs 10 ist (a + b - 2d1)cosθ.
VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform umfasst:

(a) Stapeln von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke mit einem vorbestimmten Raum zwischen jeweils zwei benachbarten dünnen Glasplatten, um eine mehrlagige Glasstruktur zu erhalten, in der jeweils zwei benachbarte dünne Glasplatten über den Raum einander zugewandt sind;
(b) Verschmelzen eines Glases auf jeder Seitenoberfläche der mehrlagigen Glasstruktur, um die Räume in der mehrlagigen Glasstruktur einzuschließen;
(c) Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur, die die eingeschlossenen Räume enthält, durch eine Glasstützstruktur an einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und zwei seitlichen Oberflächen entgegengesetzt zueinander in Bezug auf eine Mittelachse, die zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur parallel ist;
(d) Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um sie gemeinsam zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zur Mittelachse; und
(e) Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zu einer ersten Ebene senkrecht ist, die die Mittelachse umfasst, und einer Stapelrichtung der dünnen Glasplatten.

Mit Bezug auf 12A bis 16A wird als nächstes das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der vierten Ausführungsform im Einzelnen nachstehend beschrieben.
Stapeln
Mehrere dünne Glasplatten 141 mit einem Brechungsindex n₁ und einer gleichen Dicke werden auf einer Basisglasplatte 140a über einen Abstandhalter mit einem vorbestimmten Raum zueinander gestapelt, um eine mehrlagige Glasstruktur zu erhalten, in der jeweils zwei benachbarte dünne Glasplatten über den Raum einander zugewandt sind.
Insbesondere werden mehrere dünne Glasplatten 141 mit jeweils einer Dicke T1 und eine Glasplatte 140a mit größeren Abmessungen als jener von jeder der dünnen Glasplatten 141 bereitgestellt.
Eine einzelne dünne Glasplatte 141 wird auf die obere Oberfläche der Glasplatte 140a überlagert. Zu dieser Zeit wird die dünne Glasplatte 141 derart überlagert, dass beispielsweise die Mittelachse der dünnen Glasplatte 141 zur Mittelachse der oberen Oberfläche der Glasplatte 140a koaxial ist, um den äußeren Umfangsabschnitt der oberen Oberfläche der Glasplatte 140a freizulegen.
Wie in 12A gezeigt, werden dann Abstandhalterpartikel 142 wie z. B. kugelförmige Siliziumdioxidpartikel mit ungefähr gleichmäßiger Verteilung auf der oberen Oberfläche der dünnen Glasplatte 141 verteilt, die auf die Glasplatte 140a überlagert ist.
Wie in 12B gezeigt, wird dann eine andere dünne Glasplatte 141 auf die obere Oberfläche der dünnen Glasplatte 141 mit den darauf verteilten Abstandhalterpartikeln 142 überlagert.
Das Verteilen der Abstandhalterpartikel 142 auf der oberen Oberfläche der dünnen Glasplatte 141 und das Überlagern einer anderen dünnen Glasplatte 141 auf die obere Oberfläche der dünnen Glasplatte 141 mit den darauf verteilten Abstandhalterpartikeln 142 werden wiederholt, um eine erforderliche Anzahl der dünnen Glasplatten 141 zu überlagern, wobei somit die mehrlagige Glasstruktur 141L erhalten wird, wie in 12C gezeigt. Der Raum zwischen zwei benachbarten dünnen Glasplatten 141 ist durch den Durchmesser der Abstandhalterpartikel 142 bestimmt.
Einschließen
Eine Glasplatte 140b mit ungefähr denselben Abmessungen wie die Glasplatte 140a wird auf die obere Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur 141L überlagert und Glasplatten 140c, 140d, 140e und 140f werden jeweils auf vier seitlichen Oberflächen der mehrlagigen Glasstruktur 141L angeordnet, dann werden die Glasplatten 140c, 140d, 140e, 140f mit der mehrlagigen Glasstruktur 141L verschmolzen, wie in 12D gezeigt. Folglich wird in der mehrlagigen Glasstruktur 141L Luft in den vorbestimmten Räumen eingeschlossen, die durch die Abstandhalterpartikel 142 zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten 141 aufrechterhalten werden, wie in 12E, 12F gezeigt. In der nachstehenden Beschreibung kann die mehrlagige Glasstruktur 141L, die durch Verschmelzen der Glasplatten 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und 140f abgedichtet wird und Luft in den eingeschlossenen Räumen zwischen jeweils benachbarten dünnen Glasplatten 141 einschließt, als „abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS“ bezeichnet werden und die „abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS“ umfasst die verschmolzenen Glasplatten 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und 140f.
Abstützung
Wie in 13 gezeigt, wird die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS durch die Glasstützstruktur an der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche und zwei seitlichen Oberflächen entgegengesetzt zueinander in Bezug auf eine Mittelachse (kann nachstehend einfach als „Mittelachse c1“ bezeichnet werden) abgestützt, die zur oberen Oberfläche und unteren Oberfläche parallel ist.
Insbesondere wird ein kreisförmiges Glasrohr 143 mit einem Innendurchmesser, der größer ist als die diagonale Länge an einem Querschnitt senkrecht zur Mittelachse c1 der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 141LS, und einer Länge, die größer ist als die Länge der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 141LS in der Mittelachsenrichtung, bereitgestellt und die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS wird entlang der Mittelachsenrichtung in das kreisförmige Glasrohr 143 eingesetzt. Um die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS im kreisförmigen Glasrohr 143 zu befestigen, werden anschließend Glasstäbe 144 in den Spalt zwischen der Innenwand des kreisförmigen Glasrohrs und der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 141LS eingefügt. 13 zeigt ein Beispiel, in dem runde Stäbe und polygonale Stäbe für die Glasstäbe 144 verwendet werden. In der nachstehenden Beschreibung kann eine Struktur, die die Stützstruktur 145, die mit dem kreisförmigen Glasrohr 143 und den Glasstäben 144 ausgebildet ist, und die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS, die durch die Stützstruktur 145 abgestützt ist, umfasst, als Vorform bezeichnet werden.
Ziehen
Die Vorform mit der mehrlagigen Glasstruktur 141L (abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 141LS) und der Glasstützstruktur 145 wird erhitzt und gemeinsam erweicht, dann in der Richtung der Mittelachse c1 gezogen. Die Vorform umfasst, beispielsweise wie in 14 gezeigt, ein Stützrohr 146, das an jedem der beiden Enden des kreisförmigen Glasrohrs 143 vorgesehen ist, um das Ende des kreisförmigen Glasrohrs 143 abzustützen, und ein Erweiterungsrohr 147, das an einem Endabschnitt von jedem der Stützrohre vorgesehen ist. Das Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur 141L (abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 141LS) kann unter Verwendung eines Heizofens wie z. B. jener, die bei der Herstellung von Glasstäben verwendet werden, durchgeführt werden, während der Außendurchmesser gemessen wird. Ein schematisches Diagramm eines Zustandes nach dem Ziehen ist in 15 gezeigt. Das Verhältnis des Ziehens kann auf der Basis der Dicke T₁ von jeder der dünnen Glasplatten 141, des Abstandes zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten 141, der Dicke von jeder der dünnen Glasplatten 141 und des Abstandes zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten 141, die nach dem Ziehen erforderlich sind, bestimmt werden.
Wenn beispielsweise das Transmissionsgitter unter Verwendung von dünnen Glasplatten 141 mit einem Brechungsindex n₁ hergestellt wird, ist es bevorzugt, die Dicke T₁ von jeder der dünnen Glasplatten vor dem Ziehen, den Abstand zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten vor dem Ziehen und das Ausmaß des Ziehens zu bestimmen, so dass der Abstand t₂ zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten 141 nach dem Ziehen in einem Bereich von 0,4/4π(n₁ ²-1)^1/2 bis zur Dicke t₁ von jeder der dünnen Glasplatten nach dem Ziehen liegt. Das Verhältnis des Ziehens kann beispielsweise in einem Bereich von 100-mal bis 20000-mal, vorzugsweise in einem Bereich von 500-mal bis 10000-mal, festgelegt werden.
Die Materialien des kreisförmigen Glasrohrs 143 und der Glasstäbe 144 und auch der Glasplatten 140a, 140b, 140c, 140d, 140e und 140f können aus den Materialien ausgewählt werden, die miteinander integriert werden können, während sie gezogen werden. Die Stützstruktur, die beim Ziehen integriert wird, kann als Stützstruktur von individuellen Transmissionsgittern nach dem Vereinzeln der Transmissionsgitter durch Schneiden, wie nachstehend beschrieben, dienen.
Die Glasstützstruktur 145, die die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS abstützt, weist vorzugsweise eine Gestalt eines Rotationskörpers (beispielsweise eine Kombinationsgestalt einer zylindrischen Gestalt und einer kegelstumpfförmigen Gestalt) auf. Mit der Stützstruktur in Gestalt eines Rotationskörpers kann das Ganze der Vorform gleichmäßig erhitzt werden.
