JP2009524229A - 波長可変レーザ - Google Patents

Abstract

特に微細加工型のブレーズド回折格子と、この回折格子が使用されるモード跳びのない波長可変レーザと、このタイプの回折格子の製造方法とが開示される。この回折格子は、概略平面にあり、所定間隔で互いに離れて配されて、互いに平行な反射面をそれぞれ備えて成る多数の細長い梁を有し、これらの各反射面の法線方向は概略平面の法線方向に対して回折格子角度αをなす。さらに、回折格子は、梁に結合され、かつ回折格子支持体に固定された、多数の弾性サスペンション・アームを備える。サスペンション・アームと、梁と、その各反射面とが、単一部分から形成される構体を定義する。第１の一対のくし形電極はこの構体に物理的力をかけるために提供され、これらは梁の横軸に沿って回折格子の第１の側に配置され、かけられた物理的力に応じて回折格子の間隔を変更できるように設計される。第１の電極とは反対側に配された第２の一対の電極は、第１の一対の電極と組み合わせて、構体を変形させずにその移動を可能にする。したがって、加工するのが簡単で低価格の小さな設置面積の装置で、光線の波長及び／又は位相を調整することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレーズド回折格子に関し、詳細には、それがＭＥＭＳ技術（マイクロエレクトロニクスメカニカルシステム）で製造されるような微細加工がなされるときに、この回折格子が使用される光学装置に関し、より詳細には、モード跳びのない波長可変レーザ及びこのタイプの回折格子の製造方法に関する。

より正確には、本発明に係る回折格子は、概略平面にあり、互いに所定間隔で相互に平行に配された反射面をそれぞれ備えた多数の細長い梁（beam）により構成され、これらの各反射面の法線方向は概略平面の法線方向に対して格子角αだけ傾斜している。さらに、この回折格子は、梁に連結され、かつ回折格子支持体にしっかり固定された多数の弾力性のあるサスペンション・アームを有している。このサスペンション・アームと梁とそれらの各反射面とは、構体を定義する。第１及び第２の駆動要素は、この構体に第１及び第２の物理的力をかけるために備えられ、梁の横軸に沿って回折格子の第１の側とその反対の第２の側に、駆動要素が配置される。

このタイプの回折格子は、最近既に紹介されている。例えば、2004年に発行された機関誌SPIE、第5717号、99〜107頁に掲載されているYu-Sheng Yang and Cheng-hsien Liuによる「ピッチ波長可変ブレーズ回折格子の設計と製法」には、回折格子の概略平面に多数の細長い梁を備えている、概略平面に存在する回折格子、及び梁に連結され、かつ回折格子支持体にしっかり固定された多数の弾力性のあるサスペンション・アームについて記載されている。これらの梁は、互いに所定間隔離れて配置された互いに平行な反射面を備える。くし形電極は、回折格子の間隔を変化させるために、それらに物理的力をかけ、そして相対的に移動させるように、梁の両側に配置される。このように、回折格子による反射で回折される光線の波長は、調整されることができる。

しかし、いくつかの適用に関してブレーズド回折格子は好ましい。したがって、この文献は、対応する梁に取り付けられる細長い部分によって形成される回折格子の各反射面を規定する。この部分と梁との間の接合状態により、付加電極で反射面の法線方向の傾斜を回折格子の概略平面に関して調整できるようにし、そのために回折格子がブレーズド回折格子であるように構成されることができる。

これらの構造がミクロンのスケールであることを考慮すると、上述の文献に記載された回折格子は加工及び組立てが複雑になるように見える。これは回折格子を高額にし、産業上の開発に不適当である。

さらに、梁と反射面とが一つの部分から製造されるブレーズド回折格子も知られており、そこでは回折格子の角度は予め規定されており一定である。特に、これらの回折格子の各梁は、梁で形成された構体が同時に同一の移動ができるように、すなわち、この場合に完全な回折格子に対して、反射で回折された光線の位相を調整するために、それぞれその端部に配された、２組のくし形電極によって制御されることができる。

