JP2010156895A

JP2010156895A - 偏光回折素子

Info

Publication number: JP2010156895A
Application number: JP2008336249A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kawashima; 貴之川嶋; Shojiro Kawakami; 彰二郎川上; Yoshihiko Inoue; 喜彦井上; Takashi Sato; 尚佐藤
Original assignee: SENDAI FOUNDATION FOR APPLIED; SENDAI FOUNDATION FOR APPLIED INFORMATION SCIENCES; Photonic Lattice Inc
Current assignee: SENDAI FOUNDATION FOR APPLIED; SENDAI FOUNDATION FOR APPLIED INFORMATION SCIENCES; Photonic Lattice Inc
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】構造複屈折を周期的に実現することで機能する回折格子における設計の自由度を高める。
【解決手段】周期構造の持つ構造複屈折を用いるにあたり、一方向の周期性だけではなく２次元の周期性を活用することで、より高い自由度が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は入射した光に対して、空間的に周期的な位相差を与え、光ビームを回折する回折光学素子に関する。

一般的に回折素子は、透明基板上に光の周期よりも長い周期で凹凸を、機械加工もしくはドライエッチングで形成し、光を回折させることが多い。この場合、より高い回折効率を得る、もしくは任意の次数だけの回折光を得るためには、複雑で高精度な表面形状が要求されるため、設計どおりの光学特性を得るためには、困難もしくは高価になってしまう。
こうした問題を解決する方法として、屈折率の多次元周期構造を用いて、１枚の基板上に異なる位相差をもつ領域を周期的に形成することで、回折格子を実現するほう方が提案されている（特許文献１）。この方法を用いることで、構造のパターンの周期によって位相差を調整することが可能となり、より高度な設計を簡便に実現することが可能となっている。
特開２００１−５１１２２号公報

しかし特許文献１には３次元座標ｘ，ｙ，ｚにおいて、ｘ方向，ｚ方向に周期性を持つ構造のｘ方向の周期を変化させる、もしくはｘ方向に周期性を持つ構造とｘ，ｙ方向ともに一様な構造を組み合わせた回折素子が提示されているが、ｘ方向に周期性を持つ構造とｙ方向に周期性を持つ構造の組み合わせ、もしくはｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ構造のどちらか片方若しくは両方の周期を変えた構造については言及されていない。

また上記のような周期構造を用いて、層を構成する凹凸が空間的に変化することで光学特性を変化させる構造が特許文献２に記載されているが、具体的に回折格子としての機能に関しては一切記載されていない。
特許第３７６６８４４号

また上記のような構造を用いて、隣接する領域に異なる偏光依存性を持たせる構造が特許文献３に記載されており、溝の周期及び向きによって異なる偏光依存性を持つことが記載されているが、具体的に回折格子としての機能に関しては一切記載されていない。
特開２００３−３１５５５２号公報

発明が解決しようとする課題

本発明は、周期構造の持つ構造複屈折を周期的に実現することで機能する回折格子において、従来は１方向の周期性のみ活用していたものを。２次元的な周期性を活用することで、より高い設計自由度を実現し、高性能かつ層数の少ない偏光依存性を持つ回折格子を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

本発明では周期構造の持つ構造複屈折を用いた位相板において、一方向の周期性だけではなく２次元の周期性を活用することで、偏光依存型回折格子の設計において、より高い自由が得られるという知見に基づくものである。

本発明では持つ３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各層の形状がｘ軸方向に周期的凹凸を持った領域Ａと、ｙ軸方向に周期的凹凸を持った領域Ｂをもち、それらが隣接する基本構造が、基板面内で基本構造の周期に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在する回折格子において、領域Ａのｘ方向の周期性と領域Ｂのｙ方向の周期性を適当に選ぶことで、ｘ方向の偏光を入射した際には領域Ａ、領域Ｂを透過する光の間で生じる位相差が小さくなり、ｙ方向の偏光を入射した際には領域Ａ、領域Ｂを透過する光の位相差が大きくなるため、入射偏光によって光強度が最大となる回折次数が変化する回折格子を得ることができる。