Schneiden
Wie in 16A gezeigt, wird zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur die gezogene mehrlagige Glasstruktur 141L parallel zu einer zweiten Ebene, die zu einer ersten Ebene senkrecht ist, die die Mittelachse umfasst, und einer Stapelrichtung der dünnen Glasplatten geschnitten. Folglich wird ein Transmissionsgitter erhalten, in dem, wie in 16B gezeigt, die ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 und die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche 20 von dünnen Luftschichten abwechselnd geschichtet sind. Der Winkel der zweiten Ebene zur Mittelachse c1 der zweiten Ebene kann geeignet festgelegt werden, der beispielsweise dem Neigungswinkel θ im Transmissionsgitter 100 der ersten Ausführungsform entspricht. Der Abstand zwischen den zwei Ebenen 80, die die gezogene mehrlagige Glasstruktur schneiden, entspricht der Dicke t des Transmissionsgitters 100 der ersten Ausführungsform. Wie in der ersten Ausführungsform und anderen beschrieben, werden im Schritt des Schneidens der Winkel θ zwischen der zweiten Ebene und der Mittelachse c1 und der Abstand t zwischen den zwei geschnittenen Oberflächen vorzugsweise festgelegt, um die Beziehung t₁cos2θ/sinθ ≤ t ≤ t₁/sinθ zu erfüllen.
Im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters der vierten Ausführungsform wird die gezogene Glasstützstruktur ohne Verwendung einer speziellen Maschine wie z. B. einer sehr genauen Linierungsmaschine (typischerweise zum Erzeugen von Nuten eines Transmissionsgitters verwendet), einer Belichtungsmaschine, die bei der Photolithographie verwendet wird, oder einer Trockenätzmaschine zum Ätzen geschnitten, wobei folglich das Erzeugen einer großen Anzahl der Transmissionsgitter mit hoher Beugungseffizienz verwirklicht werden kann.
FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters gemäß einer fünften Ausführungsform umfasst einen Schritt zum Ziehen einer mehrlagigen Glasstruktur, die durch Stapeln von dünnen Glasplatten ausgebildet wird, was zum Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters der vierten Ausführungsform ähnlich ist. Im Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform werden jedoch keine Abstandhalterpartikel verwendet und die mehrlagige Glasstruktur wird so ausgebildet, dass sie eingeschlossene Luftschichten enthält, was von der vierten Ausführungsform signifikant verschieden ist. Ferner wird Schneiden ganz anders als in der vierten Ausführungsform durchgeführt.
Das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform umfasst:

(a) Vorsehen von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke, die jeweils eine erste Hauptoberfläche, eine zweite Hauptoberfläche entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche, eine erste seitliche Oberfläche, eine zweite seitliche Oberfläche, eine dritte seitliche Oberfläche und eine vierte seitliche Oberfläche aufweisen; wobei die erste Hauptoberfläche von jeder der dünnen Glasplatten eine oder mehrere Nuten mit einer vorbestimmten Öffnungsbreite, die sich von der ersten Querseite zur dritten seitlichen Oberfläche entgegengesetzt zur ersten seitlichen Oberfläche erstrecken, definiert;
(b) Stapeln der mehreren dünnen Glasplatten, so dass Öffnungskanten von longitudinalen Seiten, die jede der einen oder der mehreren Nuten definieren, in einem Winkel θ in Bezug auf eine zur ersten Hauptoberfläche normale Linie geneigt ausgerichtet sind, in einem vertikalen Querschnitt, um eine mehrlagige Glasstruktur zusammenzusetzen;
(c) Verschmelzen eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die erste seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die zweite seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die dritte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, und eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die vierte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, um benachbarte dünne Glasplatten zu verbinden und auch die Nuten abzudichten;
(d) Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur, die die abgedichteten Nuten enthält, mit einer Glasstützstruktur an der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche, der Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält, und der Endoberfläche, die die vierten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält und entgegengesetzt zur Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen enthält, in Bezug auf die Mittelachse angeordnet ist;
(e) Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um sie gemeinsam zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur und der Glasstützstruktur in einer zur Mittelachse parallelen Richtung; und
(f) Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer ersten Ebene, die zur Mittelachse senkrecht ist, um einen ersten Schnitt zu erhalten; und
(g) weiteres Schneiden des erhaltenen ersten Schnitts, der einen Abschnitt der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur und einen entsprechenden Abschnitt der gezogenen Glasstützstruktur enthält, in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zur Erstreckungsrichtung der Nuten parallel ist, um einen zweiten Schnitt zu erhalten.

Mit Bezug auf 17A bis 19C wird als nächstes das Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform im Einzelnen nachstehend beschrieben.
Vorsehen von dünnen Glasplatten
Wie in 17A gezeigt, werden mehrere dünne Glasplatten 151 mit jeweils periodisch ausgebildeten Nuten bereitgestellt. Jede der dünnen Glasplatten 151 weist eine erste Hauptoberfläche 151m1 und eine zweite Hauptoberfläche 151m2 entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche 151m1 und eine erste seitliche Oberfläche 151s1, eine zweite seitliche Oberfläche 151s2, eine dritte seitliche Oberfläche 151s3 und eine vierte seitliche Oberfläche 151s4 und eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke auf. Wie in 17A gezeigt, ist die erste Hauptoberfläche 151m1 von jeder der dünnen Glasplatten 151 mit Nuten 152, die sich von der Seite der ersten seitlichen Oberfläche 151s1 in Richtung der Seite der dritten Querseite 151s3 erstrecken, mit einer vorbestimmten Öffnungsbreite sw ausgebildet, die von der Seite der zweiten seitlichen Oberfläche 151s2 in Richtung der Seite der vierten seitlichen Oberfläche 151s4 mit einer bestimmten Periode angeordnet sind. Für das Verfahren zum Ausbilden der Nuten kann ein bekanntes Verfahren wie z. B. Nassätzen, Trockenätzen, Mikrostrahlen, superfeine Endbearbeitung der Oberfläche durch Schleifen, Laserstrahlbearbeitung oder eine Kombination dieser Verfahren oder dergleichen verwendet werden. Von diesen ist es bevorzugt, ein Verfahren zu verwenden, das eine gute Ebenheit in der bearbeiteten Oberfläche, eine gute Steuerbarkeit der Nuttiefe, eine gute Steuerbarkeit des Neigungswinkels der seitlichen Oberflächen und eine kleine Reaktionskraft beim Ausbilden der Nuten bereitstellen kann, ein Beispiel von solchen Verfahren umfasst ein durch Laser induziertes Rückseitennassätzverfahren.
Stapeln
Wie in 17B gezeigt, werden die mehreren dünnen Glasplatten 151 gestapelt, so dass Öffnungskanten von longitudinalen Seiten, die jede der Nuten definieren (d. h. longitudinale Öffnungskanten, die zur zweiten seitlichen Oberfläche 151s2 und zur vierten seitlichen Oberfläche 151s4 im Wesentlichen parallel sind), in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, die in einem Winkel θ in Bezug auf eine zur ersten Hauptoberfläche normale Linie in einem vertikalen Querschnitt geneigt ist. Der Winkel zwischen der Ebene, die die longitudinalen Öffnungskanten enthält, die jede der Nuten 152 definieren, und einer zu den dünnen Glasplatten normalen Linie entspricht dem Neigungswinkel θ des Transmissionsgitters der ersten Ausführungsform. Wie in 17C gezeigt, wird eine einzelne dünne Glasplatte 151a, die nicht mit einer Nut 152 ausgebildet ist, auf die oberste Oberfläche der gestapelten dünnen Glasplatten überlagert, um die mehrlagige Glasstruktur 151L zu vollenden. Die Mittelachse der mehrlagigen Glasstruktur 151L ist zu den longitudinalen Öffnungskanten, die jede Nut 152 definieren, im Wesentlichen parallel.
Abdichten
Wie in 17D und 17E gezeigt, werden ein Endoberflächenabschnitt der mehrlagigen Glasstruktur 151L, der die erste seitliche Oberfläche 151s1 der dünnen Glasplatten 151 umfasst, ein Endoberflächenabschnitt der mehrlagigen Glasstruktur 151L, der die zweite seitliche Oberfläche 151s2 der dünnen Glasplatten 151 umfasst, ein Endoberflächenabschnitt der mehrlagigen Glasstruktur 151L, der die dritte seitliche Oberfläche 151s3 der dünnen Glasplatten 151 umfasst, und ein Endober-flächenabschnitt der mehrlagigen Glasstruktur 151L, der die vierte seitliche Oberfläche 151s4 der dünnen Glasplatten 151 umfasst, verschmolzen, um benachbarte dünne Glasplatten 151 zu verbinden, um die Nuten 152 abzudichten. Folglich werden die Nuten 152 abgedichtet.
Abstützen
Durch die Glasstützstruktur 145, die zu jener in der vierten Ausführungsform ähnlich ist, wird die mehrlagige Glasstruktur 151L an Stellen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur 151L, die die abgedichteten Nuten enthalten, der Endoberfläche 153 mit den zweiten seitlichen Oberflächen 151s2 der dünnen Glasplatten 151 und der Endoberfläche 154, die die vierten seitlichen Oberflächen 151s4 der dünnen Glasplatten 151 enthält und entgegengesetzt zur Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen enthält, in Bezug auf die Mittelachse angeordnet ist, abgestützt.