しかし、ここでも多数組の電極を有する回折格子の構造は、加工及び組立てが複雑になる。さらに、回折光線の波長を制御するために回折格子の間隔を調整することができない。

一般的に、上述したタイプのブレーズド回折格子を製造する方法は、従来から知られている。これらの既知の方法では、特に、回折格子の反射面はドライエッチング工程時に形成される。しかし、このように得られた反射面の粗さは、光学的効率を低レベルにする。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解決することにあり、特に、高効率の反射を有する回折光線の波長を調整することができ、加工及び組立てが簡単なブレーズド回折格子を提案することである。

この目的を達成するために、本発明は、上述したタイプの回折格子に関し、サスペンション・アームと梁とそのそれぞれに反射面とを備えているその構体は、単一の部分から形成されているのが好ましい。さらに、駆動要素は、回折格子の間隔が、構体にかけられる所望の第１の物理的力及び第２の物理的力に対応して変更されることができ、及び／又は、非対称の各物理的力に対応してすべての構体の移動をすることができるように設計されることができる。

このような固有の特徴により、回折格子は、加工及び組立てが簡単であり、専有面積が小さくなる。さらに、スプリングの機械的設計の違いのために、従来技術に関して上述したこれらの回折格子ほど壊れ易くなく、見込まれる温度変化に関してもより安定している。さらに、第１及び第２の駆動要素は、伸長又は変形することなく構体を移動させることができるように、一式の梁にそれぞれの物理的力を均等にかけられるように設計されることができる。

駆動要素は、それぞれ一組のくし形電極を備え、これらの一組のくし形電極それぞれは回折格子の端部梁に隣接している。

梁に対で接合している弾性アームも、この後の記述から明らかであるように、駆動要素により引き起こされるひずみが均一に移送されることを保証するために、特別な構造を有している。

本発明はまた、前記回折格子が実行される装置に関し、特にモード跳びのないレーザ透過装置又は分光計に関する。

さらに、本発明による回折格子を製造するための好ましい方法もまた開示される。

本発明の他の特徴及び利点は、限定されない例で与えられた添付の図面を参照して、本発明の典型的な実施例についてなされる以下の詳細な記述からより明らかになるであろう。

発明の実施の形態

図１は、上記から分かるように、本発明の好ましい典型的な実施の形態によるブレーズド回折格子１を示す。

この回折格子は、概ね長方形の概略平面であり、平行な複数の細長い梁２を備え、そのそれぞれが実質的に長方形である反射面３を有している。

各反射面３は、以下の図面に見られるように。その法線が回折格子の概略平面の法線方向に対して角度αをなすように傾斜されることができる。

各梁２は、対応する反射面３を有する中心部４を備え、側部５によって両側に結合されている。中心部４一式は、回折格子の一部が例えばレーザのような光学装置に使用するのに適した光学特性を有するように、光回折格子を規定する。この部分は、図１において破線で示される長方形の枠Ｃによって、概略的に示される。

回折格子１は、微細機械技術で製造されるのが好ましく、図３ａ〜図３ｉの説明に関して後述されるような、シリコンウェハで形成されるのが好ましい。

したがって、限定されない例を提供するために、回折格子１は支持体100上に配置されることができ、２つの支持基部101と２つの制御基部102とが、その上に付加的な厚みを有することによって形成されても良い。

回折格子における２つの端部梁６のそれぞれは、梁６より小さい横寸法を有する細長い結合アーム７によって延長されても良い。結合アーム７のそれぞれは、対応する支持基部101の側壁110に固定点８を有する。

さらに、２つの隣接する梁２（又は２と６）は、中心部４の両側、すなわち側部５に設けられた弾性力のあるサスペンション・アーム９によって結合される。サスペンション・アーム９はそれぞれ、細長い主要バー10を備えていても良く、梁２及び６の方向に実質的に平行な方向に沿って延在しているのが好ましい。２つの短いスタッド11及び12は、主要バーの第１の端部及び第２の端部を、問題になっているサスペンション・アームの一方の側ともう一方の側とのそれぞれに配置される梁に結合することができる。

図１に示される典型的な実施の形態によると、各端部梁６は、静電くし形電極13を支持し、その歯14は、対応する制御基部102と一体になっている同様の電極103の歯104と互いに噛み合っていて、駆動要素を規定する。このタイプの電極は、従来から良く知られているので、このテキストではこれ以上詳細に説明されないであろう。