また、各層の形状がｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を持った領域が複数存在し、それぞれのｘ軸方向、ｙ軸方向のどちらか、もしくは両方とも周期が互いに異なる領域が組み合わされた基本構造を持ち、基板面内で使用波長に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在する構造において、それぞれの領域内の周期を適当に選ぶことによって、入射光の偏光方向によって光強度が最大となる回折次数が変化する回折素子を得ることができる。

また各層の形状がｘ軸方向に周期的凹凸を持った領域と、ｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を持った領域からなる基本構造をもち、それらの構造が基板面内で使用波長に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在し、ほぼｚ方向に進む光に対して偏光方向によって光強度が最大となる回折次数が変化することを特徴とする回折素子を得ることができる。

さらにこれらの構造が基板の一部だけに形成されていれば、入射した光の一部だけに回折素子として作用させることもできるし、それらの領域を複数設けることもできる。あってもよい。またそれら複数の領域がそれぞれ異なる周期性のパターンを持ち、異なる機能を持たせることもできる。

また上記構造を基板の片面に作製し、その反対面にも異なる構造を作製することで、表面で回折した光ビームを個別にさらに回折させることもできる。また裏面に作製する回折格子は、一般的な凹凸形状を用いた回折格子を設けることもできる。

さらに上記の構造を自己クローニング法によって作製することで、工業性よく実現することができる。その時の材料としては、ＳｉＯ_２，もしくはＴａ_２Ｏ_５もしくはＮｂ_２Ｏ_５もしくはそのうちのいずれかの混合物を主原料とすることで可視光帯および紫外領域において、損失の少ない素子を提供することができる。

発明の効果

すなわち、本発明に寄れば、周期構造を用いた回折格子において、基板面内の２次元の周期性を用いることで、設計自由度の高い、偏光方向によって光強度が最大となる回折次数が変化することを特徴とする回折素子を提供できる。

図１は請求項１の構造を示す概念図である。領域１０１はｘ方向に周期性を持ち、領域１０２はｙ方向に周期性を持つ。それぞれの周期は不要な回折損失を防ぐため、使用する光の波長以下である。ｘ向とｙ方向の周期をそれぞれ適切にえらぶとｘ方向の偏光に対して、領域１０１と領域１０２とそれぞれ透過する光の間で生じる位相差をなくすことが可能であり、一方でｙ方向に偏光した光に対しては位相差を生じさせることができる。例えばｙ方向の偏光に対して生じる位相差をπとなるように積層数を制御すると、ｘ方向の偏光を入射した際は０次の回折光のみ生じ、ｙ方向の偏光を入射した際は０次光以外の回折光を生じさせることができる。

また図２は請求項２の構造を示す概念図である。領域２０１、領域２０２ともにｘ方向、ｙ方向の周期的凹凸を持つ。それぞれの周期は不要な回折を防ぐため、使用する光の波長以下である。構造をｚ方向から見た場合の、それぞれの領域の周期性を模式的に図３に示す。例えば領域３０１はｙ方向の周期に比べｘ方向の周期を短くし、領域３０２はｘ方向の周期に比べｙ方向の周期を短くすることで、ｘ方向の偏光に対して、領域３０１と領域３０２とそれぞれ透過する光の間で生じる位相差をなくすことが可能であり、一方でｙ方向に偏光した光に対しては位相差を生じさせることができる。例えばｙ方向の偏光に対して生じる位相差をπとなるように積層数を制御すると、ｘ方向の偏光を入射した際は０次の回折光のみ生じ、ｙ方向の偏光を入射した際は０次光以外の回折光を生じさせることができる。

また図４に請求項３の構造の概念図とｚ方向から見た場合の周期性の概念図を図５に示す。例えば領域５０１はｙ方向の凹凸の長さを光の波長以上にし、ｘ方向に１周期となりのパターンではｙ方向にパターンが波長以下の長さでずらすと、ｙ向の凹凸の長さが光の波長以上であっても０次光以外の回折光を抑制することができる。