Insbesondere wird ähnlich zu jener in der vierten Ausführungsform die mehrlagige Glasstruktur 151L in das kreisförmige Glasrohr 143 eingesetzt, wobei die Mittelachse der mehrlagigen Glasstruktur 151L zur Mittelachse des kreisförmigen Glasrohrs 143 parallel gehalten wird. Anschließend werden, um die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 151L im kreisförmigen Glasrohr 143 zu befestigen, Glasstäbe 144 in den Spalt zwischen der Innenwand des kreisförmigen Glasrohrs und der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 151L eingesetzt. Wie vorstehend beschrieben und in 18 gezeigt, wird die Vorform mit der Stützstruktur 145, die mit dem kreisförmigen Glasrohr 143 und den Glasstäben 144 ausgebildet ist, und der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 151L, die durch die Stützstruktur 145 abgestützt ist, zusammengefügt.
Ziehen
In einer ähnlichen Weise wie in der vierten Ausführungsform wird die mehrlagige Glasstruktur 151L zusammen mit der Glasstützstruktur 145 erhitzt, so dass sie gemeinsam erweicht werden, und in einer zur Mittelachse parallelen Richtung gezogen. Im Schritt des Ziehens, wenn beispielsweise das Transmissionsgitter unter Verwendung von dünnen Glasplatten 151 mit einem Brechungsindex n₁ hergestellt wird, ist es bevorzugt, die Dicke T₁ von jeder der dünnen Glasplatten 151 vor dem Ziehen, die Tiefe von jeder der Nuten vor dem Ziehen und das Ausmaß des Ziehens derart zu bestimmen, dass die Tiefe t₂ von jeder der Nuten, die in jeder der dünnen Glasplatten 151 definiert sind, nach dem Ziehen in einem Bereich von 0,1/π(n₁ ²-1)^1/2 bis zur Dicke t₁ unter den Nuten von jeder der dünnen Glasplatten 151 nach dem Ziehen liegt. Wenn sie gezogen werden, nehmen die Tiefen der Nuten, die in den dünnen Glasplatten 151 ausgebildet sind, ab und auch die Breiten der Nuten, die in den dünnen Glasplatten 151 ausgebildet sind, nehmen ab. Das Verhältnis des Ziehens kann beispielsweise in einem Bereich von 100-mal bis 20000-mal, vorzugsweise in einem Bereich von 500-mal bis 10000-mal festgelegt werden.
Erstes Schneiden
Bei einem ersten Schneiden, wie in 19A gezeigt, wird die gezogene mehrlagige Glasstruktur 151L zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur 145 in einer Richtung parallel zu einer ersten Ebene, die zur Mittelachse senkrecht ist, geschnitten, um einen ersten Schnitt zu erhalten.
Zweites Schneiden
Bei einem zweiten Schneiden, wie in 19B gezeigt, wird der erhaltene erste Schnitt, der einen Abschnitt der mehrlagigen Glasstruktur 151L und einen entsprechenden Abschnitt der Glasstützstruktur 145 umfasst, in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene 80, die zur Mittelachse parallel ist, weiter geschnitten, um einen zweiten Schnitt zu erhalten. Die zweite Ebene ist zur ersten Richtung im Wesentlichen parallel, die im Schritt des Stapelns beschrieben ist.
Die zweite Ebene ist zu den Ebenen, die im Schritt des Stapelns beschrieben sind, den Ebenen, in denen die longitudinalen Öffnungskanten, die die Nuten 152 definieren, angeordnet sind, im Wesentlichen parallel. Der Winkel zwischen einer Linie, die zur ersten Hauptoberfläche der dünnen Glasplatten normal ist, und der zweiten Ebene entspricht beispielsweise dem Neigungswinkel θ im Transmissionsgitter 100 der ersten Ausführungsform. Das Produkt der Nutbreite nach dem Ziehen und von cosθ (d. h. der Abstand zwischen der flachen Lichteinfallsoberfläche und der flachen Lichtemissionsoberfläche) entspricht der Dicke t des Transmissionsgitters 100 der ersten Ausführungsform. Wie in der ersten Ausführungsform und anderen beschrieben, ist es bevorzugt, sie derart festzulegen, dass der Abstand t zwischen der flachen Lichteinfallsoberfläche und der flachen Lichtemissionsoberfläche in einem Bereich liegt, der t₁cos2θ/sinθ ≤ t ≤ t₁/sinθ erfüllt, das heißt die Nutbreite nach dem Ziehen liegt in einem Bereich, der t₁cos2θ/sinθcosθ ≤ t ≤ t₁/sinθcosθ erfüllt.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform kann das Transmissionsgitter, das von der Streuung von Licht frei ist, die durch das Abstandhalterpartikel verursacht wird, und eine hohe Beugungseffizienz aufweist, hergestellt werden. Überdies kann die Dicke (d. h. der Abstand zwischen der flachen Lichteinfallsoberfläche und der flachen Lichtemissionsoberfläche) hauptsächlich durch die Breite der Nuten im Schritt des Vorsehens der dünnen Glasplatten und das Ausmaß des Ziehens im Schritt des Ziehens gesteuert werden. Folglich ist das Erhalten von gewünschten Abmessungen leichter als unter Verwendung von Polieren, dessen Maßgenauigkeit ± mehrere Mikrometer ist. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters gemäß der fünften Ausführungsform kann die Herstellung einer großen Anzahl des Transmissionsgitters mit hoher Beugungseffizienz mit guter Herstellungsausbeute verwirklicht werden.
BEISPIELE
Beispiel 1
In Beispiel 1 wird das Transmissionsgitter, in dem der erste lichtdurchlässige Bereich 10 aus einem transparenten Quarzglas besteht und der zweite lichtdurchlässige Bereich 20 die Luft ist, gemäß dem Verfahren zur Herstellung des Transmissionsgitters der dritten Ausführungsform hergestellt.
Die Schritte zur Herstellung im Beispiel 1 werden nachstehend in passender Reihenfolge beschrieben.
Vorsehen einer Glasplatte
Zwei transparente Quarzglasplatten (Brechungsindex 1,46) werden bereitgestellt.
Bearbeitung der Glasplatte
Auf jeder der transparenten Quarzglasplatten, die wie vorstehend beschrieben bereitgestellt werden, wird ein Cr-Metallfilm unter Verwendung eines Sputterverfahrens angeordnet und dann wird ein Resistfilm unter Verwendung eines Aufschleuderverfahrens darauf angeordnet. Anschließend wird unter Verwendung einer Photolithographietechnik (Schrittmotor, Elektronenstrahlzeichnungsvorrichtung usw.) der Resistfilm mit vorbestimmtem Licht in einer vorbestimmten Periode mit einem Rastermaß von 3,16 µm belichtet, dann wird der Resist entwickelt, um ein Resistmuster von periodisch ausgerichteten Streifenformen auf dem Metallfilm zu erhalten. Anschließend wird unter Verwendung des länglichen Resistmusters als Maske der Cr-Metallfilm unter der Maske unter Verwendung einer Trockenätzmaschine (beispielsweise einer Maschine für reaktives lonenätzen mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-RIE)) trockengeätzt und ferner wird unter Verwendung des Cr-Metallfilms als Maske und unter Verwendung der Trockenätzmaschine die transparente Quarzglasplatte geätzt. Die durch Ätzen zu erhaltende Form kann durch die Form der Metallmaske und die Trockenätzbedingungen (wie z. B. Typ von Gas(en) und die Durchflussrate(en) für das Trockenätzen, den Ätzdruck, die HF-Leistung oder dergleichen) gesteuert werden. Bei der Herstellung des Transmissionsgitters von Beispiel 1 wird Trockenätzen ausgeführt, während die Trockenätzbedingungen nach Bedarf eingestellt werden, um die resultierenden Formen zu erhalten, die an die entworfene Form angepasst sind. Die Cr-Metallfilmmaske bleibt auf der Quarzglasplatte, wird unter Verwendung eines Ätzmittels entfernt, das ausschließlich Cr auflösen soll. Folglich werden zwei Glasplatten 130, die jeweils aus transparentem Quarzglas bestehen, die mit den länglichen trapezförmigen Vorsprüngen 131 zwischen länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten 132 ausgebildet sind, wie in 11A gezeigt, bereitgestellt. In den Glasplatten 130 ist das Rastermaß der trapezförmigen Vorsprünge 131 (d. h. die Beugungsgitterperiode) 3,16 µm, die Breite der oberen Oberflächen der Vorsprünge ist 1,52 µm, die Breite an der Unterseite der trapezförmigen Vorsprünge ist 1,60 µm und die Höhe der Vorsprünge ist 0,76 µm.
Eingriff
Anschließend, wie in 11B gezeigt, wird eine der zwei Glasplatten 130 umgedreht und auf die zweite Glasplatte 130 überlagert, so dass die Aussparungen und die Vorsprünge der zwei Glasplatten 130 miteinander in Eingriff gebracht werden, und eine der Glasplatten 130 wird zu einer Seite geschoben, so dass die zwei Glasplatten 130 auf einer Seite der seitlichen Wandoberflächen miteinander in Kontakt stehen.