これらの電極13，103に電源を供給することにより、一方又は他方の電極に静電力をかけることが可能となり、これが対応する端部梁６を経由して回折格子に物理的力を与える。

したがって、電極103のうちの１つが供給されると、回折格子に弾性ひずみ又は伸長が引き起こされる。より正確には、主に引き起こされた物理的力を受けた回折格子の第１の構体は、それらの各反射面３とサスペンション・アーム９とを有する梁２を備える。この回折格子構体は、図３ａ〜図３ｉに概略的に示された製造方法についての詳細な説明から分かるように、単一の部分から製造されるのが好都合である。この固有の特徴により、本発明による回折格子は、簡単な構造を有し、加工及び組立てが高額にならないので、産業上の開発が可能になる。さらに、回折格子の熱的安定性及びその経過時間に対するその動作も、取付け要素を有する従来技術の装置と比べて改善されている。

さらに、本発明による回折格子の構造、そして特に上述した構体は、回折格子に引き起こされる物理的力の均等な分布がその形状をゆがませる危険を制限するので、さらなる利点がある。

結合アーム７及び電極13もまた、回折格子の一般的な物理的作用をさらに改善し、その加工を簡単にするために、上述した構体と共に単一部分から製造されても良い。

既知のように、くし形電極は、回折格子の伸長レベルを調整するように制御された方法で提供されることができる。したがって、回折格子の間隔は、回折格子による反射で回折された光線の波長が正確に規定されるように、正確に調整されることが可能である。

一組の電極が設けられている実施の形態は、対抗する物理的力がすべての回折格子にかけられるのを可能にする。回折格子は、このようにその光学的な活動部分に如何なるひずみもなく、移動をする。このような移動は、与えられた入射光に関して、その波長が変更されることなく、対応する回折光の位相に変化を生じさせる。

この場合、移動を生じさせる物理的力は、梁２の中心部に移送されることなく、結合アーム７及びサスペンション・アーム９によって完全に吸収されることができ、したがって梁２の構造的安定性と回折光線の光学特性とを保証する。

適切に電極を提供すると、回折光線の波長と位相とが同時に調整されるように、回折格子の伸長と移動との組合せを得ることができて好都合である。

図２は、特にレーザ又は分光計になり得る一般的な光学装置における上記の回折格子の使用を概略的に示しており、これらの例は、如何なる限定も示唆することなくここに述べられている。

この図面は、回折格子の方に伝播し、かつほぼ平行な入射光線201を規定するために、焦点調整装置を通過する光線200を放つ光学的放射源20を示す。入射光線は、その後回折格子21によって回折され、入射光線とは反対方向で同じ進路に沿って回折光線202を発生させる。

図２に示される特別な場合には、回折格子21は、リトロー自動コリメーション条件が満たされるように、すなわち、入射光線201が回折格子の反射面23の法線に平行になるように光学装置に設置される。換言すると、入射光線は回折格子の概略平面に対して角度αに相補的な角度をなす。既知のように、この装置は、反射の光学的効率が良いという利点を有し、このことはレーザ源に、特にＥＣＬ（外部空洞レーザ）型のレーザ共鳴空洞に常用されることを示す。

回折格子21は、その間隔が回折光線の波長を変更するために上述の条件に従って変更可能であり、回折光線の位相を変更するために、入射光線に対して並進移動もすることができるのが好ましい。

回折格子の移動を並進動作に限定するという事実は、言い換えると、リトロー条件を満たすときに回折格子をその概略平面に対して平行に維持している間は、リトロー条件を保持することができ、それゆえ装置の光学的効率を良好に確保することができる。しかし、後で分かるように、回折格子の効率を変化させるために、他の動作を生じさせることも、いくつかの用途に対して好ましい。

図１の説明に関して記述された支持体100のような支持体に、回折格子が組立てられるように準備がされ、前記支持体は、入射光線の領域でそれが平行に動作するのに適した手段を備えている。