回折波とは素子表面の各点が波源となり、そこから発生する波の重ねあわせで表現される。したがって回折波が生じるためには、素子の表面に光の波長以上の長さの周期的な構造をもち、かつそれらが波源として機能したときに平面波を形成できなくてはいけない。５０１の構造で上記の条件で構造を作製した場合、波長以上の長さを持つｙ方向の凹凸に起因して発生した波は、隣のずれた凹凸から発生する波との重ね合わせになる。例えば波長の半分ずれていた場合、隣同士の凹凸から発生する回折波は互いに逆位相になり打ち消しあう。その結果、平面波を形成することができず、回折波は生じない。このずれが１波長以下であれば、打ち消しあう波源が面内に必ず存在し回折波は生じない。

したがってｙ方向の自由度が高まり、より広い範囲で設計パラメータを定めることができる。

また図６には請求項４の構造の概念図とｚ方向から見た場合の周期性の概念図を図７に示す。領域７０１にはｘ方向に周期性を持ち、領域７０２ではｘ方向、ｙ方向ともに周期的凹凸を持つ。それぞれの周期は不要な回折を防ぐため、使用する光の波長以下である。ｘｙ方向の周期を調整することで、ｘ方向の偏光に対して、領域７０１と領域７０２とそれぞれ透過する光の間で生じる位相差をなくすことが可能であり、一方でｙ方向に偏光した光に対しては位相差を生じさせることができる。例えばｙ方向の偏光に対して生じる位相差をπとなるように積層数を制御すると、ｘ方向の偏光を入射した際は０次の回折光のみ生じ、ｙ方向の偏光を入射した際は０次光以外の回折光を生じさせることができる。

また図８には請求項５の構造のｚ方向から見た場合の周期性の概念図を示す。図８の領域８０２の構造において、例えばｘ方向の周期を光の波長以上にし、ｙ方向に１周期となりあうパターンではｘ方向にパターンが波長以下の長さでずらすと，ｙ方向の周期が光の波長以上であっても０次光以外の回折光を抑制することができる。したがってｙ方向の周期の自由度が高まり、より広い範囲で設計パラメータを定めることができる。

なお上記説明において各領域の境界はｙ方向に平行であったが、ｘ，ｙ方向に平行でなくても構わない。

またこれらの回折格子の領域は基板全面である必要はなく、一部でも可能で、入射する光ビームの一部のみ形成されていても良い。もしくは入射する光のビーム内で異なる回折現象を生じる回折格子の領域が複数形成されていても良い。

また基板の裏面に同様の機能の異なる回折格子が形成されることで、回折した光ビームをさらに回折させることも可能である。この場合、裏面の回折格子は本発明の回折格子でも一般的な凹凸形状を持つ回折格子であっても良い。そうすることで高い機能を持つ光学素子を１枚の基板に作りこむことができる。

またこれらの回折格子の領域は基板全面である必要はなく、一部でも可能で、入射する光ビームの一部のみ形成されていても良い。もしくは入射する光のビーム内でことなる回折現象を生じる回折格子の領域が複数形成されていても良い。

本発明の素子では近赤外波長、もしくは可視光波長。もしくは紫外波長領域で用いる素子を作製する上では、材料としてはＳｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｎｂ_２Ｏ_５，ＴｉＯ_２がのぞましく、そのうちいずれかの混合物を主原料とするものが望ましい。