Verbindung
Anschließend, wie in 11C gezeigt, werden, während eine der zwei Glasplatten, die zu einer Seite geschoben wird, wie vorstehend beschrieben, gehalten wird, die zwei Glasplatten 130 einteilig verbunden. Wie vorstehend beschrieben, wird das Transmissionsgitter aus Quarzglas, das mit einteilig verbundenen zwei vorstehenden Abschnitten 131 und zwei Glasbasisabschnitten 133, die die dünnen Luftschichten einschließen, die in einem Neigungswinkel θ ausgerichtet sind, ausgebildet ist, erhalten. Die Verbindung kann unter Verwendung eines Verfahrens wie z. B. Pressverschmelzen oder Verbinden (unter Verwendung eines Klebstoffs, der einen Brechungsindex aufweist, der zum Brechungsindex des Quarzglases äquivalent ist, oder direkte Verbindung) ausgeführt werden.
Zuletzt wird Feinpolieren auf die Oberflächen auf der Einfallsseite und der Lichtemissionsseite angewendet. Das wie vorstehend beschrieben hergestellte Transmissionsgitter weist die Werte von θ ≈ 3,01°, t₁ ≈ 3117 nm und t₂ ≈ 39 nm auf. Die Oberfläche auf der Einfallsseite wird mit einer Antireflexschicht versehen, die aus einem dielektrischen mehrlagigen Film besteht, und die Oberfläche auf der Emissionsseite wird mit einer Reflexionssteuerschicht versehen, die aus einem dielektrischen mehrlagigen Film besteht. Wie in 11D dargestellt, wenn Licht mit einer Wellenlänge λ = 488 nm auf die flache Lichteinfallsoberfläche in einem Winkel von 8,9° in Bezug auf die zur flachen Lichteinfallsoberfläche normale Linie einfällt, wird die Wellenlänge des Lichts im Quarzglas 334 nm und tritt in einem Winkel von 6,08° durch das Transmissionsgitter hindurch, in dem dünne Schichten von Luft in einem Winkel von 3° in Bezug auf die zur flachen Lichteinfallsoberfläche normale Linie ausgerichtet sind, dann wird durchgelassenes gebeugtes Licht 61 erster Ordnung aus der flachen Lichtemissionsoberfläche in einer Richtung senkrecht zur flachen Lichtemissionsoberfläche emittiert.
Das Transmissionsgitter von Beispiel 1, das wie vorstehend beschrieben hergestellt ist, weist kein Metall oder dergleichen auf, das Licht auf dem Strahlengang absorbiert, was die Erzeugung von Wärme aufgrund der Absorption von Licht und/oder eine Verschlechterung aufgrund der erzeugten Wärme beseitigen kann. Selbst wenn es mit hoher optischer Dichte betrieben wird, können folglich eine Abweichung des Strahlengangs, die durch die erzeugte Wärme verursacht wird, und die Verschlechterung der Komponente aufgrund von Licht vernachlässigbar sein und die Zuverlässigkeit des Transmissionsgitters kann verbessert werden.
Die Glasplatte 130 mit periodisch bereitgestellten länglichen trapezförmigen Vorsprüngen kann einzeln als Transmissionsgitter dienen, aber das Transmissionsgitter von Beispiel 1 weist eine Konfiguration auf, in der die ersten (oder zweiten) seitlichen Oberflächen, die die länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten von einer der zwei Glasplatten 130 definieren, eng an die ersten (oder zweiten) seitlichen Oberflächen der länglichen trapezförmigen Vorsprünge der anderen der zwei Glasplatten 130 angefügt sind und miteinander verbunden sind. Mit dieser Konfiguration wird die Intensität von durchgelassenem gebeugtem Licht zweiter Ordnung im Vergleich zu jener eines einzelnen Transmissionsgitters verringert und die Intensität des durchgelassenen gebeugten Lichts erster Ordnung kann verstärkt werden. Da zwei Glasplatten (d. h. Transmissionsgitter) miteinander integriert sind, eine höhere mechanische Festigkeit als jene einer einzelnen Glasplatte (d. h. Transmissionsgitter). Alternativ können zwei, ein erstes und ein zweites, Transmissionsgitter mit derselben Beugungsgitterperiode, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, mit den Vorsprüngen des ersten Transmissionsgitters und den Aussparungen des zweiten Transmissionsgitters, wobei die seitlichen Oberflächen der Vorsprünge des ersten Transmissionsgitters und die seitlichen Oberflächen der Aussparungen des zweiten Transmissionsgitters im Wesentlichen zueinander parallel sind, auch verwendet werden.
Beispiel 2
In Beispiel 2 wird ein Transmissionsgitter, das ferner durchgelassenes gebeugtes Licht 60 nullter Ordnung im Vergleich zu jenem in Beispiel 1 weiter verringern kann, gemäß dem Verfahren hergestellt, das in der vierten Ausführungsform dargestellt ist. Schritte zur Herstellung in Beispiel 2 werden nachstehend beschrieben.
Vorsehen von dünnen Glasplatten
Mehrere dünne Glasplatten 141 mit derselben Breite, Länge und Dicke (beispielsweise Brechungsindex 1,51, Dicke 0,05 mm, Breite 500 mm und Länge 1000 mm) werden bereitgestellt.
Stapeln
Eine einzelne Glasplatte 140a mit einer Dicke von 7 mm (Breite 514 mm, Länge 1014 mm) wird bereitgestellt und eine der dünnen Glasplatten 141 wird kozentral auf der Glasplatte 140a angeordnet, wobei ihre Umfangskanten im Wesentlichen zu den Umfangskanten der Glasplatte 140a parallel sind. Wie in 12A gezeigt, werden Abstandhalterpartikel 142 (beispielsweise kugelförmige Siliziumdioxidpartikel mit einem Durchmesser von 5 µm, die bei der Herstellung von Flüssigkristallen verwendet werden) unter trockenen Bedingungen auf der dünnen Glasplatte 141 in einem Einzelpartikelzustand verteilt. Wie in 12B gezeigt, wird dann eine andere der dünnen Glasplatten 141 auf die dünne Glasplatte 141 überlagert, die auf der Glasplatte 140a angeordnet wurde. Das Verteilen der Abstandhalterpartikel 142 und das Überlagern der dünnen Glasplatten 141 werden abwechselnd wiederholt, um die mehrlagige Glasstruktur 141L mit 10000 überlagerten dünnen Glasplatten 141 auszubilden, die in 12C gezeigt ist. Das Überlagern wird in Luft durchgeführt, so dass die Abstandhalterpartikel 142 und die Luft zwischen benachbarte dünne Glasplatten 141 eingefügt werden.
Abdichten
Ferner werden die seitlichen Oberflächen und die obere Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur 141L jeweils mit einer Glasplatte mit 7 mm Dicke 140b bis 140f bedeckt. Die Glasplatten 140a bis 140f werden mit den oberen und unteren Oberflächen und den seitlichen Oberflächen der mehrlagigen Glasstruktur 141L thermisch verschmolzen, um die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS zu erhalten, die in 12D gezeigt ist. Zu dieser Zeit werden die äußeren Umfangsabschnitte von jeder der dünnen Glasplatten 141 mit entsprechenden Abschnitten der Glasplatten mit 7 mm Dicke 140c bis 140f thermisch verschmolzen, die die seitlichen Oberflächen der mehrlagigen Glasstruktur 141L umgeben. Folglich werden Luftschichten zwischen den dünnen Glasplatten 141 eingeschlossen.
Abstützen
Ferner wird die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur 141LS in das kreisförmige Glasrohr (Dicke von 7 mm, Innendurchmesser von 765 mm) 143 eingesetzt und die Glasstäbe 144 werden eingesetzt, um den Spalt zwischen der Innenwand des kreisförmigen Glasrohrs und der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 151L zu füllen. Wie in 13 und 14 gezeigt, umfasst der Glasträger das kreisförmige Glasrohr 143 und die Glasstäbe 144. Wie vorstehend beschrieben, wird die Vorform mit der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur LS und der Glasstützstruktur ausgebildet. Das Ausbilden der Glasstützstruktur in einer Gestalt eines Rotationskörpers (beispielsweise eine Kombinationsgestalt einer zylindrischen Gestalt und einer kegelstumpfförmigen Gestalt) soll ein gleichmäßiges Erhitzen im Schritt des Ziehens erreichen.
Ziehen
Als nächstes wird Wärme aufgebracht und die Vorform wird in der Richtung ihrer Mittelachse gezogen. Durch Ziehen der Vorform etwa 916-mal ergibt sich die abgedichtete mehrlagige Glasstruktur LS (Glasanordnungsstab) mit einem Außendurchmesser von 25,7 mm, die in 15 gezeigt ist. Wenn die Luft in der mehrlagigen Glasstruktur L eingeschlossen gehalten wird, wird die Luft zwischen der Glasstützstruktur und der mehrlagigen Glasstruktur L während des Ziehens durch das Stützrohr 146 und die Erweiterungsrohre 147 aus den Öffnungen der Vorform ausgelassen. Zu dieser Zeit werden das kreisförmige Glasrohr 143 und die Glasstäbe 144 thermisch verschmolzen, um sie miteinander zu integrieren. Unterdessen werden die Abschnitte der mehrlagigen Glasstruktur L, die die Luftschichten einschließen, gezogen und werden zu dünnen Spalten, die Luft enthalten. Nachdem sie gezogen sind, ist die Anordnungsperiode der dünnen Glasplatten etwa 1/30,3 von jener der Vorform, was eine Periode von 1,817 µm (1,652 µm Dicke jeder dünnen Glasplatte, 0,165 µm Dicke jeder Luftschicht) ergibt.