回折格子21は、上述した回折格子１と同様であるのが好ましく、その反射面は回折格子の支持体（図２では示されていない。）に対して真っ直ぐに並進移動するのが好ましい。このような移動は、図２に概略的に破線で示され、矢印Ｆ_１とＦ_２とは、第１及び第２の駆動要素13，103それぞれによってかけられる第１及び第２の物理的力を概略的に示している。これらの大きさ及び方向によって、これらの物理的力は組み合わされて、伸長のみ、移動のみ、又は伸長と移動との両方を生じさせることができる。

Ｆ_１とＦ_２とは、回折格子の構体ｄ１とｄ２との２つのそれぞれの移動を発生させることを考慮すると、面内回折格子伸長と面内回折格子剛体移動とを同時に引き起こし、
伸長は、Δｓ＝ｄ１＋ｄ２
によって与えられ、
移動は、Δｄ＝（ｄ１−ｄ２）／２
によって与えられることが分かる。

さらに、回折格子の梁の両側に対の電極が設置される形態で、回折格子１に並進動作をかける手段とそれを伸長する手段とが一致しても良いという事実により、得られる光学装置はかなり小型化した形態で製造されることができる。

勿論、例えば適当な電気制御ユニットを含む制御装置が、移動適用手段及び／又は伸長適用手段の提供を制御するために備えられても良い。このような制御手段は、従来から知られているので、さらにこれ以上詳細に記述されないであろう。

これらの特徴により、特に、回折光線の波長及び位相を、個別にそして回折格子と入射光線との間の角度を変更することなく、調整可能であることにより、本発明は、モード跳びのない型で、すなわち連続した型で調整可能な外部空洞レーザを使用することを可能にする。

実際に、モード跳びのない波長可変レーザは、前述されたように、外部空洞鏡の役割を果たすために、外部空洞を規定しているハウジング内に配置され、微細加工回折格子と共に使用される。この回折格子は、レーザ源によって提供される入射光線が、回折格子の反射面の法線方向に実質的に入射するような角度で配置され、したがってリトロー条件が確実に満たされるのが好ましい。前述したように、回折格子駆動要素は、回折格子の間隔を均一に変更することで、回折光線の波長を微調整することができる。さらに、駆動要素は回折格子構体の移動も制御可能にするという事実は、外部空洞長の調整を可能にし、そうして回折光線の位相の調整を可能にする。これらの２つの独立した駆動選択は、電気通信のようないくつかの利用分野で特に有利であるモード跳びのない型でのレーザ波長の調整を可能にする。

回折格子の移動は、本発明の範囲を超えなければ、面内又は面外のいずれであっても良い。また、反射面における入射光線の入射角度は、反射面の法線方向に対して０°と僅かに異なっても良い。すなわち、実質的に−15°〜＋15°の範囲内、好ましくは−５°〜＋５°であれば良く、このとき回折格子の効率は法線方向にあるときよりも僅かに低下する。

さらに、これらの特徴は、位相を調整するフーリエ変換分光計の機能、すなわち広範囲で使用可能な波長を有する機能と、回折格子の間隔を調整する回折格子分光計の機能、すなわち動作波長を高い精度で選択する機能との両方を提供する分光計を作製するのを可能にする。

図３ａ〜図３ｉは、好ましい実施の形態による上述した回折格子の製造方法における主要な工程を、断面図で概略的に示している。

この製造方法は、ＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板30に基づいて行なわれ、図３ａに見られる基板30は、ケイ素下部層31とその上に積層した酸化ケイ素埋め込み層32とその上に積層したケイ素上部層33とを備えている。

この方法は、溝35を形成するために酸化ケイ素層にドライエッチングを実行する工程を含む。

第１の工程は、ケイ素上部層がドライエッチングされる前に、第１の保護マスク34（図３ｂ）を規定するために第１のフォトリソグラフィ作業が行なわれ、好ましくは、溝35を形成するために（図３ｃに示される。）、ディープ反応性イオンエッチングにより酸化ケイ素層がエッチングされる。