（実施例１）

厚さ０．５ｍｍの石英基板上に凹凸パターンを電子ビーム描画とドライエッチングにより形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。パターンは図９に示すような構造で領域９０３のｘ方向の周期９０４は１２０ｎｍ、領域９０３のｙ方向の周期９０５は２２０ｎｍとした。このパターンが１０ミクロン周期で交互に形成されている。この構造の上に自己クローニング法により，ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互多層膜を積層した。自己クローニングの条件としては、ＳｉＯ_２成膜時はターゲット電力８００Ｗ、基盤電力１００Ｗ，ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ_２１０ｓｃｃｍとし圧力を２Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。Ｔａ_２Ｏ_５の成膜条件はターゲット電力８００Ｗ，基盤電力１００Ｗ、ガスはＡｒ５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２１０ｓｃｃｍとして圧力を０．５Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。各層の厚さはＴａ_２Ｏ_５が５３ｎｍ、ＳｉＯ_２が８０ｎｍとし、１６層積層を行った。この層構成でのフォトニックバンドの計算を行い、波長４０５ｎｍでの１周期あたりの位相差の計算結果を図１０にしめす。横軸がパターンの周期、縦軸が生じる位相差である。１００１が溝に垂直な偏光（ＴＭ偏光）の場合の位相差で、１００２が溝に平行な偏光（ＴＥ偏光）の場合の位相差である。図９の構成ではパターンが直交するため、ｙ方向の偏光を入射した場合、領域９０２に対してはＴＥ偏光、領域９０３に対してはＴＭ偏光となる。図１０においてピッチ１２０ｎｍのＴＥ偏光で生じる位相差とピッチ２２０ｎｍでＴＭ偏光に対して生じる位相差はほぼ等しい。つまり図９の構造において、ｙ方向の偏光を入射した場合、領域９０２と９０３で生じる位相差はほぼ等しい。したがってｙ方向の偏光では０次の回折のみ生じる。一方でｘ方向の偏光を入射した場合、領域９０２と９０３との間で生じる位相差は、１００３と１００４の和となるため、大きな位相差が生じる。

作製した構造に波長４０５ｎｍのレーザ光を入射して、透過光を観察したところ、ｘ方向偏光では領域９０２と領域９０３の位相差により回折が生じ、ｙ方向の偏光では回折が起きないことを確認した。Ｘ方向の偏光入射時の回折効率は層数の調整で制御することが可能である。その場合でも、ｙ方向の偏光に対しては位相差がほとんどない状況は変わらないので、回折光は生じない。

たとえば入射する光ビームの半分がこの回折格子の領域に入射するようにビームの位置を合わせると、もう半分のビームはパターンのない領域を透過する。すると回折格子領域に入射した光は回折し、回折格子でない部分に入射する光は回折を起こさずそのまま透過する。同様に入射するビームの領域内で、複数種の回折格子のパターンを設けることでビームを任意のパワー比で分割することもできる。

また図９の構造ではパターンの周期が２種類だけだが、周期を連続的に変化させることでブレーズ回折格子も実現できる。
（実施例２）

厚さ０．５ｍｍの石英基板上に凹凸パターンを電子ビーム描画とドライエッチングにより形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。パターンは図１１に示すようなパターンで領域１１０２のｘ方向のピッチ１１０５は１４０ｎｍ、ｙ方向のピッチ１１０６はピッチ２８０ｎｍ、領域１１０３のｘ方向のピッチ１１０７は１２０ｎｍ、ｙ方向のピッチ１１０８はピッチ１２０ｎｍ、領域１１０４のｘ方向のピッチ１１０９は１６０ｎｍ、ｙ方向のピッチ１１１０はピッチ８０ｎｍとした。このパターンが１０ミクロン周期で周期的に形成されている。この構造の上に自己クローニング法により，ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互多層膜を積層した。自己クローニングの条件としてはＳｉＯ_２成膜時はターゲット電力８００Ｗ、基盤電力１００Ｗ，ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ_２１０ｓｃｃｍとし圧力を２Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。Ｔａ_２Ｏ_５の成膜条件はターゲット電力８００Ｗ，基盤電力１００Ｗ、ガスはＡｒ５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２１０ｓｃｃｍとして圧力を０．５Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。各層の厚さは４０ｎｍずつとし、２０層積層を行った。この層構成でのフォトニックバンドの計算を行い、波長４０５ｎｍでの１周期あたりの位相差の計算結果を図１２にしめす。横軸がパターンのピッチ、縦軸が生じる位相差である。１２０１はパターンの縦横比は１：２で長手方向に直交する偏光（ＴＭ偏光）の場合の位相差を示す。１２０２はパターンの縦横比は１：２で長手方向に平行する偏光（ＴＥ偏光）の場合の位相差を示す。１２０３はパターンの縦横比は１：１の場合の位相差を示す。図１１の構成では領域１１０２と領域１１０４のパターンの長手方向が直交するため、ｘ方向の偏光を入射した場合、領域１１０２に対してはＴＭ偏光、領域１１０４に対してはＴＥ偏光となる。領域１１０３についてはｘ方向、ｙ方向ともに構造が同じであるため偏光依存性は生じない。ｙ方向の偏光を入射した場合、領域１１０２、領域１１０３、領域１１０４ともに１周期あたりの位相差は０．７５２πラジアンとなり、３つの領域の間で生じる位相差はほとんどない。一方でｘ方向の偏光を入射した場合、領域１１０２に対しては０．７４２πラジアン、領域１１０３に対しては０．７５２πラジアン、領域１１０４に対しては０．７５７πラジアンとなり、３つの領域がそれぞれ異なる。位相差を持ち回折格子として機能する。