Schneiden
Wie in 16A gezeigt, wird die mehrlagige Glasstruktur L (eine Form eines Rotationskörpers) mit einer Dicke von 1 mm entlang einer Ebene geschnitten, die zu einer Ebene senkrecht ist, die die Mittelachse umfasst, die im Wesentlichen parallel ist zur Ziehrichtung der mehrlagigen Glasstruktur L (eine Form eines Rotationskörpers) und auch im Wesentlichen parallel ist zu einer Ebene, die in einem Winkel θ von 9,97° zu einer Linie geneigt ist, die zu den dünnen Glasplatten 141 normal ist, um mehrere Scheiben einer Glasanordnung (16B) zu erhalten. Eine planare Seite der Scheiben der Glasanordnung (1 6B) wird optisch poliert, und die polierte Oberfläche wird mit einer doppelseitig optisch polierten dicken Glasplatte (Dicke von 5 mm, Brechungsindex von 1,51) verbunden. Zu dieser Zeit wird das Verbinden so ausgeführt, dass Luftblasen oder dergleichen nicht in die Grenzfläche der Verbindung eintreten. Das Verbinden kann unter Verwendung eines bekannten Verbindungsverfahrens ausgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung eines transparenten Klebstoffs oder von thermischem Verschmelzen. Um zu verhindern, dass Polierpartikel in die Scheiben der Glasanordnung (d. h. zwischen die dünnen Glasplatten) zur Zeit des Polierens eintreten, kann Polyvinylalkohol (PVA) oder dergleichen zwischen die dünnen Glasplatten in den Scheiben der Glasanordnung gefüllt werden, der nach dem Polieren unter Verwendung von warmem Wasser oder eines organischen Lösungsmittels entfernt werden kann.
Optisches Polieren
Jede der anderen planaren Oberflächen der Scheiben der Glasanordnung wird poliert, um die Dicke zu verringern, und optisches Polieren wird angewendet, so dass das Beugungsgitter (eine geschichtete Struktur von dünnen Glasplatten und Luftschichten in einer Scheibe der Glasanordnung) eine Dicke t von 9 µm (eine Dicke in einem Bereich von 8,97 µm bis 9,54 µm), das heißt eine Gesamtdicke des Beugungsgitters und der dicken Glasplatte (Dicke von 5 mm) von 5,009 mm, aufweist.
Verbinden der dicken Glasplatte
Eine dicke Glasplatte (Dicke von 5 mm, Brechungsindex von 1,51) wird an die polierte Oberfläche von jedem der Beugungsgitter gebunden. Folglich werden mehrere Transmissionsgitter (von denen eines in 7 gezeigt ist) hergestellt.
Anordnen des dielektrischen mehrlagigen Films
Im Transmissionsgitter von Beispiel 2 wird ein Antireflexfilm, der aus einem dielektrischen mehrlagigen Film (beispielsweise Al₂O₃-Film (Brechungsindex 1,64)/ZrO₂-Film (Brechungsindex 2,00)/MgF₂-Film (Brechungsindex 1,38)) besteht, ferner auf der polierten Oberfläche von einer der dicken Glasplatten angeordnet, um als flache Lichteinfallsoberfläche des Laserlichts zu dienen. Ein dielektrischer mehrlagiger Film mit einem gewünschten Reflexionsvermögen wird auf der polierten Oberfläche der anderen der dicken Glasplatten angeordnet, um die Menge an reflektiertem und gebeugtem Licht zweiter Ordnung, das zum Laser zurückkoppelt, einzustellen.
Im Transmissionsgitter von Beispiel 2, wie vorstehend beschrieben, wird die Glasanordnung (Glasanordnungsstab) parallel zu einer Ebene geschnitten, die sich in einem Winkel (θ = 9,97°) zu einer Linie neigt, die zu den dünnen Glasplatten 141 normal ist, folglich ist die Beugungsgitterperiode 1,845 µm.
Wenn der p-polarisierte Bestandteil von linear polarisiertem Laserlicht mit einer Wellenlänge von 950 nm auf die flache Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters von Beispiel 2 in einem Einfallswinkel von 31° einfällt, wird gemäß dem Snell-Gesetz das Laserlicht in einem Brechungswinkel von 19,94° an der Grenzfläche zwischen Luft und der dicken Glasplatte mit einem Brechungsindex von 1,51 gebrochen. Mit der Wellenlänge von 629 nm in der dicken Glasplatte breitet sich das Laserlicht in Richtung des Beugungsgitterbereichs mit einer Beugungsgitterperiode von 1,845 µm aus. Die Bedingungen für die Beugung erster Ordnung sind erfüllt, was die Intensität des gebeugten Lichts erster Ordnung verstärkt, und durchgelassenes gebeugtes Licht erster Ordnung wird in einer zur dicken Glasplatte normalen Richtung emittiert. Mit dem Einfallswinkel von 31° werden die zulässigen Beugungsordnungen auf 0, 1 und 2 mit den Beugungswinkeln von 31°, 0° bzw. -31° begrenzt. Licht, das sich in jeder der dünnen Glasplatten ausbreitet, fällt auf die Grenzfläche zwischen der dünnen Glasplatte und Luft mit einem Einfallswinkel von 80,03° ein, der größer ist als der kritische Winkel von 41,47°, was folglich die Bedingung für die interne Totalreflexion erfüllt. Die Dicke von jeder der Luftschichten ist 0,1652 µm, was 17,4 % der Wellenlänge von 950 nm ist, und größer als zweimal die Dicke des flüchtigen Feldes (d. h. eine Dicke von 7,2 % der Wellenlänge in einem Einfallswinkel von 80,03°). Folglich ist die Intensität von durchgelassenem Licht vernachlässigbar. Das Beugungsgitter weist eine Dicke von 9 µm auf, was eine wesentliche Beseitigung von durchgelassenem gebeugtem Licht nullter Ordnung ermöglicht, das sich geradlinig in der dünnen Glasplatte ausbreitet, ohne auf die Grenzfläche zwischen der dünnen Glasplatte und der Luftschicht einzufallen. Im Allgemeinen ist abgesehen von der Intensität von gebeugtem Licht nullter Ordnung die Intensität von gebeugtem Licht erster Ordnung größer als die Intensität von gebeugtem Licht zweiter oder höherer Ordnung, folglich kann einfallendes Licht effizient in gebeugtes Licht erster Ordnung umgesetzt werden.
Nach dem Schneiden der Glasanordnung auf etwa 1 mm Dicke wird die Dicke der geschnittenen Glasanordnung weiter auf etwa 9 µm verringert, um Mehrfachreflexionen in den dünnen Glasplatten zu beseitigen oder zu verringern, die zwischen den dünnen Luftschichten angeordnet sind. Die Dicke von etwa 9 µm) weist keine ausreichende mechanische Festigkeit für die Handhabung auf, folglich wird eine dicke Glasplatte an beide planaren Seiten gebunden. In herkömmlichen Transmissionsgittern führt reflektiertes Licht an der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche des Transmissionsgitters zu einem optischen Verlust. Im Transmissionsgitter von Beispiel 2 ist jedoch das Beugungsgitter zwischen den dicken Glasplatten mit einem gleichen Brechungsindex angeordnet, was spiegelnd reflektiertes Licht beseitigen oder verringern kann, aber spiegelnd reflektiertes Licht (und reflektiertes und gebeugtes Licht erster Ordnung und zweiter Ordnung) an der Einfallsseitenkante der dünnen Schicht von 0,165 µm Dicke ermöglicht. Die Oberfläche der dicken Glasplatte, um als Laserlichteinfallsoberfläche zu dienen, ist mit dem Antireflexfilm versehen, der aus dem dielektrischen mehrlagigen Film besteht, was das Verringern des Auftretens von reflektiertem Licht ermöglicht.
Im Verfahren zur Herstellung gemäß dem Beispiel 2 werden die Transmissionsgitter durch Schneiden der mehrlagigen Glasstruktur LS (Glasanordnungsstab) erhalten, was die Herstellung einer Anzahl von Transmissionsgittern auf einmal ermöglicht und folglich eine gute Massenproduktivität im Vergleich zu den Verfahren aufweist, in denen individuelle Beugungsgitter unter Verwendung einer Elektronenstrahlzeichnungstechnik oder einer Interferenzbelichtungstechnik graviert werden. Gemäß dem Beispiel 2 wird die Vorform von 1000 mm Länge auf etwa 916-mal gezogen und auf 1 mm Dicke geschnitten, folglich können 900000 oder mehr Beugungsgitter hergestellt werden.