溝35は、平行な梁36とこれらの梁に対となって結合するアームとを形作り、梁の領域のみが図３ｃで見えている。

リソグラフィ作業は、梁に直交する方向に沿って、各梁の両側の一方のみに非対称保護が得られるように実施されても良い。

この目的を達成するために、上述した最初の保護マスクは取り除かれ、ケイ素上部層33に表面熱酸化37が実施される。その後保護抵抗38は、第２のフォトリソグラフィ工程（図３ｅに概略的に示される。）が実施される前に、図３ｄに見られるように、酸化ケイ素表面層37の上及び溝35の底に蒸着される。これは、保護抵抗を基板の上部表面の法線方向に対して０°ではない入射角度で照射することにより、通常実施される。図３ｅでＩで示されている矢印は、この工程で使用される照射光線の入射方向を示す。

この固有の特徴により、梁36に隣接する各溝35の側壁40を覆う、酸化ケイ素表面層37のその部分を保護する第２の保護マスク39が定められる。表面酸化層の残りの部分、すなわち、各溝のその他の側壁41を覆っている部分は、図３ｆに示されるように、その少なくとも一部が露出されていても良い。各梁36における露出された側壁41は、反射面42を形成できるようになる。この目的を達成するために、化学又はプラズマエッチング、特に酸エッチングが、側壁の露出された部分を覆っている表面酸化ケイ素を取り除くために実施され、その結果得られるものは図３ｇに示される描写に対応する。

ケイ素上部層33の一部43は、溝の形成時に定められたその形状を維持するために、反射面42の形成時には保護されているのが好ましいことが指摘されるだろう。この部分43は、図１に関して記載されたように、梁２又はアーム７，９以外の回折格子の構成要素、すなわち、制御基部102又は支持基部101又は端部梁６の一部に成り得る。

上部層33のケイ素は、このように直接に露出されると共に、各梁36に傾斜反射面42を形成するために、水酸化カリウムが好ましく使用される基本的なエッチングのような、上部ケイ素層を異方性化学エッチングすることによってエッチングしても良い。このようなエッチングが、よく知られているように、ケイ素の{111}結晶面に平行な反射面を形成する限り、このタイプのエッチングは、得られた反射面の光学的高効率を保証するケイ素表面仕上げを得ることを可能にする。第２の保護マスク39は、図３ｈに示されるように取り除かれる。

最後に、基板上に回折格子を取り付けるための所定の固定帯（見えない。）を除いて、酸蒸気エッチングが、梁及びアーム（見えない。）の周りに設けられている酸化ケイ素部分32及び37を少なくとも取り除くために実施される。この固定帯は、図１に関して記載された結合アーム７の固定点８に対応する。この工程により得られた結果は図３ｉに示される。

ここに記載されている工程を実施する好ましい方法によると、回折格子が形成されるＳＯＩウエハは、低抵抗率であり、厚みが約２μｍである酸化ケイ素埋め込み層、及び厚みが約10μｍであるｐ^＋＋がドープされたケイ素上部層を有する。回折格子を取り付ける（suspend）ために、特に酸蒸気エッチング工程により酸化ケイ素が取り除かれるときに、得られる構造が十分に剛直であることがこの大きさにより確証される。ＳＯＩウエハはケイ素の{001}結晶面に沿って方向づけられるのが好ましい。

図３ｂと図３ｃとに関連して記載された、フォトリソグラフィ工程とディープ反応イオンエッチング工程とは、最高の精度で行なわれなければならない。なぜならこれは最終的に得られる回折格子の機械的特性の均一性に、直接に影響を及ぼすからである。これらの２つの作業は、サスペンション・アームの弾性特性の再現性と回折格子の梁の相対的な位置とに明らかな影響を及ぼす。

実施方法についての好適な変形例によると、電極、結合アーム、支持基部、及び制御基部も、これら２つの作業時に形成される。

図３ｇに示される構造になる酸エッチングは、例えばＨＦ（フッ化水素酸）緩衝液を使用するウェットエッチングが好ましい。最後の酸蒸気エッチングもＨＦで行なわれても良い。