作成した構造に波長４０５ｎｍのレーザ光を入射して、透過光を観察したところ、ｘ方向偏光では回折が生じ、ｙ方向の偏光では回折が起きないことを確認した。Ｘ方向の偏光入射時の回折効率は層数の調整で制御することが可能である。その場合でも、ｙ方向の偏光に対しては位相差がほとんどない状況は変わらないので、回折光は生じない。

３種類でなくさらに増やすことで、回折効率の制御性が高まり、たとえばブレーズ回折格子も実現可能である。
（実施例３）

厚さ０．５ｍｍの石英基板上に凹凸パターンを電子ビーム描画とドライエッチングにより形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。パターンは図１３に示すような構造であり、領域１３０２でのｘ方向のピッチ１３０４は１００ｎｍ、領域１３０３におけるｘ方向のピッチ１３０６は１６０ｎｍ、ｙ方向のピッチ１３０５は８０ｎｍとした。このパターンが１０ミクロン周期で交互に形成されている。この構造の上に自己クローニング法により，ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互多層膜を積層した。自己クローニングの条件としてはＳｉＯ_２成膜時はターゲット電力８００Ｗ、基盤電力１００Ｗ，ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ_２１０ｓｃｃｍとし圧力を２Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。Ｔａ_２Ｏ_５の成膜条件はターゲット電力８００Ｗ，基盤電力１００Ｗ、ガスはＡｒ５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２１０ｓｃｃｍとして圧力を０．５Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。各層の厚さは４０ｎｍずつとし、２０層積層を行った。

作成した構造に波長４０５ｎｍのレーザ光を入射して、透過光を観察したところ、ｘ方向偏光とｙ方向では各次数の回折光が異なる回折効率を示した。

２種類でなくさらに増やすことで、回折効率の制御性が高まり、たとえばブレーズ回折格子も実現可能である。
（実施例４）

厚さ０．５ｍｍの石英基板上に凹凸パターンを電子ビーム描画とドライエッチングにより形成した。パターンの形成は上記方法でなくてもよく、たとえばナノインプリントによるモールドの転写によってもパターン形成は可能で、より安価に大量に作成することも可能である。パターンは図１４に示すような構造であり、領域１４０２での１４０４は１６０ｎｍ、１４０５は８０ｎｍで、ｘ方向に隣り合うパターンでは８０ｎｍずつｙ方向にずれている。領域１４０３における１４０６は３２０ｎｍ、１４０７は６４０ｎｍで、ｙ方向に隣り合うパターンでは３２０ｎｍずつｘ方向にずれている。領域１４０２と領域１４０３が１０ミクロン周期で交互に形成されている。この構造の上に自己クローニング法により，ＳｉＯ_２とＴａ_２Ｏ_５の交互多層膜を積層した。自己クローニングの条件としてはＳｉＯ_２成膜時はターゲット電力８００Ｗ、基盤電力１００Ｗ，ガスはＡｒ８０ｓｃｃｍ，Ｏ_２１０ｓｃｃｍとし圧力を２Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。Ｔａ_２Ｏ_５の成膜条件はターゲット電力８００Ｗ，基盤電力１００Ｗ、ガスはＡｒ５０ｓｃｃｍ、Ｏ_２１０ｓｃｃｍとして圧力を０．５Ｐａになるようにコンダクタンスバルブを調整した。各層の厚さは４０ｎｍずつとし、２０層積層を行った。