Das Transmissionsgitter von Beispiel 2, das wie vorstehend beschrieben hergestellt wird, weist kein Metall oder dergleichen auf, das Licht auf dem Strahlengang absorbiert, was die Erzeugung von Wärme und/oder die Verschlechterung aufgrund der Absorption von Licht im Wesentlichen beseitigen kann. Selbst wenn es mit hoher optischer Dicke betrieben wird, können folglich eine Abweichung des Strahlengangs, die durch die erzeugte Wärme verursacht wird, und eine Verschlechterung der Komponente aufgrund von Licht vernachlässigbar sein, und die Zuverlässigkeit des Transmissionsgitters kann verbessert werden.
Anstelle der Verteilung der Abstandhalterpartikel 142 (kugelförmige Siliziumdioxidpartikel) im Einzelpartikelzustand können mehrere Vorsprünge auf den Oberflächen der dünnen Glasplatten durch Ätzen oder dergleichen ausgebildet werden. Wenn die dünnen Glasplatten eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche entgegengesetzt zur ersten Oberfläche aufweisen und die erste Oberfläche glatter ist als die zweite Oberfläche, wird die erste Oberfläche verwendet, um die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27 zu bilden. Mehrere Vorsprünge können durch Ätzen oder dergleichen auf den zweiten Oberflächen der dünnen Glasplatten ausgebildet werden und die geätzten Oberflächen werden als untere Oberflächen der ersten lichtdurchlässigen Bereiche 10 angeordnet. Dies soll durchgelassenes gebeugtes Licht erster Ordnung durch reflektiertes Licht an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 verstärken. Das Stapeln der dünnen Glasplatten kann durch Wickeln einer dünnen Glasfolie auf eine rotierende quadratische Säule und Schneiden der gewickelten dünnen Glasfolie an jeder Kante der quadratischen Säule durchgeführt werden.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wird ein Transmissionsgitter gemäß dem in der fünften Ausführungsform dargestellten Verfahren hergestellt. Die Schritte der Herstellung im Beispiel 3 werden nachstehend beschrieben.
Vorsehen einer dünnen Glasplatte mit Nuten
Mehrere dünne Glasplatten 151 mit einer gleichen Dicke (beispielsweise Brechungsindex 1,51, Dicke 0,03 mm, Breite 500 mm und Länge 500 mm), die jeweils mit mehreren Nuten 151 in einer Oberfläche (einer ersten Hauptoberfläche) ausgebildet sind, werden bereitgestellt.
In Beispiel 3 werden beispielsweise sechs Nuten 152 in der Ziehrichtung in der ersten Hauptoberfläche von jeder der dünnen Glasplatten mit einer Länge von 450 mm, einer Tiefe von 1,5 µm und einer Bodenbreite von 160 µm und einer Periode von 92 mm ausgebildet. Wie in 17A gezeigt, werden die sechs Nuten derart ausgebildet, dass ein flacher Abschnitt mit einer Breite von etwa 20 mm zwischen der äußeren Umfangskante der dünnen Glasplatten 151 und den Kanten der Nuten belassen wird. Für das Verfahren zum Ausbilden der Nuten kann ein bekanntes Verfahren wie z. B. Nassätzen, Trockenätzen, Mikrostrahlen, superfeine Endbearbeitung der Oberfläche durch Schleifen, Laserstrahlbearbeitung oder eine Kombination dieser Verfahren oder dergleichen verwendet werden. Es ist bevorzugt, ein Verfahren zu verwenden, das eine gute Ebenheit in der bearbeiteten Oberfläche, eine gute Steuerbarkeit der Nuttiefe, eine gute Steuerbarkeit des Neigungswinkels der seitlichen Oberflächen, die die Nuten definieren, und eine kleine Reaktionskraft beim Ausbilden der Nuten bereitstellen kann, ein Beispiel von solchen Verfahren umfasst ein durch Laser induziertes Rückseitennassätzverfahren, das in der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2004-306134 dargestellt ist.
In Beispiel 3, wenn der Winkel zwischen den longitudinalen seitlichen Oberflächen, die die Nuten mit einer Gestalt eines gleichschenkligen Trapezes in einem Querschnitt definieren, und der zur dünnen Glasplatte normalen Linie 9,82° ist, kann die Intensität des reflektierten und gebeugten Lichts zweiter Ordnung, das auf eine Kante der Luftschicht in einem Winkel von 19,64° einfällt, erhöht werden und die Intensität von reflektiertem und gebeugtem Licht nullter Ordnung und erster Ordnung kann verringert werden. Mit dieser Konfiguration kann zur Zeit der Rückkopplung des reflektierten und gebeugten Lichts zweiter Ordnung zum externen Resonatorlaser eine ausreichende Rückkopplungsmenge zuverlässig erhalten werden.
In Beispiel 3 werden ferner, um Licht an den Bodenoberflächen der Nuten zu reflektieren und um den Streuverlust von Licht zu verringern, die Bodenoberflächen der Nuten vorzugsweise glatt gemacht. Diese Konfiguration kann die Intensität von durchgelassenem gebeugtem Licht erster Ordnung, das verwendet werden soll, erhöhen und kann durchgelassenes gebeugtes Licht zweiter Ordnung, das zu einem optischen Verlust führt, verringern und ist daher bevorzugt.
Stapeln
Wie in 17B gezeigt, werden 10000 der dünnen Glasplatten 151, die mit den Nuten 152 ausgebildet sind, wie vorstehend beschrieben, gestapelt. Das Stapeln wird derart durchgeführt, dass die erste Hauptoberfläche der dünnen Glasplatte 151, die mit den Nuten ausgebildet ist, mit der zweiten Hauptoberfläche der dünnen Glasplatte 151, die mit den Nuten ausgebildet ist, die auf der ersten Hauptoberfläche angeordnet wird, in Kontakt steht. Ferner werden beim Stapeln die Richtungen der langen Seite der Nuten 152 der dünnen Glasplatten 151 parallel zur Ziehrichtung ausgerichtet, wobei die Kanten der langen Seite der Nuten 152 von entsprechenden dünnen Glasplatten 151 in dieselbe Ebene gelegt werden. Die Ebene mit den vorstehend beschriebenen Kanten der langen Seite wird in 9,82° zu der zu den ersten Hauptoberflächen der dünnen Glasplatten 151 normalen Linie geneigt. Wie in 17C gezeigt, wird eine einzelne dünne Glasplatte 151a, die nicht mit einer Nut 152 ausgebildet ist, auf die oberste Oberfläche der gestapelten dünnen Glasplatten überlagert, um die mehrlagige Glasstruktur 151L zu vollenden.
Abdichten
An der Oberfläche und dem Abschnitt der nahen Oberfläche der vier seitlichen Oberflächen der mehrlagigen Glasstruktur 151L werden die dünnen Glasplatten 151 thermisch miteinander verschmolzen, um die Luft in den Nuten 152 einzuschließen, wie in 17D und 17E gezeigt.
Ziehen
Ferner wird die mehrlagige Glasstruktur 151L in das kreisförmige Glasrohr 143 (Dicke von 7 mm, Innendurchmesser von 771 mm) eingesetzt und Glasstäbe 144 werden eingesetzt, um den Spalt zwischen der Innenwand des kreisförmigen Glasrohrs und der abgedichteten mehrlagigen Glasstruktur 151L zu füllen, und die beiden Enden des kreisförmigen Glasrohrs werden verschmälert, um eine Vorform zu erhalten. Anschließend wird die Vorform in einer Ziehmaschine angeordnet und Wärme wird aufgebracht und dann wird die erhitzte Vorform gezogen. In Beispiel 3 wird die Vorform auf etwa 916-mal gezogen, um den Außendurchmesser von 23,44 mm zu erhalten. In diesem Zustand wird die Periode der Nuten, die dünne Schichten von Luft einschließen, etwa 1/33,5 von jener in der Vorform, was eine Periode in der Stapelrichtung von 0,896 µm (wobei eine Dicke t1 vom Boden einer Nut zur oberen Oberfläche einer benachbarten Nut ≈ 0,8512 µm ist, die Dicke t2 der in jeder Nut eingeschlossenen Luftschicht ≈ 0,0448 µm ist und die Bodenbreite jeder Nut 4,776 µm ist) und eine Periode in der zur Stapelrichtung senkrechten Richtung von ≈ 2,75 mm ergibt.
Schneiden
Wie in 19A gezeigt, wird die erweiterte mehrlagige Glasstruktur 151L (Glasanordnungsstab in einer zylindrischen Form) beispielsweise parallel zu einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der mehrlagigen Glasstruktur 151L auf eine Länge von 30,3 mm geschnitten. Dann wird der geschnittene Abschnitt der erweiterten mehrlagigen Glasstruktur 151L weiter parallel zu einer Ebene, die zur Mittelachse parallel ist und in 9,82° zu einer zu den ersten Oberflächen der dünnen Glasplatten normalen Linie geneigt ist, auf eine Dicke von 2,5 mm (mit einer Schneidtoleranz von 0,25 mm) unter Verwendung von beispielsweise einer Drahtsäge geschnitten, um sechs rechteckige Glasplatten (Breite von etwa 23 mm, Länge von 30,3 mm und einer Dicke von 2,5 mm) zu erhalten. Gemäß dem Beispiel 3 können 100000 oder mehr Beugungsgitter aus einer einzelnen Vorform mit einer Länge von 500 mm hergestellt werden (19B). Das Schneiden wird derart durchgeführt, dass die Anordnung von Luftschichten der Nuten ungefähr in der Mitte der Dicke jeder geschnittenen Platte angeordnet ist. In diesem Fall ist die Anordnung von Luftschichten der Nuten, die das Beugungsgitter bilden, im mittleren Bereich von jeder der rechteckigen Platten mit einen Seitenverhältnis von 2:1 angeordnet.