広範囲の波長分光で反射の光学的高効率を確実にするために、金属、特に金を蒸着する後続の工程が、必要により採用されることができる。

図３ｈと図３ｉとにおいて、残存したケイ素のリム45が、基板31に近接する各反射面42の端部に見られる。これらのリムの存在は、フォトリソグラフィの第２の工程での照射光線の入射角度によって説明され、ここでは、梁36と溝35との大きさに関して考慮される。これらのリム45はそれぞれ、示された例において隣接する梁36のエッジ46でこの工程中にマスクされるので、この対応する酸化ケイ素はエッチングされない。これにより、後続の工程で水酸化カリウムによってケイ素がエッチングされなくなる。勿論、回折格子における種々の構成要素に採用されるものの大きさとフォトリソグラフィの第２の工程での照射光線の入射角度とに依存して、これらのリムは除去されても良い。さらに、この工程での照射光線の入射角度は、回折格子がリトロー条件を満たすように使用されるとき、反射面への光線の入射角度に実質的に対応していることが分かるであろう。その結果として、この条件でこのリムは、反射面の光学的に活性な部分を形成しない。なぜなら、それらは、隣接する梁によって再度マスクされ、対応する回折格子が使用されるときに問題にならないからである。

本発明による回折格子の適用、特にレーザの領域での適用に注目すると、回折格子の光学的効率が変化可能であるのが望ましく、それは異なる方法でなされても良い。

図４ａ〜図４ｃは、回折格子の効率を制御することのできるいくつかの典型的な実施の形態を概略的に示している。明瞭性を確保するために、回折格子の梁２と回折格子の支持体100との詳細のみが図４ａと図４ｂとに示されている。

図４ａは、最適な反射効率が達せられないとき、梁２がどのように変形されるかを示している。前の記述では、梁と回折格子の支持体との各電界強度は、暗黙で等しくなるようになっていた。したがって、一方の梁２と他方の回折格子の支持体100とに異なる電界強度をかけると、この図面から明らかであるように、静電気引力による梁の形状変形を生じる。変形が増大すると、回折格子の光学的効率の低下が引き起こされる。

図４ｂは、回折格子の支持体100が梁に対して直交する方向に沿って、隣接する２つの部分1000と2000とを備えた、回折格子の変形例を示している。部分1000と2000とは、図の電気点から互いに絶縁されているのが好ましい。したがって、部分1000と2000とに異なる電界強度をかけることにより、梁２に関して部分2000は異なる挙動を示す。図４ｂの例に示されているように、部分2000は、部分1000より梁２に強い引力が生じ、示された円形の矢印に従って、梁２の傾斜を引き起こす。この傾斜は回折格子の光学的効率の低下を引き起こす。

図４ｃは、本発明による回折格子の典型的な実施の形態の変形である、概略的な平面図を示している。

この実施の形態では、一組の結合アーム70がくし形電極13から離れたところに２つ付加され、同時に補助的結合アームに隣接して配置された一組のアクチュエータ300が２つ付加される。

これらの補助的要素の提供は、回折格子構体の３つの異なる領域を定め、すなわち、一方から順に、端部梁６に接続された第１の一組の結合アーム７と第１の補助的な一組の結合アーム70との間の第１の領域、２つの補助的な一組の結合アーム70の間の第２の領域、第２の補助的な一組の結合アーム70と反対側の端部梁６に接続された第２の一組の結合アーム７との間の第３の領域を定める。

このような構造を有するので、回折格子は、各駆動要素13，103，300によって生じる物理的力の機能として、梁に直交する方向に異なる間隔で備えられても良い。回折格子が異なる間隔になっている場合、回折光線は、複数の波長から成り、よって広域帯域幅を有する。その結果として、与えられた波長に対する効率は、回折格子が一定間隔の場合の値に対して、すなわち、狭い帯域幅を有する場合より低くなるだろう。

上記は、限定されない例として記載された、この発明の好ましい実施の形態に対応する。回折格子における種々の構成要素として示され、そして記載された形状は、特に限定されない。より正確には、アーム９の主要バー10は本発明の範囲から逸脱することがなければ、それらは僅かに湾曲されて形成されても良い。

くし形電極は、回折格子の動作を正確にかつ迅速に制御することができるので好ましい。しかし、当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、ピエゾ電極又は熱動作手段のような、異なる回折格子の制御手段を実施することを考えるかもしれない。