１４０７は波長よりも長い値であるため、その値に起因した回折が起こりそうであるが、構造が半分ずつずれることで回折光が打ち消しあい、実質１４０７の長さに起因する回折は生じない。

また、たとえば入射する光ビームの半分がこの回折格子の領域に入射するようにビームの位置を合わせると、もう半分のビームはパターンのない領域を透過する。すると回折格子領域に入射した光は回折し、回折格子でない部分に入射する光は回折を起こさずそのまま透過する。同様に入射するビームの領域内で、複数種の回折格子のパターンを設けることでビームを任意のパワー比で分割することもできる。

２種類でなくさらに増やすことで、回折効率の制御性が高まり、たとえばブレーズ回折格子も実現可能である。

本発明は偏光した光を偏光方向によって機能の異なる回折格子を提供することで、例えば光ピックアップなどのシステムにおいて利用されうる。

請求項１の構造の一例を示す概念図である。請求項２の構造の一例を示す概念図である。図２の構造をｚ方向から見た場合の周期性を示す概念図である。請求項３の構造の一例を示す概念図である。図４の構造をｚ方向から見た場合の周期性を示す概念図である。請求項４の構造の一例を示す概念図である。図６の構造をｚ方向から見た場合の周期性を示す概念図である。請求項５の構造の周期性の一例を示す概念図である。実施例１に示す構造の概念図である。実施例１に示す構造において、基板ピッチを変化させた場合の、ｚ方向に１周期光が進むときの位相の進みを計算した結果の図である実施例２に示す構造の概念図である。実施例２に示す構造において、基板ピッチを変化させた場合の、ｚ方向に１周期光が進むときの位相の進みを計算した結果の図である実施例３に示す構造の概念図である実施例４に示す構造の概念図である

符号の簡単な説明

１０１ｘ方向に周期性を持つ領域
１０２ｙ方向に集積を持つ領域
２０１ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
２０２ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
３０１２０１の周期性
３０２２０２の周期性
４０１ｘ方向に周期性を持ちｙ方向にはパターンがずれていく領域
４０２ｙ方向に周期性を持ちｘ方向にはパターンがずれていく領域
５０１４０１の周期性
５０２４０２の周期性
６０１ｘ方向に周期性を持つ領域
６０２ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
７０１６０１の周期性
７０２６０２の周期性
８０１ｘ方向に周期性を持つ領域
８０２ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
９０１基板
９０２ｘ方向に周期性を持つ領域
９０３ｙ方向に周期性を持つ領域
９０４９０２のｘ方向の周期
９０５９０３のｙ方向の周期
１００１ＴＭ偏光の１周期分の構造で進む位相
１００２ＴＥ偏光の１周期分の構造で進む位相
１００３基板ピッチ１２０ｎｍの構造での偏光間の位相差
１００３基板ピッチ２２０ｎｍの構造での偏光間の位相差
１１０１基板
１１０２ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
１１０３ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
１１０４ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
１１０５１１０２のｘ方向の周期
１１０６１１０２のｙ方向の周期
１１０７１１０３のｘ方向の周期
１１０８１１０３のｙ方向の周期
１１０９１１０４のｘ方向の周期
１１１０１１０４のｙ方向の周期
１２０１ＴＭ偏光が凹凸の縦横比が１：２の構造１周期分で進む位相
１２０２ＴＥ偏光が凹凸の縦横比が１：２の構造１周期分で進む位相
１２０３凹凸の縦横比が１：１の構造１周期分で進む位相
１３０１基板
１３０２ｘ方向に周期性を持つ領域
１３０３ｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ領域
１３０４１３０２のｘ方向の周期
１３０５１３０３のｘ方向の周期
１３０６１３０３のｙ方向の周期
１４０１基板
１４０２ｘ方向に周期性を持ちｙ方向にはパターンがずれていく領域
１４０３ｙ方向に周期性を持ちｘ方向にはパターンがずれていく領域
１４０４１４０２のｙ方向の凹凸の長さ
１４０５１４０２のｘ方向の周期
１４０６１４０３のｙ方向の周期
１４０７１４０３のｘ方向の凹凸の長さ