Optisches Polieren
Die beiden Seiten der Glasplatten, die durch Schneiden der Abschnitte des Glasanordnungsstabes erhalten werden, wie vorstehend beschrieben, werden optisch poliert. Wenn die Glasplatte so angeordnet wird, dass der Querschnitt der Nuten in einer umgekehrt trapezförmigen Gestalt vorliegt, dient die obere Oberfläche der Glasplatte als Lichteinfallsoberfläche und die untere Oberfläche der Glasplatte dient als Lichtemissionsoberfläche. Durch Einstellen der Dicke des Schneidens kann das Ausmaß des Polierens eingestellt werden und der Schritt des Verbindens einer dicken Glasplatte wie in Beispiel 2 kann weggelassen werden.
Anordnen des dielektrischen mehrlagigen Films
In Beispiel 3 wird ein Antireflexfilm, der aus drei Schichten eines dielektrischen Films besteht, auf der Lichtemissionsseite des Transmissionsgitters angeordnet. Zu dieser Zeit kann die Oberfläche auf der Lichtemissionsseite zu einem teilweise reflektierenden Spiegel gemacht werden, was die Einstellung der Menge an Rückkopplung des Halbleiterlasers durch das Reflexionsvermögen des dielektrischen mehrlagigen Films ermöglicht. Mit dieser Konfiguration kann der Bedarf an einem externen teilweise reflektierenden Spiegel in einer WBC-Laservorrichtung beseitigt werden. Durch einteiliges Strukturieren des teilweise reflektierenden Spiegels, der extern mit dem Beugungsgitter versehen wurde, kann eine Ortsfehlausrichtung, die zwischen dem externen teilweise reflektierenden Spiegel und dem Beugungsgitter aufgetreten ist, beseitigt werden und die Zuverlässigkeit der Laservorrichtung kann verbessert werden.
Wenn das in Beispiel 3 hergestellte Transmissionsgitter in einer WBC-Laservorrichtung verwendet wird, wird die rechteckige Glasplatte derart angeordnet, dass die Anordnung von Luftschichten der Nuten, die das Beugungsgitter bildet, senkrecht zur horizontalen Einfallsebene (die die optische Achse umfasst) angeordnet wird, um beispielsweise zu ermöglichen, dass elliptisch p-polarisiertes Halbleiterlaserlicht (Wellenlänge von 460 nm und ein Elliptizitätsverhältnis (das Verhältnis der Hauptachse (12 mm) und der Nebenachse (6 mm) ist 2:1) in die Einfallsebene in einem Winkel von 30,5° einfällt. Gemäß dem Snell-Gesetz wird das einfallende Licht an der Grenzfläche (entsprechend der Oberflächenaußenseite der ersten lichtdurchlässigen Platte 111 in 7) zwischen Luft und dem Glas in einem Brechungswinkel von 19,64° gebrochen. Die Dicken der Luftschichten der Nuten sind kleiner als das Glas, folglich breitet sich das Meiste des einfallenden Lichts linear im Glas aus und fällt auf die Grenzfläche (d. h. die erste Lichtreflexionsgrenzfläche 27) zwischen dem Glas am Boden der Nut und der Luftschicht in einem Einfallswinkel von 80,18° ein. Der Einfallswinkel ist größer als der kritische Winkel von 41,47°, folglich wird das einfallende Licht an der ersten Lichtreflexionsgrenzfläche 27 intern totalreflektiert. Dies liegt daran, dass die Dicke von 0,0448 µm der Luftschichten der Nuten 9,7 % der Wellenlänge von 460 nm entspricht und größer ist als die Dicke von 7,22 % des flüchtigen Feldes. Folglich ist die Intensität von durchgelassenem Licht vernachlässigbar. Unterdessen ist die Breite von etwa 4,8 µm der Luftschichten der Nuten nicht klein genug, um zu ermöglichen, dass sich linear ausbreitendes Licht hindurchgeht, ohne reflektiert zu werden, aber auch groß genug, um zu ermöglichen, dass reflektiertes Licht an der Grenzfläche (zweite Lichtreflexionsgrenzfläche) an der oberen Oberfläche der benachbarten Nut reflektiert wird. Folglich kann gebeugtes Licht nullter Ordnung ausreichend verringert werden. Das durchgelassene gebeugte Licht erster Ordnung, das einmal an der Lichtreflexionsgrenzfläche spiegelnd reflektiert wird, breitet sich senkrecht zur Lichtreflexionsgrenzfläche (d. h. einer Oberfläche, die der Außenseitenoberfläche der zweiten lichtdurchlässigen Platte 112 in 7 entspricht) aus. Die Ausbreitungsrichtung des einfallenden Lichts im Glas und die Grenzfläche zwischen Glas und Luft auf der Seite der flachen Lichteinfallsoberfläche der Luftschicht sind zueinander senkrecht. Folglich wird einfallendes Licht an der Kante der dünnen Luftschicht reflektiert und kehrt zum Halbleiterlaser als reflektiertes und gebeugtes Licht zweiter Ordnung zurück. Das auf der Lichtemissionsoberfläche der Grenzfläche reflektierte Licht, die zu einem teilweise reflektierenden Spiegel gemacht ist, wird retroreflektierend zum Halbleiterlaser als reflektiertes und gebeugtes Licht zweiter Ordnung reflektiert.
Im Schritt zum Ausbilden der Nuten in Beispiel 3 werden flache Nuten mit einer Tiefe von 1,5 µm ausgebildet, aber in dem Fall, in dem ein durch Laser induziertes Rückseitennassätzverfahren verwendet wird, können tiefe Nuten mit einem Seitenverhältnis von größer als 100 ausgebildet werden. Folglich können transparente Glasplatten (eine Dicke von 2 mm), die mit tiefen Nuten ausgebildet sind, anstelle der mit den flachen Nuten ausgebildeten Glasplatten verwendet werden.
Die in den obigen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Transmissionsgitter können als Wellenlängendispersionselement in Wellenlängenstrahl-Kombinationslichtemissionsvorrichtungen verwendet werden. Folglich können die in den obigen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Transmissionsgitter in Lichtemissionsvorrichtungen in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet werden (wie z. B. Erhitzen, Schneiden, Schweißen). Die in den obigen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Transmissionsgitter können auch als Wellenlängendispersionselement in einer optischen Einrichtung wie z. B. Spektroskopen verwendet werden.
Offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung angesichts der obigen Lehren möglich. Daher soll selbstverständlich sein, dass innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche die Erfindung anders als speziell hier beschrieben ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017086432 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Laser Beam Combining for High-Power High-Radiance Sources“ T. Y. Fan, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, Band 11, Nr. 3, Mai/Juni 2005, S. 567-577 [0003]
„Laser Beam Combining for High-Power High-Radiance Sources“ T. Y. Fan, IEEE Journal of Selected Topcis in Quantum Electronics, Band 11, Nr. 3, Mai/Juni 2005, S. 567-577 [0067]

Claims

Transmissionsgitter, das umfasst: mehrere erste lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n₁; und mehrere zweite lichtdurchlässige Bereiche mit einem Brechungsindex von n₂, der kleiner ist als n₁; wobei die ersten lichtdurchlässigen Bereiche und die zweiten lichtdurchlässigen Bereiche abwechselnd angeordnet sind; wobei das Transmissionsgitter eine flache Lichteinfallsoberfläche und eine flache Lichtemissionsoberfläche und eine Beugungsgitterperiode von d aufweist; wobei unter mehreren Grenzflächen zwischen den ersten lichtdurchlässigen Bereichen und den zweiten lichtdurchlässigen Bereichen Lichtreflexionsgrenzflächen, an denen durch die ersten lichtdurchlässigen Bereiche durchgelassenes Licht einfällt, zueinander parallel sind und derart geneigt sind, dass eine zu jeder der Lichtreflexionsgrenzflächen normale Linie in einem Neigungswinkel θ in Bezug auf die flache Lichteinfallsoberfläche und die flache Lichtemissionsoberfläche liegt, wobei 0° < θ < 90°; und wenn eine Dicke der ersten lichtdurchlässigen Bereiche in einer zu den Lichtreflexionsoberflächen senkrechten Richtung t₁ ist und eine Dicke der zweiten lichtdurchlässigen Bereiche in einer zu den Lichtreflexionsoberflächen senkrechten Richtung t₂ ist, die Dicke t₂ in einem Bereich von 0,1/π(n₁ ²-n₂ ²)^1/2 bis t₁ liegt.