記載された回折格子を使用するのに有効な適用リストが下記に示される。すなわち、特に測定光線の波長及び位相が個別にパラメータ化されることが要求される分光計での分光分析の分野、特に光線の波長及び／又は光線の位相を連続して調整可能であることが望まれる波長可変レーザの分野、及び、例えば分光計といった、特に全体のサイズが重要である、行列形式に配列された多数の検出器を含む装置の使用が挙げられる。勿論、このリストは、完全ではなく目安として示している。

図１は、本発明の好ましい典型的な実施例によるブレーズド回折格子の概略平面図を示す。 図２は、光学装置における本発明による回折格子の作用を規定する光学原理を示す概略図である。 図３ａ〜図３ｉは、好ましい実施例による図１の回折格子の製造法における種々の工程を概略的に示す。 図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃは、本発明による回折格子を使用する典型的な方法を概略的に示す。

Claims (20)

1. 概略平面にある微細加工型のブレーズド回折格子であって、
   所定間隔で互いに離れて配されて、互いに平行な反射面をそれぞれ有する多数の細長い梁を有し、前記各反射面の法線方向は、前記概略平面の法線方向に対して角度αをなし、
   前記梁に接続され、かつ回折格子支持体に固定された多数の弾力性のあるサスペンション・アームを有し、前記サスペンション・アームは、前記梁とその各反射面と共に、単一体から形成される構体を規定し、
   第１の物理的力と第２の物理的力とを前記構体にかける第１の駆動要素と第２の駆動要素とを有し、前記駆動要素は、前記梁の横軸に沿って回折格子の第１の側とその反対側の第２の側とにそれぞれ配列され、
   前記第１の駆動要素と前記第２の駆動要素とは、前記構体にかけられる前記物理的力に応じて前記間隔を変更できるように設計され、及び／又は
   非対称にかけられた各物理的力に応じて前記構体が移動できるように設計されたブレーズド回折格子。
2. 物理的力をそれぞれがかける前記第１の駆動要素と前記第２の駆動要素とは、一対のくし形電極を備え、一方は前記構体に固定され、他方は前記回折格子支持体に固定され、前記くし形電極は、前記横軸に実質的に平行な方向に一致して物理的力をかけることができるように設計された、請求項１に記載のブレーズド回折格子。
3. 前記各梁は、物理的な側部により両側を固定された光学的中心部を有し、前記各サスペンション・アームは、実質的に前記側部の長さ以下であり、かつ２つの隣接する梁の側部の間に配されることにより前記反射面とほぼ平行な方向に延在する細長い主要バーを有し、前記主要バーの両側に所定距離を離して備えられた２つのスタッドは、これらの側部の一方と他方とにそれぞれ接続されることが確保されている、請求項１に記載のブレーズド回折格子。
4. 前記各梁は、物理的な側部により両側を固定された光学的中心部を有し、前記各サスペンション・アームは、実質的に前記側部の長さ以下であり、かつ２つの隣接する梁の側部の間に配されることにより前記反射面とほぼ平行な方向に延在する細長い主要バーを有し、前記主要バーの両側に所定距離を離して備えられた２つのスタッドは、これらの側部の一方と他方とにそれぞれ接続されることが確保されている、請求項２に記載のブレーズド回折格子。
5. 前記駆動要素に最も近接している前記各梁は、前記梁の横寸法及び前記回折格子支持体に固定された自由端の横寸法より小さい伸長で延在されている、請求項３に記載のブレーズド回折格子。
6. 前記駆動要素に最も近接している前記各梁は、前記梁の横寸法及び前記回折格子支持体に固定された自由端の横寸法より小さい伸長で延在されている、請求項４に記載のブレーズド回折格子。
7. 入射光線を提供する光線源と、
   前記入射光線を反射し、少なくとも１つの回折光線を生じるように設計され、かつ概略平面にある微細加工ブレーズド回折格子を含む外部空洞鏡を取り囲む外部空洞を規定するハウジングと、を有するモード跳びのない波長可変レーザであって、
   所定間隔で互いに離れて配されて、互いに平行な反射面をそれぞれ有する多数の細長い梁を有し、前記各反射面の法線方向は、前記概略平面の法線方向に対して角度αをなし、
   構体を規定する前記梁の位置は、前記ハウジングに関して前記空洞長を規定し、