Claims

３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、ｘ軸方向に使用波長よりも短い周期的凹凸を持った第一の領域と、各層の形状がｙ軸方向に使用波長よりも短い周期的凹凸を持った第二の領域とが隣接する基本構造をもち，その基本構造が基板面内で、使用波長に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在し、ほぼｚ方向に進む光に対して、偏光方向によって回折効率が変化することを特徴とする偏光依存型回折素子。
３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、第一，第二・・などの領域に分かれ，どの領域も各層の形状がｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を持った構造をもち，ｘ方向の周期ｙ方向の周期はどちらも使用波長以下であることを特徴とするが異なった領域間ではｘ軸方向、ｙ軸方向のどちらか、もしくは両方の周期が異なるという特徴をもち，それらの領域が隣接して組み合わされた基本構造をもち，基本構造が基板面内で使用波長に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在し、ほぼｚ方向に進む光に対して偏光方向によって回折効率が変化することを特徴とする偏光依存型回折素子。
請求項２に記載の基本構造のうち少なくとも一つの構造の凹凸のｘ軸方向の長さＬｘは使用される波長以下であり、凹凸のｙ方向の長さＬｙは使用する光の波長以上の長さであることを特徴とし、ｘ軸方向に隣り合うパターンでは、ｙ軸方向にパターンがＬｙ／ｎ（ｎ：２に等しいかそれより大きい整数）ずつずれ、かつＬｙ／ｎが光の波長よりも短い長さであることを特徴とした構造を含む、偏光方向によって回折効率が変化することを特徴とする偏光依存型回折素子。
３次元の直交座標ｘ，ｙ，ｚにおいて屈折率の異なる２種類以上の物質よりなるｚ軸方向の多層構造体であって、各層の形状がｘ軸方向もしくはｙ軸方向に使用波長よりも短い周期的凹凸を持った構造を基本構造と、各層の形状がｘ軸方向及びｙ軸方向に周期的凹凸を持った構造を基本構造からなり、それらの構造が基板面内で使用波長に比べ大きな面積でｘ−ｙ面内に周期的に存在し、ほぼｚ方向に進む光に対して偏光方向によって回折効率が変化することを特徴とする偏光依存型回折素子。
請求項４に記載の構造においてｘ，ｙ方向ともに周期性を持つ構造のｙ軸方向の長さＬｙは使用される波長以下であり、ｘ方向の長さＬｘは使用する光の波長以上の長さであることを特徴とし、ｙ軸方向に隣り合うパターンでは、ｘ軸方向にパターンがＬｘ／ｎ（ｎ：２に等しいかそれより大きい整数）ずつずれ、かつＬｙ／ｎが光の波長よりも短い長さであることを特徴とした構造を含む、偏光方向によって回折効率が変化することを特徴とする偏光依存型回折素子
請求項１〜５に記載の構造が光のビームが入射する領域の一部に少なくとも１箇所形成されることを特徴とする偏光依存型回折格子または回折格子
請求項１〜５に記載の素子が１枚の基板の片側に形成され、そのもう片面の少なくとも一部には請求項１−５に記載の構造もしくは使用する光の波長以上の周期をもつ凹凸形状からなる回折格子が形成されることを特徴とする素子
請求項１〜５に記載の素子において、自己クローニング法で作製されることを特徴とする光学素子
請求項１〜５に記載の素子において、主な材料としてＳｉＯ_２もしくはＴａ_２Ｏ_５もしくはＮｂ_２Ｏ_５もしくはＴｉＯ_２もしくはそのうちのいずれかの混合物を主原料とすることを特徴とする回折素子