Transmissionsgitter nach Anspruch 1, wobei die flache Lichteinfallsoberfläche und die flache Lichtemissionsoberfläche einen Abstand t in einem Bereich in einem Bereich von t₁cos2θ/sinθ bis t₁/sinθ aufweisen.
Transmissionsgitter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner einen dielektrischen mehrlagigen Film auf der flachen Lichtemissionsoberfläche umfasst.
Transmissionsgitter nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei der Neigungswinkel arcsin(cos(arctan(n₁)))/2 ist.
Laservorrichtung, die umfasst: eine Laseranordnung, die dazu konfiguriert ist, mehrere Laserstrahlen mit voneinander verschiedenen Wellenlängen λ_i aus verschiedenen Positionen zu emittieren; das Transmissionsgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 4; ein optisches System, das zwischen der Laseranordnung und dem Transmissionsgitter angeordnet ist und dazu konfiguriert ist, die mehreren Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen λ_i, die von der Laseranordnung emittiert werden, so zu richten, dass sie auf die flache Lichteinfallsoberfläche des Transmissionsgitters in einem Einfallswinkel α_i einfallen, der jedem der mehreren Laserstrahlen mit verschiedenen Wellenlängen λ_i entspricht; wobei jede der Wellenlängen λ_i und der Einfallswinkel α_i, der der Wellenlänge λ_i entspricht, dsinα_i = λ_i erfüllen.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters, wobei das Verfahren umfasst: Vorsehen von ersten und zweiten Glasplatten mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche, die entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche angeordnet ist, wobei die erste Hauptoberfläche von jeder der Glasplatten mehrere längliche umgekehrt trapezförmige Nuten mit jeweils einer umgekehrt trapezförmigen Gestalt in einem vertikalen Querschnitt, die durch eine erste Wand, eine zweite Wand und eine Bodenoberfläche definiert sind, definiert, wobei die ersten Wände der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten zueinander parallel sind und die zweiten Wände der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten zueinander parallel sind, und wobei die länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten in einem gleichmäßigen Intervall ausgebildet werden, wobei somit mehrere längliche trapezförmige Vorsprünge mit jeweils einer ersten Wand, einer zweiten Wand und einer oberen Oberfläche definiert werden; Eingriff der länglichen trapezförmigen Vorsprünge der ersten Glasplatte mit den länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten der zweiten Glasplatte, um die Glasplatten aneinander anzufügen; und enges Anfügen der ersten Wände der länglichen trapezförmigen Vorsprünge an die ersten Wände der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten und enges Anfügen der oberen Oberflächen der länglichen trapezförmigen Vorsprünge an die Bodenoberflächen der länglichen umgekehrt trapezförmigen Nuten und Verbinden der ersten Glasplatte mit der zweiten Glasplatte.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters, wobei das Verfahren umfasst: Stapeln von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke mit einem vorbestimmten Raum zwischen jeweils zwei benachbarten dünnen Glasplatten, um eine mehrlagige Glasstruktur zu erhalten, in der jeweils zwei benachbarte dünne Glasplatten über den Raum einander zugewandt sind; thermisches Verschmelzen von Glas an jeder seitlichen Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur, um die Räume in der mehrlagigen Glasstruktur einzuschließen; Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur, die die eingeschlossenen Räume enthält, unter Verwendung einer Glasstützstruktur an einer oberen Oberfläche, einer unteren Oberfläche und zwei seitlichen Oberflächen entgegengesetzt zueinander in Bezug auf eine Mittelachse, die zur oberen Oberfläche und zur unteren Oberfläche der mehrlagigen Glasstruktur parallel ist; Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um gemeinsam die mehrlagige Glasstruktur und die Glasstützstruktur zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur in einer zur Mittelachse parallelen Richtung; und Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zu einer ersten Ebene senkrecht ist, die die Mittelachse umfasst, und einer Stapelrichtung der dünnen Glasplatten.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters nach Anspruch 7, wobei im Schritt des Stapelns der mehreren dünnen Glasplatten jede der mehreren dünnen Glasplatten einen Brechungsindex von n₁ aufweist; und im Schritt des Ziehens der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur eine Dicke T₁ von jeder der dünnen Glasplatten vor dem Ziehen, ein Abstand zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten vor dem Ziehen und ein Ausmaß des Ziehens derart bestimmt werden, dass ein Abstand t₂ zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten nach dem Ziehen in einem Bereich von 0,1/π(n₁ ²-1)^1/2 bis zur Dicke t₁ von jeder der dünnen Glasplatten nach dem Ziehen liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters nach Anspruch 8, wobei im Schritt des Schneidens ein Winkel θ zwischen der zweiten Ebene und der Mittelachse und ein Abstand t von zwei Schnittoberflächen festgelegt werden, um t₁cos2θ/sinθ ≤ t ≤ t₁/sinθ zu erfüllen.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters, das umfasst: Vorsehen von mehreren dünnen Glasplatten mit einer gleichen Dicke mit jeweils einer ersten Hauptoberfläche, einer zweiten Hauptoberfläche entgegengesetzt zur ersten Hauptoberfläche, einer ersten seitlichen Oberfläche, einer zweiten seitlichen Oberfläche, einer dritten seitlichen Oberfläche und einer vierten seitlichen Oberfläche; wobei die erste Hauptoberfläche von jeder der dünnen Glasplatten mehrere Nuten mit einer vorbestimmten Öffnungsbreite definiert, die sich jeweils von der Seite der ersten seitlichen Oberfläche zur Seite der dritten seitlichen Oberfläche erstrecken, wobei die erste seitliche Oberfläche und die dritte seitliche Oberfläche zueinander entgegengesetzt angeordnet sind; Stapeln der mehreren dünnen Glasplatten, um longitudinale Öffnungskanten der Nuten in einer ersten Richtung auszurichten, um eine mehrlagige Glasstruktur zusammenzufügen; thermisches Verschmelzen eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die erste seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die zweite seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die dritte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, und eines Endoberflächenabschnitts der mehrlagigen Glasstruktur, der die vierte seitliche Oberfläche der dünnen Glasplatten umfasst, um benachbarte dünne Glasplatten zu verbinden und die Nuten abzudichten; Abstützen der mehrlagigen Glasstruktur, die die abgedichteten Nuten enthält, mit einer Glasstützstruktur an der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche, der Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält, und der Endoberfläche, die die vierten seitlichen Oberflächen der dünnen Glasplatten enthält und entgegengesetzt zur Endoberfläche, die die zweiten seitlichen Oberflächen enthält, in Bezug auf eine Mittelachse angeordnet ist; Erhitzen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur, um gemeinsam die mehrlagige Glasstruktur und die Glasstützstruktur zu erweichen, und Ziehen der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zur Mittelachse, um eine gezogene mehrlagige Glasstruktur und eine gezogene Glasstützstruktur zu erhalten; und Schneiden der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der gezogenen Glasstützstruktur in einer Richtung parallel zu einer ersten Ebene, die zur Mittelachse senkrecht ist, um einen ersten Schnitt der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur und der gezogenen Glasstützstruktur zu erhalten; und weiteres Schneiden des erhaltenen ersten Schnitts, der einen Abschnitt der gezogenen mehrlagigen Glasstruktur und einen entsprechenden Abschnitt der gezogenen Glasstützstruktur umfasst, in einer Richtung parallel zu einer zweiten Ebene, die zur ersten Richtung parallel ist, um einen zweiten Schnitt zu erhalten.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters nach Anspruch 10, wobei die mehreren dünnen Glasplatten einen Brechungsindex von n₁ aufweisen, und wobei im Schritt des Ziehens der mehrlagigen Glasstruktur zusammen mit der Glasstützstruktur eine Dicke t₁ von jeder der dünnen Glasplatten vor dem Ziehen, eine Tiefe von jeder der mehreren Nuten vor dem Ziehen und ein Ausmaß des Ziehens so bestimmt werden, dass ein Abstand t₂ zwischen jeweils benachbarten zwei dünnen Glasplatten nach dem Ziehen in einem Bereich von 0,11π(n₁ ²-1)^1/2 bis t₁ liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters nach Anspruch 11, wobei im Schritt des Vorsehens der dünnen Glasplatte der Winkel θ zwischen einer zur dünnen Glasplatte normalen Linie und der ersten Richtung und eine Öffnungsbreite der Nut vor dem Ziehen derart festgelegt werden, dass eine Öffnungsbreite der Nut nach dem Ziehen in einem Bereich von t₁cos2θ/sinθcosθ bis t₁/sinθcosθ liegt.
Verfahren zur Herstellung eines Transmissionsgitters nach einem der Ansprüche 7 bis 12: wobei die Glasstützstruktur ein kreisförmiges Glasrohr und mehrere Glasstäbe umfasst, und im Schritt des Abstützens der mehrlagigen Glasstruktur die mehrlagige Glasstruktur entlang der Mittelachsenrichtung in das kreisförmige Glasrohr eingesetzt wird und die mehreren Glasstäbe in einen Spalt zwischen der eingesetzten mehrlagigen Glasstruktur und einer Innenwand des kreisförmigen Glasrohrs eingesetzt werden, um die mehrlagige Glasstruktur im kreisförmigen Glasrohr zu befestigen.