   構体を移動するために前記梁に物理的な力をかける駆動要素を有し、
   前記ブレーズド回折格子は、前記入射光線が前記反射面に実質的に法線入射角で入射するように、前記入射光線に対して配置され、前記波長可変レーザは、さらに前記駆動要素を制御するための制御装置を備え、これにより、
   前記回折光線の波長を調整するために前記間隔を均一に変更することができ、及び
   前記回折光線の位相を、モード跳びのない波長可変レーザの調整を導くその波長の前記調整から独立して、調整できるように前記空洞長を制御することができるモード跳びのない波長可変レーザ。
8. 前記入射光線は、実質的に−15°〜＋15°、好ましくは−５°〜＋５°の範囲内の入射角度で前記反射面に入射する、請求項７に記載の波長可変レーザ。
9. 前記駆動要素は、前記回折格子の概略平面に実質的に平行な面内の回折格子支持体に対して前記構体が移動できるように設計されている、請求項７に記載の波長可変レーザ。
10. 前記駆動要素は、前記回折格子の概略平面に実質的に平行な面内の回折格子支持体に対して前記梁が移動できるように設計されている、請求項８に記載の波長可変レーザ。
11. 前記駆動要素は、前記回折格子がその概略平面から並進移動できるように設計されている、請求項７に記載の波長可変レーザ。
12. 前記駆動要素は、前記回折格子がその概略平面から並進移動できるように設計されている、請求項８に記載の波長可変レーザ。
13. 前記駆動要素は、前記回折格子がその概略平面から並進移動できるように設計されている、請求項９に記載の波長可変レーザ。
14. 前記駆動要素は、少なくとも第１の一対のくし形電極と第２の一対のくし形電極とを備え、その一方は前記構体に固定され、他方は前記回折格子支持体に固定され、前記電極は前記反射面を横方向に前記構体を伸長及び／又は移動するように設計され、前記制御装置は物理的力をかける、前記第１の一対のくし形電極と前記第２の一対のくし形電極に場合によっては同時に動作するように設計されている、請求項７に記載の波長可変レーザ。
15. 前記駆動要素は、少なくとも第１の一対のくし形電極と第２の一対のくし形電極とを備え、その一方は前記構体に固定され、他方は前記回折格子支持体に固定され、前記電極は前記反射面を横方向に前記構体を伸長及び／又は移動するように設計され、前記制御装置は物理的力をかける、前記第１の一対のくし形電極と前記第２の一対のくし形電極にできるだけ同時に動作するように設計されている、請求項９に記載の波長可変レーザ。
16. 前記駆動要素は、さらに前記回折格子の効率を変化させるために前記構体に制御されたひずみが発生することができるように設計されている、請求項７に記載の波長可変レーザ。
17. 前記駆動要素は、さらにその効率を変化させるために前記回折格子がその概略平面から傾斜できるように設計されている、請求項７に記載の波長可変レーザ。
18. 前記１に記載のブレーズド回折格子を有する分光計。
19. ケイ素下部層とその上に積層された酸化ケイ素埋め込み層とその上に積層されたケイ素上部層を備えて成るＳＯＩ基板から形成される微細加工型のブレーズド回折格子の製造方法であって、
    ａ）平行な梁（36）を形作る溝（35）と前記梁に対になって接続するアームとを形成するために、前記酸化ケイ素層にドライエッチングを施し、
    ｂ）保護マスクを規定し、
    ｃ）梁の方向に直交する方向に沿って前記各梁の両側の一方のみに非対称の保護が得られるようにリソグラフィ作業を行い、
    ｄ）前記保護マスクを取り除くために化学エッチング又はプラズマエッチングを行い、
    ｅ）前記各梁上に傾斜した反射面を形成するために、前記ケイ素上部層に異方性化学エッチングを行い、
    ｆ）所定の固定帯を除いて、前記梁の下及び前記アームの下に配された酸化ケイ素部分を少なくとも取り除くために、及び動作可能に取り付けられた回折格子を形成するために酸エッチングを行う、ブレーズド回折格子の製造方法。
20. 前記保護マスクは、前記ケイ素上部層にくし形電極が形成できるように設計され、これらの電極は２つの端部梁に固定される請求項19に記載の方法。